3.1认识交变电流 同步训练（word版含答案）

3.1认识交变电流
一、选择题（共15题）
1．矩形线圈在匀强磁场中绕线圈平面内垂直于磁感线的轴匀速转动，产生交变电流，当线圈平面与磁感线方向垂直时穿过线圈的磁通量Φ与产生的感应电动势e的大小正确的是（　　）
A．Φ最大，e最大 B．Φ最小，e最小
C．Φ最小，e最大 D．Φ最大，e最小
2．甲、乙两电路中电流随时间的变化关系分别如图甲、乙所示，则属于交流电的是（　　）
A．甲、乙都是 B．只有甲 C．只有乙 D．甲、乙都不是
3．如图所示是一种安装在自行车轮胎边缘用于照明的装置（俗称“电滚子”），内有磁铁与线圈。该装置是一个（　　）
A．蓄电池 B．发电机
C．电容器 D．电动机
4．如图所示为一台小型发电机示意图，磁场为水平方向．若线圈绕着转轴做匀速圆周运动，当线圈转到如图所示的水平位置时，下列判断正确的是（ ）
A．通过线圈的磁通量最大 B．此时线圈恰好经过中性面
C．线圈中产生的电动势最大 D．此时交流电流正好改变方向
5．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
6．如图甲所示,在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速,绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示,则
A．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3
B．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
C．曲线a表示的交变电流方向每秒改变100次
D．两次t=0时刻线圈平面均与中性面重合
7．关于矩形线圈在匀强磁场中转动时产生的正弦式电流，正确的说法是(　　)
A．线圈每转动一周，感应电流方向改变一次
B．线圈每转动一周，感应电动势方向改变一次
C．线圈每转动一周，感应电流方向改变两次，感应电动势方向改变一次
D．线圈每转动一周，感应电流方向和感应电动势方向都改变两次
8．通过闭合线圈平面的图象如图所示,下列说法正确的是（ ）
A．时刻线圈中感应电动势最大
B．时刻线圈中磁通量为零
C．时刻线圈平面与中性面重合
D．、时刻线圈中感应电流方向相同
9．如图所示，线圈按下列方式在匀强磁场中匀速转动，能产生正弦交变电流的是（　　）
A． B． C． D．
10．一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
11．如图所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框与磁感线垂直的转轴匀速转动，则下列说法中正确的是
A．矩形金属线框中能产生正弦交变电流
B．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势的方向就改变一次，感应电流的方向不变
C．当线框平面与中性面重合，磁通量最大，感应电动势最大
D．当线框平面与中性面垂直时，线框的磁通量及磁通量变化率均为零
12．关于三相交流发电机产生的三个正弦式交流电流，正确的结论是
A．最大值、周期，以及达到最大值的时刻都是相同的
B．最大值、周期均相同，达到最大值的时刻依次相差T/6个周期
C．最大值、周期均相同，达到最大值的时刻依次相差T/3个周期
D．最大值、周期，以及达到最大值的时刻均不相同
13．如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴以恒定的角速度转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则在0～这段时间内
A．线圈中的感应电流一直在减小 B．线圈中的感应电流先增大后减小
C．穿过线圈的磁通量一直在减小 D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小
14．如图甲所示，一矩形线圈绕其平面内的固定轴匀速转动，匀强磁场与轴垂直，线圈产生的感应电动势e随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法中正确的是（ ）
A．t1时刻通过线圈的磁通量最小
B．t2时刻线圈平面与磁场方向平行
C．t3时刻线圈处于中性面位置
D．t4时刻通过线圈的磁通量变化率最小
15．一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的变化率最大
C．t=0.02 s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
二、填空题
16．（选做题3）
（1）如图所示电路，已知电源的电动势E＝3V，内阻r=1Ω，外电阻R＝5Ω．若电键S闭合，则理想电流表示数为______A．
（2）我国居民照明电路使用的是______（选填“交变电流”或“恒定电流” ），电压为______V（选填“220”或“380” ）．
17．如图所示，（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。
（1）图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量___________，磁通量变化率___________（填“最大”或“零”）。
（2）从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是___________（填“i=Imsinωt”填“i=Imcos ωt”）。
