2022年高中物理第章交变电流与发电机_怎样产生交变电流学业分层测评沪科版选修- .pdf

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1、1 2.1 怎样产生交变电流(建议用时： 45 分钟) 学业达标 1. 矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生交流电. 穿过线圈的磁通量 与感应电动势e的大小关系正确的是 ( ) 最大，e最大； 最小，e最小； 最大，e最小； 最小，e最大 . A.B.C.D.【解析】当磁通量 最大时，线圈平面垂直于磁感线，线圈不切割磁感线，e最小为零；当磁通量 最小时，线圈平面平行于磁感线，线圈垂直切割磁感线，e最大，故B正确 . 【答案】B 2.( 多选 ) 下列各图中，哪些情况线圈中能产生交流电( ) 【解析】线圈转动过程中磁通量发生改变时，才能产生交流电，A项中磁通量不变，故 A项不符合题意

2、. 【答案】BCD 3.( 多选 ) 矩形线圈的匝数为50 匝，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 ( ) 【导学号： 72000064】图 2-1-9A.在t0.1 s和t0.3 s时，电动势最大B.在t0.2 s和t0.4 s时，电动势改变方向C.电动势的最大值是157 V 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2 D.在t0.4 s时，磁通量变化率

3、最大，其值为3.14 Wb/s 【解析】在t0.1 s 和t0.3 s 时，矩形线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为0，电动势为0，此时电动势改变方向. 故 A、B错误 . 由图像可知，周期为0.4 s ，故角速度2T5，而最大电动势为EmnBS157 V，C正确 .在t0.4 s时，磁通量为0，磁通量变化率最大，其值为3.14 Wb/s.故 D正确 . 【答案】CD 4.(2016 西北工大附中高二检测) 如图 2-1-10甲所示，一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图2-1-10 乙所示，下列说法中正确的是( ) 甲乙图 2-1-10

4、A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻线圈位于中性面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变化方向时，通过线圈的磁通量最大【解析】t1、t3时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，所以穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，A、C 错误；t2时刻感应电动势最大，线圈位于垂直于中性面的位置，穿过线圈的磁通量为零，B错误；由于线圈每经过一次中性面时，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，e变换方向，所以D正确. 【答案】D 5.( 多选 ) 如图 2-1-11 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

5、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. 则当线圈转至图示位置时( ) 【导学号： 72000065】图 2-1-11A.线圈中感应电流的方向为abcda名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 3 B.穿过线圈的磁通量为0 C.线圈中的感应电流为nBl2RD.穿过线圈磁通量的变化率为0 【解析】图示位置，线圈平面与磁场平行，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；

6、此时由右手定则可知电流方向为adcba，A错误；由峰值表达式EmnBS 可知ImnBl2R，图示位置感应电流等于峰值，C正确 . 【答案】BC 6.( 多选 ) 一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的交变电动势e 2202sin(100 t)V，则下列判断正确的是( ) A.t0 时，线圈位于中性面位置B.t0 时，穿过线圈平面的磁通量最大C.t0 时，线圈的有效切割速度方向垂直磁感线D.t0 时，线圈中感应电动势达到峰值【解析】因按正弦规律变化，故t0 时线圈位于中性面，A正确；t0 时，穿过线圈的磁通量最大，B正确；t0 时，线圈的有效切割速度方向与磁感线平行，不产生感应电动势，故C、D

7、错误 . 【答案】AB 7. 如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线OO与磁感线垂直. 已知匀强磁场的磁感应强度B1T，线圈所围面积S0.1 m2，转速 12r/min.若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为( ) 图 2-1-12A.e120sin(120t)V B.e24sin(120t)V C.e0.04 sin(0.4t)V D.e0.4 cos(2 t)V 【解析】角速度2n21260rad/s 0.4 rad/s.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生感应电动势的最大值EmBS10.1 0.4 V0.04 V. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎

