高二物理粤教版（2019）选择必修二3.1认识交变电流 课时作业（含解析）

3.1认识交变电流
一、单选题
1．下列事物与磁现象无关的是（　　）
A．白炽灯 B．电动机
C．指南针 D．交流发电机
2．一闭合矩形线圈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
3．有一种自行车，它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如图甲所示，图中N，S是一对固定的磁极，磁极间有一固定的绝缘轴上的矩形线圈，转轴的一端有一个与自行车后轮边缘结束的摩擦轮．如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电．关于此装置，下列说法正确的是（　　）
A．自行车匀速行驶时线圈中产生的是直流电
B．小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关
C．知道摩擦轮与后轮的半径，就可以知道后轮转一周的时间里摩擦轮转动的圈数
D．线圈匝数越多，穿过线圈的磁通量的变化率越大
4．一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象如图所示，则下列说法中，正确的是：
A．t＝0.03 s时刻，线圈中有最大感应电动势
B．t＝0.02 s时刻，线圈中感应电流为0
C．t＝0.01 s时刻，穿过线圈平面的磁通量的变化率最小
D．t＝0时刻，线圈平面与磁场垂直
5．如图所示，把小灯泡与教学用发电机相连接。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动，小灯泡发光。下列说法正确的是（　　）
A．线圈转动的快慢程度不会影响小灯泡的亮度
B．线圈转动过程中，通过小灯泡的电流大小不随时间变化
C．线圈每转动一周，通过小灯泡的电流方向改变一次
D．当线圈平面转到中性面时，通过线圈的磁通量变化率最小
6．关于交变电流与直流电的说法中，不正确的是（ ）
A．如果电流大小做周期性变化，则不一定是交变电流
B．直流电的大小可以变化，但方向一定不变
C．交变电流一定是按正弦或余弦规律变化的
D．交变电流的最大特征就是电流的方向发生周期性变化
7．2016年底以来，共享单车风靡全国各大城市。图甲为某品牌共享单车第一代产品，单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电。单车内小型发电机发电原理可简化为图乙所示，矩形线圈abcd的面积为0.001m2，共有100匝，线圈总电阻为1Ω，线圈处于磁感应强度大小为的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO′转动，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路阻值为9Ω电阻连接，不计交流电流表的内阻。在外力作用下线圈以10πrad/s的角速度绕轴OO′匀速转动时，下列说法中正确的是（　　）
A．交流电流表的示数是0.002A
B．电阻R的发热功率是0.4W
C．该交流发电机产生的交流电的周期为0.2s
D．当线圈平面和磁场方向平行时，线圈中的感应电流为零
8．矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。若轴线右侧没有磁场（磁场具有理想边界），如图所示。设abcda方向为感应电流的正方向。从图示位置开始一个周期内线圈感应电流随时间变化的图像中，正确的是（　　）
A． B．C． D．
二、多选题
9．如图所示为交流发电机的原理图，矩形线圈在匀强磁场中逆时针匀速转动，线圈转动的过程中，下列叙述中正确的是（　　）
A．线圈在甲图所在位置处磁通量最大
B．线圈在乙图所在位置处磁通量最大
C．线圈在甲图所在位置处电流最大
D．线圈在乙图所在位置处电流最大
10．某线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过它的磁通量Φ随时间的变化规律可用如图表示，那么在图中（　　）
A．t1和t3时刻，穿过线圈磁通量的变化率最大
B．t2时刻，穿过线圈的磁通量变化率为零
C．t3时刻，线圈中的感应电动势为零
D．t4时刻，线圈中的感应电动势达到最大值
11．如图所示的线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生正弦式交变电流。下列说法正确的是（　　）
