3.1交变电流提升检测-2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第二册（word版含答案）

3.1交变电流提升检测
一、单选题
1.发电机的转子在匀速转动过程中，下列物理量没有发生改变的有（　　）
A.?穿过线圈的磁通量??????????????????????????????????????????????B.?线圈中产生的感应电动势
C.?闭合回路中的电流??????????????????????????????????????????????D.?闭合回路中电流变化的周期
2.阻值不计的矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈两端的电压随时间的变化规律如图所示．则下列说法中正确的是（　　）
A.?线圈两端电压的平均值为10V????????????????????????????B.?电压表连接在线圈两端时，其示数为20V
C.?在0.01s时，线圈平面与磁场垂直??????????????????????D.?当接外电路时，线圈内的电流方向1s内改变50次
3.正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图1所示的方式连接，R=10Ω
，
交流电压表的示数是10V
．
图2是交变电源输出电压u随时间t变化的图象．则下列说法正确的是（　　）
A.?通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=cos200πt
B.?通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=sin50πt
C.?R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=10cos100πt
D.?R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5cos50πt
4.普通家庭在家用电器的选购上，基本上要考虑以下的原则
①选购产品的功能
②与家居适应的技术参数、外形结构、产品质量和售后服务以及品牌
③选购产品越先进越好，价格越昂贵越好，设计越时尚越好
④为了环保，冰箱应选无氟电冰箱，照明用具尽量选用发光效率高的节能光源
A.?①②　??????????????????????????????B.?②④　??????????????????????????????C.?②③④　　??????????????????????????????D.?①②④
5.如图为交流发电机的示意图，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴
匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律
。下列说法正确的是（　　）
A.此交流电的频率为100Hz
B.此交流电动势的有效值为311V
C.当线圈平面转到图示位置时产生的电动势最大
D.当线圈平面转到图示位置时磁通量的变化率为零
6.如图所示，矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内的轴匀速转动，产生了交变电流，下列说法正确的是（??
）
A.?当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大
B.?当穿过线框的磁通量为0时，线框中的感应电动势也为0
C.?当穿过线框的磁通量为0时，线框中的磁通量变化率最大
D.?线框经过如图位置时，电流方向将发生改变
7.如图所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直，则下列关于穿过平面的磁通量的情况中，不正确的是(???
)
A.?如图所示位置时等于BS???????????????????????????????????????B.?若使框架绕OO′转过60°角，磁通量为
C.?若从初始位置转过90°角，磁通量为零????????????????D.?若从初始位置转过180°角，磁通量变化为2BS
8.如图所示的空间存在一匀强磁场，其方向为垂直于纸面向里，磁场的右边界为MN
，
在MN右侧有一矩形金属线圈abcd，ab边与MN重合．现使线圈以ab边为轴按图示方向匀速转动(从上往下看为顺时针转动)，将a、b两端连到示波器的输入端，若ab边中电流从a到b为正，则从示波器观察到的ab中电流随时间变化的图形是(　　)
A.??????????????????????????B.??????????????????????????C.??????????????????????????D.?
9.如图所示，一个匝数为100匝，内阻为1
的矩形线圈以固定转速50r/s在匀强磁场中旋转，其产生的交流电直接给阻值19
的电阻供电，已知交流电压表的示数为190V，从图示位置开始计时（矩形线圈跟磁场垂直），则下列说法正确的是（??
）
A.?穿过矩形线圈平面的最大磁通量为
Wb
B.?图示时刻穿过矩形线圈平面的磁通量最大，感应电动势也最大
C.?从图示位置转过90°的过程中，通过线圈的电量为
D.?图示时刻流过矩形线圈的电流不为零
10.如图所示，甲、乙两个并排放置的共轴线圈，甲中通有如图所示的电流，则(?
)
A.?在t1到t2时间内，甲乙相斥?????????????????????????????????B.?在t2到t3时间内，甲乙相吸
C.?t1时刻两线圈间作用力为零?????????????????????????????????D.?t2时刻两线圈间吸引力最大
11.如图所示，属于交流电的是(?
)
A.???????????????????????????????????????????B.?
C.???????????????????????????????????????????D.?
