3.1交变电流 课后练习（Word版含答案）

133.1、交变电流
一、选择题（共16题）
1．如图所示的四个装置中，与发电机工作原理相同的是（　　）
A． B．
C．D．
2．如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个匝数为N的矩形线圈abcd，线圈面积为S，ab边与磁场垂直，ab边始终与金属滑环K相连，cd边始终与金属滑环L相连，电阻R接在K、L之间。现使矩形线圈以恒定角速度ω，从图示位置绕过ad、bc中点的轴匀速转动，下列说法中正确的是（　　）
A．线圈每转过一圈，线圈所受安培力做功为零
B．线圈转动的角速度越大，通过电阻R的电流越小
C．线圈平面与磁场平行时，瞬时感应电动势最大且Em=NBSω
D．线圈平面与磁场平行时，穿过线圈平面的磁通量最大
3．一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e随时间t的变化规律如图所示，下列说法正确的有（）
A．t1时刻线圈位于中性面
B．t2时刻通过线圈的磁通量最大
C．考虑保险丝的熔断电流时应该用Em
D．一个周期内交变电流的方向改变一次
4．一矩形线圈绕垂直匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．时刻通过线圈的磁通量最大
B．时刻通过线圈的磁通量最大
C．时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D．时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值为0
5．以下各选项中属于交流电的是
A．
B．
C．
D．
6．关于交变电流，下列说法正确的是（　　）
A．大小不变，方向不改变的电流是交变电流
B．大小变化，方向不改变的电流是交变电流
C．大小变化，方向改变的电流是交变电流
D．大小不变，方向改变的电流不是交变电流
7．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是 （ ）
A．在中性面时，感应电动势最大
B．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零
C．穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零
D．在中性面时，通过线圈的磁通量最大
8．如图所示，导轨OPQS的电阻忽略不计，OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆，M可 在PQS上自由滑动，空间存在与导轨平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为I先 让OM从OQ位置以角速度ω1沿逆时针方向匀速转到OS位置（过程I）；再将OM固定在OS位置，使整个装置以OQ为轴，以角速度ω2匀速转动90°（过程II）．要使过程I、II回路中产生的热量相同，应等于
A． B． C． D．
9．一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动。线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示。下面说法中正确的是（　　）
A．时刻通过线圈的磁通量为零
B．线圈处于中性面位置
C．时刻通过线圈的磁通量变化率为零
D．时刻通过线圈的磁通量最大
10．矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。若轴线右侧没有磁场（磁场具有理想边界），如图所示。设abcda方向为感应电流的正方向。从图示位置开始一个周期内线圈感应电流随时间变化的图像中，正确的是（　　）
A． B． C． D．
11．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
12．如图甲所示为一台小型发电机构造的示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈电阻为2，外接灯泡的电阻为。则（　　）
A．电压表的示数为
B．发电机的输出功率为
C．在时，穿过线圈的磁通量最小
D．瞬时电动势的表达式为
13．如图所示，一矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴OO′沿顺时针方向转动，引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环M和N相连．M和N又通过固定的电刷P和Q与电阻R相连．在线圈转动过程中，通过电阻R的电流
A．大小和方向都随时间做周期性变化
B．大小和方向都不随时间做周期性变化
C．大小不断变化，方向总是P→R→Q
D．大小不断变化，方向总是Q→R→P
14．如图所示，闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，沿着OO′方向观察，线圈沿逆时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，ab边的边长为l1，ad边的边长为l2，线圈电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时(　　)
