高二物理人教版（2019）选择性必修二 3.1 交变电流 课时作业（含解析）
文档属性
| 名称 | 高二物理人教版（2019）选择性必修二 3.1 交变电流 课时作业（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 650.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-03-17 20:54:23 | ||
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文档简介
3.1 交变电流
一、单选题
1．下列几幅图描述的是电流i随时间t变化的关系，其中表示交变电流的是（ ）
A． B．
C． D．
2．下列各图中不属于交变电流的是（ ）
A． B．C． D．
3．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零
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
4．矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内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．线框经过中性面时，磁通量的变化率最大
D．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次
5．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场轴匀速转动，当线圈通过中性面时（ ）
A．线圈平面与磁感线平行
B．穿过线圈的磁通量为零
C．线圈中感应电动势最大
D．电流方向发生变化
6．如图的各个图线中，表示交变电流的是（ ）
A． B．C． D．
7．如图所示，虚线是正弦交流电的图像，实线是另一交流电的图像，它们的周期T和最大值相同，则实线所对应的交流电的有效值U满足（ ）
A． B． C． D．
8．一手摇交流发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，内阻不计。转轴位于线圈平面内，并与磁场方向垂直。产生的电动势随时间变化的规律如图所示，则（ ）
A．该交变电流频率是0.4Hz
B．计时起点，线圈恰好与中性面重合
C．t＝0.1s时，穿过线圈平面的磁通量最大
D．该交变电动势瞬时值表达式是e＝cos5πt（V）
二、多选题
9．下列各图中，线圈中能产生交变电流的有（ ）
A．B．C．D．
10．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势如图示，则（ ）
A．t1时刻线圈通过中性面 B．t2时刻线圈中磁通量最大
C．t3时刻线圈中磁通量变化率最大 D．t4时刻线圈中磁通量变化率最大
11．如图所示的4种电流随时间变化的图中，属于交变电流的有（ ）
A． B．
C． D．
12．制动能量回收是现代电动汽车以及混合动力汽车重要技术之一。汽车正常行驶时，电池组给直流电机供电，电机带动汽车行驶；当电动汽车减速和制动时，电路切换，断开电池组，车轮由于惯性转动，通过调节装置带动电动机的线圈反转，直流电动机就成了直流发电机，所产生的电流通过功率变化器接入蓄电池，即为能量回馈，达到节省能源的目的（其原理可简化为右图所示，汽车正常行驶时双刀双掷开关拨向左边，汽车减速和制动时双刀双掷开关拨向右边）。则以下说法正确的是（ ）
A．汽车正常行驶时，若线圈中电流恒定，线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至任意位置时所受的安培力大小不变
B．汽车减速和制动时，若线圈转速恒定，线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至任意位置时产生的感应电动势的大小不变
C．汽车减速和制动时，由于线圈输出的是直流电，故不能直接接在变压器上进行变压
D．汽车减速和制动时，线圈在磁场中运动除了能产生电能，还有助于制动
三、解答题
13．一矩形线圈，面积是0.05m2，共100匝，线圈电阻为1Ω，外接电阻为R=4Ω，线圈在磁感应强度为T的匀强磁场中以300r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图所示，若从中性面开始计时，求：
（1）线圈中感应电动势的最大值。
（2） 线圈中感应电动势的瞬时值表达式。
（3）线圈从开始计时经s时，线圈中电流的瞬时值。
14．如图所示，空间存在一水平向右的匀强磁场，磁感应强度大小为，一阻值、面积的U形框通过M、N两点处的电刷与一标有“6V 12W”的纯电阻用电器L相连接，现以U形框所在平面与磁场平行时作为0时刻，让U形框以恒定的角速度绕M、N所在直线做匀速圆周运动。
