3.1交变电流同步练习 （word版含答案）

人教版（2019）选择性必修二 3.1 交变电流 同步练习
一、单选题
1．关于交流发电机的下列叙述正确的是（　　）
A．交流发电机将电能转化为机械能
B．交流发电机由两部分组成，即定子和转子，线圈必须旋转，成为转子，这样才能在线圈中产生交流电
C．交流发电机线圈中产生交流电，输送到外电路也是交流电
D．在交流发电机线圈转动的过程中，线圈中的每一个边都切割磁感线
2．如图所示图像中属于直流电的是 （　　）
A． B． C． D．
3．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．
4．一矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴OO′匀速转动时，就会在线圈中形成交变电流。下列说法错误的是（　　）
A．线圈经过甲图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流也最大
B．线圈经过乙图位置时，穿过线圈的磁通量为零，产生的电流最大，电流的方向为图中箭头指向
C．线圈经过丙图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流最小
D．线圈从丙图位置转到丁图位置的过程中，穿过线圈的磁通量减小，产生的电流在增大
5．在下列四幅u-t图像中，能正确反映我国居民生活所用交流电的是（ ）
A． B． C． D．
6．如图所示为交流发电机示意图，线圈的边连在金属滑环K上，边连在滑环L上，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．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小
C．当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大
D．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小
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．如图所示，磁感应强度为B的磁场均匀分布，一单匝线框abcd面积为S，在cd边上接有一电容器，现把线框以cd为轴，从上往下看沿顺时针方向以角速度ω旋转180°到虚线位置，在此过程中，下列说法正确的是（　　）
A．电容器两极板间电压随时间变化关系为U=BSωsinωt
B．电容器上极板先带正电，后带负电
C．电流方向始终是由a流向c
D．若把线框匀速平移到虚线处，过程中电容器不带电
9．如图所示，面积均为S的单匝线圈（A、C、D均绕其对称轴，B绕中心轴）在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，能产生正弦式交流电动势的是（　　）
A． B．
C． D．
10．如图所示，（甲）→（乙）→（丙）→（丁）→（甲）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，线圈在匀速转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。已知线圈转动的角速度为ω，转动过程中电路中的最大电流为Im。下列选项正确的是（　　）
A．在图（甲）位置时，线圈中的磁通量最大，感应电流为零
B．从图（乙）位置开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系式为
C．在图（丙）位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率也最大
D．在图（丁）位置时，感应电动势最大，cd边电流方向为c→d
11．如图所示，为交流发电机的示意图。装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，线圈转动时通过滑环和电刷保持与外电路的闭合，线圈沿顺时针方向匀速转动通过图中位置瞬间，下列说法正确的是（　　）
A．穿过线圈的磁通量最大
B．通过电阻的电流瞬时值最大
C．穿过线圈的磁通量的变化率为零
D．AB边的电流方向由B到A
12．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．
13．下列四幅图像表示的电流中不是交变电流的一项是（　　）
A． B．
C． D．
14．如图所示，是交流发电机的示意图，某时刻，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．图示位置磁通量为零
B．图示位置，电流表的示数为零
C．从图示位置开始，再过，电流方向将发生变化
D．用铝框做线圈骨架，电磁阻尼效果好
15．矩形线框绕垂直于匀强磁场且沿线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是（　　）
A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大
B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
C．每当线框经过中性面垂直的位置时，感应电动势或感应电流方向就改变一次
D．线框经过中性面时，各边不切割磁感线
二、填空题
16．交变电流的产生
交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直，用___________定则判断线圈切割磁感线产生的感应电流方向。
17．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______
18．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，在中性面时，通过线圈的磁通量最大。( )
19．（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” ）．
三、解答题
20．交流发电机模型的示意图如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线框可绕线框平面内垂直于磁感线的OO＇轴转动，由线框引出的导线和分别与两个跟线框一起绕OO＇轴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良好接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻及理想电流表形成闭合电路。已知长度为，bc长度为，线框电阻为，匝数为，线框以恒定角速度逆时针转动。求：
（1） 从线框平面处于中性面位置时开始计时，发电机产生的电动势瞬时值的表达式；
（2）安培表的示数；
（3）若不计一切摩擦，外力驱动线框转动一周所做的功。
21．矩形裸导线框长边的长度为2l，短边的长度为l，在两个短边上均接有阻值为R的电阻，其余部分电阻均不计。导线框的位置如图所示，线框内的磁场方向及分布情况如图，大小为。一电阻为R的光滑导体棒AB与短边平行且与长边始终接触良好。起初导体棒位于处，从时刻起，导体棒AB在沿x方向的外力F的作用下做速度为v的匀速运动。导体棒AB从运动到的过程中，试求：
(1)某一时刻t导体棒产生的电动势；
(2)某一时刻t导体棒所受的外力F；
(3)整个回路产生的热量。
22．如图所示，矩形线圈abcd的匝数为 n＝50匝，线圈ab的边长为L1＝0.2 m，bc的边长为L2＝0.25 m，在磁感应强度为B＝0.4 T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴匀速转动，转动的角速度ω＝rad/s，试求：
(1)穿过线圈平面的最大磁通量Φm；