A．线圈中感应电流的方向为abcda
B．线圈中的感应电动势为2nBl2ω
C．穿过线圈的磁通量随时间的变化率最大
D．线圈ad边所受安培力的大小为
15．如图所示线圈的面积为，共100匝，处在的匀强磁场中，以的转速匀速转动，已知线圈电阻为，外接电阻为，交流电压表为理想电表，那么（　　）
A．交流电压表（最小刻度值为1V）的读数为
B．以图示位置为计时零点，电流的表达式
C．线圈从图示位置开始转过90°角的过程中，通过导线横截面的电荷量为
D．一个周期内外力做功的平均功率为500W
16．某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示，下列说法正确的是
A．交变电流的表达式为 (V)
B．交变电流的表达式为 (V)
C．若其他条件不变，仅使线圈的转速变为原来的一半，则交变电动势的表达式为
D．若其他条件不变，仅使线圈的转速变为原来的一半，则交变电动势的最大值变为50 V
二、填空题
17．一矩形线圈在匀强磁场中以角速度匀速转动，产生的交变电动势的图像如图所示。当时，线圈平面与磁感线___________，当时，e为___________V。
18．判断下列说法的正误。
（1）如图所示的电流为交流电。_________
（2）只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。_________
（3）线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大。_________
（4）线圈在通过中性面时电流的方向发生改变。_________
19．已知交变电流的瞬时值的表达式是i＝5sin50πt(A)，从t=0到第一次出现最大值的时间是______
20．交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向_________，用_________定则判断线圈切割磁感线产生的感应电流方向。
三、综合题
21．如图所示，矩形线圈匝数N=100匝，ab=30cm，ad=20cm，匀强磁场磁感应强度B=0.8T，绕轴OO'从图示位置开始匀速转动，角速度ω=100πrad/s，试求∶
（1）穿过线圈的磁通量最大值Φm；
（2）线圈产生的感应电动势最大值Em；
（3）感应电动势e随时间变化的表达式。
22．在如图所示的交流发电机线圈中，如果ab边长为，bc边长为，线圈转动的角速度为，线圈匝数为n，磁感应强度为B，从图示位置开始转动，线圈电阻不计。
(1)求交变电动势的峰值；
(2)求通过电阻R的电流的瞬时值表达式。
23．一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abcd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴以角速度匀速转动，如图所示，外电路电阻为R。
(1)在图中标出此刻线圈中感应电流的方向
(2)转动过程中感应电动势的峰值有多大？
(3)线圈平面与磁感线夹角为时的感应电动势多大？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
发电机工作原理为闭合回路部分导线切割磁感线，产生感应电流，B图符合，A图为电动机原理，C图为表示通电导线周围存在磁场，D图为通电导线在磁场中受力运动，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
2．C
【详解】
A．线圈转动过程中，安培力做负功使线圈的动能转化为电能，故A错误；
B．根据可知，线圈转动的角速度越大，产生的感应电动势峰值越大，则有效值越大，通过电阻R的电流越大，故B错误；
C．题图所示位置，线圈平面与磁场平行，产生的感应电动势最大，最大值为Em=NBSω，故C正确；
D．线圈平面与磁场平行时，穿过线圈平面的磁通量为零，线圈平面与磁场方向垂直时，穿过线圈平面的磁通量最大，故D错误。
故选C。
3．A
【详解】
A．t1时刻感应电动势为零，磁通量最大，线圈位于中性面，故A正确；
B．由图知t2时刻，感应电动势为最大值，通过线圈的磁通量为零，故B错误；
C．保险丝的熔断电流时应该用有效值，故C错误；
D．一个周期内交变电流的方向改变两次，故D错误。
故选A。
4．A
【详解】
AC．由图可知，t1、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A正确，C错误；
BD．由图可知，t2、t4时刻线圈的感应电动势最大，故磁通量的变化率也最大，通过线圈的磁通量最小，故BD错误。
故选A。
5．C
【详解】
交流电是指电流的方向发生变化的电流，电流的大小是否变化对其没有影响，电流的方向变化的是C
故选C。
6．C
【详解】
交变电流是指电流方向随时间作周期性变化的电流，故C正确，ABD错误。
故选C。
7．D
【详解】
在中性面时，感应电动势为零，选项A错误；穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势最大，选项B错误；穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率最大，选项C错误；在中性面时，通过线圈的磁通量最大，选项D正确.
