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高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第一节 认识交变电流精品一课一练
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这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第一节 认识交变电流精品一课一练，共22页。试卷主要包含了单选题，填空题，解答题等内容，欢迎下载使用。
粤教版（2019）选择性必修二 3.1 认识交变电流
一、单选题
1．矩形线框绕垂直于匀强磁场且在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，线框的磁通量最大，磁通量变化最快
B．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零
C．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
D．线框绕轴每转动一周，感应电流方向就改变一次
2．关于正弦交变电流的产生过程，下列说法正确的是（ ）
A．当线圈平面与中性面垂直时，电流方向发生变化
B．线圈平面经中性面时开始计时，周期内，电流先增大后减小
C．线圈平面与中性面垂直开始计时，2个周期内电流方向改变4次
D．线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置，也是感应电流最大的位置
3．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abed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．
4．把发光颜色不同的两个二极管并联（该类二极管具有单向导电性，导通时发光），使两者正负极方向不同。当摇动如图所示的手摇发电机时，两个二极管交替发光，则流过其中一个二极管的电流是（ ）
A．交流电 B．直流电
C．恒定电流 D．涡流
5．一矩形线圈在匀强磁场中绕其中心轴匀速转动时，就会在线圈中形成交变电流。下列说法正确的是（ ）
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，磁通量变化率也最大
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，产生的电动势在减小
6．如图所示的四个装置中，与发电机工作原理相同的是（ ）
A． B．
C． D．
7．如图所示，是交流发电机的发电过程，线圈的AB边和CD边分别连在金属滑环K和L上，电刷E和F分别压在滑环K和L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。两磁极之间的磁场视为匀强磁场，A为理想交流电流表，R为定值电阻，线圈电阻为r，其余电阻不计。在线圈绕OO'轴逆时针匀速转动的过程中（甲、丙位置线圈平面竖直，乙、丁位置线圈平面水平），下列说法错误的是（ ）
A．线圈转到图甲和图丙位置时，磁通量的变化率为零
B．线圈转到图甲和图丙位置时，交流电流表的示数为零
C．线圈转到图乙和图丁位置时，流经电阻R的电流方向相反
D．线圈转动一周，R和r上产生的焦耳热之比为R：r
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所示，则下列说法中正确的是（ ）
A．t1时刻线圈平面感应电动势达最大 B．t2时刻线圈平面位于中性面
C．t3时刻线圈平面磁通量变化率为零 D．t2时刻线圈平面产生的感应电流改变向
9．两人在赤道上站立，各自手握金属绳OPO′的一端，绕东西方向的水平轴沿顺时针方向匀速摇动，周期为T，将金属绳连入电路，闭合回路如图所示，取金属绳在图示的最高位置时为t=0时刻，则下列说法正确的是（ ）
A．电路中存在周期为T的变化电流
B．t=0时刻，回路磁通量最大，电路中电流最大
C．t=时刻，电流向左通过灵敏电流计
D．t=时刻，回路磁通量最大电路中电流最大
10．关于正弦交流电，下列说法正确的是（ ）
A．一个周期内，电流的方向改变1次 B．一个周期内，电流的方向改变2次
C．线圈跟中性面重合时，磁通量最小 D．线圈跟中性面重合时，感应电动势最大
11．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．、时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B．、时刻线圈中感应电流方向改变
C．、时刻线圈中磁通量最大
D．、时刻线圈中感应电动势最小
12．图甲为交流发电机的示意图，磁场可视为水平方向的匀强磁场，电阻R=5Ω，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，输出的交变电压随时间变化的图象如图乙所示。以下判断正确的是（ ）
A．电流表的示数为10A
B．线圈转动的角速度为100πrad/s
C．t=0.01s时，穿过线圈平面的磁通量最大
D．t＝0.02s时，电刷P的电势高于电刷Q的电势
13．如图所示，匀强磁场方向水平向右，粗细均匀的正方形金属线框abcd放在匀强磁场中，线框平面与磁场平行，O1 O 2为正方形金属线框垂直于磁场的对称轴，ab边与垂直于磁场的直线O3O4重合，当线框以角速度绕O1O2匀速转动到图示位置时cd边产生的感应电动势为E1，回路中的感应电流为I1，当线框以角速度绕O3O4匀速转动到图示位置时cd边产生的感应电动势为E2，回路中的感应电流为I2，则（ ）
A． B． C． D．
14．如图所示，边长为L的正方形线框在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，以周期T绕OO′轴匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是（ ）
A．图示位置为中性面 B．回路中产生稳恒直流电
C．时，电流方向将发生改变 D．时刻穿过线框的磁通量为
15．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
二、填空题
16．如图是一种风速仪示意图，试回答下列问题：
（1）有水平风吹来时磁体如何转动？(自上往下看)_______________________.
