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物理选择性必修二3.1 交变电流同步练习（基础巩固）
一、选择题
1．下列图像中不属于交变电流的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】D
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】本题考查交流电的性质，判断的主要依据是交流电的方向在做周期性变化。ABC．电流方向改变是交变电流的主要特点，交变电流的方向随时间做周期性变化，三个图中电流均为交变电流；故ABC错误；
D．图中电流大小虽然在周期性变化，但方向不变，是直流电，不是交变电流，故D正确。
故选D。
【分析】交变电流的典型特点是电流方向变化，其大小可能变，也可能不变，据此分析。
2．如图所示，关于电磁现象，下列说法正确的是（　　）
A．甲图，用细金属丝将直导线水平悬挂在磁铁的两极间，当通以如图所示的电流时，导线会向左摆动一定角度
B．乙图，是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，铁块中产生涡流，从而产生大量热量，冶炼金属
C．丙图，通电线圈在磁场作用下转动，机械能转化为电能
D．丁图，当用力让线圈发生转动时，电流表就有电流通过，利用此原理可制成电动机
【答案】B
【知识点】涡流、电磁阻尼、电磁驱动；交变电流的产生及规律；左手定则—磁场对通电导线的作用
【解析】【解答】A、甲图中，明确磁场方向（从N极指向S极 ）和电流方向（根据图中电流标识 ），按照左手定则，磁感线穿入手心（假设磁场方向为从磁铁上方N极到下方N极间的磁场方向 ），四指指向电流方向，判断大拇指（安培力方向 ）。实际判断可得安培力方向向右，所以导线会向右摆动，不是向左，A错误 ；
B、乙图是真空冶炼炉，炉外线圈通入高频交流电，会产生高频变化的磁场， 铁块处于该变化磁场中，由于电磁感应，铁块内部会产生涡流（闭合回路的感应电流 ），涡流在铁块中流动，因铁块有电阻，根据焦耳定律，会产生大量热量，从而实现冶炼金属，B正确 ；
C、丙图中，通电线圈在磁场作用下转动，是因为线圈中有电流，受到安培力，安培力做功，将电能转化为线圈的机械能，不是机械能转化为电能，C错误 ；
D、丁图中，用力让线圈转动，线圈切割磁感线（磁通量变化 ），产生感应电动势和感应电流，这是电磁感应现象，利用此原理制成的是发电机（将机械能转化为电能 ）；而电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动（电能转化为机械能 ），D错误 ；
故答案为：B。
【分析】A．运用左手定则判断通电导线在磁场中受到的安培力方向，进而确定导线的摆动方向。左手定则：伸开左手，让磁感线穿入手心，四指指向电流方向，大拇指所指方向为安培力方向。
B．理解真空冶炼炉的工作原理，即高频交流电在炉外线圈产生变化磁场，使铁块（导体 ）中产生涡流，涡流发热来冶炼金属。
C．分析通电线圈在磁场中转动的能量转化，通电线圈在磁场中受安培力作用转动，是电能驱动线圈运动，转化为机械能。
D．判断丁图的原理，当线圈转动时，磁通量变化产生感应电流，这是电磁感应现象，对应的是发电机原理，而非电动机（电动机是电能转化为机械能 ）。
3．手摇手机充电器体型小，携带方便，可以在紧急状态下给手机临时充电，内部结构简化如图。装置中两磁极之间产生的磁场可近似视为匀强磁场，线圈的边（端被磁极挡住未标出）连在金属滑环上，边连在滑环上；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的连接。下列说法正确的是（　　）
A．图示时刻，线圈中的电流为0
B．图示时刻，磁通量的变化率最大
C．图示时刻，穿过线圈的磁通量最大
D．图示时刻，电流从右向左流过灵敏电流计
【答案】B
【知识点】交变电流的产生及规律；右手定则
【解析】【解答】认清图中所在位置通过线圈的磁通量，磁通量的变化是解题的关键。ABC．图示时刻，线圈平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大，根据法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生的感应电动势最大，感应电流也最大，故AC错误，B正确；
D．由右手定则可知，线圈中电流方向为，则电流从左向右流过灵敏电流计，故D错误。
故选B。
【分析】图中位置为线圈平面与磁场方向平行的位置，据此分析磁通量、磁通量的变化率，感应电流的大小情况；根据右手定则判断感应电流方向。
D．图示时刻，电流从右向左流过灵敏电流计
4．如图甲所示是漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”，南鲲号发电原理可作如下简化：海浪带动浪板上下摆动，驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动，如图乙所示，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流，下列说法正确的是（　　）
