3-1-交變電流(分層作業(yè))(解析版)(人教版2019選擇性必修第二冊)

第1節(jié)交變電流交變電流的判斷1.(2023·廣東省江門市·單元測試)如圖所示的各圖象中表示交變電流的是(

)A. B.

C. D.【答案】D

【詳解】ABC、圖中電流的方向沒有發(fā)生變化，不是交變電流，故ABC錯誤；

D、圖中電流大小和方向都隨時間做周期性變化，是交變電流，故D正確。

故選D。

2.(2023·湖北省孝感市·月考試卷)下列圖像中不屬于交流電的有(

)A. B.

C. D.【答案】B

【詳解】解：交流電是指電流的方向發(fā)生變化的電流，電流的大小是否變化對其沒有要求。電流的方向變化的是ACD選項，電流方向沒有變化的是B選項，故ACD是交流電，B是直流電。本題選擇不是交流電的，

故選：B。交變電流的產(chǎn)生

3.(2022·河北省石家莊市·月考試卷)如圖所示為交流發(fā)電機的模型圖，矩形線框abcd在勻強磁場中繞軸OO′逆時針勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始轉(zhuǎn)過90°的過程中，下列說法正確的是A.磁通量不斷增大，磁通量變化率也不斷增大

B.磁通量不斷減小，磁通量變化率也不斷減小

C.電流方向為a→b→c→d，大小逐漸增大

D.電流方向為a→d→c→b，大小逐漸減小【答案】C

【詳解】AB.圖示位置為中性面，通過線框的磁通量最大，磁通量的變化率為零，故從圖示位置開始轉(zhuǎn)過90°的過程中，磁通量不斷減小，磁通量變化率不斷增大，故AB錯誤;

CD.根據(jù)楞次定律，從圖示位置開始轉(zhuǎn)過90°的過程中，感應電流方向為

4.(2023·河南省鶴壁市·單元測試)小型交流發(fā)電機的示意圖如圖所示，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場。線圈繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向以恒定的角速度勻速轉(zhuǎn)動，下列說法正確的是(

)

A.圖示位置的線圈位于中性面

B.線圈經(jīng)過圖示位置時磁通量的變化率最大

C.線圈每經(jīng)過圖示位置，交變電流的方向就會發(fā)生改變

D.若線圈轉(zhuǎn)動的角速度增大一倍，則感應電動勢的有效值變?yōu)樵瓉淼?倍【答案】B

【詳解】ABC.穿過線圈的磁通量最大時，線圈所在的平面為中性面，圖示位置穿過線圈的磁通量為0，穿過線圈的磁通量變化率最大，線圈經(jīng)過中性面時，電流方向會發(fā)生改變，選項B正確，選項AC均錯誤;

D.由E=22E5.(2023·山西省朔州市·期末考試)手搖式發(fā)電機是我們教學中常用的演示工具，如圖甲所示，可以簡化為圖乙。一個小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機的矩形線圈面積為S，匝數(shù)為n，線圈總電阻為r，在磁感應強度為B的勻強磁場中以矩形線圈中軸線為軸、以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交流電通過M、N與外電路連接，如圖乙所示，外電路電燈電阻為R，電壓表為理想交流電表。在線圈由平行于磁場方向位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，下面說法正確的是(

)A.電壓表V的示數(shù)為nωBSRR+r

B.通過燈泡的電荷量為n2BSR+r

C.電燈中產(chǎn)生的焦耳熱為n【答案】C

【詳解】線圈由平行于磁場方向位置開始轉(zhuǎn)動，線圈產(chǎn)生交流電的表達式為e=Emcosωt=nBSωcosωt

A.電壓表V的示數(shù)是路端電壓的有效值，由閉合電路歐姆定律和交流電表達式可知路端電壓峰值為RR+rEm，路端電壓有效值為路端電壓峰值除以2，故電壓表示數(shù)為2R2R+rnBSω，故A錯誤；

