高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流课后测评

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流课后测评，共10页。试卷主要包含了单选题，多选题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题
1.如图所示,线圈按下列方式在匀强磁场中匀速转动,能产生正弦交变电流的是( )
2.如图所示,矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动,产生了交变电流,下列说法正确的是( )
A.当线框位于中性面时,线框中感应电动势最大
B.当穿过线框的磁通量为零时,线框中的感应电动势也为零
C.当穿过线框的磁通量为零时,线框中的磁通量变化率最大
D.线框经过如图位置时,电流方向将发生改变
3.如图所示的各图像中表示交变电流的是( )
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,线圈平面位于图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,则( )
A.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B.t1、t3时刻前后线圈中感应电流方向相同
C.t2、t4时刻通过线圈的磁通量变化率最小
D.t2、t4时刻线圈中感应电动势最大
5.交流发电机正常工作时,电动势的变化规律为e=Emsin ωt。如果把发电机转子的转速减小一半,并且把电枢线圈的匝数增加一倍,其他条件不变,则电动势e'的变化规律为( )
A.e'=2Emsin ωtB.e'=Emsin ω2t
C.e'=2Emsin ω2tD.e'=Emsin 2ωt
6.如图所示,图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦式交变电流的图像,当调整线圈转速后,所产生的正弦式交变电流的图像如图线b所示,关于这两个正弦式交变电流的说法,正确的是( )
A.线圈先后两次转速之比为1∶2
B.交变电流a的电压瞬时值u=10sin 0.4πt(V)
C.交变电流b的电压最大值为203 V
D.在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量为0
7.如图所示,KLMN是一个竖直的匝数为n的矩形导线框,全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中,线框面积为S,电阻为R,MN边水平,线框绕竖直固定轴以角速度ω匀速转动(俯视逆时针)。当MN边与磁场方向的夹角为30°时(图示位置),下列说法正确的是( )
A.导线框中产生的瞬时电动势的大小是32nBSω
B.导线框中电流的方向是K→L→M→N→K
C.导线框再转过60°时导线框中产生的电流达到最大值
D.导线框旋转过程中穿过导线框的磁通量的变化率恒定
8.一闭合矩形线圈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( )
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时刻通过线圈的磁通量最大
D.t2、t4时刻线圈中感应电动势最小
二、多选题
9.如图所示,abcd为一边长为l、匝数为N的正方形闭合线圈,绕对称轴OO'匀速转动,角速度为ω。空间中只有OO'左侧存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B。若闭合线圈的总电阻为R,则( )
A.线圈中电动势的最大值为22NBl2ω
B.线圈中电动势的最大值为12NBl2ω
C.在线圈转动一圈的过程中,线圈中有一半时间没有电流
D.当线圈转到图中所处的位置时,穿过线圈的磁通量为12Bl2
10.如图甲所示,一个矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的OO'轴匀速转动。线圈内磁通量随时间t的变化如图乙所示,则下列说法正确的是( )
A.t1时刻线圈中的感应电动势最大
B.t2时刻ab的运动方向与磁场方向垂直
C.t3时刻线圈平面与中性面重合
D.t4、t5时刻线圈中感应电流的大小相同
11.在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,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。则下列说法正确的是( )
A.t=0.01 s时穿过线框的磁通量最小
B.该交变电动势的最大值为112 V
C.该交变电动势的瞬时值表达式为e=222sin 100πt(V)
D.电动势瞬时值为22 V时,线圈平面与中性面的夹角为45°
三、非选择题
12.小型旋转电枢式交流发电机的原理图如图甲所示,其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO'匀速转动,线圈的匝数N=100,电阻r=10 Ω,线圈的两端经滑环与电阻R连接,电阻R=90 Ω,与R并联的交流电压表为理想电表。在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图乙所示正弦规律变化。
(1)求交流发电机产生的电动势的最大值。
(2)求电阻R两端的电压随时间变化的表达式。
13.如图所示,线圈abcd的面积是0.05 m2,共100匝,线圈的总电阻r=1 Ω,外接电阻R=9 Ω,匀强磁场的磁感应强度B=1π T,线圈以角速度ω=100π rad/s匀速转动。
(1)若线圈经过图示位置(线圈平面与磁感线垂直)时开始计时,写出线圈中感应电动势瞬时值的表达式。
(2)写出交变电流的瞬时值表达式。
