资源简介

3.1 交变电流
1.下列关于交变电流和直流的说法，正确的是(　 )
A. 若电流大小周期性变化，则一定是交变电流
B. 直流的大小可以变化，但方向不一定变化
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的变化
2.在水平向右的匀强磁场中，一个线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到如图甲、乙所示的位置，下列说法中，正确的是(　 )
A. t1时刻穿过线框的磁通量最大
B. t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左
C. t2时刻穿过线框的磁通量变化最快
D. t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左
3.[2025·江苏苏州中学月考]矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生的感应电动势的最大值为50 V，那么该线圈由如图所示的位置(线圈平面与磁场方向平行)转过30°的瞬间，线圈中的感应电动势大小为( )
A. 50 V B. 25 V
C. 25 V D. 10 V
4.交流发电机在工作时电动势为e＝Emsin ωt，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为(　 )
A. e'＝Emsin B. e'＝2Emsin
C. e'＝Emsin 2ωt D. e'＝sin 2ωt
5.[2025·北京八中月考]一个闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO'匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中，从图示位置开始计时，穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法中，正确的是(　 )
A. t1、t3时刻线圈产生的电动势最大
B. t1、t3时刻线圈位于中性面
C. t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变
D. 线圈每转一周，电流的方向就改变一次
6.[2025·河北唐山一中月考]如图所示，一个圆柱形铁芯上沿轴线方向绕有矩形线圈abcd，铁芯与磁极的缝隙间形成了辐向均匀磁场，磁场的中心在铁芯的轴线上。当铁芯绕轴线以角速度ω逆时针转动的过程中，下列关于线圈中的电流变化的图像，正确的是(从图示位置开始计时，N、S极间缝隙的宽度不计，以电流从ad边进入纸面、bc边流出纸面为电流的正方向)(　 )
A. B.
C. D.
7.(多选)闭合金属线圈都在匀强磁场中绕如图中虚线所示的固定轴匀速转动，能产生正弦式交变电流的是(　 )
　
A. B.
C. D.
8.(多选)[2025·辽宁大连二十四中月考]如图甲所示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OO'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。下列说法中，正确的是(　 )
A. 交变电流的最大值为10 A
B. t＝0.01 s时线圈位于中性面
C. t＝0.01 s时线圈平面与磁场方向平行
D. t＝0.02 s时穿过线圈的磁通量最大
9.如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时(　 )
A. 线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流
B. 线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势
C. 线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d
D. 线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力
10.[2025·台州中学月考]一矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴OO'匀速转动时，就会在线圈中形成交变电流，如图所示。下列说法中，错误的是(　 )
A. 线圈经过图甲位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流也最大
B. 线圈经过图乙位置时，穿过线圈的磁通量为0，产生的电流最大，电流的方向为图中箭头指向
C. 线圈经过图丙位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流最小
D. 线圈从图丙位置转到图丁位置的过程中，穿过线圈的磁通量减小，产生的电流在增大
11.[2024·河南郑州一中月考]如图所示，矩形线圈匝数N＝100匝，ab＝30 cm，ad＝20 cm，匀强磁场磁感应强度B＝0.8 T，绕轴OO'从图示位置开始匀速转动，角速度ω＝100π rad/s。求：
(1)穿过线圈的磁通量最大值Φm；
(2)线圈产生的感应电动势最大值Em；
(3)感应电动势e随时间变化的表达式。3.1 交变电流
1.下列关于交变电流和直流的说法，正确的是(　D　)
A. 若电流大小周期性变化，则一定是交变电流
B. 直流的大小可以变化，但方向不一定变化
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的变化
【解析】直流的特征是电流方向不变，交变电流的特征是电流方向随时间做周期性变化，另外交变电流不都是正弦式交变电流或余弦式交变电流，D正确。
2.在水平向右的匀强磁场中，一个线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到如图甲、乙所示的位置，下列说法中，正确的是(　B　)
A. t1时刻穿过线框的磁通量最大
B. t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左
C. t2时刻穿过线框的磁通量变化最快
