3.1认识交变电流（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．闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，当线圈处于中性面时（　　）
A．线圈平面与磁感线平行
B．通过线圈的电流为零，电流方向发生改变
C．线圈磁通量的变化率达到最大值
D．线圈中的感应电动势达到峰值
2．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是（　　）
A．线圈中磁通量最大时，感应电动势为零
B．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变
C．线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势方向都不改变
D．线圈通过中性面时，磁通量为零
3．两人在赤道上站立，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
4．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
5．对于日光灯的下列说法中正确的是（　　）
A．启动器在日光灯启动过程中起接通电路并提供瞬时高压的作用
B．启动器在日光灯正常工作过程中起降压限流作用
C．日光灯发光原理同白炽灯一样，都是由灯丝产生足够热量时发光的
D．启动器只在日光灯启动时起暂时接通电路的作用，而镇流器在启动时起提供瞬时高压的作用
6．图甲为交流发电机的示意图，磁场可视为水平方向的匀强磁场，电阻R=5Ω，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，输出的交变电压随时间变化的图象如图乙所示。以下判断正确的是（　　）
A．电流表的示数为10A
B．线圈转动的角速度为100πrad/s
C．t=0.01s时，穿过线圈平面的磁通量最大
D．t＝0.02s时，电刷P的电势高于电刷Q的电势
7．闭合线圈在磁场中做如下运动，不能产生正弦式交变电流的情景是（　　）
A． B．
C． D．
8．如图所示，KLMN是一个竖直的n匝矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，KL边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度匀速转动。此时线框面与磁场方向夹角为（图示位置），则（　　）
A．当线圈从图示位置绕固定轴转动，在此过程中磁通量变化量为BS
B．此时线框中的电流方向为N→K→L→M→N
C．此时穿过线框的磁通量为
D．线框平面转动一圈的过程中，电流方向不变
9．实验室中有一台小型发电机，它的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴做匀速转动时，产生的交变电流的图像如图所示，根据图像判断下列说法正确的是（　　）
A．在A和C时刻线圈处于中性面位置
B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零
C．从A到D时刻线圈转过的角度为
D．若从0到D时刻历时，则在1s内交变电流的方向改变100次
10．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中不正确的是（　　）
A．在中性面时，通过线圈的磁通量最大 B．在中性面时，感应电动势为零
C．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零 D．线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次
11．交流发电机的线圈转到线圈平面与中性面垂直时，下列说法正确的是（　　）
A．电流将改变方向
B．磁场方向和线圈平面垂直
C．线圈中产生的感应电动势最大
D．穿过线圈的磁通量最大
12．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
13．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是（　　）
A．线圈每转动一周,感应电流方向就改变一次
B．线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向不变
C．线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次
D．线圈通过中性面时,磁通量为零
14．如图甲所示，螺线管竖直置于靠近水平桌面的上方，质量为m的闭合金属圆环平放在桌面上，螺线管的中轴线与圆环相交。现在螺线管中通入如图乙所示的正弦交变电流，规定图甲中标出的电流方向为正方向。圆环始终静止，下列说法正确的是（　　）
A．内，从上向下看圆环中感应电流方向为顺时针
B．内，圆环中的感应电动势逐渐减小
C．内，圆环对桌面的压力大于mg
D．内，圆环对桌面的摩擦力方向向左
