2018-2019學年高中物理 第二章 交變電流 第1節(jié) 交變電流練習 教科版選修3-2.docx

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第1節(jié)交變電流1大小和方向不隨時間變化的電壓和電流，稱為_，簡稱直流電；大小和方向隨時間作周期性變化的電壓和電流，稱為_，簡稱交流電2電壓和電流都隨時間按正弦函數(shù)規(guī)律變化的交變電流稱為_電流，簡稱正弦交流電其電動勢的瞬時值表達式為e_，其中Em_.閉合矩形線圈在_磁場中繞_的軸勻速轉動時，線圈中產(chǎn)生的感應電流是正弦交流電3下圖所示的4種電流隨時間變化的圖象中，屬于交變電流的有()4下列各圖中，哪些情況線圈中能產(chǎn)生交流電()5矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動，下列說法中正確的是()A在中性面時，通過線圈的磁通量最大B在中性面時，感應電動勢最大C穿過線圈的磁通量為零時，感應電動勢也為零D穿過線圈的磁通量為零時，磁通量的變化率也為零【概念規(guī)律練】知識點一交變電流的產(chǎn)生1如圖1所示為演示交變電流產(chǎn)生的裝置圖，關于這個實驗，正確的說法是()圖1A線圈每轉動一周，指針左右擺動兩次B圖示位置為中性面，線圈中無感應電流C圖示位置ab邊的感應電流方向為abD線圈平面與磁場方向平行時，磁通量變化率為零2處在勻強磁場中的矩形線圈abcd，以恒定的角速度繞ab邊轉動，磁場方向平行于紙面并與ab垂直。在t=0時刻，線圈平面與紙面重合(如圖2所示)，線圈的cd邊離開紙面向外運動。若規(guī)定由abcda方向的感應電流為正，則能反映線圈中感應電流I隨時間t變化的圖線是()知識點二交變電流的變化規(guī)律3閉合線圈在勻強磁場中勻速轉動，轉速為240r/min，若線圈平面轉至與磁場方向平行時的電動勢為2V，則從中性面開始計時，所產(chǎn)生的交流電動勢的表達式為e_V，電動勢的峰值為_V，從中性面起經(jīng)s，交流電動勢的大小為_V.4有一個10匝正方形線框，邊長為20cm，線框總電阻為1，線框繞OO軸以10rad/s的角速度勻速轉動，如圖3所示，垂直于線框平面向里的勻強磁場的磁感應強度為0.5T問：圖3(1)該線框產(chǎn)生的交變電流電動勢最大值、電流最大值分別是多少？(2)線框從圖示位置轉過60時，感應電動勢的瞬時值是多大？(3)寫出感應電動勢隨時間變化的表達式【方法技巧練】一、瞬時值、平均值的計算方法5矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸轉動，線圈共100匝，轉速為r/min，在轉動過程中穿過線圈的磁通量的最大值為0.03Wb，則線圈平面轉到與磁感線平行時，感應電動勢為多少？當線圈平面與中性面夾角為時，感應電動勢為多少？6如圖4所示，匝數(shù)為n，面積為S的矩形線圈在勻強磁場B中勻速轉動，角速度為，求線圈從圖示位置轉過180時間內的平均感應電動勢圖4二、交變電流圖象的應用7矩形線圈，繞垂直于勻強磁場并位于線圈平面內的固定軸轉動線圈中的感應電動勢e隨時間t的變化如圖5所示下面說法中正確的是()圖5At1時刻通過線圈的磁通量為零Bt2時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大Ct3時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大D每當e變換方向時，通過線圈的磁通量絕對值都為最大8一矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉動，穿過線圈的磁通量隨時間的變化圖象如圖6所示，則下列說法中，正確的是()圖6At0時刻，線圈平面與中性面垂直Bt0.01s時刻，穿過線圈平面的磁通量的變化率最大Ct0.02s時刻，線圈中有最大感應電動勢Dt0.03s時刻，線圈中有最大感應電流1關于線圈在勻強磁場中轉動產(chǎn)生的交變電流，下列說法中正確的是()A線圈平面每經(jīng)過中性面一次，感應電流方向就改變一次，感應電動勢方向不變B線圈每轉動一圈，感應電流方向就改變一次C線圈平面經(jīng)過中性面一次，感應電動勢和感應電流的方向都要改變一次D線圈每轉動一圈，感應電動勢和感應電流方向都要改變一次2線圈在磁場中勻速轉動產(chǎn)生交流電的瞬時電動勢為e10sin20tV，則下列說法正確的是()At0時，線圈平面位于中性面Bt0時，穿過線圈的磁通量最大Ct0時，導線切割磁感線的有效速度最大Dt0.4s時，e達到峰值10V3交流發(fā)電機在工作時的電動勢為eEmsint，若將其電樞的轉速提高1倍，其他條件不變，則其電動勢變?yōu)?)AEmsinB2EmsinCEmsin2tD2Emsin2t4一閉合矩形線圈abcd繞垂直于磁感線的固定軸OO勻速轉動，線圈平面位于如圖7甲所示的勻強磁場中通過線圈的磁通量隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說法正確的是()圖7At1、t3時刻通過線圈的磁通量變化率最大Bt1、t3時刻線圈中感應電流方向改變Ct2、t4時刻線圈中磁通量最大Dt2、t4時刻線圈中感應電動勢最小5如圖8所示，一正方形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸OO勻速轉動沿著OO觀察，線圈沿逆時針方向轉動已知勻強磁場的磁感應強度為B，線圈匝數(shù)為n，邊長為l，電阻為R，轉動的角速度為，則當線圈轉至圖示位置時()圖8A線圈中感應電流的方向為abcdaB線圈中的感應電流為C穿過線圈的磁通量為0D穿過線圈的磁通量的變化率為06如圖9所示，矩形線圈abcd，已知ab為L1，ad為L2，在磁感應強度為B的勻強磁場中繞OO軸以角速度(從圖中位置開始)勻速轉動，則線圈中感應電動勢的大小為()圖9A.BL1L2sin tB.BL1L2costCBL1L2sintDBL1L2cost7如圖10所示，一矩形線圈abcd放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點的軸OO以角速度逆時針勻速轉動若以線圈平面與磁場夾角0時(如圖)為計時起點，并規(guī)定當電流自a流向b時電流方向為正則下列四幅圖中正確的是()圖108如圖11甲所示，一矩形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉軸OO以恒定的角速度轉動當從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈中產(chǎn)生的交變電流按照圖乙所示的余弦規(guī)律變化，則在t時刻()圖11A線圈中的電流最大B穿過線圈的磁通量為零C線圈所受的安培力為零D線圈中的電流為零9如圖12所示，矩形線圈abcd在勻強磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉動，當線圈平面轉到與磁場方向平行時()圖12A線圈繞P1轉動時的電流等于繞P2轉動時的電流B線圈繞P1轉動時的電動勢小于繞P2轉動時的電動勢C線圈繞P1和P2轉動時電流的方向相同,都是abcdD線圈繞P1轉動時cd邊受到的安培力大于繞P2轉動時cd邊受到的安培力題號123456789答案10.一矩形線圈在勻強磁場中以角速度4rad/s勻速轉動，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖13所示則交變電流的頻率為_Hz，當t0時，線圈平面與磁感線_，當t0.5s時，e為_V.圖1311如圖14所示，在勻強磁場中有一個“n”形導線框可繞AB軸轉動，已知勻強磁場的磁感應強度BT，線框的CD邊長為l120cm，CE、DF邊長均為l210cm，轉速為50r/s.若從圖示位置開始計時：圖14(1)寫出線框中感應電動勢的瞬時值表達式；(2)在et坐標系中作出線框中感應電動勢隨時間變化關系的圖象12如圖15所示，勻強磁場B0.1T，所用矩形線圈的匝數(shù)N100，邊長ab0.2m，bc0.5m，以角速度100rad/s繞OO軸勻速轉動從線圈平面通過中性面時開始計時，試求：圖15(1)線圈中感應電動勢的大小(2)由t0至t過程中的平均電動勢值第二章交變電流第1節(jié)交變電流答案課前預習練1恒定電流交變電流2正弦交變EmsintnBS勻強垂直于磁場方向3CD直流電是方向不隨時間改變，交變電流是方向隨時間改變，正弦式交變電流是按正弦規(guī)律變化的交變電流，圖象中正、負表示電流方向A選項中電流數(shù)值總為正，表示電流方向不變，是直流電B選項中圖象雖為正弦，但由于電流總是正值，表示電流方向不變，電流大小隨時間變化，也是直流電C、D選項中電