高二物理选修二3.1 交变电流 课时同步练习（含答案）
文档属性
| 名称 | 高二物理选修二3.1 交变电流 课时同步练习（含答案） |
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| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 4.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-02-01 00:00:00 | ||
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文档简介
高二物理选修二3.1《交变电流》课时同步练习
一、单选题
1．如图所示为某交流发电机原理示意图，则（ ）
A．图示位置线圈中电流为零
B．图示位置穿过线圈的磁通量量大
C．该发电机是利用电磁感应现象制成的
D．该发电机工作时把电能转化为机械能
2．如图所示，是交流发电机的发电过程，线圈的AB边和CD边分别连在金属滑环K和L上，电刷E和F分别压在滑环K和L上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。两磁极之间的磁场视为匀强磁场，A为理想交流电流表，R为定值电阻，线圈电阻为r，其余电阻不计。在线圈绕OO'轴逆时针匀速转动的过程中（甲、丙位置线圈平面竖直，乙、丁位置线圈平面水平），下列说法错误的是（ ）
A．线圈转到图甲和图丙位置时，磁通量的变化率为零
B．线圈转到图甲和图丙位置时，交流电流表的示数为零
C．线圈转到图乙和图丁位置时，流经电阻R的电流方向相反
D．线圈转动一周，R和r上产生的焦耳热之比为R：r
3．数据显示，中国风电累计吊装容量占全球装机近一半、世界第一。某时刻在一风力发电机内部的线圈abcd位置如图所示。已知风机叶片转动的圆面半径约为，平均风速约为，空气密度约为，风能转化为电能的效率为。稳定发电期间，线圈转速为。下列说法正确的是（ ）
A．该时刻线圈中电流方向是
B．该时刻线圈磁通量的变化率为零
C．稳定发电期间，发电机平均发电功率约为
D．稳定发电期间，1s内线圈中电流方向改变100次
4．如图甲所示为一台小型发电机构造的示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈电阻为2，外接灯泡的电阻为。则（ ）
A．电压表的示数为
B．发电机的输出功率为
C．在时，穿过线圈的磁通量最小
D．瞬时电动势的表达式为
5．如图所示，边长为l的正方形金属框abcd置于匀强磁场中，磁场方向水平向右。金属框以角速度ω绕金属框的bc边逆时针（从上往下看）匀速转动。时金属框平面与磁场平行（图示状态），下列说法正确的是（ ）
A．时，ad边的电流方向从d指向a
B．在的时间内，ab边的电流方向为先a→b，后b→a
C．在的时间内，cd边一直切割磁感线
D．若绕ab边转动，在的时间内，通过金属框的磁通量先增大后减小
6．图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈ABCD绕转轴匀速转动，A为电流传感器（与计算机相连），为定值电阻，线圈电阻为，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像。下列说法中正确的是（ ）
A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0，对应图乙中或时刻
B．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中或时刻
C．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大
D．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大
7．如图甲所示，矩形线圈放在有明确边界的匀强磁场中，线圈的中心轴与磁场边界重合，从上向下俯视，看到线圈绕轴逆时针匀速转动。从图示位置开始计时，以abcda方向为电流正方向，则线圈转动时产生的感应电流随时间变化的图线是图乙中的（ ）
A． B．C．D．
8．有关下列四幅图的描述，正确的是（ ）
A．图1中，增大加速电压U，可以减小粒子在回旋加速器中运动的时间
B．图2中，线圈顺时针匀速转动，电路中A、B发光二极管会交替发光
C．图3中，在梁的自由端施力F，梁发生弯曲，上表面应变片的电阻变小
D．图4中，仅减小两极板的距离，则磁流体发电机的电动势会增大
9．如图所示，三角形金属线框置于匀强磁场中，绕固定轴匀速转动，当线框平面与磁场方向垂直时，下列说法正确的是（ ）
A．穿过线框的磁通量为0 B．线框中的感应电流为0
C．线框中的感应电动势最大 D．线框所受安培力最大
第9题 第10题
10．两矩形线圈分别在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化关系分别如图中甲、乙所示，则下列说法正确的是
A．两交变电流的电动势有效值之比
B．时，两线圈中的磁通量的变化率均为零
C．两交变电流的频率之比
D．时，两线圈均处在与中性面垂直的位置上
11．如图电阻为r的矩形线圈面积为S，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度ω匀速转动。时刻线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表。则（ ）
A．滑片P下滑时，电压表的读数不变
B．图示位置线圈中的感应电动势最大
C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为
D．1s内流过R的电流方向改变次
第11题 第12题
12．对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图象，下列说法中正确的是（ ）
A．电流大小变化，方向不变，是直流电
B．电流大小、方向都变化，是交流电
C．电流的周期是0.2s，最大值是0.2A
D．电流做周期性变化，是交流电
13．一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，线圈平面与中性面平行
14．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
15．一个的电阻，它两端的电压u随时间t的变化规律如图所示，则（ ）
A．流过电阻的最大电流是22A
B．用交流电压表测量电阻两端的电压，其示数为311V
C．电阻消耗的功率为9680W
D．在交流电变化的半个周期内，电阻产生的焦耳热是
二、解答题
16．用示波器来测量一正弦信号的电压和频率，当“Y轴衰减旋钮”放在“2V/div”挡，“时基扫描旋钮”放在“0.2ms/div”挡时，测得波形在垂直方向“峰－峰”值之间的间隔为8.6格，横向一个周期的间隔为9.8格，试求该正弦信号的有效电压和频率的值。
17．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。
18．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．
19．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．
参考答案
1．C 2.B 3.C 4.D 5.B 6.D 7.D 8.A 9.B 10.B
11.D 12.A 13.A 14.B 15.D
16．6.08V， 510.2HZ
【详解】根据有效值的定义可知有效值为
频率为
