教科版 (2019)1 交变电流同步测试题

第三章分层作业16　交变电流

A级 必备知识基础练

1.(多选)下列所示图像属于交变电流的有(　　)

2.如图所示,由交流发电机、定值电阻R、电流表A组成的闭合回路,线圈ABCD逆时针方向转动,图示位置磁感线与线圈平面平行,下列说法正确的是(　　)

A.t3、t4时刻线圈中感应电动势最小

B.t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变

C.线圈转到图示位置时,线圈中磁通量变化率为零

D.线圈转到图示位置时,感应电流方向为A→B→C→D→A

3.如图所示,边长为L的正方形线框在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中,以周期T绕OO'轴匀速转动,从图示位置开始计时,下列说法正确的是(　　)

A.图示位置与中性面垂直

B.回路中产生稳恒直流电

C.t=时,电流方向将发生改变

D.t=时,穿过线框的磁通量为0

4.图甲、乙是交流发电机示意图,线圈ABCD在磁场中匀速转动。下列说法正确的是(　　)

A.图甲中穿过线圈的磁通量最大,电路中的感应电流最大

B.图乙中穿过线圈的磁通量为零,电路中的感应电流为零

C.图甲中穿过线圈的磁通量变化率为零,电路中的感应电流为零

D.图乙中穿过线圈的磁通量变化率最大,电路中的感应电流为零

5.(多选)某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生交变电流的图像如图所示,由图中信息可以判断(　　)

A.在A和C时刻线圈处于中性面位置

B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零

C.从A→D时刻线圈转过的角度为π

D.若从O→D时刻历时0.02 s,则在1 s内交变电流的方向改变100次

6.(多选)如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动。当线圈平面转到图示位置与磁场方向平行时              (　　)

A.线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流

B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势

C.线圈分别绕P1和P2转动时的电流的方向相同,都是a→d→c→b

D.线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力

7.如图所示,在水平匀强磁场中一矩形闭合线圈绕OO'轴匀速转动,若要使线圈中的电流峰值减半,不可行的方法是              (　　)

A.只将线圈的转速减半

B.只将线圈的匝数减半

C.只将匀强磁场的磁感应强度减半

D.只将线圈的边长减半

8.一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图所示,则下列说法正确的是(　　)

A.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直

B.t=0.01 s时刻,Φ的变化率为零

C.t=0.02 s时刻,感应电动势达到最大

D.从t=0.01 s时刻至t=0.04 s时刻线圈转过的角度是π

B级 关键能力提升练

9.如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个匝数为N的矩形线圈abcd,线圈面积为S,ab边与磁场方向垂直且始终与金属滑环K相连,cd边与金属滑环L相连。现使矩形线圈以恒定角速度ω从图示位置绕过ad、bc中点的轴匀速转动。下列说法正确的是(　　)

A.线圈中产生的交变电流按正弦规律变化

B.线圈转动的角速度越大,通过电阻R的电流越小

C.线圈平面与磁场平行时,瞬时感应电动势最大,为Em=NBSω

D.线圈每转过半圈,穿过线圈平面的磁通量变化量为零

10.如图所示,虚线OO'的左边存在着方向垂直于纸面向里的匀强磁场,右边没有磁场。单匝矩形线圈abcd的对称轴恰与磁场右边界重合,线圈平面与磁场垂直。线圈沿图示方向绕OO'轴以角速度ω匀速转动(即ab边先向纸外转动,cd边先向纸里转动),规定沿a→b→c→d→a方向为感应电流的正方向。从图示位置开始计时,下列四个图像能正确表示线圈内感应电流i随时间t变化规律的是(　　)

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方向沿半径的辐向磁场。若从图示位置开始计时,此时电动势为正值,下图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(　　)

12.一手摇发电机如图甲所示,其原理可简化为矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴OO'匀速转动,产生随时间变化的感应电动势。

已知矩形线圈abcd的匝数为N,边长ab=cd=L1,bc=ad=L2。线圈所在处磁感应强度为B。线圈的角速度为ω。当线圈转动到如图乙所示位置时,其平面与磁场方向平行。

