2019-2020学年人教版物理选修3-2 5.1交变电流课时训练（Word版）（含解析）

2019-2020学年人教版物理选修3-2
5.1交变电流课时训练
一、不定项选择题　　　　　　　　
1.线框在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向)，当转到如图所示位置时，磁通量和感应电动势大小的变化情况是(　　)
A．磁通量和感应电动势都在变大
B．磁通量和感应电动势都在变小
C．磁通量在变小，感应电动势在变大
D．磁通量在变大，感应电动势在变小
2.[多选]如图所示，一面积为S的单匝矩形线圈处于有界磁场中，能使线圈中产生交变电流的是(　　)
A．将线圈水平向右匀速拉出磁场
B．使线圈以OO′为轴匀速转动
C．使线圈以ab边为轴匀速转动
D．使磁场以B＝B0sin ωt规律变化
3.[多选]如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，沿着OO′观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时(　　)
A．线圈中感应电流的方向为abcda
B．穿过线圈的磁通量为零
C．线圈中的感应电流为
D．穿过线圈的磁通量的变化率为零
4.如图所示，单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动(俯视图中沿逆时针的方向)。某时刻磁感线与线圈平面所成的锐角为30°，从此时开始计时，通过边AB的电流i随时间t变化的图线是(以A→B→C→D→A为电流正向)(　　)

5.[多选]一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向并位于线圈平面的固定轴转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化规律如图所示，则下列说法中正确的是(　　)
A．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零
B．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零
C．线圈平面从与磁场方向平行的时刻开始计时
D．每当感应电动势e变换方向时，穿过线圈的磁通量的绝对值都最大
6.[多选]某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生交变电流的图像如图所示，由图中信息可以判断(　　)
A．在A和C时刻线圈处于中性面位置
B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零
C．从A到D时刻线圈转过的角度为π
D．若从O到D时刻历时0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变100次
7.一台发电机的结构示意图如图所示，其中N、S极是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成沿半径方向的辐向磁场。从如图所示位置开始计时，规定此时电动势为正值，选项图中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是(　　)

8．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，从中性面开始转动180°角过程中，平均感应电动势和最大感应电动势之比为(　　)
A.　　　　　　　　　 B.
C．2π D．π
9.矩形线圈的匝数为50，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是(　　)
A．在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，电动势最大
B．在t＝0.2 s和t＝0.4 s时，电流改变方向
C．电动势的最大值是314 V
D．在t＝0.4 s时，磁通量变化率最大，其值为3.14 Wb/s
10.如图所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO′与磁场边界重合。线圈按图示方向匀速转动。若从图示位置开始计时，并规定电流方向沿a→b→c→d→a为正方向，则线圈内感应电流随时间变化的图像是选项图中的(　　)
二、综合计算题
11.如图所示，线圈abcd的面积是0.05 m2，共100匝，线圈的总电阻r＝1 Ω，外接电阻R＝9 Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝ T，线圈以角速度ω＝100π rad/s匀速转动。
(1)若线圈经过图示位置(线圈平面与磁感线垂直)时开始计时，写出线圈中感应电动势瞬时值的表达式；
(2)写出交变电流的瞬时值表达式。



12.如图所示，在匀强磁场中有一“π”形导线框，可绕AB轴转动，已知匀强磁场的磁感应强度B＝ T，线框相邻两边相互垂直，其中CD边长为20 cm，CE、DF长均为10 cm，转速为50 r/s，若从图示CEFD平面平行磁场位置开始计时。
(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)求出由图示位置转过30°过程中线框产生的平均电动势；
(3)在e ?t坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化的图像。


