3.1交变电流的产生 学科素养提升练（word解析版）

3.1交变电流的产生 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．如图（a）→（b）→（c）→（d）→（e）过程是交流发电机发电的示意图。线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷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连接。下列说法正确的是（　　）
A．图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大
B．从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是
C．当线圈转到图（c）位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变
D．当线圈转到图（d）位置时，感应电动势最大，ab边感应电流方向为a→b
2．如图所示，一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转动轴与磁场方向垂直，产生交变电动势。下列说法正确的是（　　）
A．线圈平面与磁场垂直时，产生的感应电动势最大
B．线圈平面与磁场垂直时，产生的感应电动势为零
C．线圈平面与磁场平行时，磁通量变化率为零
D．线圈平面与磁场平行时，磁通量最大
3．一矩形线圈，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，线圈中的感应电动势随时间t的变化规律如图所示，下列说法是正确的是 （　　）
A．线圈每转动一周，感应电流的方向改变两次
B．t2时刻穿过线圈的磁通量变化率为零
C．t=0时刻，线圈处于中性面位置
D．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零
4．对于如图所示的电流i随时间t作周期性变化的图象，下列说法中正确的是（　　）
A．电流大小变化，方向不变，是直流电
B．电流大小、方向都变化，是交流电
C．电流最大值为0.2A，周期为0.02s
D．电流大小变化，方向不变，不是直流电，是交流电
5．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
6．一台发电机的结构示意图如图所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场。若从图所示位置开始计时，此时电动势为正值，图中能正确反映线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律的是（　　）
A． B．
C． D．
7．线圈在匀强磁场中转动时产生交变电流，下列说法正确的是（　　）
A．线圈每转动一周，感应电流的方向就改变一次
B．线圈每转动一周，感应电动势出现两次最大值
C．线圈平面每经过中性面时，穿过线圈的磁通量变化最快
D．线圈平面每经过中性面时，穿过线圈的磁通量达到最小值
8．如图所示是一台发电机的结构示意图，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M共轴的固定转动轴旋转。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小相等的磁场。若从图示位置开始计时，当线框绕固定转动轴匀速转动时，下列图像中可能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是（ ）
A． B．
C． D．
9．矩形线框绕垂直于匀强磁场且沿线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，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零时，线框中的感应电动势也为零
C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次
D．线框经过与中性面垂直的位置时，各边不切割磁感线
10．一只闭合的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的变化图像如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．t=0s时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大
B．t=0s时刻线圈平面与中性面重合
C．t=0.1s，线圈中电流方向改变
D．t=0.2s时刻，线圈中感应电动势最大
11．一台小型发电机外接理想电压表和电阻为66Ω的灯泡，如图甲所示，已知发电机线圈的匝数为700、内阻为4Ω，灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．t=1×10-2s时，穿过线圈的磁通量为零
B．t=1×10-2s时，电压表的示数为零
C．1min内，灯泡产生的焦耳热为183.3J
D．穿过线圈的磁通量变化率的最大值为Wb/s
