高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 交变电流一课一练

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思维导图
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知识梳理
课前研读课本，梳理基础知识：
一、交变电流
1．交变电流：大小和方向随时间做 变化的电流叫作交变电流，简称 ．
2．直流： 不随时间变化的电流称为直流．
二、交变电流的产生
交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向 ．
三、交变电流的变化规律
1．中性面
(1)中性面：与磁感线 的平面．
(2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量 ，线圈中的电流 ．
2．从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝Emsin ωt，Em叫作电动势的 ，Em＝NωBS.
3．正弦式交变电流：按 规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称 ．
4．正弦式交变电流和电压
电流表达式i＝ ，电压表达式u＝ 其中Im、Um分别是电流和电压的 ，也叫 ．
四、交流发电机
1．主要构造： 和 ．
2．分类
(1)旋转电枢式发电机： 转动， 不动．
(2)旋转磁极式发电机： 转动， 不动．
04
题型精讲
【题型一】交变电流与直流
1．交变电流
大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流．
2．常见的交变电流的波形图
实际应用中，交变电流有着不同的变化规律，常见的有以下几种，如图所示．
3．直流
方向不随时间变化的电流叫作直流，大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流．
【典型例题1】下列e-t图象中不属于交流电的有( )
A．B．
C．D．
【典型例题2】（多选）下列所示图像中属于交流电的有（ ）
A．B．
C．D．
【对点训练1】（多选）下列各图象中属于交流电的有:
A．B．
C．D．
【对点训练2】（多选）下列图像中属于交流电的有（ ）
A．B．
C．D．
【题型二】交变电流的产生
两个特殊位置
1．中性面位置(S⊥B，如图中的甲、丙)
线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，eq \f(ΔΦ,Δt)为0，e为0，i为0.
线圈经过中性面时，电流方向发生改变，线圈转一圈电流方向改变两次．
2．垂直中性面位置(S∥B，如图中的乙、丁)
此时Φ为0，eq \f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大．
【典型例题3】如图所示，线圈abcd在水平匀强磁场中匀速转动而产生交变电流。当线圈逆时针转动到图示水平位置时（ ）
A．线圈处于中性面位置
B．线圈中瞬时感应电动势为零
C．穿过线圈平面的磁通量最大
D．线圈中电流方向为
【典型例题4】如图所示，两圆弧形磁极之间放置一矩形线圈，其中A、B为线圈引出的两个接线端，线圈可绕轴转动。下列说法正确的是（ ）
A．线圈处于非匀强磁场中
B．图示位置穿过线圈的磁通量不为零
C．通电后线圈左右两边受安培力相同
D．若线圈在外力作用下转动，则A端电势始终低于B端
【对点训练3】2023年6月14日，我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”在广东珠海投入试运行，如图甲。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，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．在图乙所示位置时，线圈a端电势高于b端电势
B．在图乙所示位置时穿过线圈的磁通量变化率最小
C．在图乙所示位置时，线圈中电流方向将发生改变
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
【对点训练4】
5．利用示波器可以显示输入信号的波形，单匝正方形金属线框abcd处在匀强磁场中，当以线圈平面内某虚线为轴匀速转动时，线圈内产生的电流随时间的变化关系如图甲所示。则在四个选项所示的情景中，无论从线圈平面处于哪个位置开始计时，都不可能产生该电流的是（ ）
A．B．
C．D．
【题型三】正弦式交变电流的变化规律
1．正弦式交变电流的瞬时值表达式
(1)从中性面位置开始计时
e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt，u＝Umsin ωt
(2)从与中性面垂直的位置开始计时
e＝Emcs ωt，i＝Imcs ωt，u＝Umcs ωt.
2.交变电流的峰值
Em＝NωBS，Im＝eq \f(NωBS,R＋r)，Um＝eq \f(NωBSR,R＋r).
说明 电动势峰值Em＝NωBS由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关．
如图所示的几种情况中，如果N、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均相同．
【典型例题5】一矩形线圈的匝数为50，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是（ ）
A．在t=0.1s和t=0.3s时，电动势最大
B．在t=0.2s和t=0.4s时，电动势方向发生改变
C．电动势的最大值是50V
D．在t=0.4s时，磁通量的变化率最大，为3.14Wb/s
【典型例题6】在匀强磁场中，一只矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图像如图所示。则在时，线圈平面和磁场方向的夹角为（ ）

A．B．C．D．
【对点训练5】在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁场垂直的轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示，则下列说法正确的是（ ）