（2）电流计示数变小，其风速就变_____________．
17．判断下列说法的正误．
(1)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．( )
(2)一通电导线放在磁场中某处不受安培力，该处的磁感应强度一定是零．( )
(3)在B、I、L大小一定的情况下，导线平行于磁场时，安培力最大，垂直于磁场时，安培力最小．( )
(4)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大．( )
(5)对于磁电式电流表，在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关．( )
18．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”）。
三、解答题
19．如图所示为一个小型交流发电机的原理图，其矩形线框的面积为S，共有N匝，线框的总电阻为r，线框处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，线框在转动时可以通过滑环K和电刷L保持与外电路电阻R的连接，在外力作用下线框以恒定的角速度绕垂直于磁场的线框平面内的对称轴匀速转动（不计转动轴及滑环与电刷的摩擦），推导发电机线框产生感应电动势最大值的表达式。
20．有同学认为：在匀强磁场中，矩形线圈绕线圈平面内垂直于磁感线的轴匀速转动时，线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为零，因此线圈中的感应电动势为零；线圈平面在中性面内的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，因此线圈中的感应电动势最大。这种看法正确吗？为什么？
21．如图所示为一交流发电机的原理示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，发电机的矩形线圈abcd在磁场中，图中abcd分别为矩形线圈的四个顶点，其中的c点被磁铁遮挡而未画出。线圈可绕过bc边和ad边中点且垂直于磁场方向的水平轴匀速转动。为了便于观察，图中发电机的线圈只画出了其中的1匝，用以说明线圈两端的连接情况。线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上；用导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动过程中可以通过滑环和电刷保持其两端与外电路的定值电阻R连接。已知矩形线圈ab边和cd边的长度L1＝50cm，bc边和ad边的长度L2＝20cm，匝数n＝100匝，线圈的总电阻r＝5.0Ω，线圈转动的角速度ω＝282rad/s，外电路的定值电阻R＝45Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝0.05T。电流表和电压表均为理想电表，滑环与电刷之间的摩擦及空气阻力均可忽略不计，计算中取π＝3.14，＝1.41。
（1）请推导出线圈在匀速转动过程中感应电动势最大值Em的表达式（用题中已知物理量的符号表示），并求出此最大值；
（2）求电流表的示数I；
（3）求维持线圈匀速转动1圈，所需外力做的功W（结果保留3位有效数字）。
22．如图所示是交流发电机模型示意图，n＝100匝的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B＝T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.48m2．线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝50πrad/s匀速转动，并与理想变压器相连，变压器副线圈接入一只额定电压为12V的灯泡，灯泡正常发光，线框、输电线路的电阻都不计．
求：(1)将图示时刻记为t＝0，写出电动势瞬时表达式；
(2)变压器的原、副线圈匝数比．
参考答案：
1．B
【详解】
AB．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生正弦式交流电；中性面时，磁通量最大，磁通量的变化率为零，各边不切割磁感线，感应电动势为零，感应电流为零；故A错误，B正确；
C．当线圈平面与中性面垂直时，线圈平面与磁感线平行，此时磁通量最小为零，而感应电动势最大，故C错误；
D．每当线圈经过中性面时，感应电流的方向一定会改变一次；在一个周期内交流电的方向会改变两次，故D错误；
故选B。
2．C
【详解】
线圈转动过程中，在中性面位置，磁通量最大、电流等于零，方向改变，2个周期方向改变4次，由中性面经周期到与中性面垂直，电流逐渐增大到最大。故C正确，ABD错误。