12.如图所示为一小型交流发电机模型，矩形线圈在匀强磁场中绕中心轴以较小的角速度转动，线圈通过两滑环与电刷和电流表相连，在实验中可看到（　　）
A.?电流表指针将左右摆动
B.?线圈平面转到与磁感线相垂直时，电流表的指针偏转最大
C.?线圈平面转到与磁感线相平行时，电流表的指针偏转最小
D.?线圈匀速转动时，电流表的指针指向一个方向的固定值
13.如图所示的电路中，要使灯泡L持续发光，应在ab间接入（　　）
A.?电阻????????????????????????????????B.?电位器????????????????????????????????C.?电流表????????????????????????????????D.?交流电源
14.如图A、B、C为三相交流发电机的3组线圈，a、b、c为三盏电阻不同的灯泡，已知发电机的相电压为220V，则下列说法中正确的是（　　）
A.?a灯泡两端的电压为220
V
B.?b灯泡两端的电压为220V
C.?右图所表示的连接方法为：三相四线制﹣星形接法，中线可以撤销
D.?因三盏灯的电阻不同，灯泡两端的电压无法判断
15.图中A、B、C是三相交流电源的三根相线，O是中线，电源的相电压为220V，L1、L2、L3是三个“220V
60W”的灯泡，开关K1断开，K2、K3闭合，由于某种原因，电源中线在图中O′处断了，那么L2和L3两灯泡将（　　）
A.?立刻熄灭????????????????B.?变得比原来亮一些????????????????C.?变得比原来暗一些????????????????D.?保持亮度不变
16.三相电源的连接如图所示，电路中的三个交流电压表的示数U1、U2、U3间的关系是（　　）
A.?U1：U2：U3=1：
：1????????????????????????????????B.?U1：U2：U3=1：
：1
C.?U1：U2：U3=1：2：1??????????????????????????????????????D.?U1：U2：U3=
：1：
二、综合题
17.如图为交流发电机电路原理图。一个总电阻为r、边长为L、匝数为N的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴
以图示的角速度
匀速转动，并通过电刷与外电路连通，外电路电阻为R。
（1）线圈平面从图示位置转过90°，求每匝线圈磁通量的变化量及感应电流方向；
（2）线圈转动一周的过程中，电阻R产生的焦耳热？
18.如图所示，矩形线圈abcd的匝数n=100，电阻r=1.0Ω，ab边长l1=0.6m，ad边长l2=0.3m。线圈有一半放置在有理想边界
的匀强磁场中，
左边空间的匀强磁场垂直纸面向外，磁感应强度B=1.0×10-2T，右边空间无磁场。线圈的两端接有一只电阻R=9.0Ω的灯泡，并以
为轴，按图示方向以ω=200rad/s的角速度匀速转动。以图示位置为计时起点。求：
（1）0~
时间内通过灯泡的电荷量q；
（2）线圈ad边所受安培力的最大值Fm；
（3）接在电路中的小灯泡的电功率P。
19.如图所示，一交流发电机的矩形线圈在磁感应强度
的匀强磁场中绕
轴以角速度
匀速转动。已知线圈面积
，匝数
，线圈电阻
，外接电阻
，电表均为理想电表。求：
（1）S闭合时，电压表示数；
（2）线圈从图示位置转过
的过程中通过电流表的电荷量；
（3）若将线圈转速加倍，写出从图示时刻起通过R的电流瞬时值表达式。
答案解析
一、单选题
1.【答案】
D
【解析】A、发电机转子在匀速转动时，通过线圈的磁通量、产生感应电动势及电流均随时间呈周期性变化；故ABC不正确；
D、闭合回路中电流变化的周期等于线圈的转动周期，其大小不变化；故D正确；
故选：D．
【分析】明确交流发电机的工作原理，知道哪些量在随时间作周期性变化．
2.【答案】
C
【解析】A、线圈两端电压的平均值为为一段时间内的数值，在时间不知道的情况下不可以求解，故A错误；
B、电表示数为有效值，电压有效值为?V
，
故B错误；
C、t=0.01s时，电动势为零，线圈平面与磁场方向垂直，C正确；
D、A、由图象知周期T=0.02s
，
一个周期电流方向变化两次呢，故1内变化100次，故D错误；
故选：C．
【分析】从图象得出电动势最大值、周期，从而算出频率、角速度、有效值；磁通量最大时电动势为零，磁通量为零时电动势最大．
3.【答案】
C
【解析】交流电压表的示数是10V，则电压表的最大值为Um=U=10V；
而周期
T=2×10﹣2s；因此ω==100πrad/s；
交变电源输出电压u随时间t变化的图象，则输出电压u随时间t的表达式为u=10cos100πt（V）；
因此通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=U/R=cos100πt（A）；