A．图乙中线圈所处位置是中性面
B．在图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量变化率最大
C．在图乙所示位置时，线圈b端电势高于a端电势
D．在图乙所示位置时，线圈靠近S极的导线受到的安培力方向向上
【答案】B
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】AB．在图乙所示位置时，线圈平面与磁场方向平行，穿过线圈的磁通量为0，但穿过线圈的磁通量变化率最大，产生的感应电动势最大，故A错误，B正确；
C．在图乙所示位置时，线圈靠近S极的导线向上切割磁感线，线圈靠近N极的导线向下切割磁感线，根据右手定则可知，线圈中的电流方向由b流向a，由于线圈相当于电源内部，则线圈b端电势低于a端电势，故C错误；
D．在图乙所示位置时，线圈靠近S极的导线电流方向向里，磁场方向向右，根据左手定则可知，安培力方向向下，故D错误。
故选B。
【分析】AB、图乙所示位置时，线圈平面与磁场方向平行，穿过线圈的磁通量为0，但穿过线圈的磁通量变化率最大；
C、根据右手定则可知，线圈中的电流方向由b流向a，在电源内部，则线圈b端电势低于a端电势；
D、根据左手定则可知，安培力方向向下；
5．如图所示，一列简谐横波向左传播，振幅为A，某时刻介质中质点a的位移为，经周期，质点a位于平衡位置的（　　）
A．上方，且相对于平衡位置的位移大于
B．上方，且相对于平衡位置的位移小于
C．下方，且相对于平衡位置的位移大于
D．下方，且相对于平衡位置的位移小于
【答案】A
【知识点】交变电流的产生及规律；交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】A．由图可知，当s时，感应电动势最大，线圈平面与中性面垂直，故A错误；
B．由图可知，当s时，感应电动势为0，线圈平面与中性面重合，磁通量最大，磁通量变化率为0，故B错误。
CD．由图可知，该交流电的周期，则线圈转动角速度
交流发电机的最大感应电动势
所以
故C正确，D错误。
故选C。
【分析】 根据图象可以读出T和Em，从而可以求出频率和有效值；根据图乙判断出感应电动势在任意时刻的大小即可判断出磁通量的大小和变化率，根据Em=NBSω求得最大磁通量。
6． 如图甲和图乙为两个发电机设备与外接电路，两者仅电刷样式不同，其它部件均完全相同，线圈以相同的角速度在匀强磁场中旋转，从图示位置（该位置线圈平面与中性面垂直）开始计时，在一个周期T的时间内，下列说法错误的是（　　）
A．两图中，R两端的电压有效值、流过R的电流有效值大小相等
B．在时间内，两者流过R的电荷量相等
C．在时间内，两者流过R的电流方向相同
D．在时间内，两者电阻R上产生的焦耳热相等
【答案】C
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】A. 由题可知，图甲装置产生正弦式交变电流，图乙电路中存在电刷，电流方向不变，电流大小随正弦式交变电流，故两装置产生电流有效值相同，A不符合题意；
B. 在
时间内，两者流过R的电荷量相等 ，B不符合题意；
C. 图甲装置从垂直于中性面开始转动，T/4时经过中性面，电流方向相反，乙装置电流方向不变，故两者流过R的电流方向相反，C符合题意；
D. 在一个周期内，两者电阻R上产生的焦耳热相等，D不符合题意。
故答案为：C
【分析】利用正弦式交变电流的产生规律和特点，可得出结论。
7．一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．和时刻穿过线圈的磁通量为零
B．和时刻穿过线圈的磁通量变化率为零
C．从线圈平面与磁场方向垂直时刻开始计时
D．每当感应电动势改变方向时，穿过线圈的磁通量的绝对值都为最小
【答案】B
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】AB.由图可知，和时刻瞬时感应电动势为零，可知线圈处于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，A不符合题意，B符合题意；
C.由图可知，0时刻瞬时电动势最大，故从线圈平面与磁场方向平行时刻开始计时，C不符合题意；
D.线圈每经过一次中性面，电流改变一次方向，所以每当感应电动势改变方向时，穿过线圈的磁通量的绝对值都为最大，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】根据中性面和垂直中性面的特点分析。
8．单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化图象如图所示，则(　　)
A．在t＝0时，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大
B．在0～2×10－2s时间内，线圈中感应电动势的平均值为零
C．在t＝2×10－2s时，线圈中磁通量最小，感应电动势最大
