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    3.1交变电流-2023-2024学年高二物理同步导与练(人教2019选择性必修第二册 )
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    高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 交变电流精品复习练习题

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    这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 交变电流精品复习练习题,文件包含31交变电流-2023-2024学年高二物理备课必备讲义人教2019选择性必修第二册原卷版docx、31交变电流-2023-2024学年高二物理备课必备讲义人教2019选择性必修第二册解析版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共34页, 欢迎下载使用。

    【核心素养目标】
    知识点一 交变电流与直流
    【情境导入】
    我们的照明用电为220的交流电,交流电的方向和直流电的方向有什么不同?
    【知识梳理】
    1.交变电流:大小和方向随时间做 变化的电流叫作交变电流,简称 .
    2.直流: 不随时间变化的电流称为直流.
    【重难诠释】
    1.交变电流
    大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流,简称交流.
    2.常见的交变电流的波形图
    实际应用中,交变电流有着不同的变化规律,常见的有以下几种,如图所示.
    3.直流
    方向不随时间变化的电流叫作直流,大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流.
    【典例精析】
    例1. (多选)下列图像中属于交变电流的有( )
    【规律方法】
    交流电与直流电最本质的区别就是方向做周期性的改变,不是看大小的变化。
    知识点二 交变电流的产生
    【情境导入】
    假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动,如图所示,则:
    (1)线圈转动一周的过程中,线圈中的电流方向如何变化?
    (2)线圈转动过程中,当产生的感应电流有最小值和最大值时线圈分别在什么位置?
    【知识梳理】
    交流发电机的线圈在磁场中转动时,转轴与磁场方向垂直.
    【重难诠释】
    两个特殊位置
    1.中性面位置(S⊥B,如图中的甲、丙)
    线圈平面与磁场垂直的位置,此时Φ最大,eq \f(ΔΦ,Δt)为0,e为0,i为0.
    线圈经过中性面时,电流方向发生改变,线圈转一圈电流方向改变两次.
    2.垂直中性面位置(S∥B,如图中的乙、丁)
    此时Φ为0,eq \f(ΔΦ,Δt)最大,e最大,i最大.
    【典例精析】
    例2.交流发电机发电示意图如图所示,线圈转动过程中,下列说法正确的是( )
    A.转到图甲位置时,通过线圈的磁通量变化率最大
    B.转到图乙位置时,线圈中产生的感应电动势为零
    C.转到图丙位置时,线圈中产生的感应电流最大
    D.转到图丁位置时,AB边中感应电流方向为A→B
    【规律方法】
    中性面磁通量最大,感应电动势最小,感应电流最小。
    与中性面垂直的平面,磁通量为零,感应电动势最大,感应电流最大。
    每经过中性面一次,感应电流方向改变一次。
    判断感应电流方向,可采用楞次定律或右手定则。
    知识点三 正弦式交变电流的变化规律
    【情境导入】
    如图所示,线圈平面绕bc边的中点从中性面开始转动,角速度为ω.经过时间t,线圈转过的角度是ωt,ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt.设ab边长为L1,bc边长为L2,线圈面积S=L1L2,磁感应强度为B,则:
    (1)ab边产生的感应电动势为多大?
    (2)整个线圈中的感应电动势为多大?
    (3)若线圈有N匝,则整个线圈的感应电动势为多大?
    【知识梳理】
    1.中性面
    (1)中性面:与磁感线垂直的平面.
    (2)当线圈平面位于中性面时,线圈中的磁通量最大,线圈中的电流为零.
    2.从中性面开始计时,线圈中产生的电动势的瞬时值表达式:e=Emsin ωt,Em叫作电动势的峰值,Em=NωBS.
    3.正弦式交变电流:按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流,简称正弦式电流.
    4.正弦式交变电流和电压
    电流表达式i=Imsin ωt,电压表达式u=Umsin ωt.其中Im、Um分别是电流和电压的最大值,也叫峰值.
    【重难诠释】
    1.正弦式交变电流的瞬时值表达式
    (1)从中性面位置开始计时
    e=Emsin ωt,i=Imsin ωt,u=Umsin ωt
    (2)从与中性面垂直的位置开始计时
    e=Emcs ωt,i=Imcs ωt,u=Umcs ωt.
    2.交变电流的峰值
    Em=NωBS,Im=eq \f(NωBS,R+r),Um=eq \f(NωBSR,R+r).
    说明 电动势峰值Em=NωBS由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定,与线圈的形状无关,与转轴的位置无关.
    如图所示的几种情况中,如果N、B、ω、S均相同,则感应电动势的峰值均相同.
    【典例精析】
    例3.如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=eq \f(\r(2),π) T,边长L=10 cm的正方形线圈abcd共100匝,线圈总电阻r=1 Ω,线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动,角速度ω=2π rad/s,外电路电阻R=4 Ω.求:
    (1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值.
    (2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始计时,感应电动势的瞬时值表达式.
    (3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值.
    (4)线圈从开始计时经eq \f(1,6) s时线圈中的感应电流的瞬时值.
    (5)电阻R两端电压的瞬时值表达式.
    【规律方法】
    确定正弦式交变电流的电动势瞬时值表达式的基本方法
    1.确定线圈转动从哪个位置开始计时,以确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化.