故选C。
3．A
【详解】
A．当以线圈平面内某虚线为轴匀速转动时，线圈中的磁通量始终不变，没有感应电流产生，故A不可能产生该电流，故A符合题意；
BCD．三图中线圈绕垂直于磁场方向的轴转动，磁通量发生变化，根据交变电流的产生原理可知，三者均产生示波器中的正弦式交变电流，故BCD不符合题意。
故选A。
4．B
【详解】
交流电是指大小和方向发生周期性变化的电流，直流电的方向不变，恒定电流的大小与方向均不变，涡流是感应电流；手摇发电机产生的是交流电，因为该类二极管具有单向导电性，所以通过每个二极管的电流方向不变，为直流电。
故选B。
5．B
【详解】
A.线圈经过甲图位置（中性面）时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流为零。故A错误；
B．线圈经过乙图位置（与中性面垂直）时，穿过线圈的磁通量为零，产生的电流最大，根据楞次定律可知电流的方向为图中箭头指向。故B正确；
C．线圈经过丙图位置（中性面）时，穿过线圈的磁通量最大，产生的磁通量变化率最小为零。故C错误；
D．线圈从丙图位置（中性面）转到丁图位置（与中性面垂直）的过程中，根据法拉第电磁感应定律可知，穿过线圈的磁通量减小，产生的电动势在增大。故D错误。
故选B。
6．B
【详解】
发电机工作原理为闭合回路部分导线切割磁感线，产生感应电流，B图符合，A图为电动机原理，C图为表示通电导线周围存在磁场，D图为通电导线在磁场中受力运动，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
7．B
【详解】
A．线圈转到图甲和图丙位置时，磁通量最大，其变化率为零，故A正确，与题意不符；
C．线圈转到图乙和图丁位置时，由楞次定律或右手定则可判定流经电阻R的电流方向相反，C正确，与题意不符；
D．电热，因流经R和r的电流总相等，故R和r上产生的焦耳热之比为R：r，D正确，与题意不符；
B．交流电流表指示的是交流电的有效值，而非瞬时值，故不为零，B错误与题意相符。
故选B。
8．C
【详解】
A．由图可知，t1时刻磁通量最大，此时感应电动势为0，故A错误；
B．由图可知，t2时刻磁通量为0，此时线圈平面与磁感线平行，即与中性面垂直，故B错误；
C．图象斜率表示磁通量变化率，由图可知，t3时刻线圈平面磁通量变化率为零，故C正确；
D．由图可知，t2时刻磁通量为0，此时线圈平面与磁感线平行，此时感应电动势最大，此时电流方向不变，故D错误。
故选C。
9．A
【详解】
AC．在赤道上时，地磁场方向从地球南极出发到地球北极，类比导线切割磁感线，由右手定则判断，在上方电流沿方向，在下方电流沿方向，电路中存在周期性变化的电流，时刻，电流向右通过灵敏电流计，故A正确C错误；
B．t=0时刻，回路磁通量最大，但磁通量的变化率最小，则电路中电流最小，故B错误；
D．时刻，回路磁通量最大，但磁通量的变化率最小，电路中电流最小，故D错误。
故选A。
10．B
【详解】
AB．正弦交流电一个周期内，电流的方向改变2次，故B正确，A错误；
CD．线圈跟中性面重合时，磁通量最大，感应电动势最小为0,故CD错误。
故选B。
11．D
【详解】
A．、时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于零，A错误；
BC．由题图乙知、时刻通过线圈的磁通量最小，线圈与中性面垂直，线圈中感应电流方向不发生改变，BC错误；
D．、时刻线圈中磁通量的变化率为零，感应电动势最小，D正确。
故选D。
12．B
【详解】
A．由图乙可知，电动势的有效值为
由欧姆定律可知，电流表的示数为
故A错误；
B．由图乙可知，周期为0.02s，由角速度为
故B正确；
C．由图乙可知，t=0.01s时，电动势为最大，此时穿过线圈平面的磁通量为0，故C错误；
D．从图示位置开始计时，AB边回到图示位置，由右手定则可知，A点电势高于B点电势，则电刷P的电势低于电刷Q的电势，故D错误。
故选B。
13．A
【详解】
AB．不论是绕还是绕匀速转动，线圈转动到图示位置时，线圈中的电动势为
根据闭合电路欧姆定律可知因此线框中感应电流相同，故A正确，B错误；
CD．当线框绕匀速转动，边产生的感应电动势为
当线框绕匀速转动，边产生的感应电动势为
即有
故C、D错误；
故选A。
14．A
【详解】
A．图示位置穿过线框的磁通量最大，为中性面，故A正确；
B．回路中将产生正弦式交变电流，故B错误；
CD．时，线框与磁感线方向平行，穿过线框的磁通量为零，感应电流最大，电流方向不会立即变化，故CD错误。
故选A。
15．C
【详解】
AC．线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边速度方向与磁感线平行，即不切割磁感线，穿过线框的磁通量的变化率等于零，所以电动势等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变。A错误，C正确；
