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2025-2026学年高二物理人教版（2019）选择性必修二课时作业 交变电流
一、单选题
1．如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流随时间的变化关系.若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则1 min内两电阻消耗的电功之比为( )
A. B.1:2 C.1:3 D.1:6
2．如图所示，发电机的矩形线圈绕对称轴以一定的转速匀速转动，通过电刷E、F给外电路中的电阻R供电.在轴线右侧有一竖直向上的匀强磁场，左侧没有磁场.从线圈处于中性面开始计时，关于电流变化规律，下列图像中正确的是( )
A. B.
C. D.
3．一小型交流发电机，N匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴转动（如图甲），穿过线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化的图像如图乙所示，线圈转动周期为T。则( )
A.线圈产生的电动势有效值
B.在时，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大
C.在时，磁通变化率最大，但电路中电流变化率也最大
D.在时间内，通过线圈导线截面的电荷量为零
4．如图所示为交流发电机示意图，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，两个电刷E、F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的连接.下列说法正确的是( )
A.当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量的变化率最大
B.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最小
C.当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大
D.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电动势最小
5．如图甲所示是目前市面上流行的手摇手机充电器.若某人摇动手柄给手机充电时，其内部线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，当线圈转到图乙所示位置时，下列说法正确的是( )
A.线圈中无电流 B.电流方向将发生改变
C.线圈中的电流最大 D.穿过线圈的磁通量的变化率为零
6．如图甲所示，由交流发电机、定值电阻R、交流电流表A组成的闭合回路，线圈ABCD沿逆时针方向转动，图甲所示位置磁感线与线圈平面平行，从此刻开始计时，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图乙所示，则( )
A.时刻线圈中感应电动势最小
B.时刻线圈中感应电流的方向改变
C.线圈转到图甲所示位置时，线圈中磁通量变化率为零
D.线圈转动到图甲所示位置时，线圈中感应电流方向为
7．以下四种情景中产生正弦交变电流的是( )
A.图甲中矩形线圈绕与匀强磁场方向垂直的中心轴沿顺时针方向匀速转动
B.图乙中矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈按图示方向绕轴线匀速转动
C.图丙中圆柱形铁芯上沿轴线方向绕有矩形线圈abcd，铁芯绕轴线以角速度ω转动
D.图丁中矩形线圈绕与匀强磁场方向平行的中心轴匀速转动
8．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生的感应电动势最大值为50 V，那么该线圈由图示位置（线圈平面与磁场方向平行）转过30°时，线圈中的感应电动势大小为( )
A.50 V B.25 V C. D.10 V
9．如图所示是交流发电机的示意图，线圈的两条边分别与两个金属滑环连在一起，线圈逆时针匀速转动时，通过滑环和电刷保持与外电路的连接.图中只画了一匝线圈，磁场可视为匀强磁场，则( )
A.线圈转动到甲图和丙图所示的位置时，穿过线圈的磁通量最大，电路中的电流也最大
B.线圈转动到乙图和丁图所示的位置时，穿过线圈的磁通量为零，电路中的电流为零
C.线圈从甲图所示位置逆时针转动到丁图所示位置的过程中，电路中电流的方向改变4次
D.线圈从丙图位置转到丁图位置的过程中，穿过线圈的磁通量减小，产生的感应电动势增大
10．如图所示，矩形导体线框绕固定轴逆时针（俯视）匀速转动，M、N分别为、的三等分点，转轴右侧空间存在水平向右的匀强磁场，规定方向为电流正方向，从图示位置开始计时，则感应电流i随时间t变化的图像正确的是( )
A. B.
C. D.
11．一台手摇发电机的线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生正弦交流电，其电流i随时间t变化的规律如图所示。下列说法正确的是( )
A.线圈每秒钟转50圈
B.时，穿过线圈的磁通量最大
C.时，线圈平面与磁感线垂直
D.时，穿过线圈的磁通量变化率为零
12．如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图像如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法中正确的是( )
A.在图中时刻线圈平面平行于匀强磁场
B.线圈先后两次转速之比为
C.图线a在时，穿过线圈的磁通量最小
D.图线b的电压最大值为
二、多选题
13．下列所示图像中属于交变电流的有( )
