高中物理1 交变电流当堂检测题

这是一份高中物理1 交变电流当堂检测题，共5页。
1．关于交变电流和直流电的说法中，正确的是( )
A．如果电流大小随时间做周期性变化，则一定是交变电流
B．直流电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
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
解析：选D 如果只有电流大小做周期性变化而电流方向不变，则为直流电，故A错误；直流电的大小可以变化，但方向一定不变，故B错误；只要电流的方向发生变化，就是交流电，不一定是按正弦或余弦规律变化的，故C错误；交流电的最大特征是电流的方向发生周期性变化，故D正确。
2．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法正确的是( )
A．在中性面时，通过线圈的磁通量最小
B．在中性面时，磁通量的变化率最大，感应电动势最大
C．线圈通过中性面时，电流的方向发生改变
D．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零
解析：选C 在中性面时，线圈与磁场垂直，磁通量最大，故A错误；在中性面时，没有边切割磁感线，感应电动势为零，故B错误；线圈每次通过中性面，电流的方向均会发生改变，故C正确；穿过线圈的磁通量为零时，线圈与磁场平行，有两边垂直切割磁感线，感应电动势最大，故D错误。
3．矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生如图所示的交流电，设沿a→b→c→d→a方向为电流正方向，则对应t1时刻线圈位置为下列哪一个图( )
解析：选A 由题图可知，t1时刻感应电动势最大，此时线圈处于垂直中性面位置。根据右手定则可以判定A图ab中的电流从a流向b，与规定的正方向一致，故A正确，B、C、D错误。
4.如图所示为演示交变电流产生的装置图，当图中线圈转动时，下列说法正确的是( )
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边中的感应电流方向为a→b
D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零
解析：选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，故选项A错误；线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边中的感应电流方向为a→b，故选项B错误，选项C正确；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，选项D错误。
5.如图所示，正方形线圈abcd绕对称轴OO′在匀强磁场中匀速转动，线圈匝数为N，当转动的角速度为ω时，感应电动势瞬时值表达式为e＝NBSωcs ωt(由图示位置开始计时)。若其他条件不变，只是线圈的转速提高到原来的2倍，则表达式变为( )
A．e＝NBSωcs 2ωt B．e＝NBSωcs ωt
C．e＝2NBSωcs 2ωt D．e＝NBSeq \f(ω,2)cseq \f(1,2)ωt
解析：选C 当线圈转速提高到原来的2倍，则角速度也变为原来的2倍，其感应电动势的瞬时值表达式为e＝2NBSωcs 2ωt，故C选项正确。
6.如图所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图示位置时( )
A．穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最大
B．穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率最大
C．穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率最小
D．穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最小
解析：选A 当线圈处于题图中所示位置时，线圈与磁场方向平行，磁通量为零，最小；该位置与中性面垂直，感应电动势最大，根据法拉第电磁感应定律公式E＝neq \f(ΔΦ,Δt)，可知磁通量的变化率eq \f(ΔΦ,Δt)最大，故A正确，B、C、D错误。
7．[多选]如图所示，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( )
A．线圈所在位置为中性面，感应电流为零
B．线圈中的感应电流为eq \f(nBl2ω,R)
C．穿过线圈的磁通量为0
D．线圈中感应电流的方向为abcda
解析：选BC 线圈所在的位置是垂直中性面的位置，感应电流最大，故A错误；由题可知电动势e＝nBωl2，依据欧姆定律可知电流I＝eq \f(E,R)＝eq \f(nBl2ω,R)，故B正确；依据磁通量的特点，此时刻穿过线圈的磁通量为0，故C正确；依据楞次定律，线圈中感应电流的方向为adcba，故D错误。
8.如图所示为某正弦式交变电流的图像，则该电流的瞬时值表达式为( )
A．i＝10eq \r(2)sin (100πt)A
B．i＝10sin (100πt)A