D. t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左
【解析】t1时刻，穿过线框的磁通量为0，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，由楞次定律，通过电阻的电流方向从右向左，A错误，B正确；t2时刻，穿过线框的磁通量最大，线框产生的感应电动势为0，电阻中的电流为0，C、D错误。
3.[2025·江苏苏州中学月考]矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生的感应电动势的最大值为50 V，那么该线圈由如图所示的位置(线圈平面与磁场方向平行)转过30°的瞬间，线圈中的感应电动势大小为(　C　)
A. 50 V B. 25 V
C. 25 V D. 10 V
【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为e＝Emcos θ，故当θ＝30°时，感应电动势的瞬时值为e＝Emcos 30°＝50× V＝25 V，C正确。
4.交流发电机在工作时电动势为e＝Emsin ωt，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，则其电动势变为(　C　)
A. e'＝Emsin B. e'＝2Emsin
C. e'＝Emsin 2ωt D. e'＝sin 2ωt
【解析】交变电动势的瞬时值表达式为e＝Emsin ωt，而Em＝NBωS，由ω＝2πn知，当ω加倍而S减半时，Em不变，C正确。
5.[2025·北京八中月考]一个闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO'匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中，从图示位置开始计时，穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法中，正确的是(　B　)
A. t1、t3时刻线圈产生的电动势最大
B. t1、t3时刻线圈位于中性面
C. t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变
D. 线圈每转一周，电流的方向就改变一次
【解析】t1、t3时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈位于中性面位置，而磁通量的变化率等于0，则电动势为0，A错误，B正确；t2、t4时刻，穿过线圈的磁通量为0，线圈转到与中性面垂直位置处，此时电动势最大，电流方向不变，C错误；线圈每转一周，两次经过中性面，电流方向改变两次，D错误。
6.[2025·河北唐山一中月考]如图所示，一个圆柱形铁芯上沿轴线方向绕有矩形线圈abcd，铁芯与磁极的缝隙间形成了辐向均匀磁场，磁场的中心在铁芯的轴线上。当铁芯绕轴线以角速度ω逆时针转动的过程中，下列关于线圈中的电流变化的图像，正确的是(从图示位置开始计时，N、S极间缝隙的宽度不计，以电流从ad边进入纸面、bc边流出纸面为电流的正方向)(　C　)
A. B.
C. D.
【解析】在前半个周期内，由右手定则可知，电流从bc边进入纸面，从ad边流出纸面，为负值，设ab边长为L1，ad边长为L2，矩形线圈abcd的面积为S，电阻为R，磁感应强度大小为B，则感应电动势大小为E＝2BωL2＝BSω，感应电流大小为i＝不变；在后半个周期内，由右手定则可知，电流从ad边进入纸面，从bc边流出纸面，为正值，感应电流大小为i＝不变，C正确。
7.(多选)闭合金属线圈都在匀强磁场中绕如图中虚线所示的固定轴匀速转动，能产生正弦式交变电流的是(　AD　)
　
A. B.
C. D.
【解析】矩形线圈在匀强磁场内绕垂直磁场的轴匀速转动时，线圈中就会产生正弦式交变电流。图A中虽然只有一半金属线圈在磁场中，但在线圈绕固定轴转动的过程中，始终有一边切割磁感线，保证线圈在转动过程中产生的感应电动势连续，按照正弦规律变化，A正确；图B中固定轴与磁场方向平行，线圈转动过程中，磁通量不变，无感应电流产生，B错误；图C中线圈转动过程中，每个周期内只有半个周期有感应电流，不能产生正弦式交变电流，C错误；图D中闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场且在线圈平面内的转轴匀速转动，满足产生正弦式交变电流的条件，能产生正弦式交变电流，D正确。
8.(多选)[2025·辽宁大连二十四中月考]如图甲所示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OO'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。下列说法中，正确的是(　AC　)
A. 交变电流的最大值为10 A
B. t＝0.01 s时线圈位于中性面
C. t＝0.01 s时线圈平面与磁场方向平行
D. t＝0.02 s时穿过线圈的磁通量最大
【解析】由图可知，交变电流的最大值为10 A，A正确；t＝0.01 s时，线圈转过了半个周期，此时感应电流最大，感应电动势最大，此时线圈平面与磁场方向平行，B错误，C正确；t＝0.02 s时，感应电流最大，此时线圈平面与磁场方向平行，则穿过线圈的磁通量为0，D错误。
9.如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时(　A　)
A. 线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流
B. 线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势
C. 线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d
D. 线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力
【解析】由E＝ωBS可知，无论线圈绕轴P1还是P2转动，产生的感应电动势均相等，故感应电流相等，A正确，B错误；由楞次定律可知，线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→d→c→b→a，C错误；由于绕P1转动时线圈中的感应电流等于绕P2转动时线圈中的电流，故由F＝ILB可知，线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大小等于绕P2转动时dc边受到的安培力，D错误。
