3.1认识交变电流 同步练习（Word版含解析）

粤教版（2019）选择性必修二 3.1 认识交变电流
一、单选题
1．图甲为小型发电机的结构简图，通过线圈在两磁极间转动给小灯泡供电，电表均为理想交流电表，已知小灯泡获得的交变电压如图乙所示。则下列说法正确的是（ ）
A．图甲中电压表的示数为62V
B．图乙中的0时刻就是图甲所示时刻
C．图乙中时，穿过图甲中线圈的磁通量最小
D．图乙中时，穿过图甲中线圈的磁通量最小
2．在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为，则（　　）
A．时，线圈平面位于与中性面垂直的位置
B．时，线圈中的电流改变方向
C．时，线圈中的感应电动势最大
D．时，线圈中的电流为0
3．图示为交流发电机模型的示意图。位于磁场中的矩形导线框abcd可绕过其对称轴的轴线（图中虚线）转动。已知在t=0时刻，线框的平面与磁场方向垂直（即图示位置），并从此位置开始以恒定的角速度绕转轴沿逆时针方向转动。若规定通过电阻的电流从e到f为正，则下列i﹣t图象正确的是（　　）
A． B．
C． D．
4．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
5．如图所示，在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置，下列说法正确的是（　　）
A．t1时刻穿过线框的磁通量最大
B．t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左
C．t2时刻穿过线框的磁通量变化最快
D．t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左
6．如图所示，一矩形金属线圈ABCD在匀强磁场中绕垂直于磁场的固定轴OO′匀速转动，通过理想变压器对小灯泡供电，下列说法正确的是（　　）
A．通过图示位置时，线框中的电流方向将发生改变
B．线圈转动的频率与小灯泡闪烁的频率相同
C．通过图示位置时，穿过线框的磁通量的变化率最大
D．其他条件不变，增加变压器原线圈的匝数可提高发电机的输出功率
7．以下各个电流中属于交流电的是（　　）
A． B．
C． D．
8．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
9．图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示，发电机线圈内阻为，外接一只电阻为的灯泡，不计电路的其他电阻，则（　　）
A．时线圈平面与中性面垂直
B．每秒钟内电流方向改变100次
C．灯泡两端的电压为
D．线圈的转速为
10．如图所示，竖直长直导线通有向下的恒定电流，位于导线右侧的矩形线圈abcd可绕其竖直对称轴O1O2转动。线圈绕轴沿逆时针（沿轴线从上往下看）方向匀速转动，转动周期为T。从图示位置开始计时，下列说法正确的是（　　）
A．线圈中产生正弦式交流电
B．时间内，线圈中感应电流方向为
C．时，线圈的磁通量最大，感应电动势也最大
D．线圈每转动一周电流方向改变一次
11．如图所示，边长为L的正方形线框在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，以周期T绕OO′轴匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是（　　）
A．图示位置与中性面垂直 B．回路中产生稳恒直流电
C．时，电流方向将发生改变 D．时刻穿过线框的磁通量为0
12．两人在赤道上站立，各自手握金属绳OPO′的一端，绕东西方向的水平轴沿顺时针方向匀速摇动，周期为T，将金属绳连入电路，闭合回路如图所示，取金属绳在图示的最高位置时为t=0时刻，则下列说法正确的是（　　）
A．电路中存在周期为T的变化电流
B．t=0时刻，回路磁通量最大，电路中电流最大
C．t=时刻，电流向左通过灵敏电流计
D．t=时刻，回路磁通量最大电路中电流最大
13．一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的变化率达最大
C．t＝0.02 s时刻感应电动势达到最大
D．t＝0.03 s时刻感应电动势为零
14．如图所示图像中属于直流电的是 （　　）
A． B． C． D．
15．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．
二、填空题
16．某实验小组开展“正（余）弦规律交变电流产生”的实验， 线圈转到如图所示位置，形成图中所示感应电流方向，则沿轴方向看，线框是在_________（选填“顺时针”或“逆时针”）方向转动。
17．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。
18．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。
三、解答题
19．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？
20．如图所示，矩形线圈匝数N＝100匝，ab＝30 cm，ad＝20 cm，匀强磁场磁感应强度B＝0.8 T，绕轴OO′从图示位置开始匀速转动，角速度ω＝100π rad/s，试求：
(1)穿过线圈的磁通量最大值Φm为多大？线圈转到什么位置时取得此值？
(2)线圈产生的感应电动势最大值Em为多大？线圈转到什么位置时取得此值？
(3)写出感应电动势e随时间变化的表达式，并在图乙中作出图象．
21．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．
22．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。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．题图甲中电压表的示数为小灯泡获得的交流电的有效值
故A错误；
