高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 交变电流练习

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 交变电流练习，共16页。试卷主要包含了下列e-t图像中不属于交流的是，下列方法中能够产生交变电流的是等内容，欢迎下载使用。

第三章　交变电流
1　交变电流
基础过关练
题组一　交变电流
1.(2021北京昌平高三模拟)关于交变电流的理解,下列说法正确的是 (　　)
A.大小随时间做周期性变化的电流叫交变电流
B.交流就是正弦式交变电流
C.我们的照明用电是交流电
D.电池提供的也是交变电流
2.(2020江苏宿迁高二上月考)下列e-t图像中不属于交流的是 (　　)

3.(2021湖北宜昌高三月考)下列关于交变电流和直流电流的说法中正确的是 (　　)
A.如果电流大小随时间做周期性变化,则一定是交变电流
B.直流电流的大小和方向一定不变
C.交变电流一定是按正弦规律变化的
D.交变电流的最大特征就是电流的方向随时间做周期性的变化
题组二　交变电流的产生
4.(2021河北衡水武邑中学高二下月考)(多选)下列方法中能够产生交变电流的是 (深度解析)　　　
A B　C　D
5.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是 (　　)
A.线圈每转动一周,感应电流方向就改变一次
B.线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向不变
C.线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次
D.线圈转动一周,感应电流和感应电动势方向都要改变一次
6.(2020安徽阜阳三中高二月考)交流发电机发电示意图如图所示,线圈转动过程中,下列说法正确的是 (深度解析)

A.转到图甲位置时,通过线圈的磁通量变化率最大
B.转到图乙位置时,线圈中产生的感应电动势为零
C.转到图丙位置时,线圈中产生的感应电流最大
D.转到图丁位置时,AB边中感应电流方向为A→B
7.(2021广东省实验中学高二下期中)如图所示,左侧竖直长导线通有向下方向的恒定电流,一矩形线圈abcd可绕其竖直对称轴O1O2转动。当线圈绕轴以角速度ω沿逆时针(沿轴线从上往下看)方向匀速转动,从图示位置开始计时,下列说法正确的是 (　　)

A.t=0时,线圈产生的感应电动势最大
B.0~π2ω时间内,线圈中感应电流方向为abcda
C.t=π2ω时,穿过线圈的磁通量为零,感应电动势也为零
D.线圈每转动一周电流方向改变一次
题组三　交变电流的变化规律
8.(2020山西实验中学高二月考)如图所示,各图中面积均为S的线圈绕其对称轴或中轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动,从图示时刻开始计时,能产生正弦交变电动势e=BSω sin ωt的是 (　　)

9.(2021湖南娄底高二检测)如图所示,KLMN是一个竖直的矩形导线框,全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中,线框面积为S,MN边水平,线框绕某竖直固定轴以角速度ω匀速转动。在MN边与磁场方向的夹角达到30°的时刻(图示位置),导线框中产生的瞬时电动势e的大小和线框中感应电流的方向分别为(已知线框按俯视的逆时针方向转动) (　　)

A.12BSω,电流方向为KNMLK
B.32BSω,电流方向为KNMLK
C.12BSω,电流方向为KLMNK
D.32BSω,电流方向为KLMNK
10.如图所示,单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中,线圈轴线OO'与磁场边界重合,线圈按图示方向匀速转动,t=0时刻线圈平面与磁场方向垂直,规定沿abcda方向为电流正方向,则线圈内感应电流随时间变化的图像是 (　　)



11.(2021浙江嘉兴一中高二期中改编)如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO'按如图所示方向匀速转动,线圈的匝数n=100、电阻r=10 Ω,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻R=90 Ω,与R并联的交流电压表为理想电表。在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图乙所示正弦规律变化。(取π=3.14)求:
(1)交流发电机产生的电动势的最大值;
(2)从t=0时刻开始计时,线圈转过60°时线圈中感应电流瞬时值及回路中的电流方向。

甲

乙







能力提升练
题组一　交变电流产生及过程分析
1.(2021浙江百校高三下联考,)如图所示,磁感应强度为B的磁场均匀分布,一单匝线框abcd面积为S,在cd边上接有一电容器,现把线框以cd为轴,从上往下看沿顺时针方向以角速度ω旋转180°到虚线位置,在此过程中,下列说法正确的是 (　　)

A.电容器两极板间电压随时间变化关系为U=BSω sin ωt
B.电容器上极板先带正电,后带负电
C.电流方向始终是由a流向c
D.若把线框匀速平移到虚线处,过程中电容器不带电
2.(2020山东泰安高二上月考,)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变化的规律如图所示,下列说法中正确的是 (深度解析)

A.t1时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大
C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D.每当e变换方向时,线圈的感应电动势都为最大
3.(2021重庆巴蜀中学高二检测,)如图所示,在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,则下列说法中正确的是 (　　)