A．t=0.01s时穿过线框的磁通量最小
B．t=0.01s时穿过线框的磁通量变化率最大
C．该线框匀速转动的角速度大小为50πrad/s
D．感应电动势瞬时值为22V时，线框平面与中性面的夹角为45°
【对点训练6】某些共享单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，可以不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电。小型发电机的发电原理可简化为图甲所示，矩形线圈abcd处于匀强磁场中，通过交流电流表与阻值为R的电阻相连。某段时间在骑行者的踩踏下，线圈绕垂直磁场方向的轴匀速转动，图乙是线圈转动过程中穿过线圈的磁通量随时间t变化的图像，则（ ）
A．t=0时刻，线圈处于中性面位置
B．t1时刻，电流表示数最大
C．t2时刻，线圈中电流方向发生改变
D．t3时刻，穿过线圈的磁通量变化率为零
0501
强化训练
【基础强化】
1．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
2．如图甲所示是电机的示意图。如图乙所示，将两个完全相同的电机正对放置，用直杆连接两个电机的转轴，电机与电源相连，电机与毫安表相连。先闭合开关，再闭合开关，发现毫安表指针发生偏转。下列说法正确的是（ ）
A．电机相当于发电机
B．毫安表指针会在中央零刻度的左右晃动
C．闭合开关瞬间，电机转动变快，其线圈发热明显
D．将电机和的磁极N、S都交换，毫安表的指针偏转方向不变
3．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．图甲位置线圈中磁通量最大、感应电动势最大
D．图乙位置线圈中的电流方向发生改变
4．汽车上的发电机多采用旋转式发电机。如图甲，转子在外力带动下旋转产生磁场，定子线圈产生感应电动势。现简化为如图乙模型，一连有电阻的线圈轴线与条形磁铁中心线在同一平面，条形磁铁（转子）绕其中心在该平面内匀速转动的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．条形磁铁在图示位置，线圈中磁通量最大
B．条形磁铁在图示位置，电阻中电流为零
C．条形磁铁从图示位置转动过程中，电阻中电流方向由指向
D．增大条形磁铁的转速，可以增大中的电流
5．通过闭合线圈平面的图象如图所示,下列说法正确的是（ ）
A．时刻线圈中感应电动势最大
B．时刻线圈中磁通量为零
C．时刻线圈平面与中性面重合
D．、时刻线圈中感应电流方向相同
6．（多选）如图所示，下列图象属于交流电的有（ ）
A．B．
C．D．
【素养提升】
7．（多选）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．
8．（多选）为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验构思方案：将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴按图示方向匀速转动（向纸外，向纸内），并从图甲所示位置开始计时，此时产生的正弦式交流电如图乙所示。已知其周期为，电流峰值为，下面说法正确的是（ ）

A．根据图乙可知时，线圈的磁通量最大
B．根据图乙可知时，线圈的磁通量变化率最大
C．若仅把甲图中的单匝矩形线圈改为两匝矩形线圈，并从图甲所示位置开始计时，则产生的交流电与图乙所示相同
D．若仅把甲图中的转轴改为转轴，并从图甲所示位置开始计时，则产生的交流电与图乙所示不同
9．（多选）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，金属线圈绕转轴匀速转动。A为电流传感器（与计算机相连），R为定值电阻，线圈电阻为r，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大，磁通量变化率最小
D．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最大，磁通量变化率最小
10．（多选）矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，所产生的交变电流的波形如图所示，下列说法中正确的是（ ）
A．在t1时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
B．在t2时刻穿过线圈的磁通量达到峰值
C．在t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值
D．在t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率达到峰值
11．（多选）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的变化图象如图所示，下列说法中正确的是（ ）
A．t1时刻通过线圈的磁通量为零
B．t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C．t4时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D．每当e改变方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大
12．（多选）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示：产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示。则下列说法正确的是（ ）
A．t=0.01s时穿过线框的磁通量最小
B．该线圈转动的角速度大小为πrad/s
C．该交变电动势的瞬时值表达式为
D．线框平面与中性面的夹角为时，电动势瞬时值为22V
【能力培优】
13．（多选）大型发电机几乎都是旋转磁极式发电机，如图所示为其原理简图。竖直平面内闭合线圈abcd固定不动，磁铁绕图中的虚线旋转，线圈中就会产生感应电流。若条形磁铁以的角速度匀速转动，且图示时刻N极正在向里转。现以图示时刻为计时起点，则下列推断正确的是（ ）
A．该发电机产生的交变电流频率是10Hz
B．时线圈中的电流方向为abcda
C．时线圈中的电流最大
D．时线圈中的电流方向发生变化
14．（多选）如图所示，是面积为S、匝数为n的矩形线框，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，线框以角速度绕垂直磁场的轴匀速转动（方向如图所示），回路中两只相同灯泡恰好正常发光，图中边与磁场的夹角为，则下列说法正确的是（ ）
A．图示位置线框中电流沿方向
B．从图示位置开始计时，当时，穿过线框的磁通量变化率为零
C．当增大线框转动的角速度，灯泡将比更亮
D．从图示位置开始计时，线框转动产生电动势瞬时值表达式为
课程标准
物理素养
1.通过实验观察交变电流的方向.2.会分析交变电流的产生过程，会推导交变电流电动势的表达式.3.知道什么是正弦式交变电流，知道正弦式交变电流的瞬时值表达式.4.了解交流发电机的构造及工作原理．
物理观念：认识中性面、区分交流电荷直流电、区分峰值、瞬时值。
科学思维：经历建立正弦式交变电流模型、用右手定则和法拉第电磁感应定律推理得出正弦式交变电流方向和大小的规律的过程，体会建立模型与推理分析的思维方法。
科学探究：运用电磁感应的相关知识理论探究交流发电机产生交变电流的过程。
科学态度与责任：通过正弦交流电的产生过程和我们大型发电厂的建设过程，体会物理知识与科学技术的关系。