(2)线圈在题图所示位置(线圈平面与磁感线平行)时，感应电动势e的大小；
(3)若线圈在中性面位置开始计时，写出此交变电流电动势瞬时值表达式．
23．交流发电机电枢电阻为2，感应电动势瞬时值表达式为e=389sin100πt（V），给电阻R=8Ω的用电器供电，则
（1）通过用电器的电流为多少？
（2）电源输出功率和发电总功率为多少？
（3）发电机输出端电压为多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
A．交流发电机将机械能转化为电能，故A错误；
B．交流发电机由两部分组成，即定子和转子，线圈可以是定子，也可以是转子，故B错误；
C．交流发电机线圈中产生交流电，输送到外电路也是交流电，故C正确；
D．在交流发电机线圈转动的过程中，和磁感线共面的边不切割磁感线。故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
ABCD．电流方向不变的电流为直流电，电流方向发生周期性变化的为交流电，A、B、C选项中电流方向发生变化为交流电，故ABC错误，D项中电流方向不变，为直流电，故D正确；
故选D。
3．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。
4．A
【详解】
A．线圈经过甲图位置(中性面)时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流为零。故A错误，与题意相符；
B．线圈经过乙图位置(与中性面垂直)时，穿过线圈的磁通量为零，产生的电流最大，根据楞次定律可知电流的方向为图中箭头指向。故B正确，与题意不符；
C．线圈经过丙图位置(中性面)时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流最小为零。故C正确，与题意不符；
D．线圈从丙图位置(中性面)转到丁图位置(与中性面垂直)的过程中，根据法拉第电磁感应定律可知，穿过线圈的磁通量减小，产生的电流在增大。故D正确，与题意不符。
故选A。
5．C
【详解】
我们日常生活中用的都是交流电，电压是220V，频率是50Hz．周期为0.02s；电压的最大值为：220V=311V，只有C正确。
故选C。
6．B
【详解】
AC．当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈平面与磁场垂直，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率最小，为零，故感应电流为零，AC错误；
BD．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量最小，为零，但磁通量的变化率最大，故感应电流最大，B正确，D错误。
故选B。
7．C
【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．A
【详解】
A．由于是从中性面开始计时，ab边产生的感应电动势瞬时值表达式为e=BSωsinωt，故电容器两极板间电压随时间变化关系为U=BSωsinωt，故A正确；
B．线框从实线位置转过90°过程中电容器充电，线框从旋转90°的位置转到虚线位置过程中电容器放电，上极板始终带正电，故B错误；
C．线框从实线位置转过90°过程中电容器充电，电流方向是由a流向c；线框从旋转90°的位置转到虚线位置过程中电容器放电，电流方向是由c流向a，故C错误；
D．移动过程中，ab边切割磁感线产生感应电动势，而cd边切割磁感线的有效长度小于ab边，故ab边产生的感应电动势大，从而对电容器充电，故D错误。
故选A。
9．A
【详解】
由题意可知，只有A图在切割磁感线，导致磁通量在变化，从而产生正弦交变电动势e=BSωsinωt，而BCD图均没有导致磁通量变化，故A正确，BCD错误；
故选A。
10．A
【详解】
A．在图（甲）位置时，线圈中的磁通量最大，感应电流为零，A正确；
B．从图（乙）位置开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系式为，B错误；
C．在图（丙）位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率最小，感应电流为0，C错误；
D．在图（丁）位置时，感应电动势最大，cd边电流方向为d→c，D错误。
故选A。
11．B
【详解】
ABC．线圈通过图中位置瞬间，穿过线圈的磁通量为零，感应电动势最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，根据
所以感应电流也最大，通过电阻的电流瞬时值最大，AC错误B正确；
D．线圈的AB边切割磁场产生电流，根据右手定则可知电流有A指向B，D错误。
故选B。
12．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。
13．C
【详解】
由图像可知，电流方向不变而大小做周期性变化，属于直流电，因此ABD属于交变电流，C不属于交变电流，故ABD错误，C正确。
故选C。
14．D
【详解】
A．图示位置是中性面，磁通量最大，故A错误；
B．图示位置，磁通量为最大，磁通量变化率最小，电流表读的是有效值，电流表的示数不为零，故B错误；
C．从图示位置开始，再过，电流方向将发生变化，故C错误；
D．铝框的电阻小，涡流强，所以用铝框做线圈骨架，电磁阻尼效果好，故D正确。
故选D。
15．D
【详解】
A．当线框位于中性面时，线框中磁通量最大，感应电动势最小，故A错误；
B．当穿过线框的磁通量为零时，磁通量变化率最大，线框中的感应电动势最大，故B错误；
C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次，故C错误；
D．线框经过中性面时，线框切割磁感线的边的速度方向与磁场方向平行，各边不切割磁感线，故D正确。
故选D。
16．右手
【详解】
略
17．0.01s
【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．
18．正确
【详解】
[1]矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，中性面是指线圈平面与磁感线垂直的位移，则在中性面时，通过线圈的磁通量最大。此说法正确。
19． 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．
20．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）电动势最大值为
电动势瞬时值的表达式为
（2）电动势有效值为
由闭合电路欧姆定律，安培表的示数
（3）线框转动的周期
外力驱动线框转动一周所做的功等于闭合回路中的焦耳热，则
得
21．(1)；(2)；(3)
【详解】
(1)在t时刻AB棒的横坐标
感应电动势
(2)回路总电阻
回路感应电流
棒匀速运动时有
解得
(3)由(1)中感应电动势的表达式可知，导体棒AB在切割磁感线的过程中产生半个周期的正弦交流电，感应电动势的有效值
整个回路产生的电热
通电时间
解得
22．(1)0.02Wb (2) (3)
【详解】
(1)穿过线圈平面的最大磁通量
(2)线圈在图示位置时感应电动势最大，此时感应电动势的值
(3)感应电动势的最大值，线圈转动的角速度，若从中性面位置开始计时，此交变电流电动势瞬时值表达式
23．（1）27.5A；（2）6050W， 7562.5W ；（3）220V
【详解】
（1）交流电动势的有效值为
根据闭合电路欧姆定律
（2）发电机的输出功率即电阻消耗的电功率
电源消耗的总功率为
（3）发电机路端电压为
答案第1页，共2页
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