D．在t＝1×10－2s时，线圈中磁通量最小，感应电动势最大
【答案】D
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】t=0时刻，线圈中磁通量最大，Φ的变化率达最小，感应电动势最小，故A错误；在0-2×10-2s时间内，磁通量变化不为零，线圈中感应电动势的平均值不为零，故B错误；在t=2×10-2s时刻，Φ的变化率为零，感应电动势为零，故C错误；在t=1×10-2s时刻，磁通量为零，但Φ的变化率达最大，感应电动势最大，故D正确；
故选D。
【分析】在中性面时磁通量最大，感应电动势最小，电动势方向改变；垂直中性面位置磁通量为零，但电动势最大；t=0 时刻，磁通量最大，变化率最小，感应电动势最小。
磁通量变化不为零，感应电动势的平均值不为零。磁通量变化率为零，感应电动势为零。
磁通量为零，但变化率最大，感应电动势最大。
9．如图是一款高空风车及其发电模块原理图。在发电期间，发电机线圈ab在某一时刻转至图示位置。则（　　）
A．发电的工作原理是电流的磁效应
B．该时刻线圈b端电势高于a端电势
C．该时刻线圈磁通量为零，感应电动势也为零
D．风力增大，线圈ab的感应电动势不变
【答案】B
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】A．高空风车发电的工作原理是电磁感应，故A错误；
B．根据右手定则可知，电流方向沿顺时针方向，则该时刻线圈b端电势高于a端电势，故B正确；
C．该时刻线圈磁通量为0，感应电动势最大，故C错误；
D．风力越大，风车转动的越快，线圈ab转动的角速度越大，根据
则感应电动势变大，故D错误；
故选B。
【分析】发电机的工作原理是电磁感应；根据右手定则判断电流方向，确定电势高低；该位置磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大；根据交流电最大值可知风力越大转速越快，电动势越大。
10． 下图为交流发电机示意图，线圈沿逆时针方向匀速转动，下列说法正确的是（　　）
A．甲→乙过程中，AB边中的电流由A→B
B．丙→丁过程中，AB边中的电流由A→B
C．图甲位置线圈中感应电动势最大
D．图乙位置线圈磁通量最大
【答案】B
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】A、甲→乙过程中，根据右手定则，AB边中的电流由B→A。故A错误；
B、丙→丁过程中，根据右手定则，AB边中的电流由A→B。故B正确；
C、图甲位置，线圈中磁通量最大，磁通量变化率为零，线圈中感应电动势最小，为零。故C错误；
D、图乙位置，线圈中磁通量为零。故D错误。
故答案为：B。
【分析】根据线圈的转动方向，再根据右手定则确定线框中AB边的电流方向。熟悉掌握中性面和垂直中性面位置磁通量和感应电动势的大小情况。
11．由交流发电机、定值电阻R、交流电流表A组成的闭合回路如图甲所示，线圈ABCD在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴沿逆时针方向转动，从某时刻开始计时，穿过线圈的磁通量随时间t的变化情况如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．时刻线圈处于中性面位置
B．时刻线圈中感应电流的方向改变
C．时刻线圈中的感应电动势最大
D．时间内，电流表的示数逐渐增大
【答案】A
【知识点】交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】本题考查交变电流的产生过程及有效值的问题，要注意明确电流表示数、机器铭牌上所标的电流值、电压值等均为有效值。A．由图乙可知，时刻线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为零，线圈的感应电流为零，线圈处于中性面位置，故A正确；
B．由图乙可知，时刻线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大，线圈的感应电流最大，感应电流的方向没有改变，故B错误；
C．由图乙可知，时刻线圈的磁通量变化率为零，感应电动势为零，故C错误；
D．时间内，磁通量的变化率逐渐变大，感应电流逐渐变大，但电流表的示数为有效值不变，故D错误。
故选A。
【分析】根据法拉第电磁感应定律分析t1时刻线圈中的感应电动势的大小；线圈平面每经过中性面一次，线圈中感应电流的方向将改变一次；根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律分析t2时刻线圈中的感应电电流大小；交流电流表显示的是电流的有效值。
12． 某正弦式交变电流随时间变化的图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．此交变电流的有效值为
B．时，线圈位于中性面
C．时，穿过线圈的磁通量最大
D．时，穿过线圈的磁通量变化率最大
【答案】B