12．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中．通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．t1、t3时刻线圈产生的电动势最大
B．t1、t3时刻线圈位于中性面
C．t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变
D．线圈每转一周，电流的方向就改变一次
13．一只矩形线圈在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所示。下列说法中正确的是（　　）
A．t=0时，线圈平面与中性面垂直
B．t=0.01s时，磁通量的变化率最大
C．t=0.02s时，感应电动势最大
D．t=0.03s时，感应电动势最大
14．如图，线圈在磁场中匀速转动产生交变电流，以下相关说法中正确的是
A．线圈在甲、丙图所示位置时，磁通量变化率最大
B．线圈在乙、丁图所示位置时，产生的电流最大
C．线圈平面经过甲、丙图所示位置时，电流的方向都要改变一次
D．线圈每转动一周，电流方向改变一次
15．如图所示是交流发电机的示意图． 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．当线圈转到图甲位置时，磁通量的变化率最大
B．从图乙所示位置开始计时，线圈中电流 i随时间 t变化的关系是 i=Imcosωt
C．当线圈转到图丙位置时，感应电流最小
D．当线圈转到图丁位置时，流经外电路的电流方向为 E→F
二、解答题
16．如图所示为一个小型交流发电机的原理图，其矩形线框的面积为S，共有N匝，线框的总电阻为r，线框处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，线框在转动时可以通过滑环K和电刷L保持与外电路电阻R的连接，在外力作用下线框以恒定的角速度绕垂直于磁场的线框平面内的对称轴匀速转动（不计转动轴及滑环与电刷的摩擦），推导发电机线框产生感应电动势最大值的表达式。
17．如图所示为交流发电机的示意图。线圈abcd绕垂直于磁场的轴逆时针方向匀速转动，角速度ω=2πrad/s。已知产生的交流电电动势的最大值为，线圈abcd电阻为1Ω，小灯泡电阻为4Ω，其他电阻忽略不计。求：
（1）线圈在图示位置时，通过线圈的磁通量是多少？线圈中的感应电流是多少？
（2）线圈从图示位置开始转过60o角时，电动势的大小？
（3）若在灯泡两端并联交流电压表，则电压表示数？
（4）外力驱动线圈转动一周所做的功
参考答案
1．C
【详解】
A．图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但磁通量变化率最小为零，故A错误；
B．从图（b）开始计时，线圈产生的感应电动势最大，形成的感应电流最大，线圈中电流随时间变化的关系是
故B错误；
C．当线圈转到图（c）位置时，线圈位于中性面位置，此时感应电流最小，且感应电流方向改变，故C正确；
D．当线圈转到图（d）位置时，感应电动势最大，根据楞次定律可知ab边感应电流方向为，故D错误。
故选C。
2．B
【详解】
AB．线圈平面与磁场垂直时，磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，产生的感应电动势为零，选项A错误，B正确；
CD．线圈平面与磁场平行时，磁通量为零，但是磁通量的变化率最大，选项CD错误。
故选B。
3．A
【详解】
A．线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，故A正确；
B．由图可知，t2时刻线圈的感应电动势最大，故磁通量的变化率也最大，通过线圈的磁通量为零，故B错误；
C．由图可知，t=0时刻线圈的感应电动势最大，故磁通量的变化率也最大，通过线圈的磁通量为零，不是中性面的位置，故C错误；
D．由图可知，t1和t3时刻线圈的感应电动势最小（零），则磁通量的变化率也为零，所以通过线圈的磁通量为最大，故D错误。
故选A。
4．A
【详解】
由图象可知：电流的大小变化，方向始终为正，不发生变化变，所以是直流电，电流最大值为0.2A，周期为0.01s，所以A正确，BCD错误。
故选A。
5．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。
6．D
【详解】
由于磁场为沿半径的辐向磁场，可以认为磁感应强度的大小不变，线圈始终垂直切割磁感线，所以产生的感应电动势大小不变，由于每个周期磁场方向要改变两次，所以产生的感应电动势的方向也要改变两次。
故选D。
7．B
【详解】
A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向改变一次，线圈转动一周的过程中两次经过中性面，故电流方向改变两次，A错误；
B．当线圈平面与磁感线平行时，线圈中的磁通量最小，但此时导线切割磁感线的速度最大，线圈中的感应电动势最大，线圈转动一周的过程中两次线圈平面与磁感线平行时，感应电动势出现两次最大值，B正确；
C．当线圈与磁感线垂直时，经过中性面，此时穿过线圈的磁通量最大，由于没有任何一边切割磁感线，线圈中没有感应电动势产生，穿过线圈的磁通量变化最慢，CD错误。
故选B。
8．D
【详解】