（3）当线圈转到图（c）位置时，感应电流___________ （填“最小”或“最大”），且感应电流方向___________ （填“改变”或“不改变”）。
（4）当线圈转到图（d）位置时，感应电动势___________（填“最小”或“最大”），ab边感应电流方向为___________（填“a→b”或“b→a”）。
18．我们的生产和生活中离不开交变电流。
(1)如图甲所示，KLMN是一个单匝竖直的矩形导线框，KL边水平，线框面积为S，全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框绕竖直固定轴按俯视的逆时针方向以角速度ω匀速转动。在KL边与磁场方向夹角为（图示位置）时：
①线框产生的瞬时电动势的大小为____________；
②导线框中的电流方向是___________（选填“KNMLK”或“KLMNK”）；
(2)交变电流可以从发电站输送到用户，但输电线的电阻不可忽略，因此在输电线上会损失一部分功率。某发电厂利用总电阻R=100Ω的线路向外输送电能，输送功率P=300kW，输电电压U=10kV，请你求出导线上损失的功率___________；
(3)如图乙所示电路中，L是标有“12V 12W”字样的小灯泡，R是标有“10Ω 1A”字样的滑动变阻器。交流电源的电压瞬时值表达式u=28sin100πt（V）。请你通过计算说明，能否通过调节滑动变阻器使小灯泡正常工作。_________。
三、综合题
19．如图甲所示，绝缘轻杆将一个N=100匝的矩形线圈固定在竖直平面内，悬点P为AB边中点。矩形线圈水平边AB=CD=5cm，竖直边AD=BC=4cm，E、F分别为AD和BC边的中点，在EF上方有一个垂直纸面的匀强磁场。矩形线圈的质量m=10g、电阻为R=1 ，取如图所示的磁场方向为正方向，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示。（已知g=10m/s2）
(1)求在t=0.1s时线圈中电流大小及AB边电流的方向；
(2)求在t=0.1s时轻杆对线圈的作用力大小；
(3)求线圈中感应电流的有效值。
20．如图所示是交流发电机模型示意图，n＝100匝的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B＝T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.48m2．线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝50πrad/s匀速转动，并与理想变压器相连，变压器副线圈接入一只额定电压为12V的灯泡，灯泡正常发光，线框、输电线路的电阻都不计．
求：(1)将图示时刻记为t＝0，写出电动势瞬时表达式；
(2)变压器的原、副线圈匝数比．
21．如图所示是电动势随时间变化的图像，图中Oa、ab、bc、cd分别对应图3-1-5中的哪一个过程？
22．图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴按如图所示方向匀速转动，线圈的匝数n＝100、电阻，线圈的两端经集流环与电阻连接，电阻，与R并联的交流电压表为理想电表．在t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图乙所示正弦规律变化．（取）求：
（1）交流发电机产生的电动势的最大值；
（2）从时开始计时，转过时线圈中应电流瞬时值及感应电流的方向；
（3）电路中交流电压表的示数；
（4）从图示位量转过，整个回路产生的焦耳热．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
当线圈平面与磁感线方向垂直时，即线圈处于中性面位置，则穿过线圈的磁通量最大，而产生的感应电动势E的大小却为零，即为最小，故ABC错误，D正确；故选D．
2．B
【详解】
电流方向随时间变化的电流为交变电流，故由题图可知，甲是交流电，乙不是交流电。
故选B。
3．B
【详解】
自行车行驶时，“电滚子”线圈切割磁感线，产生感应电流，用于照明，是一个发电机。
故选B。
4．C
【详解】
A．图中的线圈与磁场平行，此时磁通量最小为零，故A错误；
B．中性面与磁场方向垂直，但此时线圈与磁场平行，线圈恰好经过与中性面垂直的平面，故B错误；
C．此时磁通量的变化率最大，线圈中产生的电动势最大，故C正确；
D．电流方向在中性面处发生变化，此时线圈恰好经过与中性面垂直的平面，电流方向不改变，故D错误。
故选C．
5．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。
6．D
【详解】
由图可知，a的周期为4×10-2s；b的周期为6×10-2s，则由n=1/T可知，转速与周期成反比，故转速之比为：3：2，故A错误；曲线a、b对应的线圈转速之比为3：2，曲线a表示的交变电动势最大值是15V，根据Em=nBSω得曲线b表示的交变电动势最大值是10V，有效值为，故B错误；曲线a的交变电流的频率f=1/T=25Hz，曲线a表示的交变电流方向每秒改变50次，故C错误；在t=0时刻，感应电动势为零，此时线圈一定处在中性面上，磁通量最大，故D正确。
故选D．
7．D
【详解】
感应电动势和感应电流的方向，每经过中性面时改变一次，每个周期内方向改变两次，故选D．
8．A
【详解】
A．图像的斜率表示磁通量变化率，由图像可知，时刻斜率最大，由法拉第电磁感应定律可知，此时感应电动势最大，故A正确；