(1)求U形框中产生的感应电动势的瞬时值的表达式；
(2)从0时刻开始，U形框转过个周期的过程中流过用电器的电荷量为多少？该电荷量与U形框的角速度大小是否有关？
(3)用电器L能否正常工作？如果能请写出必要的计算过程，如果不能求用电器消耗的实际功率。
15．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。
参考答案：
1．D
【详解】交流电是大小和方向都随时间变化的电流，因ABD方向都是不变的，由此可知选D。
2．A
【详解】交变电流是指大小和方向都发生周期性变化的电流，故BCD不符合题意，A符合题意。
故选A。
3．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
两次磁感线贯穿的方向相同，故此过程中，磁通量没有变化，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。
4．D
【详解】AC．当线框位于中性面时，磁通量的变化率为零，线框中感应电动势为零，选项AC错误；
B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的磁通量的变化率最大，此时感应电动势最大，选项B错误；
D．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次，选项D正确。
故选D。
5．D
【详解】A．当线圈通过中性面时，线圈平面与磁感线垂直，故A错误；
B．此时穿过线圈的磁通量最大，故B错误；
C．此位置穿过线圈的磁通量的变化率为零，线圈中感应电动势为零，故C错误；
D．线圈经过此位置时电流方向发生变化，故D正确。
故选D。
6．C
【详解】ABD．交流电是指方向随时间做周期性的变化，而这三个图中电流的方向始终为正，没变化，故不是交变电流，故ABD错误；
C．电流大小不变，但方向随时间呈周期性变化，故C是交变电流，故C正确。
故选C。
7．D
【详解】因虚线是正弦交流电的图像，则该交流电的有效值为
由图可知，在任意时刻，实线所代表的交流电的瞬时值都不大于虚线表示的正弦交流电的瞬时值，则实线所代表的交流电的有效值小于虚线表示的正弦交流电的有效值，则
故选D。
8．C
【详解】A．由图可知电压随着时间变化的周期为，故频率为
故A错误；
B．计时起点，电动势最大，所以此时磁通量为0，线圈和中性面垂直，故B错误；
C．t＝0.1s时，电动势为0，穿过线圈平面的磁通量最大，故C正确；
D．该交变电动势最大值为，角速度
又从垂直中性面开始计时，所以电动势瞬时值表达式是
故D错误；
故选择：C。
9．BCD
【详解】A．线圈转动过程始终平行于磁场，磁通量始终为零，不能产生交变电流，A错误；
BCD．线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，据交流电的产生原理可知，能产生交变电流，BCD正确。
故选BCD。
10．AD
【详解】A．t1时刻感应电动势为零，磁通量最大，此时线圈通过中性面，A正确；
B．t2时刻感应电动势最大，线圈平面与中性面垂直，磁通量为零，B错误；
C．t3时刻线圈通过中性面，感应电动势为零，磁通量变化率为零，C错误；
D．t4时刻线圈中感应电动势最大，磁通量变化率最大，D正确。
故选AD。
11．CD
【详解】A．电流数值总为正，表示电流方向不变，是直流，故A不符合题意；
B．图象虽为正弦，但由于电流总是正值，表示电流方向不变，电流大小随时间变化，也是直流，故B不符合题意；
CD．电流强度和方向都随时间做周期性变化，是交变电流，故CD符合题意。
故选CD。
12．AD
【详解】A．线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至任意位置时，导线与磁场方向均垂直，故所受的安培力大小均相等，因此A正确；
B．线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至不同位置切割磁感线时，切割速度与磁场方向的夹角不相同，故产生的感应电动势大小不同，因此B错误；
C．汽车减速和制动时，线圈转动产生的虽然是直流电，但是变化的，故可以直接接在变压器上进行变压，故C错误；
D．汽车减速和制动时，线圈转动产生感应电流，磁场对线圈中感应电流的安培力阻碍线圈转动，从而对制动有辅助作用，故D正确。
故选AD。
13．（1）50V；（2）e=50sin10πt（V）；（3）
【详解】(1)线圈中感应电动势的最大值为
联立，可得
(2) 线圈中感应电动势的瞬时值表达式为
代入数据，得
(3)线圈从开始计时经s时，线圈中电动势的瞬时值为
根据闭合电路欧姆定律，有
联立，可得
14．(1)；(2)，无关；(3)不能，
【详解】(1)U形框转动时产生的感应电动势最大值
则感应电动势的瞬时值表达式为
(2)U形框转过个周期的过程中，产生的平均电动势，用电器电阻