【知识点】交变电流的产生及规律；交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】A、由i-t图知道，交流电的峰值为5A，故有效值为，A错误；
B、 时，感应电流为零，即此时感应电动势为零，说明此时线圈的磁通量最大，线圈处于中性面，B正确；
C、 时，感应电流最大，即此时感应电动势最大，说明此时线圈的磁通量为零，线圈垂直于中性面，C错误；
D、时，感应电流为零，即此时感应电动势为零，穿过线圈的磁通量变化率最小，为零。D错误。
故答案为：B。
【分析】本题考查交变电流的产生，要求学生能够掌握，线圈处于中性面时，虽然线圈中的磁通量最大，但感应电动势为零，即磁通量变化率为零，而线圈与中性面垂直时，磁通量最小，但磁通量的变化率最大，即感应电动势最大。
13．右图为一正弦式交流电压随时间变化的图像，下列表达式正确的是（　　）
A．U=2sin 0.2πt(V) B．U=sin 10πt(V)
C．U=2sin 10πt(V) D．U=sin 0.2πt(V)
【答案】C
【知识点】交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】本题是正弦式交流电U-t图像，U-t的关系式： ，从图像知：Um=2V，周期T=0.2s， ，代入，得 ，A、B、D错误，C正确。
故答案为：C。
【分析】本题考查了有关交流电描述的基础知识，根据图像知交流电的最大值以及周期等物理量，进一步可以求出瞬时值的表达式或其他相关的物理量。
14．图甲是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匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（　　）
A．图甲所对应的时刻，线圈平面处于中性面
B．交变电流瞬时值表达式为
C．时刻穿过线圈的磁通量最大
D．时刻线圈平面与磁场方向平行
【答案】D
【知识点】交变电流的产生及规律；交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】A.图甲所对应的时刻，线圈平面处于峰值面，故A错误；
B.由题图乙可知交流电电流的最大值是，周期T=0.02s，角速度，交流电流瞬时表达式为：，故B错误；
C、时线圈中的感应电流达到最大，感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化最快，磁通量为0，故线圈平面与磁场方向平行，故C错误；
D、时线圈中的感应电流达到最大，感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化最快，磁通量为0，故线圈平面与磁场方向平行，选项D正确。
故选：D。
【分析】交流电的产生及规律，考查的知识点一般比较多，一般会涉及图像数据得读取，基本特点的识记。 由题图乙可知交流电电流的最大值、周期，感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化最快，磁通量为零．
15．如图为交流发电机的示意图，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴逆时针匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为。下列说法正确的是（　　）
A．此交流电的频率为
B．此发电机电动势的有效值为
C．当线圈平面转到图示位置时产生的电流方向为ABCD
D．当线圈平面转到图示位置时磁通量的变化率最大
【答案】D
【知识点】交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】A：周期为即0.02S，频率为50Hz。A错误。
B：20V为最大值，不是有效值。B错误。
C：由右手定则可知电流方向为ADCB。C错误。
D： 当线圈平面转到图示位置时虽然磁通量为零，但磁通量的变化率最大 ，感应电动势最大。D正确。
故选D
【分析】由电动势随时间变化的规律可得周期以及频率，由右手定则判断感应电流方向，有效值不是最大值。
16．下图中不属于交变电流的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】D
【知识点】交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】根据交变电流的定义（电流大小和方向随时间周期性变化）可知，A、B、C项所描述的电流都为交变电流，而D项描述的电流方向不变为直流。
故选D。
【分析】根据交变电流的定义（电流大小和方向随时间周期性变化）进行判定。
17．如图是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的（　　）
A．周期是0.01s B．频率是50Hz
C．有效值是311V D．表达式为u=220sin100πt（V）
【答案】B
【知识点】交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】A．由图像可知，交变电压的周期是0.02s，A不符合题意；