15．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．
二、填空题
16．判断下列说法的正误．
(1)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．( )
(2)一通电导线放在磁场中某处不受安培力，该处的磁感应强度一定是零．( )
(3)在B、I、L大小一定的情况下，导线平行于磁场时，安培力最大，垂直于磁场时，安培力最小．( )
(4)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大．( )
(5)对于磁电式电流表，在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关．( )
17．如图所示，100匝的线框abcd在图示磁场（匀强磁场）中匀速转动，角速度为ω，其电动势的瞬时值为e=100cos100πtV，那么感应电动势的最大值为________，当从图示位置转过60°角时线圈中的感应电动势为________，此时穿过线圈的磁通量的变化率为________．
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。_________
三、解答题
19．如图所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的匝数n=100、电阻r=10Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R=90Ω，与R并联的交流电压表为理想电表。磁感应强度B=0.5T，ab长20厘米，bc长10厘米，角速度ω=100rad/s。求：
（1）交流发电机产生的电动势最大值；
（2）电路中交流电压表的示数；
（3）电阻R上的功率。
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．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。
22．矩形线圈abcd绕轴在匀强磁场中转动，如图所示，请定性分析线圈平面与磁感线平行时穿过线圈的磁通量及磁通量的变化率；当线圈平面与磁感线垂直时又如何？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【详解】
A． 当线圈处于中性面时，线圈平面与磁感线垂直，故A错误；
B． 通过线圈的电流为零，线圈经过中性面，电流方向发生改变，故B正确；
CD． 当线圈处于中性面时，线圈平面与磁感线垂直，切割速度为零，感应电动势为零，线圈磁通量的变化率为零，故CD错误；
故选B。
2．A
【详解】
AD. 线圈通过中性面时，线圈中磁通量最大时，感应电动势为零，故A正确，D错误；
BC. 线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势的方向就改变一次，故BC错误。
故选A。
3．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。
4．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。
5．D
【详解】
AB．启动器是在日光灯启动过程中起接通电路的作用，AB错误；
C．日光灯发光原理是电流通过灯头流入灯丝，直接朝向另一灯头方向发射电子，电子在稀有气体里放电的过程中，激发汞原子并发射出紫外线;随后紫外线折射在荧光粉上就变成了可见光，故C错误；
D．启动器是在日光灯启动过程中起接通电路的作用，镇流器在启动时产生瞬时高压，在正常工作时起降压限流作用，故D正确。
故选D。
6．B
【详解】
A．由图乙可知，电动势的有效值为
由欧姆定律可知，电流表的示数为
故A错误；
B．由图乙可知，周期为0.02s，由角速度为
故B正确；
C．由图乙可知，t=0.01s时，电动势为最大，此时穿过线圈平面的磁通量为0，故C错误；
D．从图示位置开始计时，AB边回到图示位置，由右手定则可知，A点电势高于B点电势，则电刷P的电势低于电刷Q的电势，故D错误。
故选B。
7．B
【详解】
ACD．线圈在匀强磁场内绕固定轴转动，磁通量发生变化，有感应电流，线圈中能产生正弦式交变电流，ACD正确，不符合题意；
B．线圈转动，磁通量不变，无感应电流，B错误，符合题意。
故选B。
8．A
【详解】
AC．线框转动了时，根据磁通量的定义可知，此时穿过线框的磁通量为
初态时，磁通量为
但两次磁感线贯穿的方向不同，故此过程中，磁通量变化了BS，磁通量与匝数无关，故A正确，C错误；
B．导线框中的电流方向根据楞次定律可以判断，是N→M→L→K→N，故B错误；
D．线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴转动过程中，一周电流方向发生两次改变，故D错误。
故选A。
9．D
【详解】
A．在A、C时刻电流最大，线圈处于和中性面垂直的位置，此时磁通量为零，A错误；
B．在B和D时刻电流为零，线圈处于中性面，穿过线圈的磁通量最大，B错误；