故流过用电器的电荷量
，
由可知，流过用电器的电荷量与U形框角速度的大小无关。
(3)U形框产生的电动势的有效值
用电器两端电压
故用电器L不能正常工作其实际功率
15．（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
一、单选题
1．下列几幅图描述的是电流i随时间t变化的关系，其中表示交变电流的是（ ）
A． B．
C． D．
2．下列各图中不属于交变电流的是（ ）
A． B．C． D．
3．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零
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
4．矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面内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．线框经过中性面时，磁通量的变化率最大
D．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次
5．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场轴匀速转动，当线圈通过中性面时（ ）
A．线圈平面与磁感线平行
B．穿过线圈的磁通量为零
C．线圈中感应电动势最大
D．电流方向发生变化
6．如图的各个图线中，表示交变电流的是（ ）
A． B．C． D．
7．如图所示，虚线是正弦交流电的图像，实线是另一交流电的图像，它们的周期T和最大值相同，则实线所对应的交流电的有效值U满足（ ）
A． B． C． D．
8．一手摇交流发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，内阻不计。转轴位于线圈平面内，并与磁场方向垂直。产生的电动势随时间变化的规律如图所示，则（ ）
A．该交变电流频率是0.4Hz
B．计时起点，线圈恰好与中性面重合
C．t＝0.1s时，穿过线圈平面的磁通量最大
D．该交变电动势瞬时值表达式是e＝cos5πt（V）
二、多选题
9．下列各图中，线圈中能产生交变电流的有（ ）
A．B．C．D．
10．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势如图示，则（ ）
A．t1时刻线圈通过中性面 B．t2时刻线圈中磁通量最大
C．t3时刻线圈中磁通量变化率最大 D．t4时刻线圈中磁通量变化率最大
11．如图所示的4种电流随时间变化的图中，属于交变电流的有（ ）
A． B．
C． D．
12．制动能量回收是现代电动汽车以及混合动力汽车重要技术之一。汽车正常行驶时，电池组给直流电机供电，电机带动汽车行驶；当电动汽车减速和制动时，电路切换，断开电池组，车轮由于惯性转动，通过调节装置带动电动机的线圈反转，直流电动机就成了直流发电机，所产生的电流通过功率变化器接入蓄电池，即为能量回馈，达到节省能源的目的（其原理可简化为右图所示，汽车正常行驶时双刀双掷开关拨向左边，汽车减速和制动时双刀双掷开关拨向右边）。则以下说法正确的是（ ）
A．汽车正常行驶时，若线圈中电流恒定，线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至任意位置时所受的安培力大小不变
B．汽车减速和制动时，若线圈转速恒定，线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至任意位置时产生的感应电动势的大小不变
C．汽车减速和制动时，由于线圈输出的是直流电，故不能直接接在变压器上进行变压
D．汽车减速和制动时，线圈在磁场中运动除了能产生电能，还有助于制动
三、解答题
13．一矩形线圈，面积是0.05m2，共100匝，线圈电阻为1Ω，外接电阻为R=4Ω，线圈在磁感应强度为T的匀强磁场中以300r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图所示，若从中性面开始计时，求：
（1）线圈中感应电动势的最大值。
（2） 线圈中感应电动势的瞬时值表达式。
（3）线圈从开始计时经s时，线圈中电流的瞬时值。
14．如图所示，空间存在一水平向右的匀强磁场，磁感应强度大小为，一阻值、面积的U形框通过M、N两点处的电刷与一标有“6V 12W”的纯电阻用电器L相连接，现以U形框所在平面与磁场平行时作为0时刻，让U形框以恒定的角速度绕M、N所在直线做匀速圆周运动。
(1)求U形框中产生的感应电动势的瞬时值的表达式；
(2)从0时刻开始，U形框转过个周期的过程中流过用电器的电荷量为多少？该电荷量与U形框的角速度大小是否有关？
(3)用电器L能否正常工作？如果能请写出必要的计算过程，如果不能求用电器消耗的实际功率。