AB．因发电机的两个磁极N、S呈半圆柱面形状，磁极间的磁感线呈辐向分布，磁感应强度的大小不变，仅方向发生改变，故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小不变，故AB错误；
CD．线框越过空隙段后，由于线框切割磁感线方向发生变化，所以感应电动势的方向发生变化，故D正确，C错误。
故选D。
9．C
【详解】
AC．线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边速度方向与磁感线平行，即不切割磁感线，穿过线框的磁通量的变化率等于零，所以电动势等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变。A错误，C正确；
BD．线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，切割磁感线的两边的速度与磁感线垂直，有效切割磁感线速度最大，此时穿过线框的磁通量的变化率最大，所以感应电动势最大，BD错误。
故选C。
10．B
【详解】
AB．由图知t=0时刻磁通量最大，磁通量的变化率为零，线圈平面应在中性面，故A错误，B正确；
C．t=0.1s时刻，磁通量为零，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大，即电动势最大，电流不改变方向，故C错误；
D．t=0.2s时刻，磁通量最大，但磁通量变化率为零，故线圈中感应电动势为零，故D错误；
故选B 。
11．D
【详解】
A．由图乙可知当时，发电机输出电压为零，此时线圈平面与中性面重合，穿过线圈的磁通量为最大值。故A错误；
B．理想交流电压表的示数为有效值
故B错误；
C．1分钟内，灯泡产生的焦耳热为
故C错误；
D．发电机的最大电动势为
根据
可得
故D正确。
故选D。
12．B
【详解】
A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于零，则电动势为0，故A错误；
B．t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，则线圈位于中性面位置，故B正确；
C．t2、t4时刻磁通量为零，线圈转到与中性面垂直位置处，此时电动势最大，电流方向不变，故C错误；
D．线圈每转一周，两次经过中性面，电流方向两次发生改变，故D错误。
故选B。
13．BD
【详解】
A．t=0时，线圈磁通量最大，线圈平面与中性面平行，故A错误；
B．t=0.01s时，磁通量为0，感应电动势最大，磁通量变化率最大，故B正确；
C．t=0.02s时，磁通量最大，磁通量变化率为0，感应电动势为0，故C错误；
D．t=0.03s时，磁通量为0，磁通量变化率最大，感应电动势最大，故D正确。
故选BD。
14．BC
【详解】
A．当线圈出现在甲、丙位置时，线圈平面和磁场完全垂直，磁通量最大，但ab边和cd边恰好不切割磁场，瞬时感应电动势为零，根据法拉第电磁感应定律，此时磁通量的瞬时变化率为零，故A错误；
B．线圈在乙丁位置时，线圈平面和磁场方向平行，磁通量为零，但此时ab边和cd边正好垂直切割磁场，产生的感应电动势最大，故此时流过线圈的瞬时电流最大，故B正确；
C．根据交变电流产生的原理，线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次，线圈在甲、丙图中均处于中性面，故电流方向都要改变一次，故C正确；
D．线圈每转动一周要经过两次中性面，所以线圈每转动一周，方向改变两次，故D错误。
故选BC。
15．BC
【详解】
线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但磁通量变化率最小为零，故A错误；从图乙所示位置开始计时，线圈产生的感应电动势最大，形成的感应电流最大，线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imcosωt，故B正确；当线圈转到图丙位置时，线圈位于中性面位置，此时感应电流最小，且感应电流方向改变，故C正确；当线圈转到图丁位置时，感应电动势最大，根据楞次定律可知AB边感应电流方向为A→B，流经外电路的电流方向为F→E，故D错误；故选BC．
【点睛】
此题主要考查了发电机的工作原理．要知道发电机是根据电磁感应原理制成的．感应电流的方向与导体切割磁感线的方向有关，能够通过线圈的转动情况，判断线圈中产生的感应电流放向的变化．
16．见解析
【详解】
线框平面与磁场方向平行时产生的感应电动势最大，ab边切割磁感线时产生的感应电动势与cd边产生的感应电动势串联，即
所以
其中得
同理
所以
17．（1）；；（2）；（3）8V；（4）20J
【详解】
（1）线圈在图示位置时，线圈平面与磁场方向平行，所以线圈在图示位置时，通过线圈的磁通量为
线圈在图示位置时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的感应电流最大，所以线圈中的感应电流为
（2）线圈在图示位置时，线圈平面与磁场方向平行，线圈从图示位置开始转过60o角时，电动势的大小
（3）若在灯泡两端并联交流电压表，则电压表示数是路端电压的有效值，所以电压表示数为
（4）外力驱动线圈转动一周所做的功