3.1认识交变电流练习（word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修二 3.1 认识交变电流
一、单选题
1．关于物理概念的定义所体现的思想方法，下列叙述正确的是（　　）
A．交变电流的有效值体现了等效思想
B．平均速度的概念体现了极限思想
C．电阻的概念体现了控制变量思想
D．重心的概念体现了理想模型思想
2．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
3．2016年底以来，共享单车风靡全国各大城市。图甲为某品牌共享单车第一代产品，单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电。单车内小型发电机发电原理可简化为图乙所示，矩形线圈abcd的面积为0.001m2，共有100匝，线圈总电阻为1Ω，线圈处于磁感应强度大小为的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO′转动，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路阻值为9Ω电阻连接，不计交流电流表的内阻。在外力作用下线圈以10πrad/s的角速度绕轴OO′匀速转动时，下列说法中正确的是（　　）
A．交流电流表的示数是0.002A
B．电阻R的发热功率是0.4W
C．该交流发电机产生的交流电的周期为0.2s
D．当线圈平面和磁场方向平行时，线圈中的感应电流为零
4．如图所示为交流发电机的示意图，相关说法正确的是（　　）
A．线圈处于甲图时，电流有最大值
B．线圈处于乙图时，电流有最小值
C．线圈处于丙图时，电流方向改变
D．线圈处于丁图时，电流方向改变
5．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
6．利用示波器可以显示输入信号的波形，单匝正方形金属线框abed处在匀强磁场中，当以线圈平面内某虚线为轴匀速转动时，线圈内产生的电流随时间的变化关系如图甲所示。则在四个选项所示的情景中，无论从线圈平面处于哪个位置开始计时，都不可能产生该电流的是（ ）
A．
B．
C．
D．
7．下列电流随时间变化的图像中，属于交变电流的是（　　）
A． B．
C． D．
8．关于正弦交流电，下列说法正确的是（　　）
A．一个周期内，电流的方向改变1次 B．一个周期内，电流的方向改变2次
C．线圈跟中性面重合时，磁通量最小 D．线圈跟中性面重合时，感应电动势最大
9．如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是（　　）
A．线圈经过图示位置时，电流方向发生改变
B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流
C．图示位置边的感应电流方向为
D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零
10．电磁感应现象的发现，标志着人类从蒸汽机时代步入了电气化时代，下列设备利用电流热效应原理的是（　　）
A．电风扇
B．电熨斗
C．发电机
D．电磁起重机
11．下列事物与磁现象无关的是（　　）
A．白炽灯 B．电动机
C．指南针 D．交流发电机
12．一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图所示．下列说法中正确的是（ ）
A．时刻线圈在中性面位置
B．线圈产生的感应电动势达到最大
C．时线圈磁通量的变化率为零
D．时线圈产生的感应电动势为零
13．一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的Φ－t图象如图所示。下列说法中正确的是（　　）
A．t=0时刻线圈在中性面位置，磁通量为零，磁通量的变化率为零
B．t=0.01s时线圈产生的感应电动势最大
C．t=0.02s时线圈磁通量的变化率为零
D．t=0.03s时线圈中的电流方向发生改变
14．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
15．图甲为小型交流发电机的示意图，N、S极间可视为匀强磁场线圈绕水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，产生电流随时间变化图像如图乙所示，以下说法中正确的是（　　）
A．线圈转动的角速度为πrad/s
B．线圈转动的频率为50Hz
C．0.02s时线圈位于中性面
D．电流表的示数为10A
二、填空题
16．简单的直流电动机由_________和_________两部分组成，其中一个是永久磁铁，那么另一个就是_________。安装在电动机转轴上用来改变电流方向的装置叫_________，压在换向器上有一对电刷，它必须通过_________与电源相连接。
17．如图，使单匝闭合矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴，匀速转动，在线框中就会产生交流电．已知磁场的磁感应强度为B，线框abcd面积为S，线框转动的角速度为,当线框转到图示位置时，即线框平面与磁场方向垂直，线框中的感应电动势大小为_____；当线框从图示位置转过90°时，线框中的感应电动势大小为_________．
18．交变电流：电流，电压随时间做________，这样的电流叫做交变电流。我们把交变电流完成一次周期性变化所需的________，叫做它的周期。交流电在1s内完成的周期性变化的________叫做它的频率。
三、解答题
19．图甲是交流发电机的模型示意图．在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO′转动，由线圈引起的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路．图乙是线圈的主视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示，已知ab长度为L1，bc长度为L2，线圈以恒定角速度ω逆时针转动(只考虑单匝线圈)．
