高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 交变电流课时作业

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\l "_Tc26604" 【题型1 区别交变电流与直流】 PAGEREF _Tc26604 \h 2
\l "_Tc30359" 【题型2 交变电流产生原因的理解】3
\l "_Tc30205" 【题型3 正弦式交变电流的变化规律】4
\l "_Tc9720" 【题型4 交变电流的图像】6
知识点1：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，如图所示．
3．直流：方向不随时间变化的电流称为直流．
知识点2：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．
知识点3：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．
5．交变电流的峰值
Em＝NωBS，Im＝eq \f(NωBS,R＋r)，Um＝eq \f(NωBSR,R＋r).
6．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．
知识点4：交流发电机
1．主要构造：电枢和磁体．
2．分类
(1)旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动．
(2)旋转磁极式发电机：磁极转动，电枢不动．
\l "_Tc26604" 【题型1 区别交变电流与直流】
【例1】 (多)(2023·三明期中)下列图像描述的电流属于交变电流的是( )

【变式1-1】(多)下列图像中属于交变电流的有( )

【变式1-2】（2022·白银期中）在交变电流产生的实验中，关于中性面，下列说法正确的是（ ）
A．此时线圈垂直切割磁感线，感应电流最大
B．磁感线垂直该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率也最大
C．线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向一定会发生改变
D．线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的变化率为零，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变
【变式1-3】如图所示为某交流发电机原理示意图，则（ ）
A．图示位置线圈中电流为零
B．图示位置穿过线圈的磁通量量大
C．该发电机是利用电磁感应现象制成的
D．该发电机工作时把电能转化为机械能
\l "_Tc30359" 【题型2 交变电流产生原因的理解】
【例2】(2023·汪清期末)如图所示线圈匀速转动或匀速直线运动，能产生交变电流的是( )
【变式2-1】在水平向右的匀强磁场中，一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，图甲中线框与磁感线平行，图乙中线框与磁感线垂直，下列说法正确的是( )
A．t1时刻穿过线框的磁通量最大
B．t1时刻通过电阻的电流最大，方向从右向左
C．t2时刻穿过线框的磁通量变化最快
D．t2时刻通过电阻的电流最大，方向从右向左
【变式2-2】(多)下图中，哪些情况线圈中产生了交变电流( )
【变式2-3】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( )
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
\l "_Tc30205" 【题型3 正弦式交变电流的变化规律】
【例3】如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝eq \f(\r(2),π) T，边长L＝10 cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r＝1 Ω，线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω.求：
(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值．
(2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始计时，感应电动势的瞬时值表达式．
(3)由图示位置转过30°角时电路中电流的瞬时值．
(4)线圈从开始计时经eq \f(1,6) s时线圈中的感应电流的瞬时值．
(5)电阻R两端电压的瞬时值表达式．
【变式3-1】交流发电机工作时电动势为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e′变为( )
A．Emsin eq \f(ωt,2) B．2Emsin eq \f(ωt,2)
C．Emsin 2ωt D.eq \f(Em,2)sin 2ωt
【变式3-2】(多)如图所示，单匝矩形线圈abcd放在匀强磁场中，磁感应强度为B，ad＝bc＝l1，ab＝cd＝l2.从图示位置起该线圈以角速度ω绕不同转轴匀速转动，则( )
A．以OO′为转轴时，感应电动势e＝Bl1l2ωsin ωt
B．以O1O1′为转轴时，感应电动势e＝Bl1l2ωsin ωt
C．以OO′为转轴时，感应电动势e＝Bl1l2ωcs ωt
D．以OO′为转轴跟以ab为转轴一样，感应电动势e＝Bl1l2ωcs ωt
【变式3-3】(2023·娄底期末)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.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
\l "_Tc9720" 【题型4 交变电流的图像】
【例4】(2022·福建期中)一闭合矩形线圈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．通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律图像如图乙所示，下列说法正确的是( )
A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B．t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变
C．t2、t4时刻线圈中通过的磁通量最大
D．t1、t3时刻线圈中感应电动势最小
【变式4-1】(2022·长春期末)如图所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(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方向为由e到f为正，则下列i－t图像正确的是( )

【变式4-2】(多)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匀速转动，线圈中的感应电动势e随时间t变化的规律如图所示，则下列说法正确的是( )
A．图中曲线是从线圈平面与磁场方向平行时开始计时的
B．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量为零
C．t1和t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率为零
D．感应电动势e的方向变化时，穿过线圈的磁通量最大
【变式4-3】(多)如图甲所示，一个矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向且与线圈共面的轴OO′匀速转动，从某个时刻开始计时，穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化如图乙所示，则下列说法中正确的是( )
A．t＝0时刻线圈处于中性面位置
B．t1、t3时刻线圈中的感应电流最大且方向相同
C．t2、t4时刻穿过矩形线圈的磁通量最大，但感应电流却为零
D．t5时刻穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率也为零