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．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
2．把如图甲所示的电路的a、b两端点接按如图乙所示的电压随时间变化的电源，三个完全相同的灯泡正常发光。则（　　）
A．该交变电流的周期为
B．该交变电流的电压的有效值为
C．若增大交变电流的周期而保持电压的有效值不变，则灯泡Ⅱ变亮
D．若增大交变电流的频率而保持电压的有效值不变，则灯泡Ⅲ变暗
3．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．
4．如图甲所示，Ⅰ、Ⅱ两个并排放置的共轴线圈，Ⅰ中通有如图乙所示的交变电流，下列判断错误的是（　　）
A．在t1到t2时间内，Ⅰ、Ⅱ相吸 B．在t2到t3时间内，Ⅰ、Ⅱ相斥
C．t1时刻两线圈间作用力为零 D．t2时刻两线圈间吸引力最大
5．一个闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的感应电动势如图所示。下列判断正确的是（　　）
A．t＝0.01 s时刻，线圈平面处于中性面位置
B．t＝0.02 s时刻，线圈平面与磁感线平行
C．t＝0.01 s时刻，通过线圈平面的磁通量为零
D．1 s内电流的方向变化50次
6．让一正弦式交变电流通过电阻R，在t时间内产生的热量为Q，将5A的直流电通过该电阻时，在2t时间内产生的热量也为Q，则交变电流的有效值和最大值分别为（　　）
A． B．
C． D．
7．一只闭合的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的变化图像如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．t=0s时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大
B．t=0s时刻线圈平面与中性面重合
C．t=0.1s，线圈中电流方向改变
D．t=0.2s时刻，线圈中感应电动势最大
8．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
9．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．
10．如图所示的的几种电流随时间变化的图线中，不属于交变电流的是（　　）
A． B．
C． D．
11．如图所示为一个单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时产生的正弦式交变电流的波形图，若只将线圈的转速变为原来的2倍，则（ ）
A．峰值变为20A B．周期变为0.4s
C．转速变为100r/s D．提高转速前，在t=0.05s到t=0.1s时间内，穿过线圈的磁通量逐渐增大
12．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
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．大型发电机几乎都是旋转磁极式发电机，下图为其原理简图。竖直平面内闭合线圈abcd固定不动，磁铁绕图中的虚线旋转，线圈中就会产生感应电流。若条形磁铁以10π rad/s的角速度匀速转动，且图示时刻N极正在向里转。现以图示时刻为计时起点，则下列推断正确的是
A．该发电机产生的交流电频率是10Hz
B．t=0时线圈中的电流方向为abcda
C．t=0.5s时线圈中的电流方向发生变化
D．t=5s时线圈中的电流最小
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．中性面
（1）中性面：与磁感线_________的平面。
（2）当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量_________，线圈中的电流为_________。
17．用测电笔辨别火线和零线时，应用手接触_____，笔尖接触电线，______表明接触的是零线。
18．直流：_________不随时间变化的电流称为直流。
19．交流发电机
1.主要构造：_________和_________。
2.分类
（1）旋转电枢式发电机：_________转动，_________不动。
（2）旋转磁极式发电机：_________转动，_________不动。
三、解答题
20．如图所示，矩形线圈的匝数为N=100匝，ab边长为0.4m，bc边长为0.2m．整个线圈的电阻R=1欧，在B=1T的匀强磁场中，以短边中点的连线为轴逆时针转动，=50rad/s．求：
（1）线圈从图示位置转动90度过程中的平均电动势．
（2）线圈转过90度时的瞬间电动势．
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。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．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。
2．C
【详解】
A．该交变电流的周期为，选项A错误；
B．该交变电流的电压的有效值为36V，选项B错误；
C．若增大交变电流的周期，电感器L的感抗减小，灯泡Ⅱ中电流增大，灯泡Ⅱ变亮，选项C正确；
D．若增大交变电流的频率，电容C的容抗变小，灯泡Ⅲ中电流增大，灯泡Ⅲ变亮，选项D错误。
故选C。
3．A
【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。
4．D
【详解】
AB．t1到t2时间内，Ⅰ中电流减小，Ⅰ中的磁场穿过Ⅱ并且减小，由楞次定律知Ⅱ中产生与Ⅰ同向的磁场，故Ⅰ、Ⅱ相吸，同理可知，在t2到t3时间内，Ⅰ、Ⅱ相斥，AB正确，不符合题意；
C．t1时刻Ⅰ中电流最大，但变化率为零，Ⅱ中无感应电流，故两线圈的作用力为零，C正确，不符合题意；
D．t2时刻Ⅰ中电流为零，但此时电流的变化率最大，Ⅱ中的感应电流最大。但相互作用力为零，D错误，符合题意。
故选D。
5．A
【详解】
ABC．由题图可知t＝0.01 s和t＝0.02 s时，感应电流为零，则感应电动势为零，磁通量最大，线圈平面处于中性面位置，B C错误A正确；
D．由于正弦式交变电流在一个周期内电流方向变化两次，而该交变电流的周期为0.02 s，则1 s内电流的方向变化100次，D错误。
故选A。
6．C
【详解】
设交变电流的有效值为，最大值为，交变电流通过电阻R，有，将5A的直流电通过电阻R时，有，其中，联立解得
，
则
故选C。
7．B
【详解】
AB．由图知t=0时刻磁通量最大，磁通量的变化率为零，线圈平面应在中性面，故A错误，B正确；
C．t=0.1s时刻，磁通量为零，穿过线圈平面的磁通量的变化率最大，即电动势最大，电流不改变方向，故C错误；
D．t=0.2s时刻，磁通量最大，但磁通量变化率为零，故线圈中感应电动势为零，故D错误；
故选B 。
8．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。
9．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。
10．C
【详解】
直流电是指电流的方向不发生变化的电流，其大小可以变化，交流电是指电流的方向发生变化的电流，但是它的电流的大小可以不变，故ABD属于交流电，C属于直流电。
本题选不属于交变电流的，故选C。
11．A
【详解】
图像可知电流的瞬时表达式可表示为 (A)，则峰值为10A，周期为0.2s，转速；
AB．当转速变2倍，则角速度变2倍，周期变一半，变为0.1s，峰值变2倍，即峰值变为20A，A符合题意，B不符合题意；
C．转速变为10r/s，C不符合题意；
D．提高转速前，在t=0.05s到t=0.1s时间内，电流逐渐增大，穿过线圈的磁通量逐渐减小，但变化得快，D不符合题意。
故选A。
12．B
【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。
13．D
【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．B
【详解】
A．该发电机产生的交流电频率是，选项A错误；
B．由右手定则可知，t=0时线圈中的电流方向为abcda，选项B正确；
C．t=0.5s时线圈转过的角度为5π，此位置电流仍然是最大的位置，则线圈中的电流方向没有发生变化，选项C错误；
D．t=5s时线圈转过的角度为50π，线圈回到初始位置，则此位置线圈中的电流最大，选项D错误；
故选B.
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． 垂直 最大 零
略
17． 笔尾金属体 氖管不发光
【详解】
[1][2]用测电笔辨别火线和零线时，应用手接触笔尾金属体，笔尖接触电线，氖管不发光表明接触的是零线。
18．方向
略
19． 电枢 磁体 电枢 磁极 磁极 电枢
【详解】
略
20．(1) (2)400V
【详解】
（1）由法拉第电磁感应定律得：
（2）线圈转过90度时的瞬间电动势，则有 ．
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）；（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
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