选择性必修 第二册1 交变电流一课一练

这是一份选择性必修 第二册1 交变电流一课一练，共9页。试卷主要包含了下列图像中不属于交变电流的是等内容，欢迎下载使用。

考点一 交变电流的理解与产生
1．(2022·盐城市高二阶段练习)下列图像中不属于交变电流的是( )
2．下列各情况中，线圈都以角速度ω绕图中的转动轴匀速转动，磁场均为匀强磁场，其中不能产生正(余)弦式交变电流的是( )
3．在物理选修课中，小明研究某款发电机，做如下尝试：如图甲所示，第一次在发电机的矩形线框处加水平向右的匀强磁场；如图乙所示，第二次在矩形线框处加竖直向下的匀强磁场。矩形线框绕对称轴OO′以一定的角速度ω匀速转动，给外电阻R供电。比较通过R中的电流，下列说法正确的是( )
A．甲、乙都为直流电
B．甲、乙都为交流电
C．甲是直流电，乙是交流电
D．甲是交流电，乙是直流电
考点二 正弦式交变电流的变化规律
4．(2023·连云港市高二阶段练习)如图所示，甲→乙→丙→丁→甲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，线圈在匀速转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。已知线圈转动的角速度为ω，转动过程中电路中的最大电流为Im。下列选项正确的是( )
A．在图甲位置时，线圈中的磁通量最大，感应电流最大
B．从图乙位置开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系式为i＝Imsin ωt
C．在图丙位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率也最大
D．在图丁位置时，感应电动势最大，cd边电流方向为d→c
5．(2022·江苏丰县中学高二检测)交流发电机在工作时产生的电动势为e＝Emsin ωt，若将电枢的转速提高一倍，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＝Emsineq \f(ωt,2) B．e＝2Emsineq \f(ωt,2)
C．e＝Emsin 2ωt D．e＝2Emsin 2ωt
6.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大小为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感应电动势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.eq \f(1,2)BSω，电流方向为KNMLK
B.eq \f(\r(3),2)BSω，电流方向为KNMLK
C.eq \f(1,2)BSω，电流方向为KLMNK
D.eq \f(\r(3),2)BSω，电流方向为KLMNK
考点三 交变电流的图像
7.(2022·江苏丹阳高级中学高二期末)如图所示为线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电流随时间的变化规律，下列说法中正确的是( )
A．t1时刻线圈处于中性面位置
B．t2时刻线圈与磁场方向平行
C．t3时刻线圈的磁通量变化率最大
D．t4时刻线圈的磁通量为零
8．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动。穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示，则以下说法中正确的是( )
A．t＝0时刻，线圈平面与中性面垂直
B．t＝0.01 s时刻，Φ的变化率最大
C．t＝0.02 s时刻，交变电流的电动势达到最大
D．该线圈产生的交变电流的电动势随时间变化的图像如图乙
9.如图所示，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ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正，则下列四幅图像中可能正确的是( )
10．为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验方案：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴OO1按图甲所示方向匀速转动(ab转向纸外，cd转向纸内)，并从图甲所示位置(线圈平面与磁感线垂直)开始计时，此时产生的交变电流如图乙所示。第二次他仅将转轴移至ab边上，第三次相对于第一次，他仅将转轴OO1右侧的磁场去掉，关于后两次电流随时间变化的图像，下列说法正确的是( )
A．第二次是a图 B．第二次是c图
C．第三次是b图 D．第三次是d图
11.如图所示，空间分布着方向垂直纸面向里的有界匀强磁场，EF是其右边界。半径为r的单匝圆形金属线圈垂直于磁场放置，线圈的圆心O在EF上；另有一根长为2r的导体杆与EF重合，杆两端点a、b通过电刷与圆形线圈连接，线圈和导体杆单位长度电阻相同。情况1：导体直杆不动，线圈绕EF轴匀速转动，转动方向如图所示；情况2：线圈不动，导体杆绕O点在纸面内顺时针匀速转动。两情况均从图示位置开始计时，关于导体杆ab两端点的电压Uab情况，下列说法正确的是( )