B．题图乙中的0时刻感应电动势为零，而题图甲所示时刻，感应电动势最大，故B错误；
C．题图乙中时，感应电动势最大，则此时穿过题图甲中线圈的磁通量最小，故C正确；
D．题图乙中时感应电动势为零，则此时穿过题图甲中线圈的磁通量最大，故D错误。
故选C。
2．A
【详解】
A．由图可知，时，穿过线圈的磁通量为零，则线圈平面位于与中性面垂直的位置，故A正确；
B．由图可知，时，穿过线圈的磁通量为零，则线圈平面位于与中性面垂直的位置，而线圈通过中性面时线圈中的电流改变方向，故B错误；
C．由图可知，时，穿过线圈的磁通量最大，则线圈平面位于中性面位置，线圈中感应电动势为零，故C错误；
D．由图可知，时，穿过线圈的磁通量为零，则线圈平面位于与中性面垂直的位置，线圈中感应电流最大，故D错误。
故选A。
3．C
【详解】
线圈在t=0时刻，线圈处于中性面位置，此时产生的感应电动势为零，形成的感应电流为零，根据楞次定律和安培定则可知在前时间内，形成的电流由a指向b，故流过电阻的电流由f到e，与规定的正方向相反。
故选C。
4．C
【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。
5．B
【详解】
AB．t1时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，根据楞次定律，通过电阻的电流方向从右向左，故A错误，B正确；
CD．t2时刻，穿过线框的磁通量最大，线框产生的感应电动势为零，电阻中的电流为零，故CD错误。
故选B。
6．A
【详解】
AC．由图可知，此时线框与磁场垂直，线框中的磁通量最大，磁通量的变化率最小，产生的感应电动势最小为零，线框中电流方向发生变化，故A正确，C错误；
B．根据物理知识可知，线框转一圈，电流方向改变两次，即灯泡闪烁两次，根据
可得，线圈转动的频率应为灯泡闪烁的频率的倍，故B错误；
D．想要输出功率变大需要将原线圈匝数减小，故D错误。
故选A。
7．B
【详解】
题中ACD表示的电流方向都是不变的，不属于交流电；B的方向不断变化，是交流电。
故选B。
8．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。
9．B
【详解】
A．由图乙可知，时感应电动势为0，处于中性面上，故A错误；
B．由题图乙可知周期T=0.02s，线框每转一周，电流方向改变两次，每秒电流方向改变100次，故B正确；
C．由题图乙可知交流电电动势的最大值是，有效值为
灯泡两端的电压为
故C错误；
D．由图象乙可知交流电周期T=0.02s，所以线圈的转速为
故D错误。
故选B。
10．B
【详解】
A．磁场并非匀强磁场，线圈中产生的交流电不是正弦交流电，故A错误；
B．由楞次定律可知时间内，线圈转过90°角，此时线圈中感应电流方向为abcda，故B正确；
C．由右手定则可知，直导线右侧的磁场方向垂直纸面向外，则时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率最小，产生的感应电动势最小，故C错误；
D．线圈每转动一周电流方向改变两次，故D错误。
故选B。
11．D
【详解】
A．题中图示的位置穿过线框的磁通量最大，为中性面，选项A错误；
B．回路中将产生正弦式交变电流，选项B错误；
CD．t=时，穿过线框的磁通量为零，感应电流最大，电流方向不发生改变，选项C错误、D正确。
故选D。
12．A
【详解】
AC．在赤道上时，地磁场方向从地球南极出发到地球北极，类比导线切割磁感线，由右手定则判断，在上方电流沿方向，在下方电流沿方向，电路中存在周期性变化的电流，时刻，电流向右通过灵敏电流计，故A正确C错误；
B．t=0时刻，回路磁通量最大，但磁通量的变化率最小，则电路中电流最小，故B错误；
D．时刻，回路磁通量最大，但磁通量的变化率最小，电路中电流最小，故D错误。
故选A。
13．B
【详解】
A．t＝0时刻磁通量最大，此时线圈平面在中性面，选项A错误；
B．t＝0.01 s时刻，磁通量为零，此时磁通量的变化率达最大，选项B正确；
C．t＝0.02 s时刻，磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，感应电动势为零，选项C错误；
D．t＝0.03 s时刻，磁通量为零，此时磁通量的变化率达最大，感应电动势最大，选项D错误。
故选B。
14．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。
15．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。
16．顺时针
【详解】
[1]对ab边产生了由a到b的电流，根据右手定则可知，ab边向里转，则沿轴方向看，线框是在沿顺时针转动。
17． 转子 定子 线圈 换向器 引出线
【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。
18．右手
【详解】
略
19．见解析
【详解】
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；
20．（1） 当线圈转至与磁感线垂直时，磁通量有最大值（2） ，线圈与磁感线平行时，感应电动势有最大值（3） ；
【详解】
（1）φm=BS=0.8×0.3×0.2Wb=0.048Wb
线圈平面与磁场垂直或线圈位于中性面；
（2）ω=2π/T=100πrad/s
Em=NBSω=100×0.8×0.3×0.2×100πV=480πV
线圈平面与磁场平行或在图示位置；
（3）感应电动势e随时间变化的表达式：e=480πcos100πt （V）
图象如图；
21．（1） （2）
【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．
22．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。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页