8．A
【详解】
令OM棒长为L，从OQ位置以角速度ω1沿逆时针方向匀速转到OS位置的过程中，产生的感应电动势为：
回路中产生的热量为：
将OM固定在OS位置，使整个装置以OQ为轴，以角速度ω2匀速转动90°过程中，产生的感应电动势最大值为：
回路中产生的热量为：
联立可得：
故A正确，BCD错误．
9．C
【详解】
A．时刻感应电动势为零，线圈通过中性面时，磁通量最大，A错误；
B．时刻感应电动势为最大值，线圈处于和中性面垂直的位置，B错误；
C．时刻感应电动势为零，磁通量的变化率为零，C正确；
D．时刻感应电动势为最大值，通过线圈的磁通量为零，D错误。
故选C。
10．A
【详解】
从题图示位置开始，在时间内，磁通量减小，原磁场方向向里，由楞次定律“增反减同”可知，感应电流的磁场方向向里，产生的感应电流的方向为abcda，即与电流规定的正方向相同，且产生的感应电流的大小随时间按正弦规律变化，有
在时间内，磁通量增大，原磁场方向向里，由楞次定律“增反减同”可知，感应电流的磁场方向向外，因线圈的位置也发生了变化，所以产生的感应电流的方向还是abcda，即与电流规定的正方向相同，结合题中选项可知，A正确，BCD错误。
故选A。
11．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。
12．D
【详解】
A．电压表的示数为
选项A错误；
B．灯泡消耗的功率
故发电机的输出功率为，选项B错误；
C．在时，电动势为0，此时穿过线圈的磁通量最大，选项C错误；
D．电动势的最大值为，周期为，则瞬时电动势的表达式为
选项D正确。
故选D。
13．C
【详解】
试题分析：为了使线圈能够持续转动，在制作直流电动机时安装了换向器，当线圈转过平衡位置时自动改变线圈中电流的方向，从而改变线圈的受力方向．由于MN具有换向器的作用，由右手定则可知通过R的电流的方向不变，总是由P→R→Q.故C选项正确．
故选C
考点：考查了交流电的产生原理
点评：关键是知道MN的作用，具有换向器的作用
14．CD
【详解】
根据右手定则，线圈中感应电流的方向为adcba，故A错；当线圈转至图示位置时，线圈中感应电动势应为最大值Em=nBl1l2ω，此时，穿过线圈磁通量随时间的变化率最大，B错，C对；线圈ad边所受安培力的大小，D对．
15．ACD
【详解】
A．根据得，又
，
解得，选项A正确；
B．以题图所示位置为E计时零点，电流的表达式为，解得，选项B错误；
C．根据
，，，
故，解得，选项C正确；
D．外力做功的平均功率，代入解得，选项D正确。
故选ACD。
16．BD
【详解】
AB、由图象可知，交变电流动势的最大值，周期，所以瞬时值表达式为，故A错误， B正确；
CD、根据感应电动势最大值的表达式得知，与成正比，则线圈的转速变为原来的一半，感应电动势最大值变为原来的一半，为，则交变电流动势的表达式为，故C错误，D正确；
故选BD．
17． 垂直 0
【详解】
由图像知时，，线圈位于中性面位置，线圈平面和磁感线垂直；
当时，，
18． 错误 错误 错误 正确
【解析】
略
19．0.01s
【详解】
交变电流瞬时表达式i=5sin50πt（A），角频率为，则周期为
由于是正弦式交变电流，从线圈经过中性面开始计时的，在时刻第一次出现电流峰值，则从t=0到第一次出现最大值的时间是0.01s．
20． 垂直 右手
【解析】
略
21．（1）0.048Wb；（2）480πV；（3）e=480πcos100πt（V）
【详解】
（1）当线圈转至与磁感线垂直时，磁通量有最大值，为
Φm=BS=0.8×0.3×0.2Wb=0.048Wb
（2）线圈与磁感线平行时，感应电动势有最大值，为
Em=NBSω=480πV
（3）从图示位置开始计时，电动势的瞬时值表达式为
e=Emcosωt=480πcos100πt（V）
22．(1)；(2)
【详解】
解：(1)线圈平面与磁场方向平行时，线圈转动产生的感应电动势的峰值为
(2)线圈从垂直于中性面位置开始转动，感应电动势表达式可写为
通过电阻R的电流的瞬时值表达式为
23．(1) (2) ；(3)
【详解】
(1)由右手定则可以判断电流方向沿dcbad。
(2)根据
及
得
(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的瞬时感应电动势
答案第1页，共2页