人教版 (2019)选择性必修 第二册1 交变电流同步训练题

第09讲 交变电流

知识点01 交变电流

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3所示．

2．直流：方向不随时间变化的电流称为直流．

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．

【即学即练1】对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图象，下列说法中正确的是（　　）

A．电流大小变化，方向不变，是直流电

B．电流大小、方向都变化，是交流电

C．电流的周期是0.2s，最大值是0.2A

D．电流做周期性变化，是交流电

知识点02  交变电流的产生

交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直，用右手定则判断线圈切割磁感线产生的感应电流方向．

【知识拓展2】

两个特殊位置

1．中性面位置(S⊥B，如图4中的甲、丙)

线圈平面与磁场垂直的位置，此时Φ最大，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4中的乙、丁)

此时Φ为0，最大，e最大，i最大．

【即学即练2】如图所示为交流发电机示意图，线圈的边连在金属滑环上，边连在滑环上，用导体做的两个电刷、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时，穿过线圈的磁通量最大

B．当线圈平面转到中性面时，线圈中的感应电动势最大

C．当线圈平面转到跟中性面垂直时，穿过线圈的磁通量的变化率最小

D．当线圈平面转到跟中性面垂直时，线圈中的感应电流最小

知识点03  交变电流的变化规律

1．中性面

(1)中性面：与磁感线垂直的平面．

(2)当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量最大，线圈中的电流为零．

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叫作电动势的峰值，Em＝NωBS.

3．正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流．

4．正弦式交变电流和电压

电流表达式i＝Imsin_ωt，电压表达式u＝Umsin_ωt.其中Im、Um分别是电流和电压的最大值，也叫峰值．

【知识拓展2】

1．正弦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＝Emcos ωt，i＝Imcos ωt，u＝Umcos ωt.

2．交变电流的峰值

Em＝NωBS，Im＝，Um＝.

3.确定正弦式交变电流电动势瞬时值表达式的基本方法

1．确定线圈转动到哪个位置开始计时，以确定瞬时值表达式是按正弦规律变化还是按余弦规律变化．

2．确定线圈转动的角速度．

3．确定感应电动势的峰值Em＝NωBS.

4．写出瞬时值表达式e＝Emsin ωt或e＝Emcos ωt.

【即学即练2】小型交流发电机的原理图如图所示：单匝矩形线圈ABCD置于匀强磁场中，绕过BC、AD中点的轴OO′以恒定角速度旋转，轴OO′与磁场垂直，矩形线圈通过滑环与理想交流电流表A，定值电阻R串联，下列说法中正确的是（　　）

A．线圈平面与磁场垂直时，交流电流表A的示数最小

B．线圈平面与磁场平行时，流经定值电阻R的电流最大

C．线圈平面与磁场垂直时，通过线圈的磁通量变化率最大

D．线圈平面与磁场平行时，通过线圈的磁通量最大

考法01  交变电流与直流的区别

【典例1】如图所示的的几种电流随时间变化的图线中，不属于交变电流的是（　　）

A． B．

C． D．

考法02  判断线圈转到不同位置的电流方向

【典例2】如图是交流发电机的示意图，线圈边连接在金属滑环上，边连接在金属滑环上，左右两个导体电刷分别压在滑环、上，线圈转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。若线圈绕转轴顺时针匀速转动，取从左向右通过电流表为电流正方向，从图示位置开始计时，下列图中能正确表示电流表中电流随时间变化关系的是（　　）