A. B.
C. D.
14．如图所示，面积均为S的单匝线圈（A、C、D均绕其虚线所示对称轴，B绕中心轴）在匀强磁场中以角速度ω匀速转动，能产生正弦式交变电动势的是( )
A. B.
C. D.
15．如图为小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向以角速度ω匀速转动，从图示位置（线圈平面与磁感线平行）开始计时，线圈转过45°角时电流的瞬时值大小为。下列判断正确的是( )
A.图示位置线圈磁通量的变化率最大
B.经过图示位置，流过线圈的电流方向发生改变
C.发电机产生的交变电流的有效值为
D.线圈由图示位置转过90°过程中，流过线圈的电量大小为
16．电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过时，线圈中( )
A.电流最小 B.电流最大
C.电流方向由P指向Q D.电流方向由Q指向P
三、填空题
17．某学校开展“摇绳发电”的比赛活动。如图所示，在操场上，将一根长为20m的铜芯导线两端与灵敏电流计的两个接线柱连接，构成闭合回路；两同学面对面站立摇动这条导线。（忽略地球磁偏角的影响）
（1）在“摇绳发电”的过程中，导线中将产生_____（选填“直流电”、“交流电”）。
（2）受灵敏电流计结构的影响，若只增大摇绳的频率，则灵敏电流计的最大示数_____增大（选填“一定”、“不一定”）。
（3）若该学校地处赤道上，两同学南北站立摇绳时，导线中_____电流（选填“有”、“无”）。
（4）若该学校地处中国重庆，两同学东西方向站立，保持摇绳的间距、频率、最大速度不变。在竖直平面内上下来回摇绳时，灵敏电流计的最大示数为；在水平面内左右来回摇绳时，灵敏电流计的最大示数为。假设重庆地区的地磁场方向与水平方向的夹角为θ，则_____。
18．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。
（1）图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量___________，磁通量变化率___________。（均填“最大”或“为零”）
（2）从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是___________（填“”或“”）。
（3）当线圈转到图（c）位置时，感应电流___________（填“最小”或“最大”）。
（4）当线圈转到图（d）位置时，感应电动势___________（填“最小”或“最大”），ab边感应电流方向为___________（填“”或“”）。
四、实验题
19．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。
五、计算题
20．某物理兴趣小组在研究交变电流的产生和应用时，设计了以下三种方案，所用匀强磁场的磁感应强度大小均为1.0 T，图乙和图丙所示方案的导轨均在水平面上，磁场方向竖直向下.
（1）甲方案：如图甲所示，让一面积为的单匝矩形线圈abcd，在有界匀强磁场中绕对称轴以的转速匀速转动，已知为磁场分界线，求线圈从图示位置开始计时产生的交变电流的感应电动势的瞬时值表达式.
（2）乙方案：如图乙所示，OCA金属导轨与OA金属直导轨分别在O点和A点接一阻值为和、体积可忽略的定值电阻，导轨OCA的曲线方程为，金属棒ab（图中未画出）平行于y轴，长为1.5 m.在外力作用下以速度水平向右匀速运动（b点始终在x轴上），金属棒与导轨接触良好，不计摩擦，整个电路中除了电阻和外，其余电阻均不计.求金属棒从运动到的过程中，外力做的功.
（3）丙方案：如图丙所示，匝数的理想变压器原线圈与水平放置的间距的光滑金属导轨相连，导轨电阻不计，副线圈接阻值的电阻，与导轨接触良好的阻值为的导体棒MN在外力的作用下做简谐运动，其速度.求电阻R实际消耗的功率.
21．如图所示为一交流发电机和外接负载的示意图，发电机电枢线圈为匝的正方形线圈，边长为，绕轴在磁感应强度大小为的磁场中以角速度转动（不计一切摩擦），线圈电阻为，外接负载电阻为.求：
（1）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转动过程中感应电动势瞬时值的表达式；
（2）由图示位置转过60°时的感应电动势；
（3）由图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势（结果保留两位有效数字）；
（4）由图示位置转过60°的过程中流过电阻R的电荷量（结果保留两位有效数字）.
参考答案
1．答案：C
解析：题图甲交变电流在一个周期内根据电流的热效应有，解得电流的有效值；题图乙所示交变电流在一个周期内根据电流的热效应有，解得电流的有效值；根据得，在1 min内两电阻消耗的电功之比，故C正确.