15．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。
参考答案：
1．D
【详解】交流电是大小和方向都随时间变化的电流，因ABD方向都是不变的，由此可知选D。
2．A
【详解】交变电流是指大小和方向都发生周期性变化的电流，故BCD不符合题意，A符合题意。
故选A。
3．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
两次磁感线贯穿的方向相同，故此过程中，磁通量没有变化，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。
4．D
【详解】AC．当线框位于中性面时，磁通量的变化率为零，线框中感应电动势为零，选项AC错误；
B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的磁通量的变化率最大，此时感应电动势最大，选项B错误；
D．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流的方向就改变一次，选项D正确。
故选D。
5．D
【详解】A．当线圈通过中性面时，线圈平面与磁感线垂直，故A错误；
B．此时穿过线圈的磁通量最大，故B错误；
C．此位置穿过线圈的磁通量的变化率为零，线圈中感应电动势为零，故C错误；
D．线圈经过此位置时电流方向发生变化，故D正确。
故选D。
6．C
【详解】ABD．交流电是指方向随时间做周期性的变化，而这三个图中电流的方向始终为正，没变化，故不是交变电流，故ABD错误；
C．电流大小不变，但方向随时间呈周期性变化，故C是交变电流，故C正确。
故选C。
7．D
【详解】因虚线是正弦交流电的图像，则该交流电的有效值为
由图可知，在任意时刻，实线所代表的交流电的瞬时值都不大于虚线表示的正弦交流电的瞬时值，则实线所代表的交流电的有效值小于虚线表示的正弦交流电的有效值，则
故选D。
8．C
【详解】A．由图可知电压随着时间变化的周期为，故频率为
故A错误；
B．计时起点，电动势最大，所以此时磁通量为0，线圈和中性面垂直，故B错误；
C．t＝0.1s时，电动势为0，穿过线圈平面的磁通量最大，故C正确；
D．该交变电动势最大值为，角速度
又从垂直中性面开始计时，所以电动势瞬时值表达式是
故D错误；
故选择：C。
9．BCD
【详解】A．线圈转动过程始终平行于磁场，磁通量始终为零，不能产生交变电流，A错误；
BCD．线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，据交流电的产生原理可知，能产生交变电流，BCD正确。
故选BCD。
10．AD
【详解】A．t1时刻感应电动势为零，磁通量最大，此时线圈通过中性面，A正确；
B．t2时刻感应电动势最大，线圈平面与中性面垂直，磁通量为零，B错误；
C．t3时刻线圈通过中性面，感应电动势为零，磁通量变化率为零，C错误；
D．t4时刻线圈中感应电动势最大，磁通量变化率最大，D正确。
故选AD。
11．CD
【详解】A．电流数值总为正，表示电流方向不变，是直流，故A不符合题意；
B．图象虽为正弦，但由于电流总是正值，表示电流方向不变，电流大小随时间变化，也是直流，故B不符合题意；
CD．电流强度和方向都随时间做周期性变化，是交变电流，故CD符合题意。
故选CD。
12．AD
【详解】A．线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至任意位置时，导线与磁场方向均垂直，故所受的安培力大小均相等，因此A正确；
B．线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至不同位置切割磁感线时，切割速度与磁场方向的夹角不相同，故产生的感应电动势大小不同，因此B错误；
C．汽车减速和制动时，线圈转动产生的虽然是直流电，但是变化的，故可以直接接在变压器上进行变压，故C错误；
D．汽车减速和制动时，线圈转动产生感应电流，磁场对线圈中感应电流的安培力阻碍线圈转动，从而对制动有辅助作用，故D正确。
故选AD。
13．（1）50V；（2）e=50sin10πt（V）；（3）
【详解】(1)线圈中感应电动势的最大值为
联立，可得
(2) 线圈中感应电动势的瞬时值表达式为
代入数据，得
(3)线圈从开始计时经s时，线圈中电动势的瞬时值为
根据闭合电路欧姆定律，有
联立，可得
14．(1)；(2)，无关；(3)不能，
【详解】(1)U形框转动时产生的感应电动势最大值
则感应电动势的瞬时值表达式为
(2)U形框转过个周期的过程中，产生的平均电动势，用电器电阻
故流过用电器的电荷量
，
由可知，流过用电器的电荷量与U形框角速度的大小无关。
(3)U形框产生的电动势的有效值
用电器两端电压
故用电器L不能正常工作其实际功率
15．（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