（2021新人教版）高中物理选择性必修第二册课时分层作业9 交变电流检测.doc

1、1/7 课时分层作业课时分层作业( (九九) ) (建议用时：建议用时：25 分钟分钟) 考点一考点一正弦交变电流的产生正弦交变电流的产生 1关于交变电流和直流电流的说法中正确的是关于交变电流和直流电流的说法中正确的是() A如果电流大小随时间做周期性变化如果电流大小随时间做周期性变化，则一定是交变电流则一定是交变电流 B直流电流的大小和方向一定不变直流电流的大小和方向一定不变 C交变电流一定是按正弦规律变化的交变电流一定是按正弦规律变化的 D交变电流的最大特征就是电流的方向随时间做周期性的变化交变电流的最大特征就是电流的方向随时间做周期性的变化 D直流电的特征是电流的方向不变，电流的大小可以

2、改变。交变电流的直流电的特征是电流的方向不变，电流的大小可以改变。交变电流的 特征是电流的大小和方向随时间改变。交变电流有多种形式，正弦式交流电只特征是电流的大小和方向随时间改变。交变电流有多种形式，正弦式交流电只 是交变电流中最基本、最简单的一种，故选是交变电流中最基本、最简单的一种，故选 D。 考点二考点二对交变电流的变化规律的理解对交变电流的变化规律的理解 2(多选多选)一矩形闭合线圈在匀强磁场中匀速转动一矩形闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈平面通过中性面当线圈平面通过中性面 时时() A线圈平面与磁感线垂直线圈平面与磁感线垂直，此时通过线圈的磁通量最大此时通过线圈的磁通量最大 B通

3、过线圈磁通量的变化率达最大值通过线圈磁通量的变化率达最大值 C线圈中感应电流为零线圈中感应电流为零 D此位置前后的感应电流方向相反此位置前后的感应电流方向相反 ACD当线圈平面通过中性面时当线圈平面通过中性面时，线圈平面与磁感线垂直线圈平面与磁感线垂直，通过线圈的磁通过线圈的磁 通量最大，通过线圈磁通量的变化率为零，线圈中感应电流为零，此位置前后通量最大，通过线圈磁通量的变化率为零，线圈中感应电流为零，此位置前后 的感应电流方向相反，故选项的感应电流方向相反，故选项 A、C、D 正确，正确，B 错误。错误。 3如图所示如图所示，在水平匀强磁场中一矩形闭合线圈绕在水平匀强磁场中一矩形闭合线圈绕

4、OO轴匀速转动轴匀速转动，若要若要 使线圈中的电流峰值减半使线圈中的电流峰值减半，不可行的方法是不可行的方法是() 2/7 A只将线圈的转速减半只将线圈的转速减半 B只将线圈的匝数减半只将线圈的匝数减半 C只将匀强磁场的磁感应强度减半只将匀强磁场的磁感应强度减半 D只将线圈的边长减半只将线圈的边长减半 B由由 ImEm R ，EmNBS，2n，得，得 ImNBS2n R ，故，故 A、C 可行可行； 因电阻因电阻 R 与匝数有关与匝数有关，当匝数减半时电阻当匝数减半时电阻 R 也随之减半也随之减半，则则 Im不变不变，故故 B 不可不可 行；当边长减半时，面积行；当边长减半时，面积 S 减为原

5、来的减为原来的1 4，而电阻减为原来的 ，而电阻减为原来的1 2，故 ，故 D 可行。可行。 4如图所示如图所示，一单匝矩形线圈一单匝矩形线圈 abcd，已知已知 ab 边长为边长为 l1，bc 边长为边长为 l2，在在 磁感应强度为磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕的匀强磁场中绕 OO轴以角速度轴以角速度从图示位置开始匀速转动从图示位置开始匀速转动， 则则 t 时刻线圈中的感应电动势为时刻线圈中的感应电动势为() A0.5Bl1l2sin tB0.5Bl1l2cos t CBl1l2sin tDBl1l2cos t D线圈从题图位置开始转动，感应电动势瞬时值表达式为线圈从题图位置开始转动，感应