10.[2025·台州中学月考]一矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴OO'匀速转动时，就会在线圈中形成交变电流，如图所示。下列说法中，错误的是(　A　)
A. 线圈经过图甲位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流也最大
B. 线圈经过图乙位置时，穿过线圈的磁通量为0，产生的电流最大，电流的方向为图中箭头指向
C. 线圈经过图丙位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流最小
D. 线圈从图丙位置转到图丁位置的过程中，穿过线圈的磁通量减小，产生的电流在增大
【解析】线圈经过图甲位置(中性面)时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流为0，A错误；线圈经过图乙位置(与中性面垂直)时，穿过线圈的磁通量为0，产生的电流最大，由楞次定律可知，电流的方向为图中箭头指向，B正确；线圈经过图丙位置(中性面)时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流最小，为0，C正确；线圈从图丙位置(中性面)转到图丁位置(与中性面垂直)的过程中，由法拉第电磁感应定律可知，穿过线圈的磁通量减小，产生的电流在增大，D正确。
11.[2024·河南郑州一中月考]如图所示，矩形线圈匝数N＝100匝，ab＝30 cm，ad＝20 cm，匀强磁场磁感应强度B＝0.8 T，绕轴OO'从图示位置开始匀速转动，角速度ω＝100π rad/s。求：
(1)穿过线圈的磁通量最大值Φm；
(2)线圈产生的感应电动势最大值Em；
(3)感应电动势e随时间变化的表达式。
【答案】(1)0.048 Wb　(2)480π V
(3)e＝480πcos (100πt) V
【解析】(1)当线圈转至与磁感线垂直时，磁通量有最大值，为Φm＝BS＝0.8×0.3×0.2 Wb＝0.048 Wb。
(2)线圈与磁感线平行时，感应电动势有最大值，为Em＝NBSω＝480π V。
(3)从图示位置开始计时，电动势的瞬时值表达式为e＝Emcos ωt＝480πcos (100πt) V。(共25张PPT)
一、交变电流
交变电流
第三章
高中物理 选择性必修 第二册
必 备 知 识 练
1.下列关于交变电流和直流的说法，正确的是(　　)
A. 若电流大小周期性变化，则一定是交变电流
B. 直流的大小可以变化，但方向不一定变化
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的变化
【解析】直流的特征是电流方向不变，交变电流的特征是电流方向随时间做周期性变化，另外交变电流不都是正弦式交变电流或余弦式交变电流，D正确。
D
2.在水平向右的匀强磁场中，一个线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到如图甲、乙所示的位置，下列说法中，正确的是
(　　)
A. t1时刻穿过线框的磁通量最大
B. t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左
C. t2时刻穿过线框的磁通量变化最快
D. t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左
【解析】t1时刻，穿过线框的磁通量为0，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，由楞次定律，通过电阻的电流方向从右向左，A错误，B正确；t2时刻，穿过线框的磁通量最大，线框产生的感应电动势为0，电阻中的电流为0，C、D错误。
B
3.[2025·江苏苏州中学月考]矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生的感应电动势的最大值为50 V，那么该线圈由如图所示的位置(线圈平面与磁场方向平行)转过
30°的瞬间，线圈中的感应电动势大小为(　　)
A. 50 V
B. 25 V
C. 25 V
D. 10 V
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为e＝Emcos θ，故当θ＝30°时，感应电动势的瞬时值为e＝Emcos 30°＝50× V＝25 V，C正确。
4.交流发电机在工作时电动势为e＝Emsin ωt，若将发电机的转速提高一倍，同时将电枢所围面积减小一半，其他条件不变，
则其电动势变为(　　)
A. e'＝Emsin B. e'＝2Emsin
C. e'＝Emsin 2ωt D. e'＝sin 2ωt
【解析】交变电动势的瞬时值表达式为e＝Emsin ωt，而Em＝NBωS，由ω＝2πn知，当ω加倍而S减半时，Em不变，C正确。
C
5.[2025·北京八中月考]一个闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO'匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中，从图示位置开始计时，穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法中，正确的是
(　　)
A. t1、t3时刻线圈产生的电动势最大
B. t1、t3时刻线圈位于中性面
C. t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变
D. 线圈每转一周，电流的方向就改变一次
【解析】t1、t3时刻，穿过线圈的磁通量最大，线圈位于中性面位置，而磁通量的变化率等于0，则电动势为0，A错误，B正确；t2、t4时刻，穿过线圈的磁通量为0，线圈转到与中性面垂直位置处，此时电动势最大，电流方向不变，C错误；线圈每转一周，两次经过中性面，电流方向改变两次，D错误。
B
6.[2025·河北唐山一中月考]如图所示，一个
