高中物理鲁科版选修32学业分层测评第3章 第2节 含答案.docx
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高中物理鲁科版选修32学业分层测评第3章第2节含答案
——教学资料参考参考范本——
高中物理(鲁科版选修3-2)学业分层测评:
第3章第2节含答案
______年______月______日
____________________部门
(建议用时:
45分钟)
1.如图3-2-10所示为演示交变电流产生的装置图,关于这个实验,正确的说法是( )
图3-2-10
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】 线圈在磁场中匀速转动时,在电路中产生做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A错.线圈处于图示位置时,线圈与中性面垂直,感应电流最大,ab边向右运动,由右手定则得,ab边的感应电流方向为a→b,故B错、C对.线圈平面与磁感线平行时,磁通量的变化率最大.故D错.
【答案】 C
2.(多选)一矩形线圈绕垂直于匀强磁场方向、并位于线圈平面内的固定轴转动,线圈中的感应电动势e随时间t的变化情况如图3-2-11所示,则( )
【导学号:
05002068】
图3-2-11
A.t1时刻穿过线圈的磁通量为零
B.t2时刻穿过线圈的磁通量为零
C.t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零
D.t4时刻穿过线圈的磁通量变化率为零
【解析】 t1时刻穿过线圈的磁通量为零,感应电动势最大;t2时刻穿过线圈的磁通量最大,感应电动势为零;t3时刻穿过线圈的磁通量变化率最大,感应电动势最大;t4时刻穿过线圈的磁通量变化率为零,感应电动势为零,选项A、D正确.
【答案】 AD
3.(多选)线圈在匀强磁场中转动产生感应电动势e=10sin20πtV,则下列说法正确的是( )
A.t=0时,线圈平面位于中性面
B.t=0时,穿过线圈的磁通量最大
C.t=0时,导线切割磁感线的有效速率最大
D.t=0.4s时,e有最大值10V
【解析】 由电动势的瞬时值表达式知,计时是从线圈位于中性面时开始的,所以t=0时,线圈平面位于中性面,磁通量为最大,但此时导线速度方向与磁感线平行,切割磁感线的有效速率为零,故A、B正确,C错误.当t=0.4s时,e=10sin20πt=10×sin(20π×0.4)V=0,D错误.
【答案】 AB
4.矩形线圈在匀强磁场中匀速旋转时,如图3-2-12所示,产生的感应电动势最大值为50V,那么该线圈由图所示位置转过30°时,线圈中的感应电动势大小为( )
图3-2-12
A.50V B.25V
C.25V D.10V
【解析】 由题意可知:
线圈从题图所示位置开始转动,产生的瞬时感应电动势表示为e=Emcosωt,转过30°时,e′=Emcos30°=50×V=25V,故B正确.
【答案】 B
5.某交流发电机给灯泡供电,产生正弦式交变电流的图象如图3-2-13所示,下列说法中正确的是( )
【导学号:
05002069】
图3-2-13
A.交变电流的频率为0.02Hz
B.交变电流的瞬时值表达式为i=5cos(50πt)A
C.在t=0.01s时,穿过交流发电机线圈的磁通量为零
D.1s末线圈平面与磁感线垂直,感应电流最大
【解析】 从题图中可得该交变电流的周期为0.02s,频率为50Hz.交变电流的瞬时值表达式为
i=5cos(100πt)A.在t=0.01s时,感应电流最大,穿过交流发电机线圈的磁通量为零.1s末线圈平面与磁感线平行,感应电流最大.故正确选项为C.
【答案】 C
6.欲增大交流发电机的感应电动势而不改变频率,下面措施中不能采用的是( )
A.增大转速
B.增大磁感应强度
C.增加线圈匝数
D.增大线圈的包围面积
【解析】 设线圈匝数为N,磁感应强度为B,线圈围成的面积为S,角速度为ω,转速为n(转/秒),由Em=NBSω=NBS·2πn,又由频率f=ω/2π==n,可知B、C、D项只改变Em大小,没改变频率,而A项改变了频率,故选A.
