粤教版（2019）选择性必修二3.1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
1．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图1所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图2所示，下列说法正确的是（　　）
A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变
C．t2、t4时刻线圈中磁通量最大
D．t3、t4时刻线圈中感应电动势最小
2．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．
3．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．图示位置为中性面 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
4．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
5．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
6．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
7．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2Ω，则（　　）
A．t＝0时，线圈平面垂直于磁感线
B．t＝1s时，线圈中的电流改变方向
C．t＝1.5s时，线圈中磁通量的变化率最大
D．t＝2s时，线圈中的感应电流最大
8．如图为电动机模型图，左侧为N极，右侧为S极。电动机线框通过换向器连入电路中，线框abcd的面积为S，匝数为n，匀强磁场磁感应强度为B，线框平面与磁场平行。若此时闭合开关，则下列说法正确的是（　　）
A．从正前方看去，该线框将会逆时针转动
B．若同时调转电极和磁极方向，则线圈的转动方向改变
C．转动过程中线圈中电流方向变化，流过R的电流方向不变
D．线框转过时，穿过线框平面的磁通量最大，且为nBS
9．一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Ф－t图像如图所示．下列说法中正确的是（ ）
A．t=0时刻线圈在中性面位置
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
10．如图所示为交流发动机的示意图。线圈abcd转动方向为逆时针方向，产生的交流电电动势的最大值为V，线圈abcd电阻为1Ω，小灯泡电阻为4Ω，其他电阻忽略不计。以下说法正确的是（　　）
A．小灯泡两端电压为10V
B．如图示位置时，通过线圈的磁通量最大
C．线圈所在图示位置时产生的感应电动势最大
D．线圈所在图示位置时，ab边的电流方向为ba
11．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
12．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
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
14．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．、时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B．、时刻线圈中感应电流方向改变
C．、时刻线圈中磁通量最大
D．、时刻线圈中感应电动势最小
15．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
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．
（1）实验过程中某时刻，线圈转到如图所示位置，形成图中所示感应电流方向，则沿OO′轴方向看线框是_____方向转动（填“顺时针”或者“逆时针”）；
（2）当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量______（填“最大”或“最小”），线圈中的电流_____（填“最大”或“最小”），线圈转动一周电流方向改变____次．
17．为了防止静电的危害，富兰克林通过一系列实验，发现了_______放电现象，并且在1753年发明了避雷针．电荷的_____形成电流；大小和____随时间发生周期性变化的电流叫交流电．
18．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．( )
三、解答题
19．在一次物理探究活动中，某同学将一个蹄形磁铁靠近正在发光的白炽灯，如图所示，他惊讶地发现灯丝在晃动。
（1）请解释一下灯丝会晃动的原因。
（2）请说明该现象中能量的转化过程。
20．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。
21．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．
22．一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abd共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴以如图所示的角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。
(1)在图中标出此刻线圈中感应电流的方向；
(2)转动过程中感应电动势的峰值有多大？
(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势多大？
(4)从图示位置开始，线圈转过60°的过程中通过R的某横截面的电荷量是多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【详解】
A．从图2中可以看出t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，但斜率为0，即磁通量变化率量小，故A错误；
B．t1、t3时刻线圈的磁通量最大，感应电流为0，线圈处于中性面，感应电流方向改变，故B正确；
C．从图2中可以看出t2、t4时刻线圈中磁通量最小，故C错误；
D．t3时刻线圈中磁通量最大，磁通量变化率最小即感应电动势最小，但t4时刻线圈中磁通量最小，磁通量变化率却是最在在，即感应电动势最大，故D错误。
故选B。
2．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。
3．A
【详解】
A．图示位置穿过线框的磁通量最大，为中性面，故A正确；
B．回路中将产生正弦式交变电流，故B错误；
CD．时，线框与磁感线方向平行，穿过线框的磁通量为零，感应电流最大，电流方向不会立即变化，故CD错误。
故选A。
4．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。
5．C
【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。
6．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。
7．D
【详解】
A．根据图像可知，在时穿过线圈平面的磁通量为零，所以线圈平面平行于磁感线，选项A错误；
B．图像的斜率为，即表示磁通量的变化率，在之间，“斜率方向“不变，表示的感应电动势方向不变，则电流方向不变，选项B错误；
C．图像的斜率为，t＝1.5s时，斜率为零，则线圈中磁通量的变化率为零，选项C错误；
D．根据法拉第电磁感应定律可得
所以在时，斜率为最大，则感应电动势为最大，感应电流最大，选项D正确。
故选D。
8．C
【详解】
A．根据电源正负极可知，从上往下看，电流为逆时针电流，根据左手安培定则可知，ab导体棒受力向上，cd导体棒受力向下，所以从正面看线框会顺时针转动，A错误。
B．同时调转电极和磁极方向，相当于同时改变磁场和电流方向，根据左手安培定则可知，线框受力方向不变，所以转动方向不会发生改变，B错误。
C．下面的电路为直流电流，电流的方向不发生改变，C正确。
D．根据磁通量的公式
可知，在计算磁通量的时候，不应该出现匝数，所以D错误。
故选C。
9．D
【详解】
A．t=0时刻，磁通量等于零，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，故C错误；
D．t=0.03s时磁通量最大，Φ的变化率为零，产生电动势为零，线圈中的电流方向发生改变，故D正确；
故选D。
10．C
【详解】
A．交流电电动势的有效值为
小灯泡两端电压为
选项A错误；
BC．如图示位置时，通过线圈的磁通量为零，感应电动势最大，选项B错误，C正确；
D．由右手定则可知，线圈所在图示位置时，ab边的电流方向为ab，选项D错误。
故选C。
11．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。
12．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。
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．D
【详解】
A．、时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于零，A错误；
BC．由题图乙知、时刻通过线圈的磁通量最小，线圈与中性面垂直，线圈中感应电流方向不发生改变，BC错误；
D．、时刻线圈中磁通量的变化率为零，感应电动势最小，D正确。
故选D。
15．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。
16． 顺时针 最大 最小 2
【详解】
（1）[1]根据右手定则可以判断，线框是顺时针方向转动的；
（2）[1][2][3]线圈平面经过中性面时，线圈中的磁通量最大；各边都不切割磁感线，线圈中的感应电流最小；每经过一次中性面，感应电流方向改变一次，线圈转动一周电流方向改变两次。
17． 尖端 定向移动 方向
【详解】
[1] [2][3]为了防止静电的危害，富兰克林通过一系列实验，发现了尖端放电现象，并且在1753年发明了避雷针．电荷的定向移动形成电流；大小和方向随时间发生周期性变化的电流叫交流电.
18． 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）
19．（1）受到安培力的作用；（2）电能转化为灯丝的机械能
【详解】
（1）有电流通过的灯丝置于磁场中晃动，体现了通电导体在磁场中受到安培力的作用；
（2）在这个过程中，是安培力做功将电能转化为灯丝的机械能。
20．（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
21．(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 ．
22．(1)dcbad，如图：
；
(2)；(3)；(4)。
【详解】
(1)由右手定则可以判断电流方向沿dcbad，如图：
(2)根据
，
得：
；
(3)线圈平面与磁感线夹角为60°时的瞬时感应电动势
(4)因为
所以通过R的某一横截面的电荷量：
。
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