2．答案：D
解析：由题图可知，时刻，穿过线圈的磁通量最大，此时感应电流为零，设线圈的面积为S，线圈转动的角速度为ω，则感应电流最大值为，瞬时值为，故D正确，A、B、C错误.
3．答案：A
解析:A.线圈产生的电动势最大值
有效值，选项A正确；
B.在时，线圈中磁通量最大，但是磁通量变化率为零，感应电动势为零，选项B错误；
C.在时，磁通变化率最大，感应电动势最大，电路中感应电流最大，电流变化率最小，选项C错误；
D.在时间内，根据
可知通过线圈导线截面的电荷量不为零，选项D错误。
故选A。
4．答案：B
解析：线圈平面与磁场垂直时位于中性面，此时磁通量最大，磁通量的变化率最小，感应电流最小，为0，A、C错误；当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈与磁场平行，磁通量最小，为0，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，B正确，D错误.
5．答案：C
解析：当线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，产生正弦式交流电，当线圈转到题图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量为零，但穿过线圈的磁通量的变化率最大，线圈中的电流最大，A、D错误，C正确；线圈转到中性面位置，即与题图乙线圈位置垂直时，电流方向发生改变，B错误.
6．答案：B
解析：根据题图乙，结合交流发电机工作原理可知，在时刻，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大，则线圈中产生的感应电动势最大，故A错误；由题图乙可知，在时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈位于中性面，线圈中感应电流的方向改变，故B正确；线圈转到题图甲所示位置时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大，故C错误；线圈ABCD沿逆时针方向转动，根据右手定则判断可知，当线圈转动到题图甲所示位置时，线圈中感应电流方向为，故D错误.
7．答案：B
解析：图甲中只有一个电刷，线圈在匀强磁场中转动时，通过电阻R的电流方向始终向左，则得到的是直流电，A错误；图乙中虽然只有一半线圈处于磁场中，但穿过线圈的磁通量按正弦规律变化，产生的感应电动势也按正弦规律变化，故线圈转动得到的是正弦交流电，B正确；图丙为辐向磁场，无论线圈转到哪一位置，感应电动势大小不变，得到的不是正弦交流电，C错误；图丁中矩形线圈转轴平行于磁场方向，线圈不切割磁感线，感应电动势为0，感应电流为0，D错误.
8．答案：C
解析：线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动，从垂直中性面的位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为，故当时，感应电动势的瞬时值为，故选C.
9．答案：D
解析：线圈转动到题图甲和题图丙所示的位置时，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为零，电路中的电流为零，A错误；线圈转动到题图乙和题图丁所示的位置时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，电路中的电流最大，B错误；线圈经过中性面时，电流方向发生改变，可知线圈从题图甲所示位置逆时针转动到题图丁所示位置的过程中，电路中电流的方向改变1次，C错误；线圈从题图丙位置（中性面）转到题图丁位置（与中性面垂直）的过程中，穿过线圈的磁通量减小，磁通量变化率增大，产生的感应电动势增大，D正确.
10．答案：A
解析：由楞次定律可知，时刻，边切割磁感线，感应电流方向为，即沿正方向，时刻，边切割磁感线，感应电流方向为，即沿负方向，且感应电流的大小先增大后减小，边切割磁感线产生感应电流的峰值为边切割磁感线产生感应电流峰值的两倍。
故选A。
11．答案：B
解析：A.由图可知，该交流电的周期
故线圈每秒转动的转速为
A错误；
B.由图可知时，电流瞬时值为零，线圈处于中性面，穿过线圈的磁通量最大，B正确；
CD.由图可知，时，电流瞬时值最大，线圈与磁感线平行，穿过线圈的磁通量变化率最大，CD错误。
故选B。
12．答案：D
解析:A.在图中时刻，两个正弦式交变电流的感应电动势的瞬时值均为零，此时线圈都在中性面位置，即线圈与磁场垂直，故A错误；
B.由图可得两个正弦式交变电流的周期分别为
故周期之比为
根据
解得线圈先后两次转速之比为
故B错误；
C.由图可知，图线在时感应电动势为零，此时线圈在中性面位置，即线圈与磁场垂直，则穿过线圈的磁通量最大，故C错误；
D.根据
可得
由图可知，图线a是正弦式交变电流，其电压的最大值为
故可得图线b的电压最大值为
故D正确。
故选D。
13．答案：AD
解析：判断电流是交流还是直流，关键看电流的方向是否随时间周期性变化.选项A、D中电压或电流的方向均发生周期性变化，故它们属于交变电流；选项B、C中，尽管电压或电流大小随时间周期性变化，但其方向不变，所以属于直流.故选A、D.
