3.1 交变电流（Word）-【全效作业本】2022-2023学年高中选择性必修第二册物理（人教版2019）

第三章　交变电流 3.1　交变电流 [见学生用书P37] 用一块磁铁接近发光的白炽灯泡，可以看到灯丝颤抖起来，请思考灯丝抖动的原因。从中分析流经灯丝的电流方向是否发生变化。 【答案】 灯丝发生抖动是因为通电导线在磁场中受到安培力的缘故，发生抖动说明灯丝的受力方向发生改变，从而说明流经灯丝的电流方向发生变化。 1．(多选)下列图像中属于交变电流的是(　ABC　) 【解析】 A、B、C中e的方向均随时间做周期性变化，它们属于交变电流；D中e的方向未随时间做周期性变化，是直流电。 2．(多选)下列方法中能够产生交变电流的是(　ACD　) 第2题图 A．线圈在匀强磁场中按逆时针方向匀速转动 B．金属棒绕过中心且与磁场垂直的轴逆时针匀速转动 C．由一条导线折成的折线绕PQ在匀强磁场中匀速转动 D．线圈的磁通量按照正弦规律变化 【解析】 A中线圈在匀强磁场中按逆时针方向匀速转动，会产生正弦式交变电流；B中的导体棒不切割磁感线，不产生感应电动势；C中的折线与矩形线圈的效果是相同的；D中能产生按余弦规律变化的交变电流。 3．关于线圈在匀强磁场中转动时产生的交变电流，下列说法正确的是(　C　) A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变 B．线圈每转动一周，感应电流方向就改变一次 C．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次 D．线圈每转动一周，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次 【解析】 线圈转至中性面时，线圈平面垂直于磁感线，磁通量最大，但磁通量的变化率、感应电动势、感应电流均为零，电流方向恰好发生变化，因此，线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时，每经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次，线圈每转动一周，两次经过中性面，感应电动势和感应电流的方向都要改变两次，C正确。 4．交流发电机发电过程示意图如图所示，线圈转动过程中，下列说法正确的是(　D　) 第4题图 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边感应电流方向为A→B 【解析】 转到图甲位置时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但磁通量变化率最小，A错误；转到图乙位置时，线圈中产生的感应电动势最大，B错误；转到图丙位置时，线圈位于中性面位置，此时感应电流为零，C错误；转到图丁位置时，根据右手定则可知AB边感应电流方向为A→B，D正确。 5．一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，则下列说法正确的是(　B　) 第5题图 A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s时刻Φ的变化率达到最大 C．t＝0.02 s时刻感应电动势达到最大 D．该线圈相应的感应电动势图像如图乙所示 【解析】 t＝0时Φ最大，线圈应在中性面位置，A错误；t＝0.01 s时，Φ －t图像的斜率最大，故最大，B正确；t＝0.02 s时，＝0，故e＝0，C、D错误。 6．为了研究交变电流的产生过程，小张同学设计了如下实验构思方案：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕轴OO1按图示方向匀速转动(ab向纸外，cd向纸内)，并从图甲所示位置开始计时，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，第三次他仅将转轴右侧的磁场去掉，关于后两次的i－t图像，下列说法正确的是(　D　) 第6题图 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 【解析】 第二次将转轴移到ab边上，产生的感应电流与第一次相同；第三次将OO1右侧的磁场去掉，线圈在转动过程中只有一边切割磁感线，产生的感应电流的最大值为原来的。D正确。 7．一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速运动，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的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是(　B　) 第7题图 A．t1、t3时刻通过线圈的磁通量的变化率最大 B．t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 C．t2、t4时刻通过线圈的磁通量最大 D．t2、t4时刻线圈中感应电动势最小 【解析】 由题图乙可知，t1、t3时刻通过线圈的磁通量Φ最大，磁通量变化率＝0，此时感应电动势、感应电流均为零，线圈中感应电流方向改变，A错误，B正确；t2、t4时刻穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，C、D错误。 8．如图所示，正方形线圈abcd的边长是0.5 m，共150匝，匀强磁场的磁感应强度B＝ T，线圈以150 r/min的转速绕中心轴线OO′匀速旋转。 第8题图 (1)若从线圈处于中性面开始计时，请你写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。 (