BD．线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，切割磁感线的两边的速度与磁感线垂直，有效切割磁感线速度最大，此时穿过线框的磁通量的变化率最大，所以感应电动势最大，BD错误。
故选C。
16． 逆时针转动(填“逆时针”也可以) 小
【详解】
试题分析：（1）有水平风吹来时磁体将逆时针运动
（2）磁铁转动，导致穿过线圈的磁通量发生周期性变化，故产生交变电流，转动速度越大，电流计示数越大，所以电流计示数减小，则磁铁转动变慢，风速减小
考点：考查额风速仪原理
点评：磁铁转动，导致穿过线圈的磁通量发生周期性变化，故产生交变电流，
17． 正确； 错误； 错误； 正确；
【详解】
（1）应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．此说法正确；（正确）
（2）一通电导线放在磁场中某处不受安培力，可能是导线与磁场方向平行，该处的磁感应强度不一定是零，则此项错误．（错误）
（3）在B、I、L大小一定的情况下，导线平行于磁场时，安培力最小，垂直于磁场时，安培力最大．此项错误；（ 错误）
（4）线圈在通过垂直中性面的平面时，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大；此项正确．（正确）
（5）对于磁电式电流表，在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，电流越大，安培力越大，则指针偏转的角度越大；此项正确．（正确）
18． 最大 零 i=Imcosωt 最小 改变 最大 b→a
【详解】
（1）[1][2]图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，磁通量变化率为零。
（2）[3]从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imcos ωt。
（3）[4][5]当线圈转到图（c）位置时为中性面，感应电流为零，最小，且感应电流方向发生改变。
（4）[6][7]当线圈转到图（d）位置时，磁通量变化率最大，此时感应电动势最大，由右手定则可知，ab边感应电流方向为b→a。
19．见解析
【详解】
线框平面与磁场方向平行时产生的感应电动势最大，ab边切割磁感线时产生的感应电动势与cd边产生的感应电动势串联，即
所以
其中得
同理
所以
20．见解析
【详解】
在匀强磁场中，矩形线圈绕线圈平面内垂直于磁感线的轴匀速转动时，线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为零，但是此时磁通量的变化率最大，感应电动势最大；线圈平面在中性面内的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，但是此时磁通量的变化率为零，因此线圈中的感应电动势为零。
21．（1），141V；（2）；（3）4.45J。
【详解】
（1）根据法拉第电磁感应定律，当线框转动到图示位置时，线框的线速度与磁感线垂直，切割速度最大，此时电动势最大；ab边（或cd）边一根导线切割磁感线所产生的电动势：
对于n匝线圈，ab边与cd边构成的电源串联一起切割磁感线，则：
代入数据解得：；
（2）电动势有效值为：
根据闭合电路欧姆定律：
；
（3）外力所做的功转化为电能：
解得：。
22．(1) (2)
【详解】
(1)线框逆时针转动，根据右手定则，电流俯视为逆时针；
电动势最大值：V
从垂直中性面位置开始计时，故瞬时值为：（V）
(2)变压器的输入电压为：V；
根据变压器变压比公式，有：
解得：
粤教版（2019）选择性必修二 3.1 认识交变电流
一、单选题
1．矩形线框绕垂直于匀强磁场且在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，线框的磁通量最大，磁通量变化最快
B．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零
C．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
D．线框绕轴每转动一周，感应电流方向就改变一次
2．关于正弦交变电流的产生过程，下列说法正确的是（ ）
A．当线圈平面与中性面垂直时，电流方向发生变化
B．线圈平面经中性面时开始计时，周期内，电流先增大后减小
C．线圈平面与中性面垂直开始计时，2个周期内电流方向改变4次
D．线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置，也是感应电流最大的位置