14．答案：AC
解析：A图中线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量变化，从而产生正弦式交变电动势，B、D图中线圈转动时穿过线圈的磁通量均没有变化，不产生感应电动势，C图中线圈从垂直于中性面位置开始匀速转动，产生的是正弦式交变电动势.A、C正确.
15．答案：AD
解析：A.在图示位置，穿过线圈的磁通量为0，感应电动势最大，因此线圈磁通量的变化率最大，故A正确；B.线圈每经过中性面1次，电流方向改变1次，图示位置与中性面垂面，故B错误；C.由图示位置开始计时，电流的瞬时值表达式为转过45°时的电流电流的有效值故C错误；D线圈由图示位置转过90°过程中，流过线圈的电荷量又联立解得故D正确。故选AD。
16．答案：BD
解析：如图开始线圈处于中性面位置，当磁极再转过时，此时穿过线圈的磁通量为0，故可知电流最大；在磁极转动的过程中，穿过线圈的磁通量在减小，根据楞次定律可知，此时感应电流方向由Q指向P。
故选BD。
17．答案：（1）交流电（2）不一定（3）无（4）
解析：（1）摇动过程中导线切割磁感线的方向在变，根据右手定则知，感应电流的方向在变，所以产生的是交流电。
（2）若两同学南北站立摇绳时，由于地磁场的方向在地球外部由南向北，则导线不切割磁感线，不产生感应电流，增大摇绳的频率时，灵敏电流计的最大示数不变;若两同学东西站立摇绳时，导线切割磁感线，会产生感应电流，增大摇绳的频率时，灵敏电流计的最大示数增大，因此，只增大摇绳的频率，则灵敏电流计的最大示数不一定增大。
（3）若该学校地处赤道上，两同学南北站立摇绳时，导线中无感应电流。
（4）设重庆地区的地磁场磁感应强度大小为B，则水平分量为，竖直分量为，在竖直平面内上下来回摇绳时，产生的感应电动势为，在水平面内左右来回摇绳时，产生的感应电动势为,根据欧姆定律,可得,联立得。
18．答案：（1）最大；为零
（2）
（3）最小
（4）最大；
解析：（1）图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，则此时穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小为零；
（2）根据题意，由图（b）可知，线圈中电流i随时间t变化的关系是
（3）当线圈转到图（c）位置时，感应电流为零，最小。
（4）当线圈转到图（d）位置时，磁通量最小，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，根据右手定则可知，ab边感应电流方向为。
19．答案：（1）顺时针；
（2）最大；最小；2
解析：（1）根据右手定则可以判断，线框是顺时针方向转动的；
（2）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。
20．答案：（1）
（2）3.75 J
（3）8 W
解析：（1）线圈的转速，角速度，线圈产生的感应电动势最大值为，则线圈从题图甲所示位置开始计时产生的交变电流的感应电动势的瞬时值表达式为.
（2）题图乙所示方案中，金属棒ab产生的瞬时感应电动势，
又，
所以e按正弦规律变化，
感应电动势最大值，
感应电动势的有效值，
金属棒从运动到所用的时间，
电路中总电阻，
则外力做的功.
（3）导体棒产生的瞬时感应电动势，可知感应电动势的最大值，e按正弦规律变化，感应电动势的有效值，
由理想变压器的电压与匝数关系得，，
由理想变压器的电流与匝数关系得，，
由闭合电路欧姆定律得，
联立解得，则电阻R实际消耗的功率.
21．答案：（1）
（2）1.57 V
（3）2.6 V
（4）0.087 C
解析：（1）线圈转动过程中感应电动势的最大值，从线圈平面与磁感线平行位置开始转动，感应电动势的瞬时值的表达式为.
（2）从图示位置转过60°时的感应电动势.
（3）根据法拉第电磁感应定律可得，从图示位置转过60°的过程中产生的平均感应电动势.
（4）从图示位置转过60°的过程中流过电阻R的电荷量.
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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