    2.确定线圈转动的角速度.
    3.确定感应电动势的峰值Em=NωBS.
    4.写出瞬时值表达式e=Emsin ωt或e=Emcs ωt.
    知识点四 交变电流的图像
    【重难诠释】
    如图甲、乙所示,从图像中可以得到以下信息:
    (1)交变电流的峰值Em、Im.
    (2)两个特殊值对应的位置:
    ①e=0(或i=0)时:线圈位于中性面上,此时eq \f(ΔΦ,Δt)=0,Φ最大.
    ②e最大(或i最大)时:线圈平行于磁感线,此时eq \f(ΔΦ,Δt)最大,Φ=0.
    (3)e、i大小和方向随时间的变化规律.
    【典例精析】
    例4.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动,产生的正弦式交变电压的波形图如图所示,下列说法正确的是( )
    A.交变电压的最大值是220V
    B.线圈转动的周期是1s
    C.第2s末通过线圈的磁通量绝对值最大
    D.第2s末通过线圈的磁通量变化率绝对值最大
    针对训练
    一、单选题
    1.把发光颜色不同的两个二极管并联(该类二极管具有单向导电性,导通时发光),使两者正负极方向不同。当摇动如图所示的手摇发电机时,两个二极管交替发光,则流过其中一个二极管的电流是( )
    A.交流电B.直流电
    C.恒定电流D.涡流
    2.交流发电机发电过程示意图如图所示,线圈匀速转动过程中,下列说法正确的是( )
    A.转到图甲位置时,线圈为中性面
    B.转到图乙位置时,线圈中电流方向发生改变
    C.转到图丙位置时,CD边感应电流方向为D→C
    D.转到图丁位置时,线圈中的磁通量变化率最大
    3.如图所示,边长为L、阻值为R的正方形单匝金属线圈abcd从图示位置(线圈平面与纸面相平行)开始绕通过b、d两点的轴EF以角速度ω匀速转动,EF的左侧有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,右侧没有磁场,下列说法正确的是( )
    A.在图示位置线圈的磁通量最大,磁通量的变化率也最大
    B.从图示位置转出磁场的过程中,线圈中产生a→d→c→b→a方向的感应电流
    C.线圈中产生的感应电动势的最大值为
    D.线圈中产生的感应电动势的最大值为
    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.下列关于交变电流和直流的说法正确的是( )
    A.若电流大小做周期性变化,则一定是交变电流
    B.直流的大小可以变化,但方向不一定变化
    C.交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的
    D.交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性的变化
    6.如图所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ=45°时为计时起点,并规定当电流自a流向b时电流方向为正,则下列四幅图像中可能正确的是( )
    A.B.
    C.D.
    7.如图甲所示, 一个矩形线圈 在匀强磁场中绕垂直于磁场方向且与线圈共面的轴 匀速转动, 从某个时刻开始计时, 穿过线圈的磁通量 随时间 的变化如图乙所示,则下列说法中正确的是( )
    A. 时刻线圈平面垂直中性面
    B.、时刻线圈中的感应电流最大且方向相同
    C.、时刻穿过矩形线圈的磁通量最大, 但感应电流却为零
    D.时刻穿过线圈的磁通量为零, 电流改变方向
    8.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大,磁通量的变化率最大
    B.穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率最小
    C.穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变化率最大
    D.穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变化率最小
    9.一台发电机的结构示意图如图所示,N、S是磁铁的两个磁极,M是圆柱形铁芯,铁芯外套有一矩形导线圈,线圈在绕过铁芯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,磁感应强度大小处处相等。若从线圈处于图示位置开始计时,设此时电动势为正值,图中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是( )
    A.B.
    C.D.
    二、多选题
    10.如图表示交变电流的图象是( )
    A.B.
    C.D.
    11.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生交流电,如图所示,下列说法中正确的是( )
    A.当穿过线圈的磁通量最大时,产生的电动势最大
    B.当穿过线圈的磁通量为零时,产生的电动势最大
    C.在图示位置时,A边产生的感应电流方向垂直纸面向里
    D.在图示位置时,A边产生的感应电流方向垂直纸面向外
    12.如图所示,单匝矩形线圈abcd放在匀强磁场中,磁感应强度为B,,。从图示位置起该线圈以角速度绕不同转轴匀速转动,则( )
    A.以为转轴时,感应电动势
    B.以为转轴时,感应电动势
    C.以为转轴时,感应电动势
    D.以为转轴跟以ab为转轴一样,感应电动势
    13.一个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的变化图像如图所示,则下列说法正确的是( )
    A.t=0时,线圈平面与中性面平行
    B.t=0.01s时,穿过线圈平面的磁通量的变化率最大
    C.t=0.02s时,线圈中有最大感应电动势
    D.t=0.025s时,线圈中有最大感应电流
    物理观念
    通过实验观察交变电流的方向.会区分交流电和直流电。
    科学思维
    会分析交变电流的产生过程,会推导交变电流电动势的表达式.
    科学探究
    知道什么是正弦式交变电流,知道正弦式交变电流的瞬时值表达式.
    科学态度与责任
    了解交流发电机的构造及工作原理。
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