高中物理新教材人教版（2019）选择性第二册课时作业 3.1　交变电流 Word版含解析

交变电流
一、单项选择题
1．下列选项所示的几种电流随时间变化的图线中，不属于交变电流的是(　　)
2.
矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生如下图所示的交变电流，设沿a→b→c→d→a方向为电流正方向，则对应t1时刻线圈位置为(　　)
3．下列关于交流发电机的叙述正确的是(　　)
A．交流发电机将电能转化为机械能
B．交流发电机由两部分组成，即定子和转子，线圈必须旋转，成为转子，这样才能在线圈中产生交流电
C．交流发电机线圈中产生交流电，输送到外电路也是交流电
D．在交流发电机线圈转动的过程中，线圈中的每一个边都切割磁感线
4．如图甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴OO′以恒定的角速度ω转动．从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在t＝时刻(　　)
A．线圈中的电流最大
B．穿过线圈的磁通量为0
C．线圈所受的安培力最大
D．线圈中的电流为0
5．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示，则下列说法正确的是(　　)
A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大
C．t＝0.02 s时刻，交流电动势达到最大
D．该线圈产生的交流电动势的图像如图乙所示
6．如图所示为交流发电机的示意图，从线圈通过如图所示的位置开始计时．如果发电机产生的交变电流的频率为50 Hz，电动势的最大值为400 V，则发电机产生的电动势瞬时值表达式为(　　)
A．e＝400sin 50t(V)
B．e＝400cos 50t(V)
C．e＝400sin 100πt(V)
D．e＝400cos 100πt(V)
7.
大型发电机几乎都是旋转磁极式发电机，如图所示为其原理简图．竖直平面内闭合线圈abcd固定不动，磁铁绕图中的虚线旋转，线圈中就会产生感应电流，若条形磁铁以10π rad/s的角速度匀速转动，且图示时刻N极正在向里转，现以图示时刻为计时起点，则下列推断正确的是(　　)
A．该发电机产生的交变电流频率是10 Hz
B．t＝0时线圈中的电流方向为abcda
C．t＝0.5 s时线圈中的电流方向发生变化
D．t＝0.5 s时线圈中的电流最小
二、多项选择题
8．线圈在磁场中匀速转动产生的交流电动势为e＝10sin 20πt V，则下列说法正确的是(　　)
A．t＝0时，线圈平面位于中性面
B．t＝0时，穿过线圈的磁通量最大
C．t＝0时，导线切割磁感线的有效速度最大
D．t＝0.4 s时，e达到峰值10 V
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，电动势改变方向
C．电动势的最大值约是157 V
D．在t＝0.4 s时，磁通量变化率最大，其值约为3.14 Wb/s
10.
如图所示，空间有范围足够大的匀强磁场，磁场方向竖直向下，在其间竖直放置两个彼此正对的相同的金属圆环，两环间距为L，用外力使一根长度也为L的金属杆沿环匀速率运动，用导线将金属杆和外电阻相连，整个过程中只有金属杆切割磁感线．已知磁感应强度的大小为B，圆环半径为R，金属杆转动的角速度为ω，金属杆和外电阻的阻值均为r，其他电阻不计，则(　　)
A．当金属杆从圆环最高点向最低点转动的过程中，流过外电阻的电流先变大后变小
B．当金属杆从圆环最高点向最低点转动的过程中，流过外电阻的电流先变小后变大
C．流过外电阻电流的最大值为
D．流过外电阻电流的最大值为
11．在匀强磁场中，一矩形金属线框在匀强磁场中绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示，则下列说法正确的是(　　)
A．t＝0.01 s时穿过线框的磁通量最小
B．t＝0.01 s时穿过线框的磁通量变化率最大
C．该线框匀速转动的角速度大小为100π rad/s
D．电动势瞬时值为22 V时，线圈平面与中性面的夹角可能为45°
三、非选择题
12．如图所示为演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B＝0.5 T，线圈匝数n＝50匝，线圈面积0.48 m2，转速150 r/min，在匀速转动过程中，从图示位置开始计时．
(1)写出交变电流感应电动势瞬时值的表达式；
