2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第二册3.1交变电流 同步练习(Word版含答案)
文档属性
| 名称 | 2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第二册3.1交变电流 同步练习(Word版含答案) |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 230.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-12-23 15:50:08 | ||
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文档简介
3.1交变电流
一、单选题（本大题共7小题，每小题4分,共28分）
在下列四幅图象中，能正确反映我国居民生活所用交流电的是
A. B. C. D.
如图所示图像中属于直流电的是
A. B. C. D.
如图是交流发电机的示意图。线圈在磁场中匀速转动产生交流电。线圈的边和边连在两个金属滑环上，两个滑环通过金属片做成的电刷和外电路相连。当线圈沿逆时针方向转动时，以下关于电流方向的判断正确的是
A. 当线圈转到图甲的位置时，线圈中的电流方向为
B. 当线圈转到图乙的位置时，线圈中的电流方向为
C. 当线圈转到图丙的位置时，线圈中的电流方向为
D. 当线圈转到图丁的位置时，线圈中的电流方向为
如图所示，线圈在匀强磁场中转动产生的电动势，下列说法中不正确的有
A. 时，线圈平面位于中性面
B. 时，穿过线圈的磁通量最小
C. 交变电的周期为
D. 时，穿过线圈的磁通量变化率最小
矩形线圈匝数为匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示，则
A. 感应电动势的最大值是
B. 在和时，感应电动势最大
C. 在和时，线圈与中性面垂直
D. 时，磁通量变化率最大，其值为
如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图象如图乙所示．下列说法正确的是
A. 时，通过线框的磁通量为零
B. 时，线框平面与中性面重合
C. 线框匀速转动时的角速度大小为
D. 线框产生的交变电动势的有效值为
矩形线圈的匝数为匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是
A. 在时感应电动势最大
B. 在时电动势改变方向
C. 通过图像无法求出电动势的最大值
D. 在时，磁通量为，感应电动势最大
二、多选题（本大题共3小题，每小题6分,选不全3分,共18分）
线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的交流电电动势随时间变化的关系为，则下列说法中正确的是
A. 时，线圈位于中性面 B. 时，穿过线圈的磁通量为
C. 时，为 D. 时，为
图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极、间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，图中电流表为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴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
A. 电流表的示数为
B. 线圈转动的角速度为
C. 时线圈平面与磁场方向平行
D. 时电阻中电流的方向自右向左
一单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势的变化规律如图线所示，当调整线圈转速后，电动势的变化规律如图线所示。以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是
A. 从图线可算出穿过线圈磁通量的最大值
B. 线圈先后两次转速之比为
C. 在图线和中，时刻穿过线圈的磁通量均为零
D. 图线电动势的瞬时值表达式为
三、填空题（本大题共2小题，共14分）
下图是交流发电机工作原理的示意图，为了看得清楚，图中只画出了一匝线圈。示意图之下是从前向后看的平面示意图。假定线圈沿逆时针方向匀速转动，请完成以下问题：
在平面图中标出线圈边速度的方向
在线圈由甲图所示位置转到乙图所示位置的过程中，边中电流方向为从 到