B．由图像可知，时刻斜率为零，即此时电动势为零，则此时线圈的磁通量最大，故B错误；
C．由图像可知，时刻磁通量为零，则此时线圈平面与中性面垂直，故C错误；
D．图像斜率的正负可示电动势的正负(即方向)，由图像可知，、时刻线圈中感应电流方向相反，故D错误。
故选A。
9．C
【详解】
A．图中线圈转动时，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流产生，选项A错误；
B．图中线圈转动时，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流产生，选项B错误；
C．图中线圈转动时，穿过线圈的磁通量不断变化，会产生正弦交流电，选项C正确；
D．图中线圈转动时，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流产生，选项D错误；
故选。
10．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。
11．A
【详解】
A．根据磁通量变化的规律知此矩形金属线框中能产生正弦交变电流，故A正确；
B．从矩形金属线框与磁感线垂直的转轴匀速转动开始计时，此线圈产生的电动势瞬时值表达式为 ，所以线圈每经过中性面一次电动势方向变化一次，相应的电流方向也改变一次，故B错误；
C．当线框平面与中性面重合，磁通量最大，感应电动势最小，故C错误；
D．当线框平面与中性面垂直时，磁通量最小，磁通量变化率最大，故D错误。
故选A。
12．C
【详解】
试题分析：三相交流发电机三组相同的线圈相差1200共轴转动，故产生的三个正弦式交流电流最大值、周期均相同，达到最大值的时刻依次相差T/3个周期，故选C．
13．AD
【详解】
0～为四分之一周期，在t=0时刻线圈平面与磁感线平行；
AB、当线圈平面与磁场方向平行时，左右两边垂直切割磁感线，产生的感应电动势最大，感应电流最大，之后的四分之一周期内，感应电动势及电流越来越小，故A正确，B错误；
C、在四分之一周期内，穿过线圈的磁通量一直增大，故C错误；
D、线圈从t=0开始转动的四分之一时间内，感应电动势一直在减小，所以穿过线圈的磁通量的变化率也一直在减小，故D正确．
故选AD
14．AD
【详解】
AC．t1时刻和t3时刻感应电动势最大，线圈通过与感应线平行，磁通量最小，A正确；C错误；
BD．t2时刻和t4时刻感应电动势为零，线圈通过中性面，磁通量最大，磁通量变化率最小，为零，B错误，D正确。
故选AD。
15．BD
【详解】
由图象可知t=0、0.02s、0.04s时刻线圈平面是中性面位置，Φ最大，=0，磁通量变化率为零，故E=0，t=0.01s、0.03s、0.05s时刻线圈平面与磁感线平行，Φ最小，最大，磁通量变化率最大，故E最大，AC错误B正确；由图象可知，交变电流变化的周期T=0.04 s，则，D正确．
16． 0.5 交变电流 220
【详解】
（1）根据闭合电路的欧姆定律可知： ，则理想电流表读数为0.5A.
（2）我国居民照明电路使用的是交变电流，电压为220V．
17． 最大 零 i=Imcosωt 最小 改变 最大 b→a
【详解】
（1）图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，磁通量变化率为零。
（2）从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imcos ωt。
（3）当线圈转到图（c）位置时为中性面，感应电流为零，最小，且感应电流方向发生改变。
（4）当线圈转到图（d）位置时，磁通量变化率最大，此时感应电动势最大，由右手定则可知，ab边感应电流方向为b→a。
18． 能
【详解】
(1)从垂直中性面开始计时感应电动势的瞬时表达式为当线圈平面与垂直中性面夹角为时，即
则
图中的位置，线框的向右的磁通量增大，感应电流的磁场才方向向左，所以感应电流的方向为
(2)输电电流为
导线上损失的功率
(3)电源电压的有效值为
小灯泡正常工作时两端电压为12V，正常工作时电流为
此时滑动变阻器接入电路中的电阻值
小灯泡正常工作时，滑动变阻器接入电路的阻值小于其最大阻值，所以通过调节滑动变阻器使小灯泡能正常工作
19．(1)，方向从A指向B；(2)5.1N；(3)
【详解】
(1)在0~0.2s时间内，由图乙可知其磁通量的变化率不变，由法拉第电磁感应定律得
再由闭合电路欧姆定律求得在这段时间内感应电流的大小
方向从A指向B。
(1)当t=0.1s时线圈AB边所受到的安培力为
方向竖直向下。则此时轻杆对线圈的作用力大小为
由乙图还可求出在0.2~0.5s时间内感应电流的大小
则在一个周期之内
代入数据解得线圈中感应电流的有效值为
20．(1) (2)
【详解】
(1)线框逆时针转动，根据右手定则，电流俯视为逆时针；
电动势最大值：V
从垂直中性面位置开始计时，故瞬时值为：（V）
(2)变压器的输入电压为：V；
根据变压器变压比公式，有：
解得：
21．电动势的图像中Oa段表示从中性面开始转动90°的过程，即过程图中a→b；
ab段表示从过程图中b→c；
bc段表示从过程图中c→d；
cd段表示从过程图中d→e；
22．（1） （2），电流方向为 （3） （4）
【详解】
（1）由图线可知：=，
角速度为
所以，，
（2）产生的感应电动势的瞬时表达式为（V）
感应电流的瞬时表达式为，，电流方向为；
（3）电动势的有效值为
由闭合电路欧姆定律，电路中电流有效值为
交流电压表的示数为
（4）整个回路中产生的焦耳热为，
则：．
答案第1页，共2页