B．频率是
B符合题意；
C．最大值为311V，有效值是 ，C不符合题意；
D．因为
交流电压表达式为u=311sin100πt（V）
D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】通过交流电压的图像读出电压的最大值和角速度，计算出电压的有效值和频率，对于正弦交流电，电压的有效值利用电压的最大值除以 即可。
二、多项选择题
18．下列所示图像中属于交流电的有（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A,D
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】交流电的最大的特点是电流方向在不断的变化，对于其大小是否变化没有要求。交流电是指电流大小和方向随时间周期变化，由图可知，AD正确。
故选AD。
【分析】直流电是指电流的方向不发生变化的电流，其大小可以变化，交流电是指电流的方向发生变化的电流，但是它的电流的大小可以不变。
19．交流发电机的示意图如图所示，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在金属滑环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。关于其工作原理，下列分析正确的是（　　）
A．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大
B．当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大
C．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
D．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小
【答案】A,C
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】此题主要考查了发电机的工作原理。要知道发电机是根据电磁感应原理制成的。感应电流的方向与导体切割磁感线的方向有关，能够通过线圈的转动情况，判断线圈中产生的感应电流放向的变化AB．当线圈平面转到中性面的瞬间，磁通量最大，磁通量的变化率为零，所以感应电动势为零，线圈中的感应电流为零，故A正确，B错误；
CD．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈平面与磁场方向平行，所以此时磁通量为零，磁通量的变化率最大，所以感应电动势最大，线圈中的感应电流最大，故C正确，D错误。
故选AC。
【分析】根据发电机的制作原理，发电机是根据电磁感应原理制成的，感应电流的方向与磁场方向和切割磁感线的方向有关。
20．如图所示，下列线圈匀速转动或匀速直线运动，能产生交变电流的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A,D
【知识点】交变电流的产生及规律
【解析】【解答】A．线圈沿垂直磁场的转轴转动，故可以产生交变电流，故A正确；
B．根据，可知产生的是恒定电流，不会产生交变电流，故B错误；
C．回路磁通量不变，没有感应电流，故C错误；
D．线圈沿垂直磁场的转轴转动，可以产生正弦式交流电，故D正确。
故选AD。
【分析】1、线圈沿垂直于磁场的转轴转动时，穿过线圈的磁通量会随时间周期性变化。
根据法拉第电磁感应定律，磁通量的变化会产生感应电动势，从而产生交变电流。
2、如果线圈在磁场中沿平行于磁场的转轴转动，穿过线圈的磁通量不会发生变化。
根据法拉第电磁感应定律，磁通量不变时，感应电动势为零，因此不会产生交变电流。
3、如果回路中的磁通量不变（例如线圈在磁场中静止或沿平行于磁场的转轴转动），则没有感应电动势，也不会产生感应电流。
4、线圈沿垂直于磁场的转轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间按正弦规律变化。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势和电流也会按正弦规律变化，即产生正弦式交流电。
21．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，线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动，电阻，线圈电阻。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．图示位置为中性面
B．线圈转动的角速度为
C．时，穿过线圈平面的磁通量最大
D．电流表的示数为
【答案】B,D
【知识点】交变电流的产生及规律；交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】A．由甲图可知，线圈位于与中性面垂直位置，A不符合题意；
B．由乙图可知，线圈转动的周期T=0.02s，故线圈的角速度
B符合题意；