A.线框中能产生正弦式交变电流
B.线框平面每经过中性面一次,感应电动势的方向就改变一次,感应电流的方向不变
C.当线框平面与中性面重合时,穿过线框的磁通量最大,感应电动势最大
D.当线框平面与中性面垂直时,穿过线框的磁通量及磁通量变化率均为零
4.(2021贵州安顺高二上质量监测,)如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一个匝数为N的矩形线圈abcd,线圈面积为S,ab边与磁场垂直,ab边始终与金属滑环K相连,cd边始终与金属滑环L相连,电阻R接在K、L之间。现使矩形线圈以恒定角速度ω,从图示位置绕过ad、bc中点的轴匀速转动,下列说法中正确的是 (　　)

A.线圈每转过一圈,线圈所受安培力做功为零
B.线圈转动的角速度越大,通过电阻R的电流越小
C.线圈平面与磁场平行时,瞬时感应电动势最大且Em=NBSω
D.线圈平面与磁场平行时,穿过线圈平面的磁通量最大
题组二　计算交变电流的最大值(峰值)和瞬时值
5.(2021湖北武汉二中高二上期末,)如图所示,单匝直角三角形导线框OMN在匀强磁场中以ON所在的直线为轴匀速转动,角速度为ω,已知OM边长为l,∠MON=θ,匀强磁场垂直于ON向右,磁感应强度大小为B,则下列说法正确的是 (　　)

A.导线框OMN内产生大小恒定的电流
B.截掉导线MN,则电动势最大值变小
C.导线框OMN产生的电流方向为OMNO
D.导线框OMN内产生的电动势最大值为12Bl2ω sin θ cos θ
6.(2020安徽滁州高二月考,)(多选)如图所示,闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的对称轴OO'匀速转动,沿着OO'方向观察,线圈沿顺时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匝数为n,ab边长为L1,ad边长为L2,线圈电阻为R,转动的角速度为ω,则当线圈转至图示位置时 (　　)

A.线圈中感应电流的方向为abcda
B.线圈中的感应电动势为2nBL2ω
C.穿过线圈的磁通量的变化率最大
D.线圈ad边所受安培力的大小为n2B2L1L2ωR,方向垂直纸面向里
7.(2021山东日照高二上月考,)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,试求:
(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。深度解析






题组三　交变电流瞬时值表达式的理解及应用
8.(2020江苏宿迁高二上月考,)某交流发电机在工作时产生的感应电动势为e=Em sin ωt,若将电枢的转速提高一倍,同时将电枢所围的面积减小一半,其他条件不变,则其感应电动势变为 (　　)
A.e=Em sin ωt2　　　B.e=2Em sin ωt2
C.e=Em sin 2ωt　　　D.e=2Em sin 2ωt
9.(2021江西临川一中高二检测,)一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,产生交变电动势的瞬时值表达式为e=102 sin 4πt(V),则 (　　)
A.该线圈转动的角速度为4 rad/s
B.零时刻线圈平面与磁场垂直
C.t=0.25 s时,e达到最大值
D.在1 s时间内,线圈中电流方向改变10次
10.(2020河北正定中学高二月考,)如图所示,虚线右侧有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,边长为L的单匝正方形线圈的中轴线位于磁场边界,并与磁场方向垂直,线圈每边电阻为R。线圈绕中轴线以角速度ω匀速转动,从线圈平面与磁场方向垂直时开始计时,经过时间t,线圈中的感应电流为 (　　)

A.BL2ω2R sin ωt　　　B.BL2ω8R sin ωt
C.BL2ω2R cos ωt　　　D.BL2ω8R cos ωt
11.(2021河南驻马店正阳高级中学高二下检测,)如图所示为交流发电机示意图,匝数为n=100匝的矩形线圈边长分别为a=10 cm和b=20 cm,内阻为r=5 Ω,在磁感应强度B=0.5 T的匀强磁场中绕OO'轴以ω=502 rad/s的角速度匀速转动,计时开始时线圈平面与磁场方向平行,线圈通过电刷和外部R=20 Ω的电阻相接。开关S合上后,求:
(1)线圈内产生的交变电动势瞬时值的表达式;
(2)从计时开始到线圈转过π2的过程中,通过外电阻R的电荷量。深度解析