【答案】 A
7.如图3-2-14所示的电路中,A是熔断电流I0=2A的保险丝,R是可变电阻,交流电源的内电阻不计,其电动势随时间变化的规律是e=220sin314t(V).为了不使保险丝熔断,可变电阻的阻值应该大于( )
图3-2-14
【导学号:
05002070】
A.110Ω B.110Ω
C.220ΩD.220Ω
【解析】 该交变电流电动势的有效值为U=V=220V,故可变电阻的最小阻值Rmin==Ω=110Ω.
【答案】 B
8.如图3-2-15所示,一半径为r=10cm的圆形线圈共100匝,在磁感应强度B=T的匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的中心轴线OO′以n=600r/min的转速匀速转动,当线圈转至中性面位置时开始计时.
图3-2-15
(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式;
(2)求线圈从图示位置经s时的电动势的瞬时值.
【解析】
(1)当线圈从中性面开始计时时,产生的感应电动势的瞬时值为e=Emsinωt
其中ω==2π×10rad/s=20πrad/s
峰值Em=NBSω=100××π×0.12×20πV=100V
所以e=100sin20πt(V).
(2)当t=s时,由e=100sin20πt(V)得:
e=100sin(20π×)V=50V.
【答案】
(1)e=100sin20πt(V)
(2)50V
9.一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象如图3-2-16甲所示,则下列说法中正确的是( )
甲 乙
图3-2-16
A.t=0时刻线圈平面与中性面垂直
B.t=0.01s时刻Φ的变化率达到最大
C.t=0.02s时刻感应电动势达到最大
D.该线圈相应的感应电动势图象如图乙所示
【解析】 t=0时Φ最大,线圈应在中性面位置,A错;t=0.01s时,磁通量为零,此时Φ的变化率最大,B对;t=0.02s时,Φ最大,e=0,C错;因Φ-t图象为余弦图象,故e-t图象应为正弦图象,D错.
【答案】 B
10.(多选)图3-2-17甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示.以下判断正确的是( )
甲 乙
图3-2-17
A.电流表的示数为10A
B.线圈转动的角速度为50πrad/s
C.0.01s时线圈平面与磁场方向平行
D.0.02s时电阻R中电流的方向自右向左
【解析】 由题图乙知Im=10A,I==10A,A正确.T=2×10-2s,ω==100πrad/s,B错误.t=0.01s时,I=Im,此时线圈平面与磁场方向平行,C正确.由右手定则判定0.02s时电阻R中电流方向自左向右,D错误.
【答案】 AC
11.如图3-2-18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,线圈转动沿逆时针方向,t=0时刻线圈平面与磁感线垂直.
图3-2-18
(1)表示出线圈经过图示位置时,通过电阻R的感应电流的方向;
(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式;
(3)求线圈从t=0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势;
(4)求线圈从t=0位置开始到转过60°时的瞬时电流.
【解析】
(1)根据右手定则或楞次定律判断可知,线圈中电流方向是badcb.故流过R的电流是自下而上.
(2)从中性面开始计时,感应电动势随时间按正弦规律变化,且最大感应电动势Em=nBabω,所以感应电动势的瞬时值表达式为e=nBabωsinωt.
(3)=n=n=.
(4)i===.
【答案】
(1)自下而上
(2)nBabωsinωt
(3) (4)
12.如图3-2-19所示,一个电阻为R的金属圆环放在磁场中,磁场与圆环所在的平面垂直,穿过圆环的磁通量随时间变化的图象如图所示,图中的最大磁通量Φ0和变化的周期T都是已知量.求:
图3-2-19
(1)在一个周期T内金属环中产生的热量;
(2)交变电流的有效值;
(3)在一个周期T内通过金属环某一横截面的电荷量.
【导学号:
05002071】
【解析】
(1)0~T/4时间内,感应电动势为:
E1==,0~T/4时间内,感应电流为:
I1==4,T/2~3T/4时间内,感应电动势、感应电流大小同0~T/4内相同,T/4~T/2及3/4T~T时间内感应电动势、感应电流为0,一个周期内产生的热量为:
2IR=8.
(2)由有效值的定义可知I2RT=,有效值为I=2.
(3)由于一个周期T内穿过金属环的磁通量变化ΔΦ=0,通过金属环某一横截面的电荷量也为零.
【答案】
(1)
(2) (3)0
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