而R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=10cos100πt（V）
，
故C正确，ABD错误．
故选：C．
【分析】根据有效值求出该交流电的最大值，然后结合图象即可求出电阻的电流、电压随时间的变化规律．
4.【答案】
D
【解析】【分析】选购产品时要根据产品的功能和用途及其其他作用，不一定越先进越好，D对；
【点评】难度较小，考查了对电学知识、用电器选择的常识问题
5.【答案】
D
【解析】A．此交流电的频率
，A不符合题意；
B．此交流电动势的最大值为311V，有效值为
，B不符合题意；
C．当线圈平面转到图示位置时通过的磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，产生的电动势为零，C不符合题意；
D．当线圈平面转到图示位置时通过的磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】根据交变电流产生的规律以及交变电流四个值之间的关系分析求解。
6.【答案】
C
【解析】A．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生正弦式交流电；中性面时，磁通量最大，各边不切割磁感线，感应电动势为零，A不符合题意；
BC．当线圈平面与中性面垂直时，线圈平面与磁感线平行，此时磁通量最小，为零；感应电动势最大，线框中的磁通量变化率最大，B不符合题意，C符合题意；
D．当线框位于中性面时，即线框和磁场垂直时，电流方向将发生改变，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】线圈处于中性面时其感应电动势最小；当磁通量等于0时其感应电动势最大；线圈每经过中性面一次电流方向改变一次。
7.【答案】
B
【解析】A项：线圈与磁场垂直，穿过线圈的磁通量等于磁感应强度与线圈面积的乘积。故图示位置的磁通量为φ=BS，A不符合题意；
B项：使框架绕OO′转过60°角，则在磁场方向的投影面积为S/2则磁通量为BS/2，B错误，符合题意；
C项：线圈从图示转过90°的过程中，S垂直磁场方向上的投影面积逐渐减小，故磁通量逐渐减小，当线圈从图示转过90°时，磁通量为0，C不符合题意；
D项：从初始位置转过180°角，磁通量变化为△?=BS-（-BS）=2BS，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】磁通量利用公式φ=BS
cos求解即可，其中是平面与磁场的夹角。
8.【答案】
D
【解析】线圈以ab边为轴按图示方向匀速转动，从cd边刚好进入磁场开始计时，线圈磁通量在变大，则感应电流的磁场会阻碍其变大，所以感应电流方向是adcba，感应电动势大小在渐渐变小，因此满足条件有BCD选项，然而磁场只有一半，所以只有D选项符合条件。
故答案为：D
【分析】线圈绕垂直磁场的转轴匀速转动产生正弦交变电流，再根据初始时刻电流方向可选择电流随时间变化的图形。
9.【答案】
C
【解析】交流电压表的示数为190V，则产生的交流电动势有效值为
，最大值为
?；根据
?，则
?，A不符合题意；图示时刻穿过矩形线圈平面的磁通量最大，感应电动势为零，流过矩形线圈的电流为零，BD不符合题意；从图示位置转过90°的过程中，通过线圈的电量为
?，C符合题意；
故答案为：C.
【分析】本题中线圈在匀强磁场中旋转产生交变电流，该交变电流对外供电，电压表测量的是路端电压，根据闭合电路欧姆定律可得交变电压有效值，再由交变电流物理量间关系可得交变电压最大值和最大磁通量，图示位置为中性面位置，磁通量最大，感应电动势为零，感应电流为零，从图示位置转过90°的过程中，通过线圈的电量由计算。
10.【答案】
C
【解析】
甲回路电流的磁场减弱时，由楞次定律知，乙回路将产生与甲同向环绕的感应电流．甲、乙电流之间通过磁场发生相互作用，甲、乙相吸．同理，当甲中电流增强时，甲、乙互相排斥，故A、B选项都错误；
t1时刻，甲中电流产生的磁场变化率为零，则乙线圈感生电流瞬时值为零，而t2时刻，甲中的电流变化最快，乙中感生电流最强，但此时甲中电流瞬时值为零，所以t1、t2时刻，甲、乙电流间相互作用力为零，C正确，D错误。
故选C
【分析】本题考查对楞次定律的理解以及对图像的分析能力。
11.【答案】
C
【解析】方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征．A、B、D三项所示的电流大小随时间做周期性变化，但其方向不变，不是交变电流，它们所表示的是直流电．C选项中电流的方向随时间做周期性变化。
故选C