(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式；
(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式．
20．如图所示，N＝50匝的矩形线圈abcd，ab边长l1＝20 cm，ad边长l2＝25 cm，放在磁感应强度B＝0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n＝3000 r/min的转速匀速转动，线圈电阻r＝1 Ω，外电路电阻R＝9 Ω，t＝0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里．求：
(1)t＝0时感应电流的方向；
(2)感应电动势的瞬时值表达式；
(3)线圈转动一圈整个电路中产生的电热；
(4)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量．
21．假定线圈绕OO′轴沿逆时针方向匀速转动，如图所示，则：
（1）线圈转动一周的过程中，线圈中的电流方向如何变化？
（2）线圈转动过程中，当产生的感应电流有最大值和最小值时线圈分别在什么位置？
22．南海上有一浮桶式波浪发电灯塔，其原理示意如图甲．浮桶*（轻密度绝缘材料制成）内的磁体通过支柱固定在暗礁上，浮桶内置线圈随周期T=3s的波浪相对磁体沿竖直方向运动，且始终处于磁场中，该线圈与阻值R=15Ω的灯泡相连．如图乙所示，浮桶下部由内、外两密封圆筒构成，其截面积S=0.2m2（图乙中斜线阴影部分），其内为产生磁场的磁体，与浮桶内侧面的缝隙忽略不计；匝数N=200的线圈所在处辐向磁场的磁感应强度B=0.2T，线圈直径D=0.4m，电阻r=1Ω．假设浮桶随波浪上下运动可视为受迫振动，浮桶振动的速度可表示为 ，取重力加速度g=10m/s2，π2≈10．
(1)图甲中，当浮桶上下运动通过平衡位置时，判断流过灯泡的电流 方向 （向左或向右），并计算此时的电流大小；
(2)画出电流i随时间t的变化图像，并求线圈在1小时内产生的焦耳热；
(3)已知浮桶与线圈总质量为450kg，它们在运动过程中受到安培力与其他力的共同作用，试求0到0.75s时间内，其他力的冲量．（本题线圈中产生的交变电流与同匝数线圈在匀强磁场中以周期T=3s匀速转的产生的交变电流等效，如图丙所示）．
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．交变电流的有效值体现了等效思想，故A正确；
B．平均速度体现了等效替代的思想，故B错；
C．电阻的定义式为比值法，故C错误；
D．重心的概念体现了等效替代思想，故D错误。
故选A。
2．B
【解析】
【分析】
【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。
3．C
【解析】
【详解】
AB．线圈产生的最大感应电动势为
有效值为
根据闭合电路的欧姆定律可知
电阻R产生的热功率为
P=I2R=0.36W
故AB错误。
C．交流电的周期
故C正确。
D．当线圈平面和磁场方向平行时，线圈中的感应电流最大，故D错误。
故选C。
4．C
【解析】
【详解】
A．线圈处于甲图时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率最小，因此感应电流最小，选项A错误；
B．线圈处于乙图时，穿过线圈的磁通量最小，但磁通量的变化率最大，因此感应电流最大，选项B错误；
CD．线圈处于中性面位置时，电流方向发生改变，选项C正确，D错误。
故选C。
5．B
【解析】
【分析】
【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。
6．A
【解析】
【详解】
A．当以线圈平面内某虚线为轴匀速转动时，线圈中的磁通量始终不变，没有感应电流产生，故A不可能产生该电流，故A符合题意；
BCD．三图中线圈绕垂直于磁场方向的轴转动，磁通量发生变化，根据交变电流的产生原理可知，三者均产生示波器中的正弦式交变电流，故BCD不符合题意。
故选A。
7．C
【解析】
【分析】
【详解】
交变电流是大小和方向随时间周期性变化，ABD不属于交变电流，C属于交流电。
故选C。
8．B
【解析】
【分析】
【详解】
AB．正弦交流电一个周期内，电流的方向改变2次，故B正确，A错误；
CD．线圈跟中性面重合时，磁通量最大，感应电动势最小为0,故CD错误。
故选B。
9．C
【解析】
【详解】
ABD．图示位置线圈与磁场方向平行，磁通量变化率最大，线圈中的感应电流最大，线圈经过中性面时时，电流方向才发生改变，线圈经过图示位置时，电流方向不变，故ABD错误；
C．线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则知，ab边的感应电流方向是a→b，故C正确。
故选C。
10．B
【解析】
【详解】
A．电扇的主要元件是电动机，电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动工作的。故A错误；
B．电熨斗是利用电流的热效应工作的。故B正确；
C．发电机是利用电磁感应现象工作的。故C错误；
D．电磁起重机主要工作部件是电磁继电器，电磁继电器的内部主要有一个电磁铁构成，故是利用电流的磁效应的原理。故D错误。
故选B。
11．A
【解析】
【详解】
A．白炽灯是利用电流的热效应工作的，与磁现象无关，A正确；
B．电动机是利用电流在磁场中受到的安培力工作的，与题意不符，B错误；
C．指南针是小磁针在地磁场的作用下偏转而进行指明方向的，与题意不符，C错误；
D．交流发电机是利用电磁感应现象工作的，与题意不符，D错误。
故选A。
12．D
【解析】
【详解】
A．t=0时刻，磁通量为零，则线圈在与中性面垂直的位置，选项A错误；
B．t=0.01s时磁通量最大，磁通量的变化率为零，则线圈产生的感应电动势为零，选项B错误；
C．t=0.02s时线圈磁通量为零，此时磁通量的变化率最大，选项C错误；
D．t=0.03s时线圈磁通量最大，磁通量的变化率为零，则产生的感应电动势为零，选项D正确.