3．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abed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．
4．把发光颜色不同的两个二极管并联（该类二极管具有单向导电性，导通时发光），使两者正负极方向不同。当摇动如图所示的手摇发电机时，两个二极管交替发光，则流过其中一个二极管的电流是（ ）
A．交流电 B．直流电
C．恒定电流 D．涡流
5．一矩形线圈在匀强磁场中绕其中心轴匀速转动时，就会在线圈中形成交变电流。下列说法正确的是（ ）
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，磁通量变化率也最大
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，产生的电动势在减小
6．如图所示的四个装置中，与发电机工作原理相同的是（ ）
A． B．
C． D．
7．如图所示，是交流发电机的发电过程，线圈的AB边和CD边分别连在金属滑环K和L上，电刷E和F分别压在滑环K和L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。两磁极之间的磁场视为匀强磁场，A为理想交流电流表，R为定值电阻，线圈电阻为r，其余电阻不计。在线圈绕OO'轴逆时针匀速转动的过程中（甲、丙位置线圈平面竖直，乙、丁位置线圈平面水平），下列说法错误的是（ ）
A．线圈转到图甲和图丙位置时，磁通量的变化率为零
B．线圈转到图甲和图丙位置时，交流电流表的示数为零
C．线圈转到图乙和图丁位置时，流经电阻R的电流方向相反
D．线圈转动一周，R和r上产生的焦耳热之比为R：r
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所示，则下列说法中正确的是（ ）
A．t1时刻线圈平面感应电动势达最大 B．t2时刻线圈平面位于中性面
C．t3时刻线圈平面磁通量变化率为零 D．t2时刻线圈平面产生的感应电流改变向
9．两人在赤道上站立，各自手握金属绳OPO′的一端，绕东西方向的水平轴沿顺时针方向匀速摇动，周期为T，将金属绳连入电路，闭合回路如图所示，取金属绳在图示的最高位置时为t=0时刻，则下列说法正确的是（ ）
A．电路中存在周期为T的变化电流
B．t=0时刻，回路磁通量最大，电路中电流最大
C．t=时刻，电流向左通过灵敏电流计
D．t=时刻，回路磁通量最大电路中电流最大
10．关于正弦交流电，下列说法正确的是（ ）
A．一个周期内，电流的方向改变1次 B．一个周期内，电流的方向改变2次
C．线圈跟中性面重合时，磁通量最小 D．线圈跟中性面重合时，感应电动势最大
11．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．、时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B．、时刻线圈中感应电流方向改变
C．、时刻线圈中磁通量最大
D．、时刻线圈中感应电动势最小
12．图甲为交流发电机的示意图，磁场可视为水平方向的匀强磁场，电阻R=5Ω，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，输出的交变电压随时间变化的图象如图乙所示。以下判断正确的是（ ）
A．电流表的示数为10A
B．线圈转动的角速度为100πrad/s
C．t=0.01s时，穿过线圈平面的磁通量最大
D．t＝0.02s时，电刷P的电势高于电刷Q的电势
13．如图所示，匀强磁场方向水平向右，粗细均匀的正方形金属线框abcd放在匀强磁场中，线框平面与磁场平行，O1 O 2为正方形金属线框垂直于磁场的对称轴，ab边与垂直于磁场的直线O3O4重合，当线框以角速度绕O1O2匀速转动到图示位置时cd边产生的感应电动势为E1，回路中的感应电流为I1，当线框以角速度绕O3O4匀速转动到图示位置时cd边产生的感应电动势为E2，回路中的感应电流为I2，则（ ）
A． B． C． D．
14．如图所示，边长为L的正方形线框在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，以周期T绕OO′轴匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是（ ）
A．图示位置为中性面 B．回路中产生稳恒直流电
C．时，电流方向将发生改变 D．时刻穿过线框的磁通量为
15．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
二、填空题
16．如图是一种风速仪示意图，试回答下列问题：
（1）有水平风吹来时磁体如何转动？(自上往下看)_______________________.