【分析】方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征。
12.【答案】
A
【解析】A、线圈较小的角速度匀速转动时，当线圈平面转动一周的时间内，线圈中的感应电流方向改变两次，所以检流计指针将左右摆动，故A正确；
B、线圈平面转到与磁感线相垂直时，线圈边框运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线，检流计的指针偏转最小，故B错误；
C、线圈平面转到与磁感线相平行时，线圈中磁通量的变化率最大，检流计的指针偏转最大，故C错误；
D、线圈较小的角速度匀速转动时，检流计的指针左右摆动，故D错误；
故选：A．
【分析】要解决此题，需要掌握发电机的制作原理，知道发电机是根据电磁感应原理制成的，感应电流的方向与磁场方向和切割磁感线的方向有关．
13.【答案】
D
【解析】若要灯泡持续发光，则S端应该接入交流电源，直流电不能通过电容器．而电阻、电位器及电流表等均不能产生电动势；若只有C充放电，则灯泡不能持续发光．
故选：D
【分析】电容器的特点是：通交流，隔直流，通高频，阻低频．
14.【答案】
B
【解析】三相交流发电机可以发出三相交变电流，当作三个独立的单相交流发电机，
A、由于已知发电机的相电压为220V，它们可以分别单独向外传送三组单相交变电流，而三盏电阻不同的灯泡接入的电压都是单相电压，所以灯泡两端的电压都是220V．与电阻无关；故AD错误，B正确．
C、三相交流发电机可以运用三相四线制向外输电，即运用三根火线、一根中性线向外输电，也可以运用三相三线制向外输电，即运用三根火线向外输电．三相负载完全相同时，三相交流发电机用三根线（都是火线）向外输电，因为此时中性线的电流为0；三相负载不完全相同时，中性线的电流不为0；所以图中的中性线如果去掉灯泡的亮度会发生变化．故C错误；
故选：B
【分析】三相交流发电机可以发出三相交变电流，相当于三个单相交流发电机，能单独向外传送三组单相交变电流．由于已知发电机的相电压为220V，三盏电阻不同的灯泡接入的电压都是单相电压，所以灯泡两端的电压都是220V．
15.【答案】
C
【解析】当正常时，任意灯电压均为220V，都能正常发光；
而中线断开后，灯泡均不能接在火线与中线之间，此时L2、L3通过右端完好的中线相连，相当于L2、L3串联接在两根火线之间，而火线间电压为380V，则两灯分压一定小于220V，故两灯均变暗；
故选：C．
【分析】三相电任意两火线之间电压为380V；任一火线与地线之间的电压为220V；当地线断开时相当于两灯串联在380V的电压之间，则可知灯泡的亮度变化．
16.【答案】
B
【解析】解答：该接法是星形接法，采用三相四线制对外供电，三只交流电压表，其中V1、V3测量的是相电压，V2测量的是线电压，故V1=V3
，
V2=
V1
，
即：V1：V2：V3=1：
：1
故B正确，ACD错误
故选：B
分析：三相电源星形联结时，线电压有效值为相电压有效值的
倍
17.【答案】
（1）线圈平面从图示位置转过90°后，线圈平面与磁场方向平行，磁通量为零，则
转的过程中，磁通量减小，则感应磁场方向垂直纸面向里，根据安培定则可知，感应电流方向为沿dcba方向。
（2）感应电动势的最大值为
感应电动势的有效值为
电阻R两端的电压为
则线圈转动一周的过程中，电阻R产生的焦耳热为
又
联立解得
【解析】【分析】（1）线圈转过90°时，线圈中的磁通量减小为零，根据安培定则判断感应电流的方向。
（2）根据交变电流的产生规律以及交变电流四个值之间的关系和焦耳定律列方程求解。
?18.【答案】
（1）解：通过小灯泡的电荷量
0~
时间内的磁通量变化量为
则平均电动势
由欧姆定律
代入数据联立解得
（2）解：产生的表变电动势的瞬时值为
由欧姆定律得
?则
代入数据解得
（3）解：电流的最大值为
则电流有效值
代入数据解得
【解析】（1）计算电荷量时用交变电流的平均值，根据电荷量的定义式以及交变电流平均值的表达式列方程求解。
（2）根据交变电流的最大值表达式计算感应电流的最大值，再计算最大的安培力。
（3）小灯泡的电功率用交变电流的有效值计算，根据有效值的表达式和电功率的表达式进行计算。
?19.【答案】
（1）交流电动势的最大值
电动势的有效值
电流的有效值
则电压表的读数
（2）根据电荷量的计算公式
流过电流表的平均电流
解得
（3）由感应电动势的最大值，和电流的计算公式
线圈从平衡位置开始振动则
（V）
【解析】（1）线圈在磁场中转动，利用电动势峰值的表达式可以求出电动势峰值的大小，结合欧姆定律可以求出电压表的读数大小；
（2）已知线圈转过的角度，利用法拉第电磁感应定律及欧姆定律可以求出电荷量的大小；
（3）利用电动势的表达式可以求出电动势的峰值，结合欧姆定律可以求出线圈的电流峰值，结合角速度可以求出电流瞬时值的表达式。
?