在线圈由丙图所示位置转到丁图所示位置的过程中，边中电流方向为从 到
当线圈转到 图所示位置时线圈中没有电流
当线圈转到 图所示位置时线圈中的电流最大
当线圈转到 图所示位置时通过线圈平面的磁通量最大。
老师在课堂上做了一个演示实验，让一个矩形线圈在匀强磁场中绕中心轴匀速转动，并通过两滑环与电刷和小灯泡相连，如图所示，在实验中匀速转动线圈，则小灯泡________选填“忽明忽暗”或“亮度不变”；当线圈平面转到与磁感线相垂直时，通过小灯泡的电流________选填“最大”“最小”或“不能确定”．
四、计算题（本大题共4小题，每小题各10分,共40分）
如图所示，是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为的水平方向的匀强磁场中，线框面积为，边水平，线框绕竖直固定轴以角速度匀速转动。从边与磁场方向的夹角为时开始计时：
在图中画出时刻，沿固定轴从上向下看线框的俯视图，并标出电流方向。
求经过时间，线框中产生的感应电动势瞬时值表达式。
一台发电机产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值，线圈匀速转动的角速度，试写出电动势瞬时值的表达式设时刻电动势瞬时值为。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为，电路中电流的峰值为多少？写出电流瞬时值的表达式。
如图所示，匀强磁场，所用矩形线圈的匝数，边长，，以角速度绕轴匀速转动。从线圈平面通过中性面时开始计时，试求：
线圈中产生感应电动势的最大值是多少？
线圈中产生感应电动势的瞬时表达式是什么？
由至过程中的平均电动势值？
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共匝，转速为，在转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为，则感应电动势最大值为多少？当线圈平面与中性面夹角为时，感应电动势为多少？
3.1交变电流参考答案
1.【答案】
解析：我们日常生活中用的都是正弦式交流电，电压是，频率是周期为
电压的最大值为：，故C正确，ABD错误。故选：。
2.【答案】
解析根据直流电是方向不变的电流，也就是电动势方向不变的电流。故选项D是直流电，而均为交流电。故选D。
3.【答案】
4.【答案】
解析：、从电动势的表达式知道：当时，感应电动势为零，则线圈平面处于中性面位置，通过的磁通量最大，故A正确，B错误。
C、交变电的周期为，故C正确。
D、由交流电动势 ，可知，当时，感应电动势为零，则磁通量的变化率最小，故D正确。
5.【答案】
解析A.由题图得、，据，可得 ，A正确；
在和时，线圈中磁通量最大，线圈处于中性面位置，线圈与中性面平行，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，BC错误；
D.时，线圈中磁通量为零，此时刻磁通量的变化率最大，且此时刻，D错误。故选A。
6.【答案】
解析A.由图乙可知，当时，感应电动势为，则此时穿过线框回路的磁通量最大，故A错误；
B.由图乙可知，当时，感应电动势为零，则此时穿过线框回路的磁通量最大，处于中性面，故B正确；
C.由图可知，交流电的周期为，则转速为：，线框匀速转动时的角速度大小为，故 C错误。
D.线框产生的产变电动势的有效值，故D错误；故选B。
7.【答案】
解析A、由图可知，在时，磁通量最大，则线圈位于中性面位置，感应电动势为零，故A错误；
B、由图可知，在时，磁通量为零，则线圈垂直于中性面，感应电动势最大，电动势不改变方向，故B错误；
C、根据图象，，，故电动势的最大值，故C错误；
D、在时，磁通量为零，线圈垂直于中性面，感应电动势最大，故D正确。
8.【答案】
解析：、当时，，线圈平面恰好位于中性面，故A正确；
B、时，线圈处于中性面，线圈平面与磁场垂直，磁通量最大，穿过线圈的磁通量最大，故B错误；
、时，，故D正确；
故选：。
9.【答案】
解析A. 电流表的示数为交变电流的有效值，故A正确；
B.由可得，线圈转动的角速度为，故B错误；
C.时，电路中电流最大，故该时刻通过线圈的磁通量最小，即该时刻线圈平面与磁场平行，故C正确；
D.根据楞次定律可得，时电阻中电流的方向自左向右，故D错误。故选AC。
10.【答案】
解析：、由图读出的最大值电动势和周期，并算出角速度，据电动势最大值公式可以求出穿过线圈磁通量的最大值，故A正确；
B、由图读出两电流周期之比为：：：，而，则线圈先后两次转速之比为：，故B错误；