A．线圈此时的位置称为“中性面”，处于中性面的线圈磁通量最大，磁通量的变化率为零
B．与线圈此时的位置垂直的平面称为“中性面”，处于中性面时线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率为零
C．线圈此时电流为零，线圈每经过此位置，感应电流的方向就改变，因此线圈每转动一周，电流方向都会变化两次
D．线圈此时电流最大，线圈每经过此位置，感应电流都最大，因此线圈每转动一周， 电流出现两次最大值
12．如图所示，（a）→（b）→（c）→（d）→（e）过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷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连接．下列说法正确的是（　 　 ）
A．图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大
B．从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imcosωt
C．当线圈转到图（c）位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变
D．当线圈转到图（d）位置时，感应电动势最大，ab边感应电流方向为a→b
三、解答题
13．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。
14．能不能用电动机带动发电机，再用发电机输出的电能驱动该电动机而实现发电机和电动机的连续运转？
15．如图1是一手摇发电机，其原理可简化为矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴OO'匀速转动，产生随时间变化的感应电动势．
已知矩形线圈abcd的匝数为N，边长ab=cd=L1，bc=ad=L2．线圈所在处磁感应强度为B．线圈的角速度为ω．当线圈转动到如图2所示位置时，其平面与磁场方向平行．
（1）求线圈转动到如图位置时ab边切割磁感线产生的感应电动势大小并判断ab两端电势的高低；
（2）从线圈处于如图位置开始计时，t时刻线圈转至截面图中虚线所示位置，推导t时刻线圈产生的感应电动势大小为e=NBL1L2ωcosωt；
（3）如图3所示，线圈的ab、cd边分别通过电刷与两个滑环e、f相连，滑环e、f与二极管D、外电阻相连，组成闭合回路．二极管具有单向导电性，即加正向电压时其电阻可忽略不计，加反向电压时电阻可视为无穷大．已知线圈电阻为r，外电阻为R，电路其余部分电阻不计．计算经过一段较长时间t（远大于线圈转动周期）的过程中，外电阻R上产生的热量．
参考答案：
1．A
【详解】A．白炽灯是利用电流的热效应工作的，与磁现象无关，A正确；
B．电动机是利用电流在磁场中受到的安培力工作的，与题意不符，B错误；
C．指南针是小磁针在地磁场的作用下偏转而进行指明方向的，与题意不符，C错误；
D．交流发电机是利用电磁感应现象工作的，与题意不符，D错误。
故选A。
2．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。
3．C
【详解】自行车匀速行驶时，线圈中在磁场中旋转产生感应电动势，如果从中性面开始计时，则e=Emsinωt，所以产生的是交流电，故A错误；小灯泡亮度决定于电功率，电功率P=EI，而，所以灯泡亮度与自行车的行驶速度有关，故B错误；如果摩擦轮半径为r，后轮的半径为R，则，则后轮转一周的时间里摩擦轮转动的圈数为N=R/r，故C正确；磁通量的变化率为，与线圈匝数无关，故D错误．故选C．
【点睛】本题主要是考查交流电答产生和线速度、角速度答关系，解答本题要知道物体做匀速圆周运动过程中，同缘且不打滑则它们边缘的线速度大小相等；而共轴则它们的角速度相同．
4．A
【详解】A．t=0.03s时刻，磁通量为零，线圈处于与中性面垂直的面，感应电动势最大，故A正确；
B．t=0.02s时刻，磁通量为零，感应电动势最大，感应电流最大，故B错误；
C．t=0.01s时刻，磁通量为零，感应电动势最大，磁通量的变化率最大，故C错误；
D．t=0时刻，磁通量为零，线圈平面与中性面垂直即与磁场平行，故D错误．
5．D
【详解】A．线圈转动的越快，通过线圈的磁通量变化越快，电路中电流越大，小灯泡越亮，A错误；