B.通過燈泡的電荷量應用電流的平均值乘以時間，注意磁通量與匝數(shù)無關(guān)，代入可得q=It=ER+rt=nΔΦtR+rt=nΔΦ6.關(guān)于交變電流和直流的說法,正確的是()A.如果電流大小做周期性變化,則一定是交變電流B.直流的大小可以變化,但方向不一定變化C.交變電流一定是按正弦規(guī)律變化的D.交變電流的最大特征就是電流的方向發(fā)生周期性的變化【答案】D【詳解】直流的特征是電流方向不變,交變電流的特征是電流方向改變,另外交變電流不一定都是正弦式交變電流,D正確。7.交流發(fā)電機在工作時電動勢為e=Emsinωt,若將發(fā)電機線圈轉(zhuǎn)動的角速度提高一倍,同時將電樞所圍面積減小為原來的一半,其他條件不變,則其電動勢變?yōu)?)A.e'=Emsinωt2 B.e'=2EmsinC.e'=Emsin2ωt D.e'=Em2sin2【答案】C【詳解】本題考查交流電壓的瞬時值表達式e=Emsinωt,而Em=NωBS,當ω加倍而S減半時,Em不變,故正確答案為C。8.(2020山東菏澤高二聯(lián)考)線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生交變電流的圖像如圖所示,由圖可知()A.在A和C時刻線圈處于中性面位置B.在B和D時刻穿過線圈的磁通量為零C.從A時刻起到D時刻,線圈轉(zhuǎn)過的角度為π弧度D.在A和C時刻磁通量變化率的絕對值最大【答案】D【詳解】在A和C時刻感應電流最大,感應電動勢最大,而磁通量為零,磁通量的變化率最大,線圈處于與中性面垂直的位置,A錯誤,D正確;在B和D時刻感應電流為零,感應電動勢為零,而磁通量最大,B錯誤;從A時刻到D時刻經(jīng)過時間為349.(多選)(2020湖北武漢調(diào)研)下圖是交流發(fā)電機的示意圖。線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上,CD邊連在滑環(huán)L上,導體做的兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上,線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。下列說法正確的是()A.當線圈轉(zhuǎn)到圖甲位置時,磁通量的變化率最大B.從圖乙所示位置開始計時,線圈中電流i隨時間t變化的關(guān)系是i=ImcosωtC.當線圈轉(zhuǎn)到圖丙位置時,感應電流最小D.當線圈轉(zhuǎn)到圖丁位置時,流經(jīng)外電路的電流方向為E→F【答案】BC【詳解】線圈平面與磁感線垂直,磁通量最大,但磁通量變化率最小為零,故A錯誤;從題圖乙所示位置開始計時,線圈產(chǎn)生的感應電動勢最大,形成的感應電流最大,線圈中電流i隨時間t變化的關(guān)系是i=Imcosωt,故B正確;當線圈轉(zhuǎn)到題圖丙位置時,線圈位于中性面位置,此時感應電流最小,且感應電流方向改變,故C正確;當線圈轉(zhuǎn)到題圖丁位置時,感應電動勢最大,根據(jù)楞次定律可知AB邊感應電流方向為A→B,流經(jīng)外電路的電流方向為F→E,故D錯誤。10.(多選)如圖所示,abcd為一邊長為l、匝數(shù)為N的正方形閉合線圈,繞對稱軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,角速度為ω?？臻g中只有OO'左側(cè)存在垂直于紙面向里的勻強磁場,磁感應強度為B。若閉合線圈的總電阻為R,則()A.線圈中電動勢的最大值為22NBl2B.線圈中電動勢的最大值為12NBl2C.在線圈轉(zhuǎn)動一圈的過程中,線圈中有一半時間沒有電流D.當線圈轉(zhuǎn)到圖中所處的位置時,穿過線圈的磁通量為12Bl【答案】BD【詳解】最大值Em=12NBl2ω,A錯誤,B正確;在線圈轉(zhuǎn)動的過程中,線圈始終有一半在磁場中運動,不會有一半時間沒有電流,C錯誤;題圖所示位置中,穿過線圈的磁通量為111.如圖所示,一半徑為r=10cm的圓形線圈共100匝,在磁感應強度B=5π2T的勻強磁場中,繞垂直于磁場方向的中心軸線OO'以ω=20(1)寫出線圈內(nèi)所產(chǎn)生的交流電動勢的瞬時值表達式。(2)求線圈從圖示位置開始在160【答案】(1)e=100sin20πt(V)(2)503V【詳解】1)線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸線勻速轉(zhuǎn)動時,線圈內(nèi)產(chǎn)生正弦式交流電動勢,當線圈平面在中性面時開始計時,其表達式為e=Emsinωt,其中Em=NBSω(與線圈形狀無關(guān))故e=100sin20πt(V)。(2)當t=160e=100sin20π×160V=505.如圖所示,勻強磁場的磁感應強度為B=0.50T,矩形線圈的匝數(shù)N=100,邊長lab=0.20m,lbc=0.10m,以100πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動,從線圈平面通過中性面時開始計時。(1)求交流電動勢的瞬時值表達式。(2)若線圈總電阻為2Ω,線圈外接電阻為8Ω,寫出交變電流的瞬時值表達式?！敬鸢浮?1)e=100πsin100πt(V)(2)i=10πsin100πt(A)【詳解】(1)線圈電動勢的最大值Em=NBSω=100πV故交流電動勢的瞬時值表達式為e=Emsinωt=100πsin100πt(V)。(2)Im=Em所以交變電流的瞬時值表達式為i=10πsin100πt(A)。12.(2022·浙江省)如圖所示，甲圖是一種手搖發(fā)電機及用細短鐵絲顯示的磁場分布情況，搖動手柄可使對稱固定在轉(zhuǎn)軸上的矩形線圈轉(zhuǎn)動；乙圖是另一種手搖發(fā)電機及磁場分布情況，皮帶輪帶動固定在轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的兩個線圈轉(zhuǎn)動。下列說法正確的是(