（2）电流计示数变小，其风速就变_____________．
17．判断下列说法的正误．
(1)应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．( )
(2)一通电导线放在磁场中某处不受安培力，该处的磁感应强度一定是零．( )
(3)在B、I、L大小一定的情况下，导线平行于磁场时，安培力最大，垂直于磁场时，安培力最小．( )
(4)线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大．( )
(5)对于磁电式电流表，在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关．( )
18．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”）。
三、解答题
19．如图所示为一个小型交流发电机的原理图，其矩形线框的面积为S，共有N匝，线框的总电阻为r，线框处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，线框在转动时可以通过滑环K和电刷L保持与外电路电阻R的连接，在外力作用下线框以恒定的角速度绕垂直于磁场的线框平面内的对称轴匀速转动（不计转动轴及滑环与电刷的摩擦），推导发电机线框产生感应电动势最大值的表达式。
20．有同学认为：在匀强磁场中，矩形线圈绕线圈平面内垂直于磁感线的轴匀速转动时，线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为零，因此线圈中的感应电动势为零；线圈平面在中性面内的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，因此线圈中的感应电动势最大。这种看法正确吗？为什么？
21．如图所示为一交流发电机的原理示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，发电机的矩形线圈abcd在磁场中，图中abcd分别为矩形线圈的四个顶点，其中的c点被磁铁遮挡而未画出。线圈可绕过bc边和ad边中点且垂直于磁场方向的水平轴匀速转动。为了便于观察，图中发电机的线圈只画出了其中的1匝，用以说明线圈两端的连接情况。线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上；用导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动过程中可以通过滑环和电刷保持其两端与外电路的定值电阻R连接。已知矩形线圈ab边和cd边的长度L1＝50cm，bc边和ad边的长度L2＝20cm，匝数n＝100匝，线圈的总电阻r＝5.0Ω，线圈转动的角速度ω＝282rad/s，外电路的定值电阻R＝45Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝0.05T。电流表和电压表均为理想电表，滑环与电刷之间的摩擦及空气阻力均可忽略不计，计算中取π＝3.14，＝1.41。
（1）请推导出线圈在匀速转动过程中感应电动势最大值Em的表达式（用题中已知物理量的符号表示），并求出此最大值；
（2）求电流表的示数I；
（3）求维持线圈匀速转动1圈，所需外力做的功W（结果保留3位有效数字）。
22．如图所示是交流发电机模型示意图，n＝100匝的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B＝T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.48m2．线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝50πrad/s匀速转动，并与理想变压器相连，变压器副线圈接入一只额定电压为12V的灯泡，灯泡正常发光，线框、输电线路的电阻都不计．
求：(1)将图示时刻记为t＝0，写出电动势瞬时表达式；
(2)变压器的原、副线圈匝数比．
参考答案：
1．B
【详解】
AB．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生正弦式交流电；中性面时，磁通量最大，磁通量的变化率为零，各边不切割磁感线，感应电动势为零，感应电流为零；故A错误，B正确；
C．当线圈平面与中性面垂直时，线圈平面与磁感线平行，此时磁通量最小为零，而感应电动势最大，故C错误；