B．线圈转动过程中，通过小灯泡的电流大小随时间周期性变化，B错误；
C．线圈每转动一周，通过小灯泡的电流方向改变两次，C错误；
D．当线圈平面转到中性面时，通过线圈的磁通量变化率最小，为零。D正确。
故选D。
6．C
【详解】A．如果只有电流做周期性变化而电流方向不变，则为直流电；故A正确；
B．直流电的大小可以变化，但方向一定不变；故B正确；
C．只要电流的方向发生变化，则就是交流电，不一定是按正弦或余弦规律变化的；故C错误；
D．交流电的最大特征是交流的方向发生周期性变化；故D正确；
本题选错误的，故选C。
7．C
【详解】AB．线圈产生的最大感应电动势为
有效值为
根据闭合电路的欧姆定律可知
电阻R产生的热功率为
P=I2R=0.36W
故AB错误。
C．交流电的周期
故C正确。
D．当线圈平面和磁场方向平行时，线圈中的感应电流最大，故D错误。
故选C。
8．A
【详解】从题图示位置开始，在时间内，磁通量减小，原磁场方向向里，由楞次定律“增反减同”可知，感应电流的磁场方向向里，产生的感应电流的方向为abcda，即与电流规定的正方向相同，且产生的感应电流的大小随时间按正弦规律变化，有
在时间内，磁通量增大，原磁场方向向里，由楞次定律“增反减同”可知，感应电流的磁场方向向外，因线圈的位置也发生了变化，所以产生的感应电流的方向还是abcda，即与电流规定的正方向相同，结合题中选项可知，A正确，BCD错误。
故选A。
9．AD
【详解】AB．磁通量公式为
为线圈所在平面与磁场方向所成角的角度，图甲此时线圈所在平面与磁场方向垂直，，可得此时磁通量最大，为
图甲此时线圈所在平面与磁场方向平行，，可得此时磁通量最小，为
故A正确，B错误；
CD．线圈在乙图所示位置时，磁通量的变化率最大，产生的电流最大；在甲图所示位置时，磁通量的变化率最小，产生的电流最小；故C错误，D正确。
故选AD。
10．CD
【详解】AC．t1和t3时刻，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，线圈中的感应电动势为零，故A错误，C正确；
B．t2时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大，故B错误；
D．t4时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大，线圈中的感应电动势最大，故D正确。
故选CD。
11．BD
【详解】A． 线圈此时的位置平面与磁场平行，磁通量最小为零，故A错误；
B． 与线圈此时的位置垂直的平面称为“中性面”，处于中性面时线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率为零，故B正确；
CD．线圈此时磁通量为零，感应电动势最大，感应电流最大，因此线圈每转动一周， 电流出现两次最大值，故D正确，C错误。
故选BD。
12．BC
【详解】A、图(a)中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但磁通量变化率最小，为零，故选项A错误；
B、从图(b)开始计时，线圈产生的感应电动势最大，形成的感应电流最大，线圈中电流随时间变化的关系是，故选项B正确；
C、当线圈转到图(c)位置时，线圈位于中性面位置，此时感应电流最小，且感应电流方向改变，故选项C正确；
D、当线圈转到图(d)位置时，感应电动势最大，可知边感应电流方向为，故选项D错误．
13．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。
14．不能，见解析
【详解】不能，电动机、发电机工作过程中会存在摩擦、电流的热效应等能量损耗，电机不能100%将电能转换为机械能，发电机也不能100%将机械能转换电能，因此这个孤立的系统中，在没有外界输入电能时，很快就会停止转动，故不能实现连续运转。
15．（1） ，B端电势高；（2）；（3）
【详解】（1）ab边切割磁感线产生的电动势，
可得： ，B端电势高
（2）线圈匀速转动过程中，ab，cd边都切割磁感线产生感应电动势，总电动势为两边产生的电动势之和，即
如图，经过时间t，ab边绕OO'转过的角度 ，此时ab边的速度方向如图中所示，
v与磁场方向的垂直分量
根据电磁感应定律，在ab边上产生的感应电动势大小为
又
由此可得
（3）设线圈中感应电动势最大值为Em，有效值为E有，线圈的转动周期为T
则有 得：
时间t内产生的总热量
而R上产生的热量为
可得：．