13．D
【解析】
【详解】
A．t=0时刻，磁通量等于零，但Φ的变化率达最大，感应电动势最大，线圈垂直于中性面，故A错误；
B．t=0.01s时刻，磁通量最大，Φ的变化率为零，产生电动势为零，故B错误；
C．t=0.02s时磁通量等于零，但Φ的变化率达最大，感应电动势最大，故C错误；
D．由图示图象可知，t=0.03s时刻穿过线圈的磁通量最大，此时线圈经过中性面，线圈中电流方向发生变化，故D正确。
故选D。
14．C
【解析】
【分析】
【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。
15．B
【解析】
【详解】
A．由图乙可知线圈转周期为0.02s，因此转动的角速度
A错误；
B．线圈转动的频率等于交流电的频率
B正确；
C．由图乙可知，在0.02s时线圈的电流最大，此时线圈位于垂直于中性面位置，C错误；
D．电流表示数为电流的有效值10A，D错误。
故选B。
16． 转子 定子 线圈 换向器 引出线
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2][3]简单的直流电动机由转子和定子两部分组成，其中一个是永久磁铁，那么另一个就是线圈。
[4]安装在电动机转轴上用来改变电流方向的装置叫换向器。
[5]压在换向器上有一对电刷，它必须通过引出线与电源相连接。
17． 0
【解析】
【详解】
[1]线框平面与磁场方向垂直时，磁通量最大，感应电动势为零．
[2]从图示位置转过90°时，线圈与磁感线平行，磁通量为零，感应电动势最大，．
18． 周期性变化 时间 次数
【解析】
【详解】
[1]电流，电压随时间做周期性变化，这样的电流叫做交变电流；
[2]我们把交变电流完成一次周期性变化所需的时间，叫做它的周期；
[3]交流电在1s内完成的周期性变化的次数叫做它的频率。
19．（1） （2）
【解析】
【详解】
(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时，设时间t内线圈转过的角度为θ，有θ＝ωt，
在矩形线圈abcd转动过程中，只有ab和cd在切割磁感线，在t时刻，设矩形线圈的ab和cd的速度为v，有：，与磁感线的夹角为θ，
在t时刻，矩形线圈的ab和cd因切割磁感线产生的感应电动势均为E0＝BL1vsinθ，
则整个矩形线圈产生的感应电动势为e1＝2E0，
解得e1＝BL1L2ωsinωt.
(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时，
与(1)同理，t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式为e2＝BL1L2ωsin(ωt＋φ0)．
【点睛】
本题考查对交流电表达式的掌握，要注意明确数学中相位在物理学中的准确意义；用好数学规律求解．
20．(1)感应电流方向沿adcba （2) e＝314cos(100πt) V　(3)98.6 J　(4)0.1 C
【解析】
【详解】
(1)根据右手定则，线圈感应电流方向为adcba.
(2)线圈的角速度ω＝2πn＝100π rad/s
图示位置的感应电动势最大，其大小为Em＝NBl1l2ω
代入数据得Em＝314 V
感应电动势的瞬时值表达式e＝Emcos ωt＝314cos (100πt) V.
(3)电动势的有效值
线圈匀速转动的周期T＝＝0.02 s
线圈匀速转动一圈，Q=I2(R＋r)T＝T
代入数据得W≈98.6 J.
(4)从t＝0起转过90°过程中，Δt内流过R的电荷量：
代入数据得q＝0.1 C.
21．（1）见解析；（2）见解析
【解析】
【详解】
（1）根据右手定则可知各个过程的电流方向为
转动过程 电流方向
甲→乙 B→A→D→C
乙→丙 B→A→D→C
丙→丁 A→B→C→D
丁→甲 A→B→C→D
（2）线圈转到乙或丁位置时线圈中的感应电流最大。线圈转到甲或丙位置时线圈中感应电流最小，为零，此时线圈所处的平面称为中性面。
22．（1）4A电流向左（2）28800J（3）(180π+16)N s
【解析】
【详解】
（1）根据右手定则，通过小灯泡的电流向左
当线圈通过平衡位置时，速度最大，切割产生的电动势最大即
其中：，解得
Emax=64V
根据闭合电路欧姆定律
（2）电流最时间的变化关系

i-t图像如图所示 ：
电流的有效值为
电流产生的焦耳热
（3）浮筒与线圈在安培力及其他力的共同冲量作用下，动量发生改变
根据动量定理
交变电流与同匝数线圈在匀强磁场中以T=3s匀速转动产生的交变电流等效，则有
四分之一周期内通过的电量满足
则
点睛：本题主要考查了电磁感应与简谐运动的综合，在求解感应电动势的最大值，该题是运动切割，故速度最大时，对应感应电动势最大．
答案第1页，共2页
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