3.1 交变电流 练习(Word版含答案)

3.1 交变电流
一、单选题
1．一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定转轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化规律如图所示。下列说法中正确的是（　　）
A．t1时刻穿过线圈的磁通量最大
B．t2时刻穿过线圈的磁通量为0
C．t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率最大
D．每当电流方向变化时，线圈平面就会与中性面垂直
2．如图所示为演示交变电流产生过程的装置图，关于这个实验，正确的说法是（　　）
A．线圈从任意位置转180°的过程，穿过线圈的磁通量变化量一定为零
B．图示线圈所处位置为中性面，线圈中无感应电流
C．图示位置ab边中的感应电流方向为a→b
D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零
3．图示为交流发电机模型的示意图。位于磁场中的矩形导线框abcd可绕过其对称轴的轴线（图中虚线）转动。已知在t=0时刻，线框的平面与磁场方向垂直（即图示位置），并从此位置开始以恒定的角速度绕转轴沿逆时针方向转动。若规定通过电阻的电流从e到f为正，则下列i﹣t图象正确的是（　　）
A． B．
C． D．
4．如图所示，是交流发电机的示意图，某时刻，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。下列说法正确的是（　　）
A．图示位置磁通量为零
B．图示位置，电流表的示数为零
C．从图示位置开始，再过，电流方向将发生变化
D．用铝框做线圈骨架，电磁阻尼效果好
5．如图所示的四个装置中，与发电机工作原理相同的是（　　）
A． B．
C． D．
6．一个闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的感应电动势如图所示。下列判断正确的是（　　）
A．t＝0.01 s时刻，线圈平面处于中性面位置
B．t＝0.02 s时刻，线圈平面与磁感线平行
C．t＝0.01 s时刻，通过线圈平面的磁通量为零
D．1 s内电流的方向变化50次
7．关于正弦交流电，下列说法正确的是（　　）
A．一个周期内，电流的方向改变1次 B．一个周期内，电流的方向改变2次
C．线圈跟中性面重合时，磁通量最小 D．线圈跟中性面重合时，感应电动势最大
8．如图是交流发电机的示意图，线圈边连接在金属滑环上，边连接在金属滑环上，左右两个导体电刷分别压在滑环、上，线圈转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。若线圈绕转轴顺时针匀速转动，取从左向右通过电流表为电流正方向，从图示位置开始计时，下列图中能正确表示电流表中电流随时间变化关系的是（　　）
A． B．
C． D．
二、多选题
9．下列图像中属于交变电流的有（　　）
A．B．
C．D．
10．如图所示，形状或转轴位置不同，但面积均为S的单匝线圈处在同一个磁感应强度为B的匀强磁场中，以相同的角速度匀速转动，从图示位置开始计时，则下列正确的说法是（　　）
A．感应电动势的最大值都相同
B．感应电动势的瞬时值不同
C．感应电动势的最大值不同
D．感应电动势的瞬时值都相同
11．图中闭合金属线圈都在匀强磁场中绕虚线所示的固定轴匀速转动，能产生正弦式交变电流的是（　　）
A． B．
C． D．
12．线圈在磁场中匀速转动产生的交流电动势为e＝10sin20t（V），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度最大
D．t＝0.4s时，e达到峰值10V
13．水力发电站和火力发电站都采用旋转磁极式发电机，但是发电机的结构一般不同。水力发电站常采用图甲所示原理的发电机，、、、均为线圈；火力发电站常采用图乙所示原理的发电机，、、、均为沿轴方向的导线。当图中固定有磁铁的转子顺时针匀速旋转到图示位置时，某同学在两图中标示了电流方向，下列说法正确的是（　　）
A．图甲中、线圈电流标示方向正确
B．图甲中、线圈电流标示方向正确
C．图乙中、导线电流标示方向正确
D．图乙中、导线电流标示方向正确
14．下列关于交变电流与直流电的说法中，正确的是（　　）
A．若电流大小做周期性变化，则不一定是交变电流
B．直流电的大小可以变化，但方向一定不变
C．交变电流一定是按正弦规律变化的
D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化
15．图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈绕转轴匀速转动。A为电流传感器（与计算机相连），为定值电阻，线圈电阻为，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像，下列说法中正确的是（　　）
A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0，对应图乙中或时刻
B．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中或时刻
C．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量变化率最大
D．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量变化率最大
三、解答题
16．一矩形线圈，面积是0.05m2，共100匝，线圈电阻为1Ω，外接电阻为R=4Ω，线圈在磁感应强度为T的匀强磁场中以300r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图所示，若从中性面开始计时，求：
（1）线圈中感应电动势的最大值。
（2） 线圈中感应电动势的瞬时值表达式。
（3）线圈从开始计时经s时，线圈中电流的瞬时值。
试卷第2页，共7页
参考答案
1．C
