第三章1.交變電流123456789101112A級必備知識基礎(chǔ)練1.(多選)下列所示圖像屬于交變電流的有(

)AD1234567891011122.如圖所示,由交流發(fā)電機、定值電阻R、電流表A組成的閉合回路,線圈ABCD逆時針方向轉(zhuǎn)動,圖示位置磁感線與線圈平面平行,下列說法正確的是(

)A.t3、t4時刻線圈中感應電動勢最小B.t1、t3時刻線圈中感應電流方向改變C.線圈轉(zhuǎn)到圖示位置時,線圈中磁通量變化率為零D.線圈轉(zhuǎn)到圖示位置時,感應電流方向為A→B→C→D→AB解析

根據(jù)圖乙,由交流發(fā)電機工作原理可知,在t4時刻,穿過線圈的磁通量為零,但磁通量變化率卻最大,則線圈中產(chǎn)生的感應電動勢最大,故A錯誤;由圖乙知線圈在t1、t3時刻,穿過線圈的磁通量最大,線圈位于中性面,線圈中感應電流方向改變,故B正確;線圈轉(zhuǎn)到圖示位置時,穿過線圈的磁通量為零,但磁通量變化率卻最大,故C錯誤;線圈ABCD逆時針方向轉(zhuǎn)動,根據(jù)右手定則可判斷當線圈轉(zhuǎn)動到圖示位置時,感應電流方向為D→C→B→A→D,故D錯誤。1234567891011121234567891011123.如圖所示,邊長為L的正方形線框在磁感應強度大小為B0的勻強磁場中,以周期T繞OO'軸勻速轉(zhuǎn)動,從圖示位置開始計時,下列說法正確的是(

)A.圖示位置與中性面垂直B.回路中產(chǎn)生穩(wěn)恒直流電C.t=時,電流方向?qū)l(fā)生改變D.t=時,穿過線框的磁通量為0D解析

題中圖示的位置穿過線框的磁通量最大,為中性面,選項A錯誤;回路中將產(chǎn)生正弦式交變電流,選項B錯誤;t=時,穿過線框的磁通量為零,感應電流最大,電流方向不發(fā)生改變,選項C錯誤,D正確。1234567891011124.圖甲、乙是交流發(fā)電機示意圖,線圈ABCD在磁場中勻速轉(zhuǎn)動。下列說法正確的是(

)A.圖甲中穿過線圈的磁通量最大,電路中的感應電流最大B.圖乙中穿過線圈的磁通量為零,電路中的感應電流為零C.圖甲中穿過線圈的磁通量變化率為零,電路中的感應電流為零D.圖乙中穿過線圈的磁通量變化率最大,電路中的感應電流為零C解析

圖甲中線圈位于中性面位置,穿過線圈的磁通量最大,磁通量的變化率最小,產(chǎn)生的感應電動勢為零,電路中的感應電流為零,故A錯誤,C正確;圖乙中線圈位于與中性面垂直的位置,穿過線圈的磁通量為零,磁通量的變化率最大,產(chǎn)生的感應電動勢最大,電路中的感應電流最大,故B、D錯誤。1234567891011121234567891011125.(多選)某線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生交變電流的圖像如圖所示,由圖中信息可以判斷(

)A.在A和C時刻線圈處于中性面位置B.在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零C.從A→D時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度為

πD.若從O→D時刻歷時0.02s,則在1s內(nèi)交變電流的方向改變100次CD解析

由題圖可知,在O、B、D時刻感應電流為零,所以此時線圈恰好在中性面位置,穿過線圈的磁通量最大;在A、C時刻感應電流最大,線圈處于和中性面垂直的位置,此時穿過線圈的磁通量為零,故A、B錯誤。從A到D時刻,線圈旋轉(zhuǎn)

周,轉(zhuǎn)過的角度為

π;如果從O到D時刻歷時0.02

s,線圈轉(zhuǎn)動1周,則1

s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)動50周,100次經(jīng)過中性面,交變電流的方向改變100次,故C、D正確。1234567891011121234567891011126.(多選)如圖所示,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(zhuǎn)動。當線圈平面轉(zhuǎn)到圖示位置與磁場方向平行時(

)A.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動時的電流B.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電動勢小于繞P2轉(zhuǎn)動時的電動勢C.線圈分別繞P1和P2轉(zhuǎn)動時的電流的方向相同,都是a→d→c→bD.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動時dc邊受到的安培力AC解析

產(chǎn)生交變電流的條件是軸和磁感線垂直,與軸的位置和線圈形狀無關(guān),線圈abcd分別繞軸P1、P2轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)到圖示位置時產(chǎn)生的電動勢E=NBSω,由

可知,此時I相等,A正確,B錯誤;由右手定則可知,電流方向為a→d→c→b,C正確;dc邊受到的安培力F=BldcI,故受到的安培力一樣大,D錯誤。1234567891011121234567891011127.如圖所示,在水平勻強磁場中一矩形閉合線圈繞OO'軸勻速轉(zhuǎn)動,若要使線圈中的電流峰值減半,不可行的方法是(