A． B．

C． D．

题组A  基础过关练

1．下列事物与磁现象无关的是（　　）

A．白炽灯 B．电动机

C．指南针 D．交流发电机

2．下列图像中不属于交流电的有（　　）

A． B．

C． D．

3．一矩形线圈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。下列说法错误的是（　　）

A．线圈经过甲图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流也最大

B．线圈经过乙图位置时，穿过线圈的磁通量为零，产生的电流最大，电流的方向为图中箭头指向

C．线圈经过丙图位置时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流最小

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，产生的电流在增大

4．如图A、B、C为三相交流发电机的3组线圈，a、b、c为三盏电阻不同的灯泡，已知发电机的相电压为220V，则下列说法中正确的是（　　）

A．灯泡两端的电压为220V

B．灯泡两端的电压为220V

C．灯泡两端的电压为220V

D．因三盏灯的电阻不同，灯泡两端的电压无法判断

5．如图所示图像中属于直流电的是 （　　）

A． B．C． D．

6．矩形线圈绕垂直于匀强磁场的对称轴作匀速转动时，则（　　）

A．当线圈平面处于中性面时，穿过线圈平面的磁通量最大，感应电动势最大

B．当线圈平面处于中性面时，穿过线圈平面的磁通量最大,感应电动势为零

C．当线圈平面与磁感线平行瞬间，穿过线圈平面的磁通量为零，感应电动势为零

D．线圈转动一周，感应电流的方向改变一次

7．一正弦交变电流的有效值为10 A，频率为50 Hz，此交变电流的瞬时值表达式为(　　)

A．i＝10sin 314tA B．i＝10sin 314tA

C．i＝10sin 50tA D．i＝10sin 50tA

8．一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈内产生正弦式交变电流，当线圈平面跟中性面重合的瞬间，下列说法正确的是

A．线圈中的感应电流最大

B．穿过线圈的磁通量为零

C．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率也最大

D．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零

9．如下图中各图面积均为S的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场B中以角速度ω匀速转动，从图示位置开始计时能产生正弦交变电动势的图是（　　）

A． B．

C． D．

10．对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图象，下列说法中正确的是(　　 )

A．电流大小变化，方向不变，是直流电

B．电流大小、方向都变化，是交流电

C．电流的周期是0.02 s，最大值是0.2 A

D．电流做周期性变化，是交流电

题组B  能力提升练

1．如图所示为演示交变电流产生过程的装置图，关于这个实验，正确的说法是（　　）

A．线圈从任意位置转180°的过程，穿过线圈的磁通量变化量一定为零

B．图示线圈所处位置为中性面，线圈中无感应电流

C．图示位置ab边中的感应电流方向为a→b

D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零

2．图示为交流发电机模型的示意图。位于磁场中的矩形导线框abcd可绕过其对称轴的轴线（图中虚线）转动。已知在t=0时刻，线框的平面与磁场方向垂直（即图示位置），并从此位置开始以恒定的角速度绕转轴沿逆时针方向转动。若规定通过电阻的电流从e到f为正，则下列i﹣t图象正确的是（　　）

A． B．

C． D．

3．一闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，产生的感应电流随时间变化的规律如图所示。则（　　）

A．t=0.005s时线圈平面处于中性面位置

B．t=0.02s时穿过线圈的磁通量为零

C．线圈转动的角速度为50πrad/s

D．1s内电流的方向变化100次

4．闭合线圈在磁场中做如下运动，不能产生正弦式交变电流的情景是（　　）

A． B．

C． D．

5．矩形线框绕垂直于匀强磁场且沿线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是（　　）

A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大

B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零

C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次

D．线框经过与中性面垂直的位置时，各边不切割磁感线

6．下列电流随时间变化的图像中，属于交变电流的是（　　）

A． B．

C． D．

7．如图所示，KLMN是一个竖直的n匝矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，KL边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度匀速转动。此时线框面与磁场方向夹角为（图示位置），则（　　）

A．当线圈从图示位置绕固定轴转动，在此过程中磁通量变化量为BS

B．此时线框中的电流方向为N→K→L→M→N

C．此时穿过线框的磁通量为

D．线框平面转动一圈的过程中，电流方向不变

8．如图为电动机模型图，左侧为N极，右侧为S极。电动机线框通过换向器连入电路中，线框abcd的面积为S，匝数为n，匀强磁场磁感应强度为B，线框平面与磁场平行。若此时闭合开关，则下列说法正确的是（　　）

A．从正前方看去，该线框将会逆时针转动

B．若同时调转电极和磁极方向，则线圈的转动方向改变

C．转动过程中线圈中电流方向变化，流过R的电流方向不变

D．线框转过时，穿过线框平面的磁通量最大，且为nBS

9．一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为，该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示。则Q方∶Q正等于（　　）

