课下巩固训练9 交变电流-【正禾一本通】2024-2025学年高中物理选择性必修2同步课堂高效讲义配套练习（人教版2019）

课下巩固训练(九)　交变电流 【基础应用题】 1．下列所示图像中属于交变电流的是(　　 ) 解析：选A。交变电流是指电流、电压大小和方向均随时间周期性变化的电流，由题图可知，A正确。 2．(多选)如图所示，单匝矩形线圈abcd放在匀强磁场中，磁感应强度大小为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＝Bl1l2ωcos ωt D．以OO′为转轴跟以ab为转轴产生的感应电动势一样，感应电动势e＝Bl1l2ωcos ωt 解析：选CD。以O1O1′为轴转动时，穿过线圈的磁通量不变，不产生交变电流，故B错误；无论以OO′为轴还是以ab为轴转动，感应电动势的最大值都是Bl1l2ω，由于是从垂直于中性面开始计时，交变电流按余弦规律变化，故C、D正确，A错误。 3．图甲、乙是交流发电机示意图，线圈ABCD在磁场中匀速转动。下列说法正确的是(　　 ) A．图甲中穿过线圈的磁通量最大，电路中的感应电流最大 B．图乙中穿过线圈的磁通量为零，电路中的感应电流为零 C．图甲中穿过线圈的磁通量变化率为零，电路中的感应电流为零 D．图乙中穿过线圈的磁通量变化率最大，电路中的感应电流为零 解析：选C。题图甲中线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小，产生的感应电动势为零，电路中的感应电流为零，故A错误，C正确；题图乙中线圈位于与中性面垂直的位置，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，产生的感应电动势最大，电路中的感应电流最大，故B、D错误。 4．(2024·北京东城期末)如图所示，把小灯泡与教学用发电机相连接。转动手柄，两个磁极之间的线圈随之转动，小灯泡发光。下列说法正确的是(　　 ) A．线圈转动的快慢程度不会影响小灯泡的亮度 B．线圈转动过程中，通过小灯泡的电流大小不随时间变化 C．线圈每转动一周，通过小灯泡的电流方向改变一次 D．当线圈平面转到中性面时，通过线圈的磁通量变化率最小 解析：选D。线圈转动得越快，通过线圈的磁通量变化越快，电路中电流越大，小灯泡越亮，A错误；线圈转动过程中，通过小灯泡的电流大小随时间周期性变化，B错误；线圈每转动一周，通过小灯泡的电流方向改变两次，C错误；当线圈平面转到中性面时，通过线圈的磁通量变化率最小，为零，D正确。 5．一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定转轴匀速转动，线圈中产生的感应电流i随时间t的变化规律如图所示，下列说法正确的是(　　 ) A．t1时刻穿过线圈的磁通量最大 B．t2时刻穿过线圈的磁通量为0 C．t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率最大 D．每当电流方向变化时，线圈平面就会与中性面垂直 解析：选C。t1、t3时刻线圈位于垂直中性面位置，穿过线圈的磁通量为0，磁通量的变化率最大，A错误，C正确；t2时刻线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，B错误；线圈经过中性面位置时，电流方向发生变化，D错误。 6．(多选)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴以角速度ω＝100π rad/s匀速转动，如图甲所示。其产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示。下列说法正确的是(　　 ) A．t＝0.01 s时穿过线框的磁通量最小 B．该交变电动势的最大值为11 V C．该交变电动势的瞬时值表达式为e＝ V D．电动势瞬时值为22 V时，线圈平面与中性面的夹角为45° 解析：选CD。t＝0.01 s时电动势为零，线圈平面与磁场方向垂直，此时穿过线圈的磁通量最大，选项A错误；由题图乙可知，交变电动势的最大值Em＝22 V，该交变电动势的瞬时值表达式为e＝22sin (100πt) V，选项C正确，B错误；把电动势瞬时值22 V代入e＝22sin (100πt) V，得线圈平面与中性面的夹角为45°，选项D正确。 【综合提升题】 7．如图甲所示是目前市面上流行的手摇手机充电器，它体型小，携带方便，可以在紧急状态下给手机临时充电，其示意图如图乙所示。若某人摇动手柄给手机充电时，其内部线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，下列说法正确的是(　　 ) A．线圈转动的快慢程度不会影响回路中的电流大小 B．当线圈转到图乙所示位置时，电流方向将发生改变 C．若从图乙位置开始计时，线圈中的电流瞬时值表达式为i＝Imsin ωt D．当线圈转到图乙所示位置时，穿过线圈磁通量的变化率最大 解析：选D。线圈转动得越快，通过线圈的磁通量变化越快，电路中电流越大，A错误；线圈转到中性面时，电流方向才会发生改变，B错误；当线圈转到题图乙所示位置时，线圈中电流最大，从该位置开始计时，表达式应为i＝Imcos ωt，C错误；线圈转到图乙所示位置时电流最大，穿过线圈磁通量的变化率最大，D正确。 8．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产生的感应电动势最大值为50 V，那么该线圈由图示位置(线圈平面与磁场方向平行)转过30°时，线圈中的感应电动势大小为(　　 ) A．50 V B．25 V C．25 V D． 10 V 解析：选C。线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动，从垂直于中性面的位置开始计时，感应电动势的瞬时值e＝Emcos θ，故当θ＝30°时，感应电动势的瞬时值e＝Emcos 30°＝50× V＝25 V，故选项C正确。 9．(多选)如图所示，一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，转动过程中线框产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝0.5sin (20t) V，由该表达式可推知的物理量有(　　 ) A．匀强磁场的磁感应强度 B．线框的面积 C．穿过线框的磁通量的最大值 D．线框转动的角速度 解析：选CD。根据正弦式交变电流的感应电动势的瞬时值表达式e＝BSωsin ωt可得ω＝20 rad/s，而穿过线框的磁通量的最大值为Φm＝BS，根据BSω＝0.5 V可知，磁通量的最大值Φm＝0.025 Wb，但无法求出匀强磁场的磁感应强度和线框的面积，故C、D正确。 10．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．BSω，电流方向为KNMLK B．BSω，电流方向为KNMLK C．BSω，电流方向为KLMNK D．BSω，电流方向为KLMNK 解析：选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＝Emcos ωt＝BSωcos 30°＝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。 11．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向纸外，cd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 解析：选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。 【创新拔高题】 12．(2024·陕西榆林期末)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 [创新空间]换个角度推导交流电的产生 当线圈转至与中性面的夹角θ＝ωt时，穿过线圈的磁通量Φ＝BS cos ωt，根据法拉第电磁感应定律可知，线圈产生的感应电动势大小e＝N＝NωBS|sin ωt|。设感应电动势的最大值为Em＝NωBS，并规定此时感应电动势的方向为正方向，则感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emsin ωt。 解析：选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。 学科网（北京）股份有限公司 $$