答案全解全析
第三章　交变电流
1　交变电流
基础过关练
1.C　大小随时间做周期性变化的电流,若方向不变,不是交变电流,选项A错误;正弦式交变电流只是交变电流的一种,选项B错误;我们的照明用电是交流电,选项C正确;电池提供的电流大小和方向都不随时间变化,是直流,选项D错误。
2.D　A、B、C三图中的电动势大小和方向都随时间做周期性变化,是交流,不符合题意;D中的电动势大小虽然在周期性变化,但方向不变,是直流,符合题意。
3.D　直流电的特征是电流的方向不变,电流的大小可以改变。交变电流的特征是电流的大小和方向随时间做周期性变化。交变电流有多种形式,正弦式交流电只是交变电流中最基本、最简单的一种,故选项D正确。
4.ACD　A中闭合线圈在匀强磁场中按逆时针方向匀速转动,会产生正弦式交变电流;B中的金属棒不切割磁感线,不产生感应电动势,没有交变电流产生;C中的折线与矩形线圈的效果是相同的,能产生正弦式交变电流;D中闭合线圈内能产生按余弦规律变化的交变电流。
方法技巧
产生正弦式交变电流的条件是:线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动或穿过线圈的磁通量按正(余)弦规律变化,与线圈的形状和转轴的位置无关。
5.C　感应电动势的方向即感应电流的方向。当线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时,线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次;线圈转动一周,线圈平面两次经过中性面,感应电流和感应电动势方向都要改变两次。选项C正确,A、B、D错误。
6.D　转到图甲位置时,线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,但磁通量变化率最小,为零,选项A错误;转到图乙位置时,线圈平面与磁感线平行,线圈产生的感应电动势最大,选项B错误;转到图丙位置时,线圈位于中性面位置,此时感应电流最小,且感应电流方向改变,选项C错误;转到图丁位置时,线圈平面与磁感线平行,切割速度与磁感线垂直,根据右手定则可知,AB边中感应电流方向为A→B,选项D正确。
方法技巧
线圈平面与磁场垂直时,通过线圈的磁通量最大,磁通量变化率最小,为零,感应电动势为零;线圈平面与磁场平行时,通过线圈的磁通量为零,磁通量变化率最大,感应电动势最大。
7.B　由安培定则可知,直导线右侧的磁场方向垂直纸面向外,则t=0时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率最小,产生的感应电动势最小,选项A错误;0~π2ω时间内,线圈转过90°角,由楞次定律可知此时间内线圈中感应电流方向为abcda,选项B正确;t=π2ω时,穿过线圈的磁通量为零,磁通量变化率不为零,感应电动势不为零,选项C错误;线圈每转动一周电流方向改变两次,选项D错误。
8.A　由题图可知,只有A、C两图线圈转动时穿过线圈的磁通量发生变化,产生交变电流,但C图产生的感应电动势按余弦规律变化,即e=BSω·cos ωt,A图产生的感应电动势按正弦规律变化,即e=BSω sin ωt;B、D两图线圈转动时均没有导致磁通量变化,不能产生感应电动势。选项A正确,B、C、D错误。
9.B　MN边与磁场方向成30°时,线框中产生的感应电动势大小为e=Em cos ωt=BSω cos 30°=32BSω,由右手定则可知线框中感应电流方向为KNMLK,选项B正确。
10.C　图示时刻后瞬间,由楞次定律结合安培定则可判断出线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a,即沿负方向;线圈中产生的感应电动势表达式为e=-Em sin ωt=-BSω sin ωt,其中S是线圈面积的一半,则感应电流的表达式为i=eR=-BSωR sin ωt=-Im sin ωt,选项C正确。
11.答案　(1)200 V　
(2)1 A　电流方向为abcda
解析　(1)由Φ-t图线可知
Φm=2.0×10-2 Wb,T=2π×10-2 s,角速度ω=2πT=100 rad/s
因为Φm=BS,所以线圈转动产生的感应电动势的最大值
Em=nΦmω=200 V
(2)从t=0时刻开始计时有e=200 cos 100t V
有i=eR+r=2 cos 100t A
所以i1=2 cos 60° A=1 A
由楞次定律结合安培定则,可得回路中电流方向为abcda。
能力提升练
1.A　由于是从中性面开始计时,ab边产生的感应电动势瞬时值表达式为e=BSω sin ωt,故电容器两极板间电压随时间变化关系为U=BSω sin ωt,A正确;线框从实线位置转过90°过程中电容器充电,线框从旋转90°的位置转到虚线位置过程中电容器放电,上极板始终带正电,B错误;线框从实线位置转过90°过程中电容器充电,电流方向是由a流向c;线框从旋转90°的位置转到虚线位置过程中电容器放电,电流方向是由c流向a,C错误;移动过程中,ab边切割磁感线产生感应电动势,而cd边切割磁感线的有效长度小于ab边,故ab边产生的感应电动势大,从而对电容器充电,D错误。
2.A　t1时刻感应电动势为零,线圈位于中性面,磁通量最大,选项A正确;t2时刻感应电动势为最大值,通过线圈的磁通量为零,选项B错误;t3时刻感应电动势为零,磁通量的变化率为零,选项C错误;每当e变换方向时,线圈平面与磁场垂直,线圈位于中性面,磁通量最大,磁通量的变化率为零,线圈的感应电动势为零,选项D错误。
方法技巧
从交变电流图像可获取的信息
(1)交变电流的最大值Im(或Em)、周期T。
(2)因线圈在中性面时,感应电动势、感应电流均为零,穿过线圈的磁通量最大,所以可确定线圈位于中性面的时刻。
(3)确定线圈平行于磁感线的时刻。
(4)可判断线圈中磁通量的变化情况。
(5)分析判断感应电流i、感应电动势e随时间的变化规律。
3.A　在匀强磁场中,矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,金属线框中能产生正弦式交变电流,线框每经过中性面一次电动势方向变化一次,相应的电流方向也改变一次,选项A正确,B错误;当线框平面与中性面重合时,穿过线框的磁通量最大,感应电动势最小,选项C错误;当线框平面与中性面垂直时,穿过线框的磁通量最小,磁通量变化率最大,选项D错误。
4.C　线圈转动过程中,安培力做负功使线圈的动能转化为电能,故A错误;根据e=NBSω cos ωt可知,线圈转动的角速度越大,产生的感应电动势越大,通过电阻R的电流越大,故B错误;题图所示位置,线圈平面与磁场平行,产生的感应电动势最大,最大值为Em=NBSω,故C正确;线圈平面与磁场平行时,穿过线圈平面的磁通量为零,线圈平面与磁场方向垂直时,穿过线圈平面的磁通量最大,故D错误。
5.D　当导线框OMN以ON所在的直线为轴匀速转动时,线框内产生正弦式交变电流,选项A错误;导线MN不切割磁感线,则截掉导线MN,电动势最大值不变,选项B错误;导线框OMN产生的电流方向是变化的,选项C错误;导线框OMN内产生的电动势最大值为Em=BωS=12Bl2ω sin θ cos θ,选项D正确。
6.AC　图示时刻,ad速度方向向外,bc速度方向向里,根据右手定则可判断出ad中的感应电流方向为d→a,bc中的感应电流方向为b→c,则线圈中感应电流的方向为abcda,选项A正确;线圈中的感应电动势为E=nBSω=nBL1L2ω,选项B错误;图示时刻ad、bc两边垂直切割磁感线,线圈中产生的感应电动势最大,由法拉第电磁感应定律分析可知,磁通量的变化率最大,选项C正确;线圈ad边所受安培力的大小为F=nBIL2=nB·nBL1L2ωR·L2=n2B2L1L22ωR,由左手定则可知ad边所受安培力方向垂直纸面向里,选项D错误。
7.答案　(1)0.048 Wb　(2)480π V　(3)e=480π cos 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=Em cos ωt=480π cos 100πt(V)。
方法技巧
交变电流瞬时值表达式的求解方法