C．t=0.15s=7T+0.01s，故线圈产生的感应电动势最大，此时线圈位于与中性面垂直位置，故穿过线圈平面的磁通量为零，C不符合题意；
D．输出的交变电压的最大值为，有效值为
根据欧姆定律可知
D符合题意。
故答案为：BD。
【分析】线圈位于与中性面位置，感应电动势为0，线圈位于与中性面垂直位置线圈产生的感应电动势最大。
22．小物通过视频号“胜哥课程”知道了交流电的特点。下列所示图像中属于交流电的有（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A,D
【知识点】交变电流的图像与函数表达式
【解析】【解答】交流电是指电流大小和方向随时间周期变化，由图可知，AD符合题意。
故答案为：AD。
【分析】电流方向随时间周期变化的电流是交流电。
三、非选择题
23． 如图所示，水平向右的匀强磁场磁感应强度为B。一个匝数为n的矩形线圈，ab边长为，ad边长为，总电阻为R。线圈以角速度绕ab边所在直线沿逆时针方向（俯视）匀速转动，矩形线圈由图示位置转过角度，已知。求：
（1）转过角度的过程中线圈平均感应电动势的大小；
（2）转过角度时线圈感应电动势的大小。
【答案】（1）解：转过角度的过程中线圈平均感应电动势
（2）解：转过角度时线圈感应电动势的大小
【知识点】交变电流的产生及规律；交变电流的图像与函数表达式
【解析】【分析】（1）根据法拉第电磁感应定律求解线圈平均感应电动势；
（2）结合动生电动势表达式求解感应电动势的大小。
24．如图所示为一台小型发电机的示意图，单匝线圈逆时针转动。若从中性面开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知外接灯泡的电阻为18Ω，其余电阻不计。
（1）写出灯泡两端的瞬时电压u的表达式；
（2）求线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功W。
【答案】（1）由题图乙得 、 ，则
灯泡两端的瞬时电压u的表达式
（2）有效值
则
由能量守恒定律知外力所做的功
【知识点】交变电流的图像与函数表达式
【解析】【分析】（1）从图乙中可以得出电动势的峰值及周期，利用周期可以求出角速度的大小，利用峰值和角速度可以求出电动势瞬时值的表达式；
（2）已知电动势的峰值可以得出有效值的大小，结合焦耳定律可以求出外力做功的大小。
25．图甲为一小型交流发电机结构模型，在磁感应强度 的匀强磁场中，一电阻为 、单匝的矩形金属线圈 与阻值 的电阻构成闭合电路。当线圈绕垂直于磁场方向的 轴以角速度 匀速转动时，线圈中产生的感应电动势E随时间t的变化关系如图乙所示。求：
（1）矩形金属线圈的面积S；
（2）电阻R两端的电压U。
【答案】（1）感应电动势的最大值
解得：
（2）通过电阻R的电流
解得：
【知识点】交变电流的图像与函数表达式
【解析】【分析】（1）已知电动势和时间的图象，利用感应电动势的峰值结合表达式可以求出线圈面积的大小；
（2）已知电动势峰值的大小，利用峰值可以求出有效值的大小，结合欧姆定律可以求出电阻两端电压的大小。
26．如图甲所示为一台小型发电机的示意图，单匝线圈逆时针转动。若从中性面开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为1.0 Ω，外接灯泡的电阻为9.0 Ω。求：
（1）写出流经灯泡的瞬时电流的表达式；
（2）转动过程中穿过线圈的最大磁通量(结果保留两位有效数字)。
【答案】（1）解：由题图得e＝Emsin ωt＝6 sin100πt (V)
则流经灯泡的电流i＝ ＝ sin 100πt (A)
（2）解：电动势最大值Em＝BSω
其中Em＝6 V，ω＝100π rad/s
解得Φ＝BS＝ ＝ Wb＝2.7×10－2 Wb
【知识点】交变电流的图像与函数表达式；磁通量
【解析】【分析】（1）闭合电路中的磁通量发生改变，回路中就会产生感应电流，利用楞次定律判断电流的流向，利用法拉第电磁感应定律求解电压的大小，再利用欧姆定律求解回路中电流的大小。
（2）在磁场中，磁通量为磁感应强度乘以闭合回路的面积即可，结合电的运动分析面积的变化，进而分析磁通量的变化。
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物理选择性必修二3.1 交变电流同步练习（基础巩固）
一、选择题
1．下列图像中不属于交变电流的是（　　）
A． B．
C． D．
2．如图所示，关于电磁现象，下列说法正确的是（　　）
A．甲图，用细金属丝将直导线水平悬挂在磁铁的两极间，当通以如图所示的电流时，导线会向左摆动一定角度
B．乙图，是真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，铁块中产生涡流，从而产生大量热量，冶炼金属
C．丙图，通电线圈在磁场作用下转动，机械能转化为电能
D．丁图，当用力让线圈发生转动时，电流表就有电流通过，利用此原理可制成电动机