17．（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
18．(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
19．（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
试卷第1页，共3页
一、单选题
1．如图所示为某交流发电机原理示意图，则（ ）
A．图示位置线圈中电流为零
B．图示位置穿过线圈的磁通量量大
C．该发电机是利用电磁感应现象制成的
D．该发电机工作时把电能转化为机械能
2．如图所示，是交流发电机的发电过程，线圈的AB边和CD边分别连在金属滑环K和L上，电刷E和F分别压在滑环K和L上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。两磁极之间的磁场视为匀强磁场，A为理想交流电流表，R为定值电阻，线圈电阻为r，其余电阻不计。在线圈绕OO'轴逆时针匀速转动的过程中（甲、丙位置线圈平面竖直，乙、丁位置线圈平面水平），下列说法错误的是（ ）
A．线圈转到图甲和图丙位置时，磁通量的变化率为零
B．线圈转到图甲和图丙位置时，交流电流表的示数为零
C．线圈转到图乙和图丁位置时，流经电阻R的电流方向相反
D．线圈转动一周，R和r上产生的焦耳热之比为R：r
3．数据显示，中国风电累计吊装容量占全球装机近一半、世界第一。某时刻在一风力发电机内部的线圈abcd位置如图所示。已知风机叶片转动的圆面半径约为，平均风速约为，空气密度约为，风能转化为电能的效率为。稳定发电期间，线圈转速为。下列说法正确的是（ ）
A．该时刻线圈中电流方向是
B．该时刻线圈磁通量的变化率为零
C．稳定发电期间，发电机平均发电功率约为
D．稳定发电期间，1s内线圈中电流方向改变100次
4．如图甲所示为一台小型发电机构造的示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈电阻为2，外接灯泡的电阻为。则（ ）
A．电压表的示数为
B．发电机的输出功率为
C．在时，穿过线圈的磁通量最小
D．瞬时电动势的表达式为
5．如图所示，边长为l的正方形金属框abcd置于匀强磁场中，磁场方向水平向右。金属框以角速度ω绕金属框的bc边逆时针（从上往下看）匀速转动。时金属框平面与磁场平行（图示状态），下列说法正确的是（ ）
A．时，ad边的电流方向从d指向a
B．在的时间内，ab边的电流方向为先a→b，后b→a
C．在的时间内，cd边一直切割磁感线
D．若绕ab边转动，在的时间内，通过金属框的磁通量先增大后减小
6．图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈ABCD绕转轴匀速转动，A为电流传感器（与计算机相连），为定值电阻，线圈电阻为，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像。下列说法中正确的是（ ）
A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0，对应图乙中或时刻
B．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中或时刻
C．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大
D．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大
7．如图甲所示，矩形线圈放在有明确边界的匀强磁场中，线圈的中心轴与磁场边界重合，从上向下俯视，看到线圈绕轴逆时针匀速转动。从图示位置开始计时，以abcda方向为电流正方向，则线圈转动时产生的感应电流随时间变化的图线是图乙中的（ ）
A． B．C．D．
8．有关下列四幅图的描述，正确的是（ ）
A．图1中，增大加速电压U，可以减小粒子在回旋加速器中运动的时间
B．图2中，线圈顺时针匀速转动，电路中A、B发光二极管会交替发光
C．图3中，在梁的自由端施力F，梁发生弯曲，上表面应变片的电阻变小
D．图4中，仅减小两极板的距离，则磁流体发电机的电动势会增大
9．如图所示，三角形金属线框置于匀强磁场中，绕固定轴匀速转动，当线框平面与磁场方向垂直时，下列说法正确的是（ ）
A．穿过线框的磁通量为0 B．线框中的感应电流为0
C．线框中的感应电动势最大 D．线框所受安培力最大
第9题 第10题
10．两矩形线圈分别在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化关系分别如图中甲、乙所示，则下列说法正确的是
A．两交变电流的电动势有效值之比
B．时，两线圈中的磁通量的变化率均为零
C．两交变电流的频率之比
D．时，两线圈均处在与中性面垂直的位置上
11．如图电阻为r的矩形线圈面积为S，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度ω匀速转动。时刻线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表。则（ ）
A．滑片P下滑时，电压表的读数不变
B．图示位置线圈中的感应电动势最大
C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为
D．1s内流过R的电流方向改变次
第11题 第12题
12．对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图象，下列说法中正确的是（ ）
A．电流大小变化，方向不变，是直流电
B．电流大小、方向都变化，是交流电
C．电流的周期是0.2s，最大值是0.2A
D．电流做周期性变化，是交流电
13．一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，线圈平面与中性面平行
14．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
15．一个的电阻，它两端的电压u随时间t的变化规律如图所示，则（ ）
A．流过电阻的最大电流是22A
B．用交流电压表测量电阻两端的电压，其示数为311V
C．电阻消耗的功率为9680W
D．在交流电变化的半个周期内，电阻产生的焦耳热是
二、解答题
16．用示波器来测量一正弦信号的电压和频率，当“Y轴衰减旋钮”放在“2V/div”挡，“时基扫描旋钮”放在“0.2ms/div”挡时，测得波形在垂直方向“峰－峰”值之间的间隔为8.6格，横向一个周期的间隔为9.8格，试求该正弦信号的有效电压和频率的值。
17．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。
18．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．
19．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．
参考答案
1．C 2.B 3.C 4.D 5.B 6.D 7.D 8.A 9.B 10.B
11.D 12.A 13.A 14.B 15.D
16．6.08V， 510.2HZ
【详解】根据有效值的定义可知有效值为
频率为
17．（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
18．(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
19．（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
试卷第1页，共3页