C、时刻两个正弦式电流的感应电动势瞬时值均为零，线圈都与磁场垂直，穿过线圈的磁通量都最大，故C错误；
D、图线电压的最大值为，角速度为，所以图线电动势的瞬时值表达式为，故D正确。故选：。
11.【答案】图略 甲、丙 乙、丁甲、丙
解析、图略
、在线圈由甲图所示位置转到乙图所示位置的过程中，过线圈的磁通量变小，根据楞次定律，可知产生的感应磁场的方向与原磁场方向相同，边中电流方向为从到
、在线圈由丙图所示位置转到丁图所示位置的过程中，过线圈的磁通量变小，根据楞次定律，可知产生的感应磁场的方向与原磁场方向相同，边中电流方向为从到
、乙与丁图中，和边运动方向与磁感线方向垂直，切割磁感线，产生电流最大，甲和丙图在中性面位置，线圈与磁场垂直，磁通量最大，电流为，电流方向发生变化，故在甲、丙两图所示位置时线圈中没有电流，通过线圈平面的磁通量最大，在乙、丁两图所示位置时线圈中的电流最大。
12.【答案】亮度不变 最小
解析线框在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式交变电流，，通过小灯泡的电流是交变电流的有效值，故小灯泡亮度不变，当线圈平面转到与磁感线相垂直时，处在中性面，磁通量最大，磁通量变化最慢，故电流最小，
故答案为：亮度不变 最小
13.【答案】解：俯视从上向下看线框逆时针转动，穿过线框的磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流磁场方向与原磁场方向相反，由安培定则可知，感应电流方向是，线框的俯视图只能看到边，俯视图如图所示；
线框转过过程感应电动势的最大值：
由题意可知，时刻线框平面与中性面的夹角
经过时间线框产生的感应电动势的瞬时值表达式：
答：线框的俯视图与电流方向如图所示；
经过时间，线框中产生的感应电动势瞬时值表达式是。
14解：由交流电的变化规律可推知，从中性面开始计算时，线圈中电动势的瞬时表达式为：
根据闭合电路欧姆定律得
电流瞬时值的表达式
15.解：由题可知 ，
线圈产生感应电动势的最大值为
感应电动势的瞬时值 所以
用计算至过程中的平均电动势
即
代入数值得
答：线圈中产生感应电动势的最大值是
线圈中产生感应电动势的瞬时表达式为；
由至过程中的平均电动势值为
16.解：；
线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势最大，
根据
从中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为：
则当线圈平面与中性面夹角为时，
答：感应电动势最大值为；当线圈平面与中性面夹角为时，感应电动势为
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一、单选题（本大题共7小题，每小题4分,共28分）
在下列四幅图象中，能正确反映我国居民生活所用交流电的是
A. B. C. D.
如图所示图像中属于直流电的是
A. B. C. D.
如图是交流发电机的示意图。线圈在磁场中匀速转动产生交流电。线圈的边和边连在两个金属滑环上，两个滑环通过金属片做成的电刷和外电路相连。当线圈沿逆时针方向转动时，以下关于电流方向的判断正确的是
A. 当线圈转到图甲的位置时，线圈中的电流方向为
B. 当线圈转到图乙的位置时，线圈中的电流方向为
C. 当线圈转到图丙的位置时，线圈中的电流方向为
D. 当线圈转到图丁的位置时，线圈中的电流方向为
如图所示，线圈在匀强磁场中转动产生的电动势，下列说法中不正确的有
A. 时，线圈平面位于中性面
B. 时，穿过线圈的磁通量最小
C. 交变电的周期为
D. 时，穿过线圈的磁通量变化率最小
矩形线圈匝数为匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示，则
A. 感应电动势的最大值是
B. 在和时，感应电动势最大
C. 在和时，线圈与中性面垂直
D. 时，磁通量变化率最大，其值为
如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图象如图乙所示．下列说法正确的是
A. 时，通过线框的磁通量为零
B. 时，线框平面与中性面重合
C. 线框匀速转动时的角速度大小为
D. 线框产生的交变电动势的有效值为
矩形线圈的匝数为匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是
A. 在时感应电动势最大
B. 在时电动势改变方向