6、电动势瞬时值表达式为 eEmcos t， 由题意，由题意，EmBSBl1l2，所以，所以 eBl1l2cos t。 5 如图所示如图所示， 矩形线圈矩形线圈 abcd 在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴轴 P1和和 P2以相同的角速度匀速转动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当线圈平面转到与磁场方向平行时() A线圈绕线圈绕 P1转动时的电流等于绕转动时的电流等于绕 P2转动时的电流转动时的电流 B线圈绕线圈绕 P1转动时的电动势小于绕转动时的电动势小于绕 P2转动时的电动势转动时的电动势 C线圈绕线圈绕 P1和和 P2转动时电流

7、的方向相同转动时电流的方向相同，都是 都是 abcda D线圈绕线圈绕 P1转动时转动时 dc 边受到的安培力大于绕边受到的安培力大于绕 P2转动时转动时 dc 边受到的安培边受到的安培 力力 3/7 A线圈绕垂直于磁场方向的轴转动产生交变电流，产生的电流、电动势线圈绕垂直于磁场方向的轴转动产生交变电流，产生的电流、电动势 及线圈各边所受安培力大小与转轴所在位置无关，故选项及线圈各边所受安培力大小与转轴所在位置无关，故选项 A 正确，选项正确，选项 B、D 错误；图示时刻产生电流的方向为错误；图示时刻产生电流的方向为 adcba，故选项，故选项 C 错误。错误。 考点三考点三交变电流的图像交变

8、电流的图像 6 (多选多选)某线圈在匀强磁场中匀速转动某线圈在匀强磁场中匀速转动， 穿过它的磁通量穿过它的磁通量随时间变化的规随时间变化的规 律如图所示律如图所示，则则() At1时刻时刻，穿过线圈的磁通量的变化率最大穿过线圈的磁通量的变化率最大 Bt2时刻时刻，穿过线圈的磁通量的变化率为零穿过线圈的磁通量的变化率为零 Ct3时刻时刻，线圈中的感应电动势为零线圈中的感应电动势为零 Dt4时刻时刻，线圈中的感应电动势最大线圈中的感应电动势最大 CDt1时刻时刻，最大最大，但但 t 为零为零，A 错误错误；t2时刻时刻，等于零等于零，但但 t 最大最大， B 错误；错误；t3时刻，时刻，最大，最大

9、， t 等于零，感应电动势等于零，等于零，感应电动势等于零，C 正确；正确；t4时刻，时刻， 等于零，但等于零，但 t 最大，感应电动势最大，最大，感应电动势最大，D 正确。正确。 7线圈在匀强磁场中匀速转动线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图像如图所示产生交变电流的图像如图所示，由图可知由图可知 () A在在 A 和和 C 时刻线圈处于中性面位置时刻线圈处于中性面位置 B在在 B 和和 D 时刻穿过线圈的磁通量为零时刻穿过线圈的磁通量为零 C从从 A 时刻到时刻到 D 时刻线圈转过的角度为时刻线圈转过的角度为弧度弧度 D在在 A 和和 C 时刻磁通量变化率的绝对值最大时刻磁通量变化率的

10、绝对值最大 D当线圈在匀强磁场中处于中性面位置时，磁通量最大，感应电动势为当线圈在匀强磁场中处于中性面位置时，磁通量最大，感应电动势为 零零，感应电流为零感应电流为零，B、D 两时刻线圈位于中性面两时刻线圈位于中性面。当线圈平面与磁感线平行时当线圈平面与磁感线平行时， 4/7 磁通量为零磁通量为零，磁通量的变化率最大磁通量的变化率最大，感应电动势最大感应电动势最大，感应电流最大感应电流最大，A、C 时时 刻线圈平面与磁感线平行，刻线圈平面与磁感线平行，D 正确，正确，A、B 错误；从错误；从 A 时刻到时刻到 D 时刻线圈转过时刻线圈转过 的角度为的角度为3 2 弧度，弧度，C 错误。错误。