D．每当线圈经过中性面时，感应电流的方向一定会改变一次；在一个周期内交流电的方向会改变两次，故D错误；
故选B。
2．C
【详解】
线圈转动过程中，在中性面位置，磁通量最大、电流等于零，方向改变，2个周期方向改变4次，由中性面经周期到与中性面垂直，电流逐渐增大到最大。故C正确，ABD错误。
故选C。
3．A
【详解】
A．当以线圈平面内某虚线为轴匀速转动时，线圈中的磁通量始终不变，没有感应电流产生，故A不可能产生该电流，故A符合题意；
BCD．三图中线圈绕垂直于磁场方向的轴转动，磁通量发生变化，根据交变电流的产生原理可知，三者均产生示波器中的正弦式交变电流，故BCD不符合题意。
故选A。
4．B
【详解】
交流电是指大小和方向发生周期性变化的电流，直流电的方向不变，恒定电流的大小与方向均不变，涡流是感应电流；手摇发电机产生的是交流电，因为该类二极管具有单向导电性，所以通过每个二极管的电流方向不变，为直流电。
故选B。
5．B
【详解】
A.线圈经过甲图位置（中性面）时，穿过线圈的磁通量最大，产生的电流为零。故A错误；
B．线圈经过乙图位置（与中性面垂直）时，穿过线圈的磁通量为零，产生的电流最大，根据楞次定律可知电流的方向为图中箭头指向。故B正确；
C．线圈经过丙图位置（中性面）时，穿过线圈的磁通量最大，产生的磁通量变化率最小为零。故C错误；
D．线圈从丙图位置（中性面）转到丁图位置（与中性面垂直）的过程中，根据法拉第电磁感应定律可知，穿过线圈的磁通量减小，产生的电动势在增大。故D错误。
故选B。
6．B
【详解】
发电机工作原理为闭合回路部分导线切割磁感线，产生感应电流，B图符合，A图为电动机原理，C图为表示通电导线周围存在磁场，D图为通电导线在磁场中受力运动，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
7．B
【详解】
A．线圈转到图甲和图丙位置时，磁通量最大，其变化率为零，故A正确，与题意不符；
C．线圈转到图乙和图丁位置时，由楞次定律或右手定则可判定流经电阻R的电流方向相反，C正确，与题意不符；
D．电热，因流经R和r的电流总相等，故R和r上产生的焦耳热之比为R：r，D正确，与题意不符；
B．交流电流表指示的是交流电的有效值，而非瞬时值，故不为零，B错误与题意相符。
故选B。
8．C
【详解】
A．由图可知，t1时刻磁通量最大，此时感应电动势为0，故A错误；
B．由图可知，t2时刻磁通量为0，此时线圈平面与磁感线平行，即与中性面垂直，故B错误；
C．图象斜率表示磁通量变化率，由图可知，t3时刻线圈平面磁通量变化率为零，故C正确；
D．由图可知，t2时刻磁通量为0，此时线圈平面与磁感线平行，此时感应电动势最大，此时电流方向不变，故D错误。
故选C。
9．A
【详解】
AC．在赤道上时，地磁场方向从地球南极出发到地球北极，类比导线切割磁感线，由右手定则判断，在上方电流沿方向，在下方电流沿方向，电路中存在周期性变化的电流，时刻，电流向右通过灵敏电流计，故A正确C错误；
B．t=0时刻，回路磁通量最大，但磁通量的变化率最小，则电路中电流最小，故B错误；
D．时刻，回路磁通量最大，但磁通量的变化率最小，电路中电流最小，故D错误。
故选A。
10．B
【详解】
AB．正弦交流电一个周期内，电流的方向改变2次，故B正确，A错误；
CD．线圈跟中性面重合时，磁通量最大，感应电动势最小为0,故CD错误。
故选B。
11．D
【详解】
A．、时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于零，A错误；
BC．由题图乙知、时刻通过线圈的磁通量最小，线圈与中性面垂直，线圈中感应电流方向不发生改变，BC错误；
D．、时刻线圈中磁通量的变化率为零，感应电动势最小，D正确。
故选D。
12．B
【详解】
A．由图乙可知，电动势的有效值为
由欧姆定律可知，电流表的示数为
故A错误；
B．由图乙可知，周期为0.02s，由角速度为
故B正确；
C．由图乙可知，t=0.01s时，电动势为最大，此时穿过线圈平面的磁通量为0，故C错误；
D．从图示位置开始计时，AB边回到图示位置，由右手定则可知，A点电势高于B点电势，则电刷P的电势低于电刷Q的电势，故D错误。
故选B。
13．A
【详解】
AB．不论是绕还是绕匀速转动，线圈转动到图示位置时，线圈中的电动势为
根据闭合电路欧姆定律可知因此线框中感应电流相同，故A正确，B错误；
CD．当线框绕匀速转动，边产生的感应电动势为