3．手摇手机充电器体型小，携带方便，可以在紧急状态下给手机临时充电，内部结构简化如图。装置中两磁极之间产生的磁场可近似视为匀强磁场，线圈的边（端被磁极挡住未标出）连在金属滑环上，边连在滑环上；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的连接。下列说法正确的是（　　）
A．图示时刻，线圈中的电流为0
B．图示时刻，磁通量的变化率最大
C．图示时刻，穿过线圈的磁通量最大
D．图示时刻，电流从右向左流过灵敏电流计
4．如图甲所示是漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”，南鲲号发电原理可作如下简化：海浪带动浪板上下摆动，驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动，如图乙所示，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流，下列说法正确的是（　　）
A．图乙中线圈所处位置是中性面
B．在图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量变化率最大
C．在图乙所示位置时，线圈b端电势高于a端电势
D．在图乙所示位置时，线圈靠近S极的导线受到的安培力方向向上
5．如图所示，一列简谐横波向左传播，振幅为A，某时刻介质中质点a的位移为，经周期，质点a位于平衡位置的（　　）
A．上方，且相对于平衡位置的位移大于
B．上方，且相对于平衡位置的位移小于
C．下方，且相对于平衡位置的位移大于
D．下方，且相对于平衡位置的位移小于
6． 如图甲和图乙为两个发电机设备与外接电路，两者仅电刷样式不同，其它部件均完全相同，线圈以相同的角速度在匀强磁场中旋转，从图示位置（该位置线圈平面与中性面垂直）开始计时，在一个周期T的时间内，下列说法错误的是（　　）
A．两图中，R两端的电压有效值、流过R的电流有效值大小相等
B．在时间内，两者流过R的电荷量相等
C．在时间内，两者流过R的电流方向相同
D．在时间内，两者电阻R上产生的焦耳热相等
7．一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．和时刻穿过线圈的磁通量为零
B．和时刻穿过线圈的磁通量变化率为零
C．从线圈平面与磁场方向垂直时刻开始计时
D．每当感应电动势改变方向时，穿过线圈的磁通量的绝对值都为最小
8．单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化图象如图所示，则(　　)
A．在t＝0时，线圈中磁通量最大，感应电动势也最大
B．在0～2×10－2s时间内，线圈中感应电动势的平均值为零
C．在t＝2×10－2s时，线圈中磁通量最小，感应电动势最大
D．在t＝1×10－2s时，线圈中磁通量最小，感应电动势最大
9．如图是一款高空风车及其发电模块原理图。在发电期间，发电机线圈ab在某一时刻转至图示位置。则（　　）
A．发电的工作原理是电流的磁效应
B．该时刻线圈b端电势高于a端电势
C．该时刻线圈磁通量为零，感应电动势也为零
D．风力增大，线圈ab的感应电动势不变
10． 下图为交流发电机示意图，线圈沿逆时针方向匀速转动，下列说法正确的是（　　）
A．甲→乙过程中，AB边中的电流由A→B
B．丙→丁过程中，AB边中的电流由A→B
C．图甲位置线圈中感应电动势最大
D．图乙位置线圈磁通量最大
11．由交流发电机、定值电阻R、交流电流表A组成的闭合回路如图甲所示，线圈ABCD在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴沿逆时针方向转动，从某时刻开始计时，穿过线圈的磁通量随时间t的变化情况如图乙所示，下列说法正确的是（　　）
A．时刻线圈处于中性面位置
B．时刻线圈中感应电流的方向改变
C．时刻线圈中的感应电动势最大
D．时间内，电流表的示数逐渐增大
12． 某正弦式交变电流随时间变化的图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．此交变电流的有效值为
B．时，线圈位于中性面
C．时，穿过线圈的磁通量最大
D．时，穿过线圈的磁通量变化率最大
13．右图为一正弦式交流电压随时间变化的图像，下列表达式正确的是（　　）
A．U=2sin 0.2πt(V) B．U=sin 10πt(V)
C．U=2sin 10πt(V) D．U=sin 0.2πt(V)
14．图甲是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匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是（　　）
A．图甲所对应的时刻，线圈平面处于中性面
B．交变电流瞬时值表达式为
C．时刻穿过线圈的磁通量最大
D．时刻线圈平面与磁场方向平行
15．如图为交流发电机的示意图，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴逆时针匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为。下列说法正确的是（　　）