【详解】
A．t1时刻感应电动势最大，线圈通过与中性面垂直的位置，穿过线圈的磁通量最小，A错误；
B．t2时刻感应电动势为零，线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，B错误；
C．t3时刻感应电动势最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，C正确；
D．每当电流方向变化时，线圈平面与磁场垂直，即线圈转到中性面位置，D错误。
故选C。
2．C
【详解】
A．磁通量是标量，但有正负，若从一个面穿入为正，则从该面穿出为负，线圈从中性面位置转180°的过程，穿过线圈的磁通量变化量不为零，A错误；
B．图示位置线圈与磁场平行，磁通量为零，是中性面的垂面位置，线圈中感应电流最大，B错误；
C．由右手定则可判断图示位置ab边中的感应电流方向为a→b，C正确；
D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，磁通量变化率最大，D错误。
故选C。
3．C
【详解】
线圈在t=0时刻，线圈处于中性面位置，此时产生的感应电动势为零，形成的感应电流为零，根据楞次定律和安培定则可知在前时间内，形成的电流由a指向b，故流过电阻的电流由f到e，与规定的正方向相反。
故选C。
4．D
【详解】
A．图示位置是中性面，磁通量最大，故A错误；
B．图示位置，磁通量为最大，磁通量变化率最小，电流表读的是有效值，电流表的示数不为零，故B错误；
C．从图示位置开始，再过，电流方向将发生变化，故C错误；
D．铝框的电阻小，涡流强，所以用铝框做线圈骨架，电磁阻尼效果好，故D正确。
故选D。
5．B
【详解】
发电机工作原理为闭合回路部分导线切割磁感线，产生感应电流，B图符合，A图为电动机原理，C图为表示通电导线周围存在磁场，D图为通电导线在磁场中受力运动，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
6．A
【详解】
ABC．由题图可知t＝0.01 s和t＝0.02 s时，感应电流为零，则感应电动势为零，磁通量最大，线圈平面处于中性面位置，B C错误A正确；
D．由于正弦式交变电流在一个周期内电流方向变化两次，而该交变电流的周期为0.02 s，则1 s内电流的方向变化100次，D错误。
故选A。
7．B
【详解】
AB．正弦交流电一个周期内，电流的方向改变2次，故B正确，A错误；
CD．线圈跟中性面重合时，磁通量最大，感应电动势最小为0,故CD错误。
故选B。
8．A
【详解】
图示位置线圈中通过的磁通量最大，线圈平面处于中性面，感应电流为零；线圈顺时针转动，在线圈中产生感应电流的方向是从a到b，通过电流表的电流，从右到左，为负方向，故A正确，BCD错误。
故选A。
9．ABC
【详解】
ABC．i的大小和方向均做周期性变化，均属于交变电流，故ABC符合题意；
D．i的大小随时间变化，但方向不变，所以是直流，故D不符合题意。
故选ABC。
10．AD
【详解】
图示位置为中性面位置，线圈从图示位置开始计时，产生的感应电动势
e＝NBSωsint
可知感应电动势的最大值和瞬时值与线圈形状无关，与轴的位置无关，即图中四个线圈产生的感应电动势的最大值、瞬时值都相同。
故选AD。
11．AD
【详解】
矩形线圈在匀强磁场内绕垂直磁场的轴匀速转动时，线圈中就会产生正弦式交变电流。
A．图中虽然只有一半金属线圈在磁场中，但在线圈绕固定轴转动的过程中，始终有一边切割磁感线，保证线圈在转动过程中产生的感应电动势连续，按照正弦规律变化，A正确；
B．图中固定轴与磁场方向平行，线圈转动过程中，磁通量不变，无感应电流产生，B错误；
C．图中线圈转动过程中，每个周期内只有半个周期内有感应电流，不能产生正弦式交变电流，C错误；
D．图中闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场且在线圈平面内的转轴匀速转动，满足产生正弦式交变电流的条件，能产生正弦式交变电流，D正确。
故选AD。
12．AB
【详解】
ABC．t＝0时，感应电动势的瞬时值为
e＝10sin20πt（V）＝0
则线圈平面位于中性面，此时穿过线圈的磁通量最大，导线切割磁感线的有效速度最小，AB正确，C错误；
D．当t＝0.4s时，感应电动势的瞬时值为
e＝10sin（20π×0.4）V＝0
D错误。
故选AB。
13．AC
【详解】
AB．题图甲中，、、、线圈中磁场均减弱，根据磁场减弱方向，结合楞次定律和安培定则，可知、线圈电流标示方向正确，、D线圈电流标示方向错误，A正确，B错误；
CD．题图乙中，磁铁运动，导线切割磁感线产生电流，由右手定则可知，、导线电流标示方向正确，、导线电流标示方向错误，C正确，D错误；
故选AC。
14．ABD
【详解】
A．若电流大小做周期性变化，则不一定是交变电流，还要方向做周期性变化，A正确；
B．直流电的大小可以变化，但方向一定不变，B正确；
C．交变电流不一定是按正弦规律变化的，C错误；
D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化，D正确。
故选ABD。
15．AD
【详解】
ABC．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时，磁通量最大，、边均不切割磁感线，感应电动势为0，电流为0，对应图乙中或时刻，由法拉第电磁感应定律知，磁通量变化率为0， BC错误A正确；
D．、时刻感应电流最大，感应电动势最大，由法拉第电磁感应定律知，磁通量变化率也最大，、边垂直切割磁感线，线圈平面与磁感线平行，磁通量最小，D正确。
故选AD。
16．（1）50V；（2）e=50sin10πt（V）；（3）
【详解】
(1)线圈中感应电动势的最大值为
联立，可得
(2) 线圈中感应电动势的瞬时值表达式为
代入数据，得
(3)线圈从开始计时经s时，线圈中电动势的瞬时值为
根据闭合电路欧姆定律，有
联立，可得
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