8、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 4 则感应电动势瞬时值表达式eEmsin t0.04 sin(0.4t)V. 故正确答案为C. 【答案】C 8.( 多选)(2016 邯郸高二检测) 如图 2-1-13 所示，形状或转轴位置不同、但面积均为S的单匝线圈处在同一个磁感应强度为B的匀强磁场中，以相同的角速度 匀速转动，从图示的位置开始计时，则下列正确的说法是 ( ) 【导学号： 72000066】图 2-1-13A.感应电动势峰值相同B.感应电动势瞬时值

9、不同C.感应电动势峰值、瞬时值都不同D.感应电动势峰值、瞬时值都相同【解析】当转动轴不是线圈对称轴时，只要转轴与磁场垂直，不论线圈形状如何，转轴位置如何，最大值均为EmNBS，S、B、N相同，所以Em相同，从中性面开始计时，瞬时值为正弦形式eEmsin t，可见瞬时值也相同，A、D对. 【答案】AD 能力提升 9. 如图 2-1-14 所示，虚线上方空间有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，直角扇形导线框绕垂直于纸面的轴O以角速度 匀速逆时针转动. 设线框中感应电流的方向以逆时针为正，线框处于图示位置时为时间零点. 那么，在选项中能正确表明线框转动一周感应电流变化情况的是 ( ) 图 2-1-14

10、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 5 【解析】由图示位置计时，前14周期无电流，第2 个14周期电流保持不变，第3 个14周期无电流，第4 个14周期电流反向且保持不变，故A正确 . 【答案】A 10. 如图 2-1-15 甲所示，A，B为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置，A线圈中通有如图 2-1-15 乙所示的电流i，则 ( ) 【导学号： 72000067】甲乙图 2-1-15在t1到t2时间内A，B两线圈相

11、吸在t2到t3时间内A，B两线圈相斥t1时刻两线圈间作用力为零t2时刻两线圈的相互作用力最大 ( ) A. B.C. D.【解析】本题考查交变电流的变化规律和图像. 由t1到t2时间内， 穿过B线圈的磁通量在减小，所以B中产生的感应电流方向与A中相同，即相吸；由t2到t3时间内，穿过B线圈的磁通量在增大，B中产生的感应电流方向与A中相反， 即相斥；t1时刻A中电流最大，B中感应电流为零，t2时刻A中电流为零，而B中感应电流最大，在t1，t2时刻两线圈的相互作用力都为零. 故正确答案为A. 【答案】A 11. 某一交变电流如图2-1-16 所示. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -

12、 - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 6 图 2-1-16(1) 该图像表示线圈在何处开始计时？(2) 线圈在哪些时刻处于与磁场方向垂直的位置？(3)t1、t2时刻线圈分别处于与磁场方向垂直的面夹角多大处？【解析】(1)e- t图线为正弦函数图线，说明是从线圈位于中性面位置开始计时的，此时，穿过线圈的磁通量最大，而线圈内的感应电动势却为0. (2) 当线圈处于与磁场方向垂直的位置( 中性面 ) 时，e0，所以有 0、t3、t6、t8各时刻 . (3) 由图像知，eE

13、msin t式中Em10 V.当tt1时，e52 V ， 有 1t145 ；当tt2时，e10 V Em，有 2t290 .【答案】(1) 中性面处开始计时(2)0 ，t3，t6，t8(3)45 9012. 一台交流发电机， 其线圈从中性面开始转动，产生的交流感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100 rad/s. (1) 写出感应电动势的瞬时值表达式. (2) 若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 ，试写出通过负载的电流的瞬时值表达式. 并求在t1120 s 时电流的瞬时值为多少？【解析】(1) 因交流发电机的线圈从中性面开始转动，所以该交变电

14、流为正弦交流电.感应电动势的最大值Em311 V ，角速度100 rad/s，所以感应电动势的瞬时值表达式是e311sin (100t) V. (2) 根据欧姆定律，电路中电流的最大值为ImEmR311100 A 3.11 A 所以通过负载的电流的瞬时值表达式是i3.11sin (100t) A 当t1120 s 时，电流的瞬时值为i3.11sin(1001120) A 1.56 A【答案】(1)e311sin(100 t) A 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 7 (2)i3.11sin(100t) A 1.56 A 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -