3.1交变电流 学科素养提升练（Word版含答案）

3.1交变电流 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．一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象如图6所示，则下列说法中，正确的是(　　)
A．t＝0.03 s时刻，线圈中有最大感应电动势
B．t＝0.02 s时刻，线圈中感应电流为0
C．t＝0.01 s时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最小
D．t＝0时刻，线圈平面与中性面平行
2．如图所示，一个匝数为10的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T。若把万用电表的选择开关拨到交流电压挡，测得a、b两点间的电压为20V，则可知：从中性面开始计时，当时，穿过线圈的磁通量的变化率约为 (　　)
A．1.41Wb/s B．2.0Wb/s
C．14.1Wb/s D．20.0Wb/s
3．一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下列说法中正确的是
A．t=5×10-3s时刻，线圈平面与中性面垂直
B．t=1×10-2s时刻，线圈平面与磁场垂直
C．t=2×10-2s时刻，感应电动势达到最大
D．该线圈转动的角速度为50π rad/s
4．一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
5．如图所示，水平向右、磁感应强度为B的匀强磁场中，一边长为L的正方形单匝线圈abcd绕水平中以轴OO’沿逆时针方向以角速度匀速转动，OO’与磁场方向垂直．线圈的两端与磁场外的电阻相连组成闭合电路，则
A．线圈平面垂直于磁场方向时，穿过线圈平面的磁通量最小
B．线圈平面垂直于磁场方向时，线圈中的感应电流最大
C．线圈中的感应动势的峰值为BL2
D．线圈中交变电流的频率是
6．关于保险丝，下列说法中正确的是(　　)
A．电路中有了保险丝，就能起到保险作用
B．选用额定电流越小的保险丝，就越好
C．选择适当规格的保险丝，才能够既不妨碍供电，又能起到保险的作用
D．以上说法都不对
7．下图电动机线框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．该线框将会顺时针转动
B．转动过程中线圈中电流和流过R的电流方向都不变
C．若同时调转电极和磁极方向，则线圈的转动方向改变
D．线框转过90°时，穿过线框平面的磁通量最大，且为nBS
8．物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用．下面列举的四种器件中，在工作时利用了电磁感应现象的是（ ）
A．回旋加速器
B．交流发电机
C．质谱仪
D．电动机
9．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则（　　）
A．线框产生的交变电动势的频率为100Hz
B．线框产生的交变电动势有效值为311V
C．t = 0.01s时线框的磁通量变化率为零
D．t = 0.005s时线框平面与中性面重合
10．如图所示,面积均为的单巨线圈绕轴在磁感应强度为的匀强磁场中以角速度匀速转动,从图中所示位置开始计时,下图中能产生正弦交变电动势的是（ ）
A． B．
C． D．
11．图是一矩形线圈在一匀强磁场中以角速度ω匀速转动而产生的感应电动势随时间变化的图象，则下列说法正确的是
A．t＝0时通过线圈的磁通量最大；
B．t＝T/4时线圈平面跟磁场方向垂直；
C．一个周期内电流的方向改变一次；
D．t＝T时外电路消耗的电功率最大．
12．如图所示为交流发电机示意图，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，导体制作的两个电刷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．关于其工作原理，下列分析正确的是(　　)
A．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最小
B．当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电动势最大
C．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最大
D．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量的变化率最大
13．下列情况中线圈中产生了交流电的是(　　)
A．B．C． D．
14．下列各图中能产生交变电流的是(　　)
A． B．
C． D．
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．你知道哪些发电方式？请你从电磁感应的角度总结不同发电方式的共同点。
17．有人说，在下图中，导电线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，因而线圈中产生的感应电动势最大；导电线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为零，因而线圈中产生的感应电动势为零。这种说法是否正确？为什么？
参考答案
1．A
【详解】
t=0.03s时，线圈的磁通量最小，，磁通量的变化率最大，所以线圈中有最大感应电动势，t=0.02s时，线圈的磁通量最小，，磁通量的变化率最大，所以线圈中有最大感应电动势，线圈中感应电流最大，t=0.01s时，线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大，所以线圈中有最大感应电动势，t=0s时，线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大，所以线圈平面与中心面垂直．故A正确．
2．B
【详解】
一个匝数为10匝的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T，若用交流电压表测得a、b两点间的电压为20.0V，所以
从中性面开始计时，线圈中感应电动势的瞬时值表达式为
当时，
所以时线圈的磁通量的变化率
故选B。
3．C
【详解】
t=5×10-3s时刻，磁通量最大，线圈处于与中性面位置，故A错误．t=1×10-2s时刻，磁通量为零，线圈平面与磁场平行，故B错误．t=2×10-2s时刻，磁通量为零，感应电动势最大，故C正确．因T=2×10-2s，则线圈转动的角速度为ω==100π rad/s，选项D错误；故选C.
点睛：线圈与磁感线垂直的位置叫中性面；当线圈处于中性面时，磁通量最大，感应电动势为零，感应电流为零，当线圈处于与中性面垂直面时，磁通量为零，感应电动势最大．
4．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。
5．D
【详解】
试题分析：线圈平面垂直于磁场方向时，穿过线圈平面的磁通量最大，此时的感应电动势为零，感应电流为零，选项AB错误；线圈中的感应动势的峰值为，选项C错误；线圈中交变电流的频率是f=
，选项D正确；故选D.
考点：交流电的产生及变化规律.
6．C
【详解】
保险丝起到一定的保护作用，但也不是绝对的保险作用，故A错误；要根据家中电器的总电流选择保险丝，并不是电流越小越好，故B错误；只有选择适当规格的保险丝，才能够既不妨碍供电，又能起到保险的作用，故C正确，D错误．所以C正确，ABD错误．
7．A
【详解】
由左手定则可知，该线框将会顺时针转动，若此时闭合开关，则线框将会顺时针转动，选项A正确；转动过程中线圈中电流方向变化，流过R的电流方向不变，选项B错误；根据左手定则，若同时调转电极和磁极方向，则线圈受力方向不变，转动方向不变，选项C错误；线框转过90°时，穿过线框平面的磁通量最大，且为BS，选项D错误．
8．B
【详解】
试题分析：回旋加速器利用磁场使带电粒子旋转，电场使粒子加速，不是电磁感应现象，故A错误； 发电机是通过线圈在磁场中转动，从而产生感应电动势，是利用电磁感应现象，故B正确；质谱仪是利用电场加速，磁场使粒子偏转，不是电磁感应现象，故C错误；电动机是先通电，通电线圈在磁场里受安培力作用，线圈在安培力的作用下才转动的，不属于电磁感应现象，故D错误．所以B正确，ACD错误．
考点：电磁感应在生活和生产中的应用
【名师点睛】本题主要考查了电磁感应在生活和生产中的应用．回旋加速器利用磁场使带电粒子旋转，发电机是通过线圈在磁场中转动，从而产生感应电动势，是利用电磁感应现象；质谱仪是利用电场加速，磁场使粒子偏转．电动机是先通电，通电线圈在磁场里受安培力才转动的．
9．C
【详解】
A．由图乙可知T=0.02s，故f=50Hz，故A错误；
B．电动势的最大值为e=311V，故有效值应为，故B错误；
C．t=0.01s时，感应电动势为0，则磁通量的变化率为0，故C正确；
D．t=0.005s时，感应电动势最大，磁通量应为0，磁通量变化量应最大，故不与中性面重合而是与中性面垂直，故D错误。
故选C。
10．A
【详解】
由题意可知，只有AB图在切割磁感线，导致磁通量在变化，从而产生感应电流，但B中在t=0时产生的感应电动势最大，不按正弦规律变化，故只有A中产生的感应电动势为正弦交变电动势，而CD图均没有导致磁通量变化，A正确．
11．A
【详解】
假设线圈按照图示方向旋转
A、t＝0时，产生的感应电动势为0，线圈平面与磁场垂直，穿过线圈的磁通量最大．A正确
B、t＝T/4时，产生的感应电动势最大，线圈平面与磁场平行．B错误
C、根据图像可以看出，一个周期电流方向改变2次．C错误
D、t＝T时，产生的感应电动势为0，此时外电路消耗的电功率为0．D错误
12．D
【详解】
当线圈平面转到中性面的瞬间，AB和CD边方向与磁感线方向垂直，穿过线圈的磁通量最大，A错误；当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零， B错误；当线圈平面转到与中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小，C错误；当线圈平面转到与中性面垂直的瞬间，根据法拉第电磁感应定律，则线圈中磁通量的变化率最大，D正确．
13．BCD
【详解】
A．A中线圈转动时，穿过线圈的磁通量不变，故不产生感应电流，选项A错误；
BCD．BCD中的线圈转动时，穿过线圈的磁通量发生变化，均会产生感应电流，故选项BCD正确。
故选BCD。
14．CD
【详解】
试题分析：根据有无磁通量发生变化分析解题
AB选项中线框在磁场平面平动，无磁通量变化，故没有感应电流产生，CD选项中穿过线框的磁通量发生变化，故有感应电流产生，CD正确．
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．发电方式有火力发电、风力发电、水力发电、太阳能发电、核能发电、潮汐能发电等；
火力发电、风力发电、水利发电、核能发电、潮汐能发电等发电方式的共同点是：先利用其它形式的能转化为机械能，再利用机械能转化为电能，都利用电磁感应现象来发电。
【详解】
发电方式有火力发电、风力发电、水力发电、太阳能发电、核能发电、潮汐能发电等；
火力发电、风力发电、水利发电、核能发电、潮汐能发电等都是先利用其它形式的能转化为机械能，再利用机械能转化为电能，都利用电磁感应现象来发电，利用发电机转子(电磁场)旋转，定子线圈切割磁力线，发出电能；而太阳能发电是利用半导体材料的光电效应来发电。
17．见解析
【详解】
这种说法不对。因为当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，此时穿过线圈的磁通量的变化率最小为零，故感应电动势为零；当线圈平面转到与中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为零，根据法拉第电磁感应定律，则有线圈中磁通量的变化率最大，则线圈的感应电动势也最大。