(2)画出e ? t图线．
课时作业(十一)　交变电流
1．解析：判断电流是交流还是直流，要看其方向是否随时间周期性变化．选项C中，尽管电流大小随时间变化，但其方向不变，仍是直流．
答案：C
2．解析：由题图知在t1时刻线圈获得最大正向电流，电流方向为a→b→c→d→a，又线圈为逆时针转动，故只有B图符合电流方向为a→b→c→d→a且最大．
答案：B
3．解析：交流发电机将机械能转化为电能，A错误；交流发电机由两部分组成，即定子和转子，线圈既可以作为定子，也可以作为转子，定子和转子相对转动就可以产生交流电，B错误；交流发电机线圈中产生交流电，输送到外电路也是交流电，C正确；在交流发电机线圈转动的过程中，并不是线圈的每一条边都切割磁感线，D错误．
答案：C
4．解析：由T＝，得t＝＝，此时线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，B错误；由于此时感应电动势为0，所以线圈中的电流为0，线圈所受的安培力为0，A、C错误，D正确．
答案：D
5．解析：由Φ ? t图知，t＝0时，Φ最大，即线圈处于中性面位置，此时e＝0，故A、D两项错误；由图知T＝0.04 s，在t＝0.01 s时，Φ＝0，最大，e最大，则B项正确；在t＝0.02 s时，Φ最大，由图像斜率可知斜率为零，即＝0，e＝0，则C项错误．
答案：B
6．解析：感应电动势最大值为400 V，角速度为ω＝2πf＝100π，又发电机从与中性面垂直的位置开始计时，故交变电动势瞬时值的表达式为e＝Emcos ωt＝400cos 100πt(V)，D正确，A、B、C错误．
答案：D
7．解析：条形磁铁以10π rad/s的角速度匀速转动，则该交流电的频率f＝＝5 Hz，故A错误；由题图可知，在t＝0时刻穿过线圈的磁通量为0，结合交流电产生的特点可知，t＝0时刻该交流电的瞬时值最大，由题图可知下一时刻穿过线圈的磁通量的方向向里，由楞次定律可知，此时线圈中的电流方向为abcda，故B正确；该交流电的周期T＝＝0.2 s，当t＝0.5 s＝2.5T时，线圈中的电流方向与开始时的方向相反，电流值仍然为最大值，不会改变方向，故C、D错误．
答案：B
8．解析：t＝0时，瞬时电动势为e＝10sin 20πt(V)＝0，则线圈平面位于中性面，此时穿过线圈的磁通量最大，导线切割磁感线的有效速度最小，A、B正确，C错误；当t＝0.4 s时，瞬时电动势为e＝10sin(20π×0.4)＝0(V)，D错误．
答案：AB
9．解析：从题图中可知，在0.1 s和0.3 s时刻，穿过线圈的磁通量最大，此时刻磁通量的变化率等于零，感应电动势为零，A错误；0.2 s和0.4 s时刻，穿过线圈的磁通量为零，但此时刻磁通量的变化率最大，线圈平面与中性面垂直，感应电动势达到峰值，但方向不变，B错误；根据电动势的最大值公式Em＝NBSω，Φm＝BS，ω＝，可得Em≈157 V，C正确；由E＝N知磁通量变化率的最大值为≈3.14 Wb/s，D正确．
答案：CD
10．解析：从金属杆在圆环的最高点开始计时，金属杆切割磁感线的速度v＝ωR，产生的感应电动势e＝BLvcos ωt＝BLRωcos ωt，当金属杆从最高点运动到最低点的过程中，电动势先变小后变大，流过外电阻的电流先变小后变大，选项B正确；电动势的最大值E＝BLωR，电流的最大值I＝＝，选项D正确．
答案：BD
11．解析：由图像知：t＝0.01 s时，感应电动势为零，则穿过线框的磁通量最大，变化率最小，故A、B错误；由图像得出周期T＝0.02 s，所以ω＝＝100π rad/s，故C正确；当t＝0时，电动势为零，线圈平面与磁场方向垂直，故该交变电动势的瞬时值表达式为e＝22sin (100πt)V，电动势瞬时值为22 V时，代入瞬时表达式，则有线圈平面与中性面的夹角正弦值sin α＝＝，所以线圈平面与中性面的夹角可能为45°，故D正确．故选C、D.
答案：CD
12．解析：(1)当线圈平面经过中性面开始计时．则线圈在时间t内转过角度ωt，于是感应电动势瞬时值e＝Emsin ωt，其中Em＝nBSω.
由题意知n＝50，B＝0.5 T，ω＝ rad/s＝5π rad/s，S＝0.48 m2，Em＝nBSω＝50×0.5×0.48×5π V≈188 V，所以e＝188sin 5πt V.
(2)根据交流电的方程画图线时，最大值是正弦图线的峰值，由纵轴上的刻度值标出，交流电的频率与正弦图线的周期相对应，ω＝，而周期由时间轴上的刻度值标出，T＝2π/ω＝0.4 s，e ? t图线如图所示．
答案：(1)e＝188sin 5πt V　(2)见解析