C. 通过图像无法求出电动势的最大值
D. 在时，磁通量为，感应电动势最大
二、多选题（本大题共3小题，每小题6分,选不全3分,共18分）
线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的交流电电动势随时间变化的关系为，则下列说法中正确的是
A. 时，线圈位于中性面 B. 时，穿过线圈的磁通量为
C. 时，为 D. 时，为
图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极、间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，图中电流表为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴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
A. 电流表的示数为
B. 线圈转动的角速度为
C. 时线圈平面与磁场方向平行
D. 时电阻中电流的方向自右向左
一单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势的变化规律如图线所示，当调整线圈转速后，电动势的变化规律如图线所示。以下关于这两个正弦式交变电流的说法正确的是
A. 从图线可算出穿过线圈磁通量的最大值
B. 线圈先后两次转速之比为
C. 在图线和中，时刻穿过线圈的磁通量均为零
D. 图线电动势的瞬时值表达式为
三、填空题（本大题共2小题，共14分）
下图是交流发电机工作原理的示意图，为了看得清楚，图中只画出了一匝线圈。示意图之下是从前向后看的平面示意图。假定线圈沿逆时针方向匀速转动，请完成以下问题：
在平面图中标出线圈边速度的方向
在线圈由甲图所示位置转到乙图所示位置的过程中，边中电流方向为从 到
在线圈由丙图所示位置转到丁图所示位置的过程中，边中电流方向为从 到
当线圈转到 图所示位置时线圈中没有电流
当线圈转到 图所示位置时线圈中的电流最大
当线圈转到 图所示位置时通过线圈平面的磁通量最大。
老师在课堂上做了一个演示实验，让一个矩形线圈在匀强磁场中绕中心轴匀速转动，并通过两滑环与电刷和小灯泡相连，如图所示，在实验中匀速转动线圈，则小灯泡________选填“忽明忽暗”或“亮度不变”；当线圈平面转到与磁感线相垂直时，通过小灯泡的电流________选填“最大”“最小”或“不能确定”．
四、计算题（本大题共4小题，每小题各10分,共40分）
如图所示，是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为的水平方向的匀强磁场中，线框面积为，边水平，线框绕竖直固定轴以角速度匀速转动。从边与磁场方向的夹角为时开始计时：
在图中画出时刻，沿固定轴从上向下看线框的俯视图，并标出电流方向。
求经过时间，线框中产生的感应电动势瞬时值表达式。
一台发电机产生正弦式电流。如果发电机电动势的峰值，线圈匀速转动的角速度，试写出电动势瞬时值的表达式设时刻电动势瞬时值为。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为，电路中电流的峰值为多少？写出电流瞬时值的表达式。
如图所示，匀强磁场，所用矩形线圈的匝数，边长，，以角速度绕轴匀速转动。从线圈平面通过中性面时开始计时，试求：
线圈中产生感应电动势的最大值是多少？
线圈中产生感应电动势的瞬时表达式是什么？
由至过程中的平均电动势值？
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共匝，转速为，在转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为，则感应电动势最大值为多少？当线圈平面与中性面夹角为时，感应电动势为多少？
3.1交变电流参考答案
1.【答案】
解析：我们日常生活中用的都是正弦式交流电，电压是，频率是周期为
电压的最大值为：，故C正确，ABD错误。故选：。
2.【答案】
解析根据直流电是方向不变的电流，也就是电动势方向不变的电流。故选项D是直流电，而均为交流电。故选D。
3.【答案】
4.【答案】
解析：、从电动势的表达式知道：当时，感应电动势为零，则线圈平面处于中性面位置，通过的磁通量最大，故A正确，B错误。
C、交变电的周期为，故C正确。
D、由交流电动势 ，可知，当时，感应电动势为零，则磁通量的变化率最小，故D正确。
5.【答案】
解析A.由题图得、，据，可得 ，A正确；