)

A.甲圖中線圈轉(zhuǎn)動區(qū)域磁場可視為勻強磁場

B.乙圖中線圈轉(zhuǎn)動區(qū)域磁場可視為勻強磁場

C.甲圖中線圈轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的電流是正弦交流電

D.乙圖線圈勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的電流是正弦交流電【答案】A

【解析】解：A.甲圖中細短鐵絲顯示的磁場分布均勻，則線圈轉(zhuǎn)動區(qū)域磁場可視為勻強磁場，故A正確；B.乙圖中細短鐵絲顯示的磁場分布不均勻，則線圈轉(zhuǎn)動區(qū)域磁場不能看成勻強磁場，故B錯誤；C.根據(jù)發(fā)電機原理可知甲圖中線圈在勻強磁場中繞垂直磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動時才能產(chǎn)生正弦交流電，故C錯誤；D.乙圖中是非勻強磁場，則線圈勻速轉(zhuǎn)動時不能產(chǎn)生正弦交流電，故D錯誤；故選：A。13.(2022·浙江省)下列說法正確的是(

)A.恒定磁場對靜置于其中的電荷有力的作用

B.小磁針N極在磁場中的受力方向是該點磁感應強度的方向

C.正弦交流發(fā)電機工作時，穿過線圈平面的磁通量最大時，電流最大

D.升壓變壓器中，副線圈的磁通量變化率大于原線圈的磁通量變化率【答案】B

【詳解】解：A、根據(jù)F=qvB可知，恒定磁場對靜置于其中的電荷沒有力的作用，故A錯誤；B、根據(jù)磁場方向的規(guī)定可知，小磁針N極在磁場中的受力方向是該點磁感應強度的方向，故B正確；C、正弦交流發(fā)電機工作時，穿過線圈平面的磁通量最大時線圈處于中性面，此時磁通量最大，磁通量變化率為零，感應電動勢為零、電流為零，故C錯誤；D、升壓變壓器中，如果不漏磁，則副線圈的磁通量變化率等于原線圈的磁通量變化率，如果漏磁，則副線圈的磁通量變化率小于原線圈的磁通量變化率，故D錯誤。

故選：B。

14.(2019·全國·)如圖(a)，水平勻強磁場中有一邊長為0.5m的正方形線框，其電阻為1Ω.當線框繞過其兩對邊中心的豎直軸OO′以某一角速度勻速旋轉(zhuǎn)時，線框中產(chǎn)生的感應電動勢?隨時間t變化的關(guān)系如圖(b)所示。下列說法正確的是(

)

A.線框轉(zhuǎn)動的角速度為0.4rad/s

B.