甲

乙

(1)求线圈转动到图乙位置时ab边切割磁感线产生的感应电动势大小并判断ab两端电势的高低。

(2)从线圈处于图乙位置开始计时,t时刻线圈转至截面图中虚线所示位置,推导t时刻线圈产生的感应电动势大小为e=NBL1L2ωcos ωt。

参考答案

分层作业16　交变电流

1.AD　解析 交变电流是指电流大小和方向随时间周期变化,由题图可知,A、D正确。

2.B　解析 根据图乙,由交流发电机工作原理可知,在t4时刻,穿过线圈的磁通量为零,但磁通量变化率却最大,则线圈中产生的感应电动势最大,故A错误;由图乙知线圈在t1、t3时刻,穿过线圈的磁通量最大,线圈位于中性面,线圈中感应电流方向改变,故B正确;线圈转到图示位置时,穿过线圈的磁通量为零,但磁通量变化率却最大,故C错误;线圈ABCD逆时针方向转动,根据右手定则可判断当线圈转动到图示位置时,感应电流方向为D→C→B→A→D,故D错误。

3.D　解析 题中图示的位置穿过线框的磁通量最大,为中性面,选项A错误;回路中将产生正弦式交变电流,选项B错误;t=时,穿过线框的磁通量为零,感应电流最大,电流方向不发生改变,选项C错误,D正确。

4.C　解析 图甲中线圈位于中性面位置,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率最小,产生的感应电动势为零,电路中的感应电流为零,故A错误,C正确;图乙中线圈位于与中性面垂直的位置,穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率最大,产生的感应电动势最大,电路中的感应电流最大,故B、D错误。

5.CD　解析 由题图可知,在O、B、D时刻感应电流为零,所以此时线圈恰好在中性面位置,穿过线圈的磁通量最大;在A、C时刻感应电流最大,线圈处于和中性面垂直的位置,此时穿过线圈的磁通量为零,故A、B错误。从A到D时刻,线圈旋转周,转过的角度为π;如果从O到D时刻历时0.02s,线圈转动1周,则1s内线圈转动50周,100次经过中性面,交变电流的方向改变100次,故C、D正确。

6.AC　解析 产生交变电流的条件是轴和磁感线垂直,与轴的位置和线圈形状无关,线圈abcd分别绕轴P1、P2转动,转到图示位置时产生的电动势E=NBSω,由I=可知,此时I相等,A正确,B错误;由右手定则可知,电流方向为a→d→c→b,C正确;dc边受到的安培力F=BldcI,故受到的安培力一样大,D错误。

7.B　解析 由Im=,Em=NBSω,ω=2πn得Im=,故A、C可行;电阻R与匝数有关,当匝数减半时电阻R也随之减半,则Im不变,故B不可行;当线圈的边长减半时,面积S减为原来的,而电阻减为原来的,故D可行。

8.D　解析 由题图可知,t=0、t=0.02s、t=0.04s时刻线圈平面位于中性面位置,Φ最大,=0,故E=0;t=0.01s、t=0.03s、t=0.05s时刻线圈平面与磁感线平行,Φ最小,最大,故E最大;从t=0.01s时刻至t=0.04s时刻线圈旋转周,转过的角度为π。故A、B、C错误,D正确。

9.C　解析 开始时,线圈平面与磁感线平行,线圈中产生的交变电流按余弦规律变化,选项A错误;由法拉第电磁感应定律可知,线圈转动的角速度越大,产生的交变电动势最大值越大,由欧姆定律可知通过电阻R的电流越大,选项B错误;线圈平面与磁场平行时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量变化率最大,感应电动势最大,为Em=NBSω,选项C正确;线圈每转过半圈,穿过线圈平面的磁通量变化量为2BS,选项D错误。

10.B　解析 图示时刻开始,由楞次定律判断出线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a为负方向,线圈中产生的感应电动势表达式为e=-Emsinωt=-BSωsinωt,S是线圈面积的一半,则感应电流的表达式为i==-Imsinωt,其中Im=,故线圈中感应电流按正弦规律变化,故选B。

11.D　解析 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。故选D。

12.答案 (1)E=NBL1L2ω　b端电势高

(2)见解析

解析 (1)ab边切割磁感线产生的电动势E=NBL1v,v=ω·

可得E=NBL1L2ω,b端电势高。

(2)线圈匀速转动过程中,ab边、cd边都切割磁感线产生感应电动势,总电动势为两边产生的电动势之和,即e=2eab

经过时间t,ab边绕OO'转过的角度θ=ωt,此时ab边的速度方向如图所示

v与磁场方向的垂直分量v1=vcosθ=vcosωt

根据电磁感应定律,在ab边上产生的感应电动势大小为eab=NBL1vcosωt

又v=ω·

由此可得e=eab+ecd=NBL1L2ωcosωt。