C．从A到D时刻，线圈旋转周，转过的角度为，C错误；
D．如果从0到D时刻历时，恰好为一个周期，则1s内线圈运动50个周期，100次经过中性面，电流方向改变100次，D正确。
故选D。
10．C
【详解】
A．在中性面时，线圈与磁场垂直，磁通量最大，故A正确，不符合题意；
BD．在中性面时，没有边切割磁感线，感应电动势为零，线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次，故BD正确，不符合题意；
C．穿过线圈的磁通量为零时，线圈与磁场平行，有两边垂直切割磁感线，感应电动势最大，故C错误，符合题意。
故选C。
11．C
【详解】
线圈转到线圈平面与中性面垂直的位置时，磁场方向与线圈平面平行，穿过线圈的磁通量为零，电动势和电流均达到最大值，电流方向不变，故ABD错误，C正确。
故选C。
12．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。
13．C
【详解】
ABC．感应电动势的方向即为感应电流的方向，当线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时，线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势方向都要改变一次，线圈转动一周，两次经过中性面，感应电流和感应电动势方向都要改变两次，AB错误C正确；
D．线圈通过中性面时，磁通量最大，磁通量变化率为零，D错误。
故选C。
14．C
【详解】
A．内，线圈中电流为正方向且减小，通电螺线中产生向上的磁场且磁感应强度减小，圆环中感应出向上的磁场，则圆环中从上向下看感应电流方向为逆时针，A错误；
B．因为线圈中电流为正弦电流，所以产生的磁场也是正弦变化的，变化图象也是正弦图像，内，由图像可知，图线的斜率的绝对值逐渐增大，即磁感应强度的变化量与时间变化量的比值逐渐增大，根据
得感应电动势逐渐增大，B错误；
C．内，线圈中电流反向增大，通电螺线管产生向下的磁场，磁感应强度增大，圆环中产生的感应电流从上往下看为逆时针方向，此时圆环受到安培力斜向左下，则桌面对圆环的支持力大于重力mg，则圆环对桌面的压力大于重力mg，故C正确；
D．内，线圈中电流反向增下，通电螺线管产生向下的磁场，磁感应强度增小，圆环中产生的感应电流从上往下看为顺时针方向，此时圆环受到安培力斜向右下，圆环静止，则圆环受到向左的摩擦力，则圆环对桌面的摩擦力向右，故D错误。
故选C。
15．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。
16． 正确； 错误； 错误； 正确；
【详解】
（1）应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．此说法正确；（正确）
（2）一通电导线放在磁场中某处不受安培力，可能是导线与磁场方向平行，该处的磁感应强度不一定是零，则此项错误．（错误）
（3）在B、I、L大小一定的情况下，导线平行于磁场时，安培力最小，垂直于磁场时，安培力最大．此项错误；（ 错误）
（4）线圈在通过垂直中性面的平面时，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大；此项正确．（正确）
（5）对于磁电式电流表，在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，电流越大，安培力越大，则指针偏转的角度越大；此项正确．（正确）
17． 100V 50V 0.5Wb/s
根据感应电动势的瞬时值表达式分与法拉第电磁感应定律析答题．
【详解】
由可知，感应电动势的最大值为100V，当从图示位置转过60°角时，，线圈中的感应电动势为50V，由
可知，此时穿过线圈的磁通量的变化率为：
【点睛】
本题考查了求感应电动势最大值、瞬时值、磁通量变化率问题，记住并灵活应用交变电流的瞬时值表达式即可正确解题．
18． 错误 错误 错误 正确
略
19．（1）；（2）；（3）
【详解】
(1)感应电动势最大值
代入数据解得
(2)根据正弦交变电流电压的最大值是有效值的倍，所以电路中电压表的示数
(3)R上产生的热功率
20．（1）感应电流方向沿adcba；（2）e＝314cos(100πt) V；（3）98.6 J；（4）0.1 C
【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）；（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
22．见解析
【详解】
当线圈平面与磁感线平行时，，而两条长边正好垂直切割磁感线，故此时线圈中感应电动势E最大；又，故此时磁通量的变化率最大；当线圈平面与磁感线垂直时，最大，此时两条长边的转动方向刚好与磁感线平行，不切割磁感线，所以，又，故此时磁通量的变化率（注意：磁通量的变化率的大小等于单匝线圈产生的感应电动势的大小，与线圈匝数n无关）。
答案第1页，共2页
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