在和时，线圈中磁通量最大，线圈处于中性面位置，线圈与中性面平行，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，BC错误；
D.时，线圈中磁通量为零，此时刻磁通量的变化率最大，且此时刻，D错误。故选A。
6.【答案】
解析A.由图乙可知，当时，感应电动势为，则此时穿过线框回路的磁通量最大，故A错误；
B.由图乙可知，当时，感应电动势为零，则此时穿过线框回路的磁通量最大，处于中性面，故B正确；
C.由图可知，交流电的周期为，则转速为：，线框匀速转动时的角速度大小为，故 C错误。
D.线框产生的产变电动势的有效值，故D错误；故选B。
7.【答案】
解析A、由图可知，在时，磁通量最大，则线圈位于中性面位置，感应电动势为零，故A错误；
B、由图可知，在时，磁通量为零，则线圈垂直于中性面，感应电动势最大，电动势不改变方向，故B错误；
C、根据图象，，，故电动势的最大值，故C错误；
D、在时，磁通量为零，线圈垂直于中性面，感应电动势最大，故D正确。
8.【答案】
解析：、当时，，线圈平面恰好位于中性面，故A正确；
B、时，线圈处于中性面，线圈平面与磁场垂直，磁通量最大，穿过线圈的磁通量最大，故B错误；
、时，，故D正确；
故选：。
9.【答案】
解析A. 电流表的示数为交变电流的有效值，故A正确；
B.由可得，线圈转动的角速度为，故B错误；
C.时，电路中电流最大，故该时刻通过线圈的磁通量最小，即该时刻线圈平面与磁场平行，故C正确；
D.根据楞次定律可得，时电阻中电流的方向自左向右，故D错误。故选AC。
10.【答案】
解析：、由图读出的最大值电动势和周期，并算出角速度，据电动势最大值公式可以求出穿过线圈磁通量的最大值，故A正确；
B、由图读出两电流周期之比为：：：，而，则线圈先后两次转速之比为：，故B错误；
C、时刻两个正弦式电流的感应电动势瞬时值均为零，线圈都与磁场垂直，穿过线圈的磁通量都最大，故C错误；
D、图线电压的最大值为，角速度为，所以图线电动势的瞬时值表达式为，故D正确。故选：。
11.【答案】图略 甲、丙 乙、丁甲、丙
解析、图略
、在线圈由甲图所示位置转到乙图所示位置的过程中，过线圈的磁通量变小，根据楞次定律，可知产生的感应磁场的方向与原磁场方向相同，边中电流方向为从到
、在线圈由丙图所示位置转到丁图所示位置的过程中，过线圈的磁通量变小，根据楞次定律，可知产生的感应磁场的方向与原磁场方向相同，边中电流方向为从到
、乙与丁图中，和边运动方向与磁感线方向垂直，切割磁感线，产生电流最大，甲和丙图在中性面位置，线圈与磁场垂直，磁通量最大，电流为，电流方向发生变化，故在甲、丙两图所示位置时线圈中没有电流，通过线圈平面的磁通量最大，在乙、丁两图所示位置时线圈中的电流最大。
12.【答案】亮度不变 最小
解析线框在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式交变电流，，通过小灯泡的电流是交变电流的有效值，故小灯泡亮度不变，当线圈平面转到与磁感线相垂直时，处在中性面，磁通量最大，磁通量变化最慢，故电流最小，
故答案为：亮度不变 最小
13.【答案】解：俯视从上向下看线框逆时针转动，穿过线框的磁通量变大，由楞次定律可知，感应电流磁场方向与原磁场方向相反，由安培定则可知，感应电流方向是，线框的俯视图只能看到边，俯视图如图所示；
线框转过过程感应电动势的最大值：
由题意可知，时刻线框平面与中性面的夹角
经过时间线框产生的感应电动势的瞬时值表达式：
答：线框的俯视图与电流方向如图所示；
经过时间，线框中产生的感应电动势瞬时值表达式是。
14解：由交流电的变化规律可推知，从中性面开始计算时，线圈中电动势的瞬时表达式为：
根据闭合电路欧姆定律得
电流瞬时值的表达式
15.解：由题可知 ，
线圈产生感应电动势的最大值为
感应电动势的瞬时值 所以
用计算至过程中的平均电动势
即
代入数值得
答：线圈中产生感应电动势的最大值是
线圈中产生感应电动势的瞬时表达式为；
由至过程中的平均电动势值为
16.解：；
线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势最大，
根据
从中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为：
则当线圈平面与中性面夹角为时，
答：感应电动势最大值为；当线圈平面与中性面夹角为时，感应电动势为
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