圆柱形铁芯上沿轴线方向绕有矩形线圈abcd，
铁芯与磁极的缝隙间形成了辐向均匀磁场，磁
场的中心在铁芯的轴线上。当铁芯绕轴线以角
速度ω逆时针转动的过程中，下列关于线圈中
的电流变化的图像，正确的是(从图示位置开始计时，N、S极间缝隙的宽度不计，以电流从ad边进入纸面、bc边流出纸面为电流的正方向)
(　　)
C
【解析】在前半个周期内，由右手定则可知，电流从bc边进入纸面，从ad边流出纸面，为负值，设ab边长为L1，ad边长为L2，矩形线圈abcd的面积为S，电阻为R，磁感应强度大小为B，则感应电动势大小为E＝2BωL2＝BSω，感应电流大小为i＝不变；在后半个周期内，由右手定则可知，电流从ad边进入纸面，从bc边流出纸面，为正值，感应电流大小为i＝不变，C正确。
关 键 能 力 练
7.(多选)闭合金属线圈都在匀强磁场中绕如图中虚线所示的固
定轴匀速转动，能产生正弦式交变电流的是(　 　)
AD
【解析】矩形线圈在匀强磁场内绕垂直磁场的轴匀速转动时，线圈中就会产生正弦式交变电流。图A中虽然只有一半金属线圈在磁场中，但在线圈绕固定轴转动的过程中，始终有一边切割磁感线，保证线圈在转动过程中产生的感应电动势连续，按照正弦规律变化，A正确；图B中固定轴与磁场方向平行，线圈转动过程中，磁通量不变，无感应电流产生，B错误；图C中线圈转动过程中，每个周期内只有半个周期有感应电流，不能产生正弦式交变电流，C错误；图D中闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场且在线圈平面内的转轴匀速转动，满足产生正弦式交变电流的条件，能产生正弦式交变电流，D正确。
8.(多选)[2025·辽宁大连二十四中月考]如图甲所示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OO'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。下列说法中，正确的是
(　 　)
A. 交变电流的最大值为10 A
B. t＝0.01 s时线圈位于中性面
C. t＝0.01 s时线圈平面与磁场方向平行
D. t＝0.02 s时穿过线圈的磁通量最大
【解析】由图可知，交变电流的最大值为10 A，A正确；t＝0.01 s时，线圈转过了半个周期，此时感应电流最大，感应电动势最大，此时线圈平面与磁场方向平行，B错误，C正确；t＝0.02 s时，感应电流最大，此时线圈平面与磁场方向平行，则穿过线圈的磁通量为0，D错误。
AC
9.如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场
中分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以
相同的角速度匀速转动，当线圈平面
转到与磁场方向平行时(　　)
A. 线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流
B. 线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势
C. 线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d
D. 线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力
A
【解析】由E＝ωBS可知，无论线圈绕轴P1还是P2转动，产生的感应电动势均相等，故感应电流相等，A正确，B错误；由楞次定律可知，线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→d→c→b→a，C错误；由于绕P1转动时线圈中的感应电流等于绕P2转动时线圈中的电流，故由F＝ILB可知，线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大小等于绕P2转动时dc边受到的安培力，D错误。
10.[2025·台州中学月考]一矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴OO'匀速转动时，就会在线圈中形成交变电流，如图所示。下列说法中，错误的是
(　　)
A. 线圈经过图甲位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流也最大
B. 线圈经过图乙位置时，穿过线圈的磁通量为0，产生的电流最大，电流的方向为图中箭头指向
C. 线圈经过图丙位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流最小
D. 线圈从图丙位置转到图丁位置的过程中，穿过线圈的磁通量减小，产生的电流在增大
A
【解析】线圈经过图甲位置(中性面)时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流为0，A错误；线圈经过图乙位置(与中性面垂直)时，穿过线圈的磁通量为0，产生的电流最大，由楞次定律可知，电流的方向为图中箭头指向，B正确；线圈经过图丙位置(中性面)时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流最小，为0，C正确；线圈从图丙位置(中性面)转到图丁位置(与中性面垂直)的过程中，由法拉第电磁感应定律可知，穿过线圈的磁通量减小，产生的电流在增大，D正确。
11.[2024·河南郑州一中月考]如图所示，矩形线圈匝数N＝100匝，ab＝30 cm，ad＝20 cm，匀强磁场磁感应强度B＝0.8 T，绕轴OO'从图示位置开始匀速转动，角速度ω＝100π rad/s。求：
(1)穿过线圈的磁通量最大值Φm；
(2)线圈产生的感应电动势最大值Em；
(3)感应电动势e随时间变化的表达式。
【答案】(1)0.048 Wb　(2)480π V
(3)e＝480πcos (100πt) V
【解析】(1)当线圈转至与磁感线垂直时，磁通量有最大值，为Φm＝BS＝0.8×0.3×0.2 Wb＝0.048 Wb。
(2)线圈与磁感线平行时，感应电动势有最大值，为Em＝NBSω＝480π V。
(3)从图示位置开始计时，电动势的瞬时值表达式为e＝Emcos ωt＝480πcos (100πt) V。

展开更多......

收起↑