C．i＝20eq \r(2)sin (50πt)A
D．i＝20sin (100πt)A
解析：选D 由题图可知交流电的周期T＝0.02 s，故线圈旋转的角速度为ω＝eq \f(2π,T)＝100π rad/s，由题图可知，该电流为正弦式交变电流，故i＝Imsin ωt＝Imsin(100πt)A，当t＝0.002 5 s时，i＝14.14 A，故14.14＝Imsin(100π×0.002 5)，解得Im＝20 A，故该电流的瞬时值表达式为i＝20sin(100πt)A，故选项D正确。
9.线圈的匝数为100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( )
A．在t＝0和t＝0.2 s时，线圈平面和磁场垂直，电动势最大
B．在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，线圈平面和磁场垂直，电动势为零
C．在t＝0.2 s和t＝0.4 s时电流改变方向
D．在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，线圈切割磁感线的有效速率最大
解析：选B 在t＝0和t＝0.2 s时，磁通量最小，线圈位于与中性面垂直位置，感应电动势最大，故A错误；在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，磁通量最大，线圈位于中性面位置，感应电动势为零，故B正确；在t＝0.2 s和t＝0.4 s时，磁通量最小，线圈位于与中性面垂直位置，电流方向没有发生变化，故C错误；在t＝0.1 s和t＝0.3 s时，磁通量最大，线圈处于中性面位置，感应电动势为零，故磁通量变化率为零，线圈切割磁感线的有效速率最小，故D错误。
10.如图所示，线圈abcd的面积是0.05 m2，共200匝；线圈总电阻r＝1 Ω，外接电阻R＝9 Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝eq \f(1,π) T，线圈以角速度ω＝100π rad/s匀速转动。若线圈经图示位置时开始计时，写出线圈中感应电动势峰值和瞬时值的表达式。
解析：感应电动势最大值为
Em＝NBSω＝200×eq \f(1,π)×0.05×100π V＝1 000 V，
由于从中性面开始计时，则瞬时值表达式为：
e＝Emsin ωt＝1 000sin(100πt) V。
答案：1 000 V e＝1 000sin(100πt) V
B级—选考提能
11.一台发电机的结构示意图如图所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M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的辐向磁场。从如图所示位置开始计时，规定此时电动势为正值，选项图中能正确反映线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律的是( )
解析：选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，所以产生的感应电动势的方向也要改变两次，选项D正确。
12.如图所示，面积为S的N匝矩形线圈，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直磁场的轴以角速度ω匀速转动，就可在线圈中产生正弦式电流，图示位置线圈平面与磁场平行，下列说法正确的是( )
A．线圈从图示位置转90°的过程磁通量的变化为NBS
B．线圈转到中性面位置时产生的感应电动势为NBSω
C．线圈转到图示位置时磁通量的变化率为BSω
D．线圈从图示位置开始计时，感应电动势e随时间t变化的函数为e＝NBSωsin ωt
解析：选C 线圈从题图所示位置转90°的过程磁通量的变化为ΔΦ＝BS－0＝BS，故选项A错误；线圈转到中性面位置时瞬时速度方向与磁场方向平行，该时刻产生的感应电动势为0，故选项B错误；根据法拉第电磁感应定律Em＝NBSω＝Neq \f(ΔΦ,Δt)，故磁通量的变化率为eq \f(ΔΦ,Δt)＝BSω，故选项C正确；线圈从题图所示位置开始计时，感应电动势e随时间t变化的函数为e＝NBSωcs ωt，故选项D错误。
13.如图所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为a，宽度为b，共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速转动，沿转轴OO′方向看去，线圈沿逆时针方向转动，t＝0时刻线圈平面如图所示。
(1)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式。
(2)求线圈从t＝0位置开始到转过60°时的瞬时电流。
解析：(1)最大感应电动势Em＝nBabω
从中性面的垂直平面开始计时，所以感应电动势的瞬时值表达式为e＝nBabωcs ωt。
(2)线圈从t＝0位置开始到转过60°时的瞬时电动势为
e＝nBabωcs 60°＝eq \f(nBabω,2)
i＝eq \f(e,r＋R)＝eq \f(nBabω,2r＋R)。
答案：(1)e＝nBabωcs ωt (2)eq \f(nBabω,2r＋R)