11、8已知矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动已知矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的穿过线圈的 磁通量随时间变化的图像如图甲所示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则下列说法正确的是() 甲甲乙乙 At0 时刻线圈平面与中性面垂直时刻线圈平面与中性面垂直 Bt0.01 s 时刻时刻的变化率达最大的变化率达最大 Ct0.02 s 时刻感应电动势达到最大时刻感应电动势达到最大 D该线圈相应的感应电动势图像如图乙所示该线圈相应的感应电动势图像如图乙所示 Bt0 时刻磁通量最大，线圈位于中性面位置，故时刻磁通量最大，线圈位于中性面位置，故 A 错误；错误；

12、t0.01 s 时时 刻磁通量为零，线圈位于垂直中性面的位置，电动势最大，磁通量的变化率最刻磁通量为零，线圈位于垂直中性面的位置，电动势最大，磁通量的变化率最 大，故大，故 B 正确；正确；t0.02 s 时刻磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势时刻磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势 为零，故为零，故 C 错误；感应电动势与磁通量的变化率成正比，电动势随时间变化的错误；感应电动势与磁通量的变化率成正比，电动势随时间变化的 图像为正弦曲线，图像为正弦曲线，D 错误。错误。 9(多选多选)在匀强磁场中在匀强磁场中，一矩形金属线框在匀强磁场中绕与磁感线垂直的一矩形金属线框在匀强磁场中绕

13、与磁感线垂直的 转动轴匀速转动如图甲所示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则下列说法正确的是() At0.01 s 时穿过线框的磁通量最小时穿过线框的磁通量最小 Bt0.01 s 时穿过线框的磁通量变化率最大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该线框匀速转动的角速度大小为 100 rad/s D电动势瞬时值为电动势瞬时值为 22 V 时时，线圈平面与中性面的夹角可能为线圈平面与中性面的夹角可能为 45 5/7 CD由图像知：由图像知：t0.01 s 时感应电动势为零，则穿过

14、线框的磁通量最大时感应电动势为零，则穿过线框的磁通量最大， 磁通量变化率最小磁通量变化率最小， 故故 A、 B 错误错误； 由图像得出周期由图像得出周期 T0.02 s， 所以所以2 T 100 rad/s，故故 C 正确正确；当当 t0 时时，电动势为零电动势为零，线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向垂直，故该交故该交 变电动势的瞬时值表达式为变电动势的瞬时值表达式为 e22 2sin(100t)V，电动势瞬时值为，电动势瞬时值为 22 V 时，代时，代 入瞬时表达式入瞬时表达式，则有线圈平面与中性面的夹角正弦值则有线圈平面与中性面的夹角正弦值 sin 22 22 2 2 2 ，所以线所

15、以线 圈平面与中性面的夹角可能为圈平面与中性面的夹角可能为 45，故，故 D 正确。正确。 (建议用时：建议用时：15 分钟分钟) 10 一台发电机的结构示意图如图所示一台发电机的结构示意图如图所示， 其中其中 N、 S 是永久磁铁的两个磁极是永久磁铁的两个磁极， 它们的表面呈半圆柱面形状它们的表面呈半圆柱面形状。M 是圆柱形铁芯是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈铁芯外套有一矩形线圈，线圈线圈 绕铁芯绕铁芯 M 中心的固定转轴匀速转动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磁极与铁芯之间的缝隙中形成沿半径方向 的辐向磁场的辐向磁场。从如图所示位置开始计时从如图所示位置开始计

16、时，规定此时电动势为正值规定此时电动势为正值，选项图中能选项图中能 正确反映线圈中的感应电动势正确反映线圈中的感应电动势 e 随时间随时间 t 的变化规律的是的变化规律的是() AB CD 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，由于每个周期磁场圈始终垂直切割磁感线，所以产生的感应电动势大小不变，由于每个周期磁场 方向要改变两次方向要改变两次，所以产生的感应电动势的方向也要改变两次所以产生的感应电动势的方向也要改变两次，选项选项 D 正确正确。 11在垂直纸面