A．1∶ B．∶1 C．1∶2 D．2∶1

10．如图所示，矩形线圈在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴和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．线圈绕转动时的电流大于绕转动时的电流

B．线圈绕转动时的电动势等于绕转动时的电动势

C．线圈绕和转动时电流的方向相同，都是

D．线圈绕转动时边受到的安培力大于绕转动时边受到的安培力

题组C  培优拔尖练

1．由法拉第电磁感应定律可知，若穿过某截面的磁通量为，则产生的感应电动势为。如图所示，竖直面内有一个闭合导线框ACD（由细软弹性电阻丝制成），端点A、D固定。在以水平线段AD为直径的半圆形区域内，有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的有界匀强磁场。设导线框的电阻恒为r，圆的半径为R，用两种方式使导线框上产生感应电流。方式一：将导线与圆周的接触点C点以恒定角速度ω1（相对圆心O）从A点沿圆弧移动至D点；方式二：以AD为轴，保持，将导线框以恒定的角速度ω2转。则下列说法正确的是（　　）

A．方式一中，在C从A点沿圆弧移动到图中位置的过程中，通过导线截面的电荷量

B．方式一中，在C沿圆弧移动到圆心O的正上方时，导线框中磁通量的变化率最大

C．两种方式回路中电动势的有效值之比

D．若两种方式电阻丝上产生的热量相等，则

2．如图a所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角时（如图b）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则下列四幅图中正确的是

A．B．

C．D．

3．图中A、B、C是三相交流电源的三根相线，O是中线，电源的相电压为220V，L1、L2、L3是三个“220V，60W”的灯泡，开关K1断开，K2、K3闭合，由于某种原因，电源中线在图中O′处断了，那么L2和L3两灯泡将（　　）

A．立刻熄灭 B．变得比原来亮一些 C．变得比原来暗一些 D．保持亮度不变

4．水力发电站和火力发电站都采用旋转磁极式发电机，但是发电机的结构一般不同。水力发电站常采用图甲所示原理的发电机，、、、均为线圈；火力发电站常采用图乙所示原理的发电机，、、、均为沿轴方向的导线。当图中固定有磁铁的转子顺时针匀速旋转到图示位置时，某同学在两图中标示了电流方向，下列说法正确的是（　　）

A．图甲中、线圈电流标示方向正确 B．图甲中、线圈电流标示方向正确

C．图乙中、导线电流标示方向正确 D．图乙中、导线电流标示方向正确

5．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），为定值电阻，线圈电阻为，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小，磁通量变化率最大

D．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量变化率最大

6．如图所示，空间中分布着磁感应强度大小为B的匀强有界磁场，EF是其左边界，一面积为S的n匝圆形金属线框垂直于磁场放置，圆形线圈的圆心O在EF上，若线框以角速度ω绕EF匀速转动，并从图示位置开始计时，则（　　）

A．t=时，线框中的感应电流最小

B．t=时，穿过线框的磁通量最大

C．线框中产生的交变电动势的最大值为nBSω

D．线框中产生的交变电动势的有效值为nBSω

7．如图是一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图，其工作原理类似于打点计时器。当电磁铁通入电流时，可吸引或排斥上部的小磁铁，从而带动弹性金属片对橡皮碗下面的气室施加力的作用，达到对外充气的效果。回答下列问题：

（1）当电流从电磁铁的接线柱a流入时，发现吸引小磁铁向下运动，则电磁铁的上端为什么极？小磁铁的下端为什么极？

（2）这种充气泵应该用直流电还是交流电？简单分析其原因；

（3）为增强磁场，电磁铁的铁芯绕在磁性材料上，而磁性材料可分为硬磁性材料和软磁性材料，这种电磁铁的铁芯应该采用哪种磁性材料？为什么？

8．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___________（填“最大”或“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“i=Imsinωt”填“i=Imcos ωt”）。

（3）当线圈转到图（c）位置时，感应电流___________ （填“最小”或“最大”），且感应电流方向___________ （填“改变”或“不改变”）。

（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“a→b”或“b→a”）。