)A.只將線圈的轉(zhuǎn)速減半B.只將線圈的匝數(shù)減半C.只將勻強磁場的磁感應強度減半D.只將線圈的邊長減半B1234567891011128.一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖像如圖所示,則下列說法正確的是(

)A.t=0時刻,線圈平面與中性面垂直B.t=0.01s時刻,Φ的變化率為零C.t=0.02s時刻,感應電動勢達到最大D.從t=0.01s時刻至t=0.04s時刻線圈轉(zhuǎn)過的角度是

πD123456789101112123456789101112B級關(guān)鍵能力提升練9.如圖所示,在磁感應強度為B的勻強磁場中,有一個匝數(shù)為N的矩形線圈abcd,線圈面積為S,ab邊與磁場方向垂直且始終與金屬滑環(huán)K相連,cd邊與金屬滑環(huán)L相連?，F(xiàn)使矩形線圈以恒定角速度ω從圖示位置繞過ad、bc中點的軸勻速轉(zhuǎn)動。下列說法正確的是(

)A.線圈中產(chǎn)生的交變電流按正弦規(guī)律變化B.線圈轉(zhuǎn)動的角速度越大,通過電阻R的電流越小C.線圈平面與磁場平行時,瞬時感應電動勢最大,為Em=NBSωD.線圈每轉(zhuǎn)過半圈,穿過線圈平面的磁通量變化量為零C解析

開始時,線圈平面與磁感線平行,線圈中產(chǎn)生的交變電流按余弦規(guī)律變化,選項A錯誤;由法拉第電磁感應定律可知,線圈轉(zhuǎn)動的角速度越大,產(chǎn)生的交變電動勢最大值越大,由歐姆定律可知通過電阻R的電流越大,選項B錯誤;線圈平面與磁場平行時,穿過線圈的磁通量為零,磁通量變化率最大,感應電動勢最大,為Em=NBSω,選項C正確;線圈每轉(zhuǎn)過半圈,穿過線圈平面的磁通量變化量為2BS,選項D錯誤。12345678910111212345678910111210.如圖所示,虛線OO'的左邊存在著方向垂直于紙面向里的勻強磁場,右邊沒有磁場。單匝矩形線圈abcd的對稱軸恰與磁場右邊界重合,線圈平面與磁場垂直。線圈沿圖示方向繞OO'軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(即ab邊先向紙外轉(zhuǎn)動,cd邊先向紙里轉(zhuǎn)動),規(guī)定沿a→b→c→d→a方向為感應電流的正方向。從圖示位置開始計時,下列四個圖像能正確表示線圈內(nèi)感應電流i隨時間t變化規(guī)律的是(

)B解析

圖示時刻開始,由楞次定律判斷出線圈中感應電流方向為a→d→c→b→a為負方向,線圈中產(chǎn)生的感應電動勢表達式為e=-Emsin

ωt=-BSωsin

ωt,S是線圈面積的一半,則感應電流的表達式為i==-Imsin

ωt,其中Im=,故線圈中感應電流按正弦規(guī)律變化,故選B。12345678910111212345678910111211.一臺發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示,其中N、S是永久磁鐵的兩個磁極,它們的表面呈半圓柱面形狀。M是圓柱形鐵芯,鐵芯外套有一矩形線圈,線圈繞鐵芯M中心的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場。若從圖示位置開始計時,此時電動勢為正值,下圖能正確反映線圈中的感應電動勢e隨時間t的變化規(guī)律的是(

)D123456789101112解析

由于磁場為沿半徑的輻向磁場,可以認為磁感應強度的大小不變,線圈始終垂直切割磁感線,所以產(chǎn)生的感應電動勢大小不變,由于每個周期磁場方向要改變兩次,所以產(chǎn)生的感應電動勢的方向也要改變兩次。故選D。12345678910111212.一手搖發(fā)電機如圖甲所示,其原理可簡化為矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的中心軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生隨時間變化的感應電動勢。已知矩形線圈abcd的匝數(shù)為N,邊長ab=cd=L1,bc=ad=L2。線圈所在處磁感應強度為B。線圈的角速度為ω。當線圈轉(zhuǎn)動到如圖乙所示位置時,其平面與磁場方向平行。甲

乙

(1)求線圈轉(zhuǎn)動到圖乙位置時ab邊切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢大小并判斷ab兩端電勢的高低。(2)從線圈處于圖乙位置開始計時,t時刻線圈轉(zhuǎn)至截面圖中虛線所示位置,推導t時刻線圈產(chǎn)生的感應電動勢大小為e=NBL1L2ωcosωt。123456789101112答案

(1)E=NBL1L2ω

b端電勢高(2)見解析

123456789101112(2)線圈勻速轉(zhuǎn)動過程中,ab邊、cd邊都切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢,總電動勢為兩邊產(chǎn)生的電動勢之和,即e=2eab經(jīng)過時間t,ab邊繞OO'轉(zhuǎn)過