流強度和方向都隨時間做周期性變化，是交變電流因此，是交變電流的只有C和D，是正弦式交變電流的只有D.4BCDA中線圈中的磁通量始終是零，故無感應電流產(chǎn)生；B、C、D中都是線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉動，故能產(chǎn)生交流電，則B、C、D正確5A中性面和磁場垂直，磁通量最大，磁通量的變化率為零課堂探究練1C線圈在磁場中勻速轉動時，在電路中產(chǎn)生呈周期性變化的交變電流，線圈經(jīng)過中性面時電流改變方向，線圈每轉動一周，有兩次通過中性面，電流方向改變兩次，指針左右擺動一次，故A錯；線圈處于圖示位置時，ab邊向右運動，由右手定則，ab邊的感應電流方向為ab，故C對；線圈平面與磁場方向平行時，ab、cd邊垂直切割磁感線，線圈產(chǎn)生的電動勢最大，也可以這樣認為，線圈平面與磁場方向平行時，磁通量為零，但磁通量的變化率最大，B、D錯誤。點評線圈平面垂直于磁感線時，線圈中的感應電流為零，這一位置叫中性面線圈平面經(jīng)過中性面時，電流方向就發(fā)生改變線圈繞軸轉一周經(jīng)過中性面兩次，因此感應電流方向改變兩次線圈經(jīng)過中性面時，穿過線圈的磁通量最大，但磁通量的變化率為零(即各邊都不切割)，所以感應電動勢為零2C線圈在磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動時，可以產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的交流電對于圖示起始時刻，線圈的cd邊離開紙面向紙外運動，速度方向和磁場方向垂直，產(chǎn)生的電動勢的瞬時值最大；用右手定則判斷出電流方向為逆時針方向，與規(guī)定的正方向相同所以C對點評線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動時，可以產(chǎn)生按正弦規(guī)律變化的交流電其中“線圈”無特殊要求，即矩形線圈、圓形線圈等其他形狀都可，“繞某一軸勻速轉動”，只要求此軸垂直于磁場方向，沒有其他限制條件32sin8t21解析當線圈平面與磁場平行時(S/B)，感應電動勢最大，即Em2V，2n2rad/s8 rad/s，則從中性面開始計時，瞬時值表達式：eEmsint2sin8tV，當ts時，e2sin(8) V1V.點評當閉合線圈繞垂直于磁場的軸勻速轉動，且從中性面開始計時時產(chǎn)生正弦式交流電電動勢的表達式eEmsint，Em為最大值即當線圈平面與磁場方向平行時的瞬時值，為轉動角速度4(1)6.28 V6.28 A(2)5.44 V(3)e6.28sin 10t V解析(1)交變電流電動勢最大值為EmnBS100.50.2210V6.28V，電流的最大值為ImEm/RA6.28A.(2)線框轉過60時，感應電動勢eEmsin605.44V.(3)由于線框轉動是從中性面開始計時的，所以瞬時值表達式為eEmsint6.28sin10tV.點評電動勢最大值EmnBS.當計時起點為中性面位置時表達式為eEmsint當計時起點為線圈平面與磁場方向平行時，表達式為eEmcost.51VV解析由題意知：m0.03Wb2n2rad/srad/s.線圈轉至與磁感線平行時，感應電動勢最大，故EmnBSnm1000.03V1V瞬時值表達式eEmsintsinV當t時，esinVV.方法總結要記住兩個特殊位置感應電動勢的瞬時值，即中性面位置e0；線圈平面與磁感線平行的位置eEmnBS.確定線圈從哪個位置開始計時的，從而確定電動勢的瞬時值表達式是正弦形式還是余弦形式6.nBS解析由楞次定律可判斷線圈從圖示位置轉過180時間內，線圈中的平均感應電動勢E0.磁通量是沒有方向的標量，但卻有正負如果我們規(guī)定磁感線從線圈的一側穿入另一側，穿出磁通量為正，那么從另一側穿入這一側穿出時，磁通量就為負了設線圈轉過180時，穿過它的磁通量BS，那么圖示位置時穿過它的磁通量BS.由法拉第電磁感應定律得：nnnnBS.