(3)求线圈由图示位置转过π2的过程中,电动势的平均值。
14.如图所示,在匀强磁场中有一个“π”形导线框,可绕AB轴转动,已知匀强磁场的磁感应强度B=52π T,线框相邻两边相互垂直,其中CD边长为20 cm,CE、DF长均为10 cm,转速为50 r/s。若从图示CEFD平面平行磁场位置开始计时:
(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式。
(2)求出由图示位置转过30°过程中线框产生的平均电动势。
(3)作出线框中感应电动势随时间变化的e-t图像。
标准答案
一、单选题
1.答案:C
2.答案:C
3.答案:D
解析:选项A、B、C的图像中,图线都分布在t轴的一侧,即电流方向没有发生变化,都表示直流;选项D的图像中,图线分布在t轴两侧,电流的大小、方向均做周期性变化,是交变电流。故选项D正确。
4.答案:D
解析:t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大,而磁通量的变化率等于零,选项A错误;t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大,线圈处于中性面,线圈中感应电流方向改变,选项B错误;t2、t4时刻磁通量为零,线圈与磁场平行,磁通量的变化率最大,线圈中感应电动势最大,选项C错误,D正确。
5.答案:B
解析:把发电机转子的转速减小一半,根据ω=2πn可知角速度ω变为12ω;再把电枢线圈的匝数增加一倍,根据Em=NBωS可知最大值Em不变,则电动势e'的变化规律为e'=Emsin ω2t,选项B正确。
6.答案:C
解析:由题图可知,周期Ta=0.4 s,Tb=0.6 s,则线圈先后两次转速之比na∶nb=Tb∶Ta=3∶2,选项A错误。交变电流a的电压最大值为10 V,角速度为ωa=2πTa=5π rad/s,电压的瞬时值表达式为u=10sin 5πt(V),选项B错误。电动势的最大值为Em=NBSω,交变
电流a和b的电压的最大值之比Uma∶Umb=Ema∶Emb=ωa∶ωb=2πTa∶2πTb=3∶2,则交变电流b的电压最大值为203 V,选项C正确。t=0时刻u=0,此时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零,而磁通量最大,选项D错误。
7.答案:A
解析:导线框中产生的瞬时电动势的大小是e=Emcs 30°=nBωScs 30°=32nBSω,选项A正确。由楞次定律可知,导线框中电流的方向是K→N→M→L→K,选项B错误。线框与磁感线平行时感应电流最大,则导线框再转过150°时导线框中产生的电流达到最大值,选项C错误。导线框旋转过程中由于感应电动势不断变化,根据E=nΔΦΔt,穿过导线框的磁通量的变化率ΔΦΔt=En不断变化,选项D错误。
8.答案:B
解析:t1、t3时刻通过线圈的磁通量Φ最大,磁通量变化率为零,此时感应电动势、感应电流均为零,线圈中感应电流方向改变,选项A错误,B正确。t2、t4时刻通过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率最大,即感应电动势最大,选项C、D错误。
二、多选题
9.答案:BD
解析:电动势的最大值Em=NBSω=12NBl2ω,选项A错误,B正确。在线圈转动的过程中,线圈始终有一半在磁场中运动,不会有一半时间没有电流,选项C错误。题图中所示位置,穿过线圈的磁通量为12Bl2,选项D正确。
10.答案:BC
解析:t1时刻通过线圈的磁通量Φ最大,磁通量变化率ΔΦΔt最小,此时感应电动势为零,选项A错误。在t2、t4时刻感应电动势为Em,此时ab、cd的运动方向垂直于磁场
方向,选项B正确。t1、t3、t5时刻,Φ最大,ΔΦΔt=0,此时线圈平面垂直于磁场方向,与中性面重合,选项C正确。t5时刻感应电流为零,选项D错误。
11.答案:CD
解析:t=0.01 s时电动势为零,线圈平面与磁场方向垂直,此时穿过线圈的磁通量最大,选项A错误。由题图可知,交变电动势的最大值Em=222 V,线圈转动的角速度ω=2πT=2π0.02 rad/s=100π rad/s,该交变电动势的瞬时值表达式为e=222sin 100πt(V),选项C正确,B错误。把电动势瞬时值22 V代入e=222sin 100πt(V),得线圈平面与中性面的夹角为45°,选项D正确。
三、非选择题
12.
解:(1)线圈转动的角速度为
ω=2πT=2× 8 rad/s=100 rad/s,
产生的最大感应电动势为Em=NBSω=NΦmω=100×2×10-2×100 V=200 V。
(2)根据闭合电路欧姆定律得,电阻R两端的电压的最大值
Um=EmR+rR=20090+10×90 V=180 V,
故电阻R两端的电压随时间变化的表达式
u=180cs 100t(V)。
13.解:(1)线圈中感应电动势的最大值为
Em=nBSω=100×1π×0.05×100π V=500 V
线圈中感应电动势瞬时值e=Emsin ωt
所以e=500sin 100πt(V)。
(2)交变电流的最大值Im=EmR+r=5009+1 A=50 A
所以电流的瞬时值表达式为i=50sin 100πt(A)。
(3)E=nΔΦΔt=2nBSωπ=1 000π V。
14解:(1)线框转动,开始计时的位置为线框平面与磁感线平行的位置,CD边长为l1=20 cm,CE、DF边长为l2=10 cm,在t时刻线框转过的角度为ωt,此时刻e=Bl1l2ωcs ωt
其中B=52π T
l1·l2=0.2×0.1 m2=0.02 m2
ω=2πn=2π×50 rad/s=100π rad/s
故e=52π×0.02×100πcs 100πt(V)
即e=102 cs 100πt(V)。
(2)线框由题图所示位置转过30°的过程中,有
ΔΦ=12Bl1l2
Δt=π6ω
则平均电动势E=ΔΦΔt=302π V。
(3)线框中感应电动势随时间变化的图像如图所示。