学年高中物理 第2章 第1节 交变电流课时作业 教科版选修32doc.docx

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学年高中物理第2章第1节交变电流课时作业教科版选修32doc

2019-2020学年高中物理第2章第1节交变电流课时作业教科版选修3-2

1．大小和方向不随时间变化的电压和电流，称为__________，简称直流电；大小和方向随时间作周期性变化的电压和电流，称为__________，简称交流电．

2．电压和电流都随时间按正弦函数规律变化的交变电流称为________电流，简称正弦交流电．其电动势的瞬时值表达式为e＝________，其中Em＝________.闭合矩形线圈在________磁场中绕__________________________的轴匀速转动时，线圈中产生的感应电流是正弦交流电．

3．下图所示的4种电流随时间变化的图象中，属于交变电流的有（　　）

4．下列各图中，哪些情况线圈中能产生交流电（　　）

5．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是（　　）

A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大

B．在中性面时，感应电动势最大

C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零

D．穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零

【概念规律练】

知识点一　交变电流的产生

1．如图1所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是（　　）

图1

A．线圈每转动一周，指针左右摆动两次

B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流

C．图示位置ab边的感应电流方向为a→b

D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零

2．处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直。

在t=0时刻，线圈平面与纸面重合（如图2所示），线圈的cd边离开纸面向外运动。

若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是（　　）

知识点二　交变电流的变化规律

3．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240r/min，若线圈平面转至与磁场方向平行时的电动势为2V，则从中性面开始计时，所产生的交流电动势的表达式为e＝________V，电动势的峰值为________V，从中性面起经s，交流电动势的大小为________V.

4．有一个10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1Ω，线框绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动，如图3所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T．问：

图3

（1）该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？

（2）线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？

（3）写出感应电动势随时间变化的表达式．

【方法技巧练】

一、瞬时值、平均值的计算方法

5．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共100匝，转速为r/min，在转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为0.03Wb，则线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少？

当线圈平面与中性面夹角为时，感应电动势为多少？

6．如图4所示，匝数为n，面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180°时间内的平均感应电动势．

图4

二、交变电流图象的应用

7．矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动．线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图5所示．下面说法中正确的是（　　）

图5

A．t1时刻通过线圈的磁通量为零

B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大

C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大

D．每当e变换方向时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大

8．一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的变化图象如图6所示，则下列说法中，正确的是（　　）

图6

A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直

B．t＝0.01s时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大

C．t＝0.02s时刻，线圈中有最大感应电动势

D．t＝0.03s时刻，线圈中有最大感应电流

1．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是（　　）

A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变

B．线圈每转动一圈，感应电流方向就改变一次

C．线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次

D．线圈每转动一圈，感应电动势和感应电流方向都要改变一次

2．线圈在磁场中匀速转动产生交流电的瞬时电动势为e＝10sin20πtV，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＝0.4s时，e达到峰值10V

3．交流发电机在工作时的电动势为e＝Emsinωt，若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为（　　）

A．EmsinB．2Emsin

C．Emsin2ωtD．2Emsin2ωt

4．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图7甲所示的匀强磁场中．通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（　　）

图7

A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大

B．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变

C．t2、t4时刻线圈中磁通量最大

D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小

5．如图8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（　　）

图8

A．线圈中感应电流的方向为abcda

B．线圈中的感应电流为

C．穿过线圈的磁通量为0

D．穿过线圈的磁通量的变化率为0

6．如图9所示，矩形线圈abcd，已知ab为L1，ad为L2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω（从图中位置开始）匀速转动，则线圈中感应电动势的大小为（　　）

图9

A.BL1L2ωsinωtB.BL1L2cosωt

C．BL1L2ωsinωtD．BL1L2ωcosωt

7．如图10所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝0°时（如图）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则下列四幅图中正确的是（　　）

图10

8．如图11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转轴OO′以恒定的角速度ω转动．当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（　　）

图11

A．线圈中的电流最大

B．穿过线圈的磁通量为零

C．线圈所受的安培力为零

D．线圈中的电流为零

9．如图12所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时（　　）

图12

A．线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流

B．线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势

C．线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d

D．线圈绕P1转动时cd边受到的安培力大于绕P2转动时cd边受到的安培力

题　号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

答　案

10.一矩形线圈在匀强磁场中以角速度4πrad/s匀速转动，产生的交变电动势的图象如图13所示．则交变电流的频率为______Hz，当t＝0时，线圈平面与磁感线________，当t＝0.5s时，e为______V.

图13

11．如图14所示，在匀强磁场中有一个“n”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强磁场的磁感应强度B＝T，线框的CD边长为l1＝20cm，CE、DF边长均为l2＝10cm，转速为50r/s.若从图示位置开始计时：

图14

（1）写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；

（2）在e－t坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化关系的图象．

12．如图15所示，匀强磁场B＝0.1T，所用矩形线圈的匝数N＝100，边长ab＝0.2m，bc＝0.5m，以角速度ω＝100πrad/s绕OO′轴匀速转动．从线圈平面通过中性面时开始计时，试求：

图15

（1）线圈中感应电动势的大小．

（2）由t＝0至t＝过程中的平均电动势值．

第二章　交变电流

第1节　交变电流答案

课前预习练

1．恒定电流　交变电流

2．正弦交变　Emsinωt　nBSω　匀强　垂直于磁场方向

3．CD　[直流电是方向不随时间改变，交变电流是方向随时间改变，正弦式交变电流是按正弦规律变化的交变电流，图象中正、负表示电流方向．A选项中电流数值总为正，表示电流方向不变，是直流电．B选项中图象虽为正弦，但由于电流总是正值，表示电流方向不变，电流大小随时间变化，也是直流电．C、D选项中电流强度和方向都随时间做周期性变化，是交变电流．因此，是交变电流的只有C和D，是正弦式交变电流的只有D.]

4．BCD　[A中线圈中的磁通量始终是零，故无感应电流产生；B、C、D中都是线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，故能产生交流电，则B、C、D正确．]

5．A　[中性面和磁场垂直，磁通量最大，磁通量的变化率为零．]

课堂探究练

1．C　[线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故A错；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b，故C对；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，B、D错误。

]

点评　①线圈平面垂直于磁感线时，线圈中的感应电流为零，这一位置叫中性面．线圈平面经过中性面时，电流方向就发生改变．线圈绕轴转一周经过中性面两次，因此感应电流方向改变两次．

②线圈经过中性面时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零（即各边都不切割），所以感应电动势为零．

2．C　[线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律变化的交流电．对于图示起始时刻，线圈的cd边离开纸面向纸外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则判断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同．所以C对．]

点评　线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，可以产生按正弦规律变化的交流电．其中“线圈”无特殊要求，即矩形线圈、圆形线圈等其他形状都可，“绕某一轴匀速转动”，只要求此轴垂直于磁场方向，没有其他限制条件．

3．2sin8πt　2　1

解析　当线圈平面与磁场平行时（S//B），感应电动势最大，即Em＝2V，ω＝2πn＝2π×rad/s＝8πrad/s，则从中性面开始计时，瞬时值表达式：

e＝Emsinωt＝2sin8πtV，当t＝s时，e＝2sin（8π×）V＝1V.

点评　当闭合线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，且从中性面开始计时时产生正弦式交流电电动势的表达式e＝Emsinωt，Em为最大值即当线圈平面与磁场方向平行时的瞬时值，ω为转动角速度．

4．

（1）6.28V　6.28A　

（2）5.44V

（3）e＝6.28sin10πtV

解析　

（1）交变电流电动势最大值为

Em＝nBSω＝10×0