17、向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈在垂直纸面向里的有界匀强磁场中放置了矩形线圈 abcd。线圈线圈 cd 边沿边沿 竖直方向且与磁场的右边界重合竖直方向且与磁场的右边界重合。线圈平面与磁场方向垂直线圈平面与磁场方向垂直。从从 t0 时刻起时刻起， 6/7 线圈以恒定角速度线圈以恒定角速度2 T 绕绕 cd 边沿如图所示方向转动边沿如图所示方向转动， 规定线圈中电流沿规定线圈中电流沿 abcda 方向为正方向方向为正方向，则从则从 t0 到到 tT 时间内时间内，线圈中的电流线圈中的电流 i 随时间随时间 t 变化关系的变化关系的 图像为图像为() ABCD B在在 0T 4内，线圈在匀强磁场中

18、匀速转动，故产生正弦式交流电，由楞 内，线圈在匀强磁场中匀速转动，故产生正弦式交流电，由楞 次定律知次定律知，电流方向为负值电流方向为负值；在在T 4 3 4T 内 内，线圈中无感应电流线圈中无感应电流；在在 3 4T 时 时，ab 边边 垂直切割磁感线，感应电流最大，且电流方向为正值，故只有垂直切割磁感线，感应电流最大，且电流方向为正值，故只有 B 项正确。项正确。 12一矩形线圈有一矩形线圈有 100 匝匝，面积为面积为 50 cm2，线圈内阻线圈内阻 r 2 ，在匀强磁场在匀强磁场 中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从线圈平面与磁场平行时开始计时从线圈平面与磁

19、场平行时开始计时，已知已知 磁感应强度磁感应强度 B0.5 T，线圈的转速线圈的转速 n1 200 r/min，外接一用电器外接一用电器，电阻为电阻为 R 18 ，试写出试写出 R 两端电压瞬时值的表达式两端电压瞬时值的表达式。 解析解析角速度角速度2n21 200 60 rad/s40 rad/s， 最大值最大值 EmNBS1000.55010 4 40 V10 V， 线圈中感应电动势线圈中感应电动势 eEmcos t10cos 40t(V)， 由闭合电路欧姆定律由闭合电路欧姆定律 i e Rr e 20 A， 故故 R 两端电压两端电压 uRi18 1 20 10cos 40t(V)， 即

20、即 u9cos 40t(V)。 答案答案u9cos 40t(V) 7/7 13一矩形线圈一矩形线圈，面积是面积是 0.05 m2，共共 100 匝匝，线圈电阻线圈电阻 r1 ，外接电外接电阻阻 R4 ， 线圈在磁感应强度线圈在磁感应强度 B1 T 的匀强磁场中以 的匀强磁场中以 n300 r/min 的转速绕垂直的转速绕垂直 于磁感线的轴匀速转动于磁感线的轴匀速转动，如图所示如图所示，若从中性面开始计时若从中性面开始计时，求：求： (1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式；线圈中感应电动势的瞬时值表达式； (2)线圈从开始计时经线圈从开始计时经 1 30 s 时线圈中由此得到的感应电流的瞬时值；时

21、线圈中由此得到的感应电流的瞬时值； (3)外电路外电路 R 两端电压瞬时值的表达式两端电压瞬时值的表达式。 解析解析(1)线圈转速线圈转速 n300 r/min5 r/s， 角速度角速度2n10 rad/s， 线圈产生的感应电动势最大值线圈产生的感应电动势最大值 EmNBS50 V， 由此得到的感应电动势瞬时值表达式为由此得到的感应电动势瞬时值表达式为 eEmsin t50sin10t(V)。 (2)将将 t 1 30 s 代入感应电动势瞬时值表达式中，得代入感应电动势瞬时值表达式中，得 e50sin 10 1 30 V25 3 V， 对应的感应电流对应的感应电流 i e Rr 5 3A。 (3)由欧姆定律得由欧姆定律得 u e RrR 40sin10t(V)。 答案答案(1)e50sin 10t(V)(2)5 3A (3)u40sin 10t(V)