第三章交变电流解答题专项特训-2023-2024学年高中物理人教版选择性必修第二册

第三章交变电流解答题专项特训-2023-2024学年高中物理人教版选择性必修第二册 1．闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动时，线圈中产生正弦式交变电流。若在如图甲所示N、S极间放置一圆柱形铁芯O，受铁芯影响，两极间的磁场如图乙所示，缝隙中的磁感线沿圆柱的半径分布，且只在图中所示的左、右各的圆心角范围内存在。一边长为l的正方形平面线框abcd，其中ab、cd两边与铁芯轴线平行，bc、da两边与铁芯的轴线OO′垂直。线圈由图示位置以恒定的角速度ω绕OO′逆时针旋转，试分析线圈中感应电动势随时间的变化规律。（图中ab、cd所在位置磁感应强度大小均为B）    2．如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中绕OO′轴顺时针（沿OO′方向看）匀速转动时，线圈中产生正弦交流电。从线圈转过图示位置开始计时，设沿abcda方向为电流正方向，则线圈中产生的交流电图像是图中的哪一个？说明判断的理由。 3．某小型发电机线圈内阻r＝5.0Ω，线圈产生的电动势为e＝220sin100πtV，负载电阻R＝95.0Ω的灯泡，设灯泡电阻丝电阻不随温度变化，求： （1）电压表的读数； （2）灯泡实际消耗的功率； （3）发电机线圈的发热功率。    4．如图是某学习小组在空旷的场地上做“摇绳发电实验”的示意图。他们将一铜芯线像甩跳绳一样匀速摇动，铜芯线的两端分别通过细铜线与灵敏交流电流计相连。摇绳的两位同学的连线与所在处的地磁场（可视为匀强磁场）垂直。摇动时，铜芯线所围成半圆周的面积S＝2 m2，转动角速度ω＝10rad/s，用电流计测得电路中电流I＝40 μA，电路总电阻R＝10 Ω，g取10 m/s2，＝2.25。 （1）求该处地磁场的磁感应强度B； （2）从铜芯线所在平面与该处地磁场平行开始计时，求其转过四分之一周的过程中，通过电流计的电荷量q； （3）求铜芯线转动一周的过程中，电路产生的焦耳热Q。 5．如图所示，在磁感应强度B=0.2T的水平匀强磁场中，有一边长为L=10cm，匝数N=100匝，总电阻r=1Ω的正方形线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动，转速，有一电阻R=9Ω，通过电刷与两滑环接触，R两端接有一理想交流电压表，求： （1）若从线圈通过中性面时开始计时，写出电动势的瞬时表达式。 （2）电压表的示数。 （3）在1分钟内外力驱动线圈转动所做的功。 （4）从图中所示位置转过90°的过程中通过电阻R的电量。    6．如图所示为一个小型交流发电机的示意图，匝数匝、面积的矩形金属线框ABCD绕垂直于磁场的轴匀速转动，角速度。已知匀强磁场磁感应强度大小为，线框通过滑环与阻值为的电阻R相接，电表均为理想电表，线框电阻。从线框转至中性面位置开始计时，求： （1）线框中感应电动势的瞬时值表达式； （2）电压表和电流表的示数； （3）在线框转动一圈的时间内，电阻R消耗的电能。（结果可用根号或表示） 7．如图1所示为高温超导磁悬浮列车，是一种高速低耗的新型交通工具，它的驱动系统可简化为如图2所示的模型。固定在列车下端的动力绕组视为一个矩形纯电阻金属框，电阻为R，金属框置于xOy平面内，长为L的MN边平行于y轴，宽为d的NP边平行于x轴。列车轨道沿Ox方向、轨道区域内存在垂直于金属框平面的磁场，磁感应强度B沿y轴向大小相同，沿Ox方向按正弦规律分布，其空间间隔为，最大值为，如图3所示。整个磁场以速度沿Ox方向匀速平移，使列车获得Ox方向的驱动力，为使驱动效果最佳，与d之间需满足特定关系。求： （1）与d之间满足的关系式； （2）某时刻列车速度为，列车可能受到的最大驱动力； （3）实际上的驱动力是周期性变化的，但只要足够小，我们感受不到这种变化．若列车受到的阻力与速度的大小成正比，比例系数为k，则列车的最终速度为多大？此时驱动力大小的实际变化周期为多少？以下供类比参考：让交变电流和直流电通过同样的电阻，如果它们在相同时间内产生热量相等，把直流电的值叫做交变电流的有效值。若通过电阻R的正弦交变电流的瞬时值为，可证明其有效值与最大值的关系为：，在时间t内的焦耳热为：。 8．如图所示（俯视图），虚线边界左侧空间分布磁感应强度为的强磁场，方向竖直向下，边界右侧空间分布磁感应强度为2B的匀强磁场，方向竖直向上、一质量为，材料相同。总电阻为，ab边长为，bc边长为的单匝矩形线abcd垂直于磁场水平放置，bc边平行于虚线边界，ab、cd边上的e、f两处（e、f两处在边界处）有两个小孔，一光滑绝缘的固定轴穿过两个小孔（小孔和轴图中未画出）。ad到边界的距离为s。现让线框在外力（不计重力）的作用下，绕ef轴以转速转/，顺着ef看为逆时针方向开始匀速转动。 （1）求从图示位置开始转动周过程中通过线框某一横截面的电量大小q； （2）求匀速转动一周ab边上所产生的热量。 9．如图所示，理