3.1交变电流的产生 自主提升过关练（word解析版）

3.1交变电流的产生 自主提升过关练（解析版）
一、选择题
1．如图所示，KLMN是一个竖直的n匝矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，KL边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度匀速转动。此时线框面与磁场方向夹角为（图示位置），则（　　）
A．当线圈从图示位置绕固定轴转动，在此过程中磁通量变化量为BS
B．此时线框中的电流方向为N→K→L→M→N
C．此时穿过线框的磁通量为
D．线框平面转动一圈的过程中，电流方向不变
2．一闭合矩形线圈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
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．某实验装置如图所示，在铁芯P上绕着两个线圈A和B。在线圈A中通入电流i与时间t的关系如图A、B、C、D所示，那么在t1~t2这段时间内，可以观察到线圈B中产生交变电流的是（　　）
A． B．
C． D．
5．一只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变化的图像如图所示，则下列说法中正确的是（　　）
A．t1时刻线圈平面感应电动势达最大 B．t2时刻线圈平面位于中性面
C．t3时刻线圈平面磁通量变化率为零 D．t2时刻线圈平面产生的感应电流改变向
6．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
7．如图所示，电阻为r的矩形线圈在匀强磁场中绕位于线圈平面内垂直于磁场的轴以某一角速度ω匀速转动，t=0时，线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，则（　　）
A．t=0时，线圈中的感应电动势最大
B．1s内电路中的电流方向改变了次
C．滑片P向下滑动时，电压表的示数不变
D．线圈匀速转动的角速度ω变大时，电流表的示数不变
8．如图为电动机模型图，左侧为N极，右侧为S极。电动机线框通过换向器连入电路中，线框abcd的面积为S，匝数为n，匀强磁场磁感应强度为B，线框平面与磁场平行。若此时闭合开关，则下列说法正确的是（　　）
A．从正前方看去，该线框将会逆时针转动
B．若同时调转电极和磁极方向，则线圈的转动方向改变
C．转动过程中线圈中电流方向变化，流过R的电流方向不变
D．线框转过时，穿过线框平面的磁通量最大，且为nBS
9．如图所示，一个矩形线圈abcd 绕位于线圈平面内且垂直于匀强磁场的固定轴OO′匀速转动，OO′为bc 和 ad 边的中垂线。当线圈平面转到与磁感应强度B的方向平行时，下列说法中正确的是（　　）
A．穿过线圈的磁通量最大
B．线框中产生的感应电动势最小
C．线框中产生的感应电流最小
D．线框中的电流方向不发生改变
10．下列图像中不属于交流电的有（　　）
A． B．
C． D．
11．一只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变化的图象如图所示，则下列说法中正确的是(　　)
A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直
B．t＝0.01 s时刻Φ的变化率达最大
C．t＝0.02 s时刻感应电动势达到最大
D．t＝0.03 s时刻感应电动势为零
12．以下几个物理公式中都用L来表示相关的物理量，其中有一个公式中的L所代表的物理量的量纲与其它三个不同的是（　　）
A．感应电动势 B．电阻定律
C．电振荡周期 D．单摆周期公式
13．当交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面重合时，下列说法中正确的是（　　）
A．电流将改变方向 B．磁场方向和线圈平面平行
C．线圈的磁通量最大 D．线圈产生的感应电动势最大
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．如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R=10 Ω连接，t=0时线圈以T=0.02 s的周期从图中位置开始转动，转动时理想交流电压表示数为10 V，则下列说法正确的是（　　）
A．电阻R上的电功率为20 W
B．R两端的电压u随时间变化的规律是u=10·cos100πt（V）
C．t=0.02 s时R两端的电压瞬时值最大
D．一个周期内电阻R产生的热量是0.2 J
二、解答题
16．下列各情况中，线圈都以角速度绕图中的转动轴匀速转动，能产生交变电流的是哪些？请简述理由。
17．下图所示的是交流发电机模型。采取哪些措施可以使它产生的电动势增大？
参考答案
1．A
【详解】
AC．线框转动了时，根据磁通量的定义可知，此时穿过线框的磁通量为
初态时，磁通量为
但两次磁感线贯穿的方向不同，故此过程中，磁通量变化了BS，磁通量与匝数无关，故A正确，C错误；
B．导线框中的电流方向根据楞次定律可以判断，是N→M→L→K→N，故B错误；
D．线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴转动过程中，一周电流方向发生两次改变，故D错误。
故选A。
2．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。
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．D
【详解】
A．由图A可知，A中电流不变，电流产生的磁场不变，穿过P的磁通量不变，故不会产生感应电流，A错误；
B．图B中电流发生变化，产生的磁场均匀变化，会产生感应电流，但不是交变电流，B错误；
C．图C中电流发生变化，产生的磁场发生变化，整个过程会产生交变电流，但在t1~t2这段时间内，电流的变化不均匀，故t1~t2这段时间内也会产生交变电流，C正确；
D．图D中电流发生变化，产生的磁场发生变化，整个过程会产生交变电流，t1~t2这段时间内，电流的变化率发生改变，故产生非均匀变化的磁场，故会产生交变电流，D正确。
故选CD。
5．C
【详解】
A．由图可知，t1时刻磁通量最大，此时感应电动势为0，故A错误；
B．由图可知，t2时刻磁通量为0，此时线圈平面与磁感线平行，即与中性面垂直，故B错误；
C．图象斜率表示磁通量变化率，由图可知，t3时刻线圈平面磁通量变化率为零，故C正确；
D．由图可知，t2时刻磁通量为0，此时线圈平面与磁感线平行，此时感应电动势最大，此时电流方向不变，故D错误。
故选C。
6．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。
7．B
【详解】
A．t=0时，线圈位于中性面位置，此时线圈中的感应电动势为零，A错误；
B．交流电的频率为
1s内电流方向改变2f次，即次，B正确；
C．滑片P向下滑动时，外电阻增大，电流减小，电源内阻分压减小，所以电压表示数变大，C错误；
D．线圈内产生的电动势的最大值为
当线圈匀速转动的角速度ω变大时，电动势变大，电流表的示数变大，D错误。
故选B。
8．C
【详解】
A．根据电源正负极可知，从上往下看，电流为逆时针电流，根据左手安培定则可知，ab导体棒受力向上，cd导体棒受力向下，所以从正面看线框会顺时针转动，A错误。
B．同时调转电极和磁极方向，相当于同时改变磁场和电流方向，根据左手安培定则可知，线框受力方向不变，所以转动方向不会发生改变，B错误。
C．下面的电路为直流电流，电流的方向不发生改变，C正确。
D．根据磁通量的公式
可知，在计算磁通量的时候，不应该出现匝数，所以D错误。
故选C。
9．D
【详解】
线圈平面转到与磁感应强度B的方向平行时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，线框中产生的感应电流最大，线框的ab边和dc边切割磁感线的方向不变，则线框中的电流方向不发生改变，故选选项D正确，ABC错误。
故选D。
10．B
【详解】
交流电的特点是大小、方向随时间做周期性的变化，B图方向没有随时间变化，不属于交流电，B正确。
故选B。
11．B
【详解】
A．t＝0时刻磁通量最大，此时线圈平面在中性面，选项A错误；
B．t＝0.01 s时刻，磁通量为零，此时磁通量的变化率达最大，选项B正确；
C．t＝0.02 s时刻，磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，感应电动势为零，选项C错误；
D．t＝0.03 s时刻，磁通量为零，此时磁通量的变化率达最大，感应电动势最大，选项D错误。
故选B。
12．C
【详解】
感应电动势、电阻定律、单摆周期公式，这三个物理公式中的L表示的都是物体的长度物理量，而电振荡周期中L表示的都是线圈的自感系数的物理量，ABD不符合题意，C符合题意。
故选C。
13．AC
【详解】
当线圈平面与中性面重合时，磁场方向和线圈平面垂直，此时磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，电流将改变方向。
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．BCD
【详解】
A．电阻R消耗的电功率为
A错误；
B．R两端电压的最大值为
角速度
线圈从图中位置开始转动时，感应电动势最大，R两端电压最大，故R两端的电压u随时间t变化的规律是
u=10·cos100πt（V）
B正确；
C．t=0.02 s时，即t=T时，线圈平面与磁场方向平行，磁通量的变化率最大，此时线圈产生的感应电动势最大，R两端的电压瞬时值最大，C正确；
D．根据焦耳定律可知，一个周期内电阻R产生的热量
Q=I2RT=PT=10×0.02 J=0.2 J
D正确。
故选BCD。
16．见解析
【详解】
产生交表电流的条件是线圈绕垂直于匀强磁场的转轴做匀速圆周运动。左上图，转轴与磁场平行，线圈在转动的过程中，线圈里始终没有磁通量，没有感应电流；右上图，线圈中磁通量随线圈的转动呈周期性的变化，能产生交表电流；左下图，线圈中磁通量随线圈的转动呈周期性的变化，能产生交表电流，右下图，线圈中磁通量随线圈的转动呈周期性的变化，能产生交表电流。
17．见解析
【详解】
根据
可以通过增大线圈匝数、增大磁场强度、增大线框面积、增大转动角速度等措施使它产生的电动势增大。