当线框绕匀速转动，边产生的感应电动势为
即有
故C、D错误；
故选A。
14．A
【详解】
A．图示位置穿过线框的磁通量最大，为中性面，故A正确；
B．回路中将产生正弦式交变电流，故B错误；
CD．时，线框与磁感线方向平行，穿过线框的磁通量为零，感应电流最大，电流方向不会立即变化，故CD错误。
故选A。
15．C
【详解】
AC．线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边速度方向与磁感线平行，即不切割磁感线，穿过线框的磁通量的变化率等于零，所以电动势等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变。A错误，C正确；
BD．线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，切割磁感线的两边的速度与磁感线垂直，有效切割磁感线速度最大，此时穿过线框的磁通量的变化率最大，所以感应电动势最大，BD错误。
故选C。
16． 逆时针转动(填“逆时针”也可以) 小
【详解】
试题分析：（1）有水平风吹来时磁体将逆时针运动
（2）磁铁转动，导致穿过线圈的磁通量发生周期性变化，故产生交变电流，转动速度越大，电流计示数越大，所以电流计示数减小，则磁铁转动变慢，风速减小
考点：考查额风速仪原理
点评：磁铁转动，导致穿过线圈的磁通量发生周期性变化，故产生交变电流，
17． 正确； 错误； 错误； 正确；
【详解】
（1）应用左手定则时，四指指向电流方向，拇指指向安培力方向．此说法正确；（正确）
（2）一通电导线放在磁场中某处不受安培力，可能是导线与磁场方向平行，该处的磁感应强度不一定是零，则此项错误．（错误）
（3）在B、I、L大小一定的情况下，导线平行于磁场时，安培力最小，垂直于磁场时，安培力最大．此项错误；（ 错误）
（4）线圈在通过垂直中性面的平面时，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，感应电流最大；此项正确．（正确）
（5）对于磁电式电流表，在线圈转动的范围内，线圈所受安培力与电流有关，电流越大，安培力越大，则指针偏转的角度越大；此项正确．（正确）
18． 最大 零 i=Imcosωt 最小 改变 最大 b→a
【详解】
（1）[1][2]图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，磁通量变化率为零。
（2）[3]从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imcos ωt。
（3）[4][5]当线圈转到图（c）位置时为中性面，感应电流为零，最小，且感应电流方向发生改变。
（4）[6][7]当线圈转到图（d）位置时，磁通量变化率最大，此时感应电动势最大，由右手定则可知，ab边感应电流方向为b→a。
19．见解析
【详解】
线框平面与磁场方向平行时产生的感应电动势最大，ab边切割磁感线时产生的感应电动势与cd边产生的感应电动势串联，即
所以
其中得
同理
所以
20．见解析
【详解】
在匀强磁场中，矩形线圈绕线圈平面内垂直于磁感线的轴匀速转动时，线圈平面跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为零，但是此时磁通量的变化率最大，感应电动势最大；线圈平面在中性面内的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，但是此时磁通量的变化率为零，因此线圈中的感应电动势为零。
21．（1），141V；（2）；（3）4.45J。
【详解】
（1）根据法拉第电磁感应定律，当线框转动到图示位置时，线框的线速度与磁感线垂直，切割速度最大，此时电动势最大；ab边（或cd）边一根导线切割磁感线所产生的电动势：
对于n匝线圈，ab边与cd边构成的电源串联一起切割磁感线，则：
代入数据解得：；
（2）电动势有效值为：
根据闭合电路欧姆定律：
；
（3）外力所做的功转化为电能：
解得：。
22．(1) (2)
【详解】
(1)线框逆时针转动，根据右手定则，电流俯视为逆时针；
电动势最大值：V
从垂直中性面位置开始计时，故瞬时值为：（V）
(2)变压器的输入电压为：V；
根据变压器变压比公式，有：
解得：
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