A．此交流电的频率为
B．此发电机电动势的有效值为
C．当线圈平面转到图示位置时产生的电流方向为ABCD
D．当线圈平面转到图示位置时磁通量的变化率最大
16．下图中不属于交变电流的是（　　）
A． B．
C． D．
17．如图是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的（　　）
A．周期是0.01s B．频率是50Hz
C．有效值是311V D．表达式为u=220sin100πt（V）
二、多项选择题
18．下列所示图像中属于交流电的有（　　）
A． B．
C． D．
19．交流发电机的示意图如图所示，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在金属滑环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。关于其工作原理，下列分析正确的是（　　）
A．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大
B．当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大
C．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
D．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最小
20．如图所示，下列线圈匀速转动或匀速直线运动，能产生交变电流的是（　　）
A． B．
C． D．
21．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，线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动，电阻，线圈电阻。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．图示位置为中性面
B．线圈转动的角速度为
C．时，穿过线圈平面的磁通量最大
D．电流表的示数为
22．小物通过视频号“胜哥课程”知道了交流电的特点。下列所示图像中属于交流电的有（　　）
A． B．
C． D．
三、非选择题
23． 如图所示，水平向右的匀强磁场磁感应强度为B。一个匝数为n的矩形线圈，ab边长为，ad边长为，总电阻为R。线圈以角速度绕ab边所在直线沿逆时针方向（俯视）匀速转动，矩形线圈由图示位置转过角度，已知。求：
（1）转过角度的过程中线圈平均感应电动势的大小；
（2）转过角度时线圈感应电动势的大小。
24．如图所示为一台小型发电机的示意图，单匝线圈逆时针转动。若从中性面开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知外接灯泡的电阻为18Ω，其余电阻不计。
（1）写出灯泡两端的瞬时电压u的表达式；
（2）求线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功W。
25．图甲为一小型交流发电机结构模型，在磁感应强度 的匀强磁场中，一电阻为 、单匝的矩形金属线圈 与阻值 的电阻构成闭合电路。当线圈绕垂直于磁场方向的 轴以角速度 匀速转动时，线圈中产生的感应电动势E随时间t的变化关系如图乙所示。求：
（1）矩形金属线圈的面积S；
（2）电阻R两端的电压U。
26．如图甲所示为一台小型发电机的示意图，单匝线圈逆时针转动。若从中性面开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为1.0 Ω，外接灯泡的电阻为9.0 Ω。求：
（1）写出流经灯泡的瞬时电流的表达式；
（2）转动过程中穿过线圈的最大磁通量(结果保留两位有效数字)。
答案解析部分
1．【答案】D
2．【答案】B
3．【答案】B
4．【答案】B
5．【答案】A
6．【答案】C
7．【答案】B
8．【答案】D
9．【答案】B
10．【答案】B
11．【答案】A
12．【答案】B
13．【答案】C
14．【答案】D
15．【答案】D
16．【答案】D
17．【答案】B
18．【答案】A,D
19．【答案】A,C
20．【答案】A,D
21．【答案】B,D
22．【答案】A,D
23．【答案】（1）解：转过角度的过程中线圈平均感应电动势
（2）解：转过角度时线圈感应电动势的大小
24．【答案】（1）由题图乙得 、 ，则
灯泡两端的瞬时电压u的表达式
（2）有效值
则
由能量守恒定律知外力所做的功
25．【答案】（1）感应电动势的最大值
解得：
（2）通过电阻R的电流
解得：
26．【答案】（1）解：由题图得e＝Emsin ωt＝6 sin100πt (V)
则流经灯泡的电流i＝ ＝ sin 100πt (A)
（2）解：电动势最大值Em＝BSω
其中Em＝6 V，ω＝100π rad/s
解得Φ＝BS＝ ＝ Wb＝2.7×10－2 Wb
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