8.C　电枢所围面积减小一半,电枢的转速提高一倍,故电枢转动的角速度变为原来的2倍,由Em=nBSω知最大感应电动势Em不变,感应电动势的瞬时值表达式为e=Em sin 2ωt,选项C正确,A、B、D错误。
9.B　交变电动势的瞬时值表达式为e=102 sin 4πt(V),可知电动势的最大值Em=102 V,线圈转动的角速度ω=4π rad/s,所以A错误;零时刻,将t=0代入交变电动势的瞬时值表达式得电动势为0,则此时线圈处于中性面,线圈平面与磁场垂直,B正确;将t=0.25 s代入交变电动势的瞬时值表达式得e=102 sin 4πt(V)=102 sin π(V)=0,e达到最小值,C错误;根据交变电动势的频率f=ω2π=2 Hz,则在1 s时间内线圈转过2周,转1周电流方向改变2次,则在1 s时间内线圈中电流方向改变4次,D错误。
10.B　如果整个空间都有磁场,t时刻线圈中的感应电动势为e1=BSω·sin ωt;由于只有中轴线右侧存在磁场,故实际的感应电动势为e=12BSω sin ωt,故t时刻线圈中感应电流为i=e4R=BL2ω8R sin ωt,选项A、C、D错误,B正确。
11.答案　(1)e=502 cos 502t(V)　(2)0.04 C
解析　(1)感应电动势最大值为Em=nBSω=502 V,从线圈平行于磁场时刻开始计时,故表达式为e=Em cos ωt=502 cos 502t(V);
(2)从计时开始到线圈转过90°的过程中,通过R的电荷量为q=nΔΦR+r,代入数据解得,q=0.04 C。
导师点睛
(1)根据感应电动势最大值Em=nBSω,从线圈位于垂直于中性面位置开始计时,则可确定电动势瞬时值的表达式;(2)根据电流的定义式I=qt、法拉第电磁感应定律公式E=nΔΦΔt及闭合电路欧姆定律公式I=ER+r,得出q=IΔt=nΔΦR+r,从而可求得q。