方法總結平均感應電動勢不等于始、末兩瞬時電動勢值的平均值，必須用法拉第電磁感應定律計算即n.7Dt1、t3時刻感應電動勢為零，線圈位于中性面位置，所以穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零，A、C錯誤；t2時刻感應電動勢最大，線圈位于中性面的垂面位置，穿過線圈的磁通量為零，B錯誤；由于線圈每過一次中性面時，穿過線圈的磁通量的絕對值最大，e變換方向，所以D正確方法總結當感應電動勢最大時，磁通量的變化率最大，磁通量卻最小8ABCD由題意可知msin t時，其感應電動勢應為eEmcos t，當t0時，0，線圈平面與中性面垂直，穿過線圈平面的磁通量的變化率最大，線圈中有最大的感應電動勢和感應電流，此類時刻還有0.01 s，0.02 s，0.03 s，所以答案為A、B、C、D.方法總結由En可知，交變電流的電動勢隨線圈的磁通量的變化而變化，即由的變化可推知感應電動勢的變化規(guī)律(當msint時eEmcost；當mcost時，eEmsint)課后鞏固練1C2AB根據(jù)交流電動勢的瞬時值表達式可判斷為正弦式交變電流，當t0時，e0，所以此時磁通量的變化率為零，導線切割磁感線的有效速度為零，但此時穿過線圈的磁通量最大，線圈平面位于中性面，所以A、B正確，C錯誤；當t0.4s時，e10sin20tV10sin8V0，所以D錯誤3D電樞轉速提高1倍，由2n知，角速度變?yōu)樵瓉淼?倍；由電動勢的最大值表達式EmnBS知，最大值也變?yōu)樵瓉淼?倍4Bt1、t3時刻通過線圈的磁通量的絕對值最大，磁通量變化率0，此時感應電動勢、感應電流為零，線圈中感應電流方向改變，A錯誤，B正確；t2、t4時刻線圈中磁通量為零，磁通量的變化率最大，即感應電動勢最大，C、D錯誤5BC圖示位置為垂直于中性面的位置，此時通過線圈的磁通量為零，但磁通量的變化率最大，感應電流也最大，I，由右手定則可判斷出線圈中感應電流的方向為adcba.6C線圈經(jīng)過時間t時，轉過角度，這時ab，cd邊切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢EabBL1vsin，EcdBL1vsin，bc，ad邊不切割磁感線不產(chǎn)生感應電動勢，故線圈中的感應電動勢為EEabEcd2BL1vsin2BL1L2sintBL1L2sint，故正確選項應為C.7D矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動，從線圈平面與磁場方向平行開始計時，產(chǎn)生的感應電流按余弦規(guī)律變化，由于t=0時，線圈的轉動方向如題圖，由右手定則判斷可得，此時ad中電流方向為由a到d，線圈中電流方向為adcba，與規(guī)定的電流正方向相反，電流為負值.又因為此時產(chǎn)生的感應電動勢最大，故只有D正確。8CDt，此時線圈位于中性面位置，所以穿過線圈的磁通量最大，B錯誤；由于此時感應電動勢為零，所以線圈中電流為零，線圈所受的安培力為零，A錯誤，C、D正確9A無論是繞P1轉動還是繞P2轉動，線圈轉到圖示位置時產(chǎn)生的電動勢都為最大值Em=nBS，由歐姆定律可知此時I相等，A對，B錯；由右手定則可知線圈中電流方向為adcba，故C錯；cd邊所受的安培力FBLcdI，故F一樣大，D錯102垂直0解析Ts，則交流電的頻率f2Hz.由圖象知t0時，e0，線圈位于中性面位置，線圈平面和磁感線垂直；當t0.5s時，t2ft2，e0.11(1)e10cos100tV(2)見解析解析(1)線框轉動，開始計時的位置為線圈平面與磁感線平行的位置，產(chǎn)生的交變電流按余弦規(guī)律變化，在t時刻線框轉過的角度為t，此時刻eBL1L2cost，即eBScost，其中BT，S0.10.2m20.02m2，2n250rad/s100 rad/s，故e0.02100cos100tV，即e10cos100tV.(2)T0.02s，線框中感應電動勢隨時間變化關系的圖象如下圖所示12(1)314sin100tV(2)200V解析(1)解法一線圈經(jīng)過時間t轉過角度t，這時bc和da邊不切割磁感線，ab和cd邊切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢eabecdNBvsint，其中v，所以eeabecd2eab2NBsintNBSsint，EmNBS1000.10.1100V314V，e314sin100tV解法二感應電動勢的瞬時值eNBSsint，由題可知S0.20.5m20.1m2，EmNBS1000.10.1100V314V，所以e314sin 100t V.(2)用EN計算t0至t過程中的平均電動勢ENN即ENBS.代入數(shù)值得E200V.