A．情况1产生的导体杆ab两端点的电压Uab随时间变化的图像为图甲，情况2产生的Uab－t图像为图丙
B．情况1产生的导体杆ab两端点的电压Uab随时间变化的图像为图乙，情况2产生的Uab－t图像为图丁
C．情况1产生的导体杆ab两端点的电压Uab随时间变化的图像为图甲，情况2产生的Uab－t图像为图丁
D．情况1产生的导体杆ab两端点的电压Uab随时间变化的图像为图乙，情况2产生的Uab－t图像为图丙
12．如图甲所示，矩形线圈匝数N＝100 匝，ab＝30 cm，ad＝20 cm，匀强磁场的磁感应强度大小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，线圈转到什么位置时取得此值；
(2)线圈产生的感应电动势最大值Em，线圈转到什么位置时取得此值；
(3)写出感应电动势e随时间变化的表达式，并在图乙中作出图像。(a→b方向为感应电流正方向)
1 交变电流
1．D [判断电流是交流还是直流，就看方向是否随时间周期性变化；A、B、C中的方向均发生周期性变化，故它们属于交变电流，选项D中，尽管电流大小随时间变化，但因其方向不变，所以是直流，A、B、C不符合题意，D符合题意。]
2．A [A项图中，线圈转动过程中，线圈的半径切割磁感线产生感应电动势，大小不变；一闭合线圈在磁场中绕垂直于磁场的固定轴转动，线圈中能产生正(余)弦式交变电流，故选A。]
3．C [根据右手定则可知，题图甲中通过R的电流方向始终不变，为直流电；题图乙中线框经过中性面时，通过R的电流方向改变，是交流电，故选C。]
4．D [在题图甲位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量变化率为零，感应电动势为零，感应电流为零，故A错误；从题图乙位置开始计时，此时线圈中的磁通量为零，磁通量变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大，线圈中电流i随时间t变化的关系式为i＝Imcs ωt，故B错误；在题图丙位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率为零，故C错误；在题图丁位置时，线圈中的磁通量为零，磁通量变化率最大，感应电动势最大，根据右手定则可知，cd边电流方向为d→c，故D正确。]
5．C [据题意，当转速提高一倍，由ω＝2πn可知，角速度ω变为原来的2倍，面积减小一半，e＝NBeq \f(S,2)×2ωsin 2ωt＝Emsin 2ωt，故选C。]
6．B [MN边与磁场方向成30°夹角时，线框中产生的感应电动势大小为e＝Emcs ωt＝BSωcs 30°＝eq \f(\r(3),2)BSω，由楞次定律及安培定则可知线框中感应电流方向为KNMLK，选项B正确。]
7．C [在t1时刻感应电流最大，感应电动势最大，而磁通量为零，线圈处于与中性面垂直的位置，故A错误；在t2、t4时刻感应电流为零，感应电动势为零，则线圈处于中性面位置，所以磁通量最大，故B、D错误；在t3时刻感应电流最大，感应电动势最大，所以磁通量的变化率最大，故C正确。]
8．B [t＝0时刻，穿过线圈的磁通量最大，则线圈平面位于中性面位置，A错误；t＝0.01 s时刻，Φ－t图像斜率的绝对值最大，则Φ的变化率最大，B正确；t＝0.02 s时刻，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为0，C错误；穿过线圈的磁通量最大时，感应电动势为0；穿过线圈的磁通量为0即磁通量变化率最大时，感应电动势最大，题图乙不符，D错误。]
9．C [以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点，由楞次定律可判断，初始时刻电流方向为b到a，为负值，且穿过线圈的磁通量减小，电流增大，故选项C正确。]
10．D [第二次他仅将转轴移到ab边上，产生的交流电的电动势E＝BSωsin ωt，产生的交变电流与题图乙一样，故A、B错误；第三次仅将转轴OO1右侧的磁场去掉，在完整的周期内，一直只有一个边切割磁感线，所以交变电流的数值减半，故C错误，D正确。]
11．A [情况1中线圈转动产生正弦交变电流，在题图所示位置导体杆ab两端电压为0，线圈转过90 °的过程中穿过线圈的磁通量减小，产生的感应电流在杆中由a端到b端，则杆的a端电势高；线圈再转过90°的过程中穿过线圈的磁通量增加，产生的感应电流在杆中由b端到a端，则杆的b端电势高；再次转到题图所示对称位置时电流方向改变，故情况1产生的导体杆ab两端点的电压Uab随时间变化的图像为题图甲；若直杆绕O点转动，则切割磁感线的有效长度不变，则电动势大小不变，由右手定则可知在情况2中导体杆经过题图所示位置时电流方向发生改变，即情况2产生的导体杆ab两端点的电压Uab随时间变化的图像为题图丙，B、C、D错误，A正确。]
12．见解析
解析 (1)当线圈平面转至与磁感线方向垂直时，磁通量有最大值。其最大值为
Φm＝BS＝0.8×0.3×0.2 Wb＝0.048 Wb。
(2)当线圈平面与磁感线平行时，感应电动势有最大值。其最大值为
Em＝NBSω＝100×0.8×0.3×0.2×100π V＝480π V。
(3)感应电动势的表达式为
e＝Emcs ωt＝480πcs(100πt) V
图像如图所示。