2019-2020学年人教版物理选修3-2
5.1交变电流课时训练参考答案
1、解析：选D　由题图，设线框平面与中性面夹角为θ，则有Φ＝Φmcos θ，e＝Emsin θ，因为θ角变小，所以磁通量变大，感应电动势变小。
2、解析：选BCD　将线圈水平向右匀速拉出磁场的过程中磁通量均匀减小，产生的感应电流大小和方向均不变，A错误；线圈绕垂直于磁感线方向的轴转动时，磁通量发生周期性变化，产生交变电流，B、C正确；如果磁感应强度按B＝B0sin ωt规律发生周期性变化，而线圈面积不变，则磁通量也发生周期性变化，产生交变电流，D正确。
3、解析：选BC　题中图示位置，线圈平面与磁场方向平行，所以穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，B正确，D错误；此时由右手定则可知电流方向为adcba，A错误；由峰值表达式Em＝nBSω可知Im＝，题中图示位置的感应电流等于峰值，C正确。
4、解析：选D　根据楞次定律可知，线圈在开始转动的一小段时间内磁通量增大产生负向电流，选项A、C错误；当线圈转动六分之一周期后，处于中性面，磁通量最大，电动势为零，感应电流为零，选项D正确，B错误。
/5、解析：选BCD　由图像可知，为余弦式交变电流，说明t＝0时，线圈平面与磁感线方向平行，选项C正确。t1、t3时刻感应电动势为零，说明这两个时刻穿过线圈的磁通量变化率为零，穿过线圈的磁通量最大，所以选项B正确，选项A错误。当线圈通过中性面时，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，感应电动势为零，感应电动势的方向要发生改变，所以选项D正确。
6、解析：选CD　由题图可知，在O、B、D时刻感应电流为零，所以此时线圈恰好处于中性面位置，且穿过线圈磁通量最大；在A、C时刻感应电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时穿过线圈的磁通量为零，故A、B错误；从A到D时刻，线圈转过的角度为π；如果从O到D时刻历时0.02 s，恰好为一个周期，所以1 s内线圈转动50个周期，100次经过中性面，交变电流的方向改变100次，故C、D正确。
7、解析：选D　由于磁场为沿半径的辐向磁场，可以认为磁感应强度的大小不变，线圈始终垂直切割磁感线，所以产生的感应电动势大小不变，再结合右手定则分析可知每个周期产生的感应电动势的方向要改变两次，故D选项正确。
/8、解析：选B　线圈从中性面转过180°角过程中，磁通量的变化为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝BS－(－BS)＝2BS，平均感应电动势＝＝＝，最大感应电动势Em＝NBSω，则平均感应电动势和最大感应电动势之比为，B正确。
9、解析：选D　在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，磁通量最大，线圈位于中性面位置，感应电动势为零，故A错误；在t＝0.2 s 和t＝0.4 s时，磁通量为零，线圈垂直于中性面，感应电动势最大，此时电动势方向不会改变，故电流方向不变，故B错误；根据Φ?t图像，BS＝0.2 Wb，T＝0.4 s，故电动势的最大值；Em＝NBSω＝NBS·＝50×0.2× V＝50π V＝157 V，故C错误；在t＝0.4 s时，磁通量为零，线圈垂直于中性面，感应电动势最大，故磁通量变化率最大，根据Em＝n，可知，＝ Wb/s＝3.14 Wb/s，故D正确。
10、解析：选A　由题意可知，在开始时刻线圈中感应电流为零，随着线圈转动，感应电流不断增大，电流方向为a→d→c→b→a，故电流为负值；当cd边进入磁场后线圈内感应电流逐渐减小，方向仍为a→d→c→b→a，分析可得线圈内产生的感应电流如A选项所示，故A选项正确。
11、解析：(1)线圈中感应电动势的最大值为
Em＝NBSω＝100××0.05×100π V＝500 V
线圈中感应电动势瞬时值e＝Emsin ωt
所以e＝500sin (100πt)V。
(2)交变电流的最大值Im＝＝ A＝50 A，
所以电流的瞬时值表达式为i＝50sin (100πt)A。
答案：(1)e＝500sin (100πt)V　(2)i＝50sin (100πt)A
12、解析：(1)线框转动，开始计时的位置为线框平面与磁感线平行的位置，CD边长为l1＝20 cm，CE、DF边长为l2＝10 cm，在t时刻线框转过的角度为ωt，此时刻e＝Bl1l2ωcos ωt，
其中B＝ T
l1×l2＝0.1×0.2 m2＝0.02 m2
ω＝2πn＝2π×50 rad/s＝100π rad/s
故e＝×0.02×100πcos (100πt)V
即e＝10cos (100πt)V。
(2)线框由题图所示位置转过30°的过程中
ΔΦ＝
Δt＝
则平均电动势E＝＝ V。
(3)线框中感应电动势随时间变化的图像如图所示。