3.1 交变电流-2024-2025学年高二物理精剖细解讲义（人教版2019选择性必修第二册）

3.1 交变电流 ——精剖细解学习讲义 1、掌握交变电流和直流的概念； 2、理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律； 3、掌握两个特殊位置的物理特点； 4、掌握交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义。 考点一：交变电流 1、直流电流 方向不随时间变化的电流称为直流。 方向不随时间变化的电流叫作直流，大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。 2、交变电流 大小和方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。 特点：①交变电流最主要的特点是方向随时间做周期性变化；②交变电流虽然有方向，但它是标量，遵循代数运算法则。 产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。产生过程如下图所示，甲、丙位置时线圈中没有电流，乙、丁位置时线圈中电流最大，甲→乙→丙电流方向为DCBA，丙→丁→甲电流方向为ABCD，在甲、丙位置电流改变方向。线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻(或者说磁通量最大的时刻)。 产生原理：①中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫作中性面，线圈经过中性面时，不产生感应电动势，也没有感应电流；②方向变化：线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈每转动一周，经过中性面两次，感应电流的方向改变两次。 1．如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，下列说法正确的是（    ） A．图示位置，ab边的感应电流方向为由a→b B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C．线圈每转动一周，电流方向改变一次 D．图示位置线圈平面与磁场方向平行，磁通量变化率为零 【答案】A 【详解】A．线圈处于图示位置时，ab边向右运动，由右手定则知，ab边的感应电流方向是a→b，A正确； B．线圈平面垂直于磁感线的位置称为中性面，显然图示位置不是中性面，B错误； C．线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈转动一周，有两次经过中性面，电流方向改变两次，C错误； D．线圈平面与磁场方向平行时，此时线圈平面位移与中性面垂直位置，产生的感应电动势最大，磁通量的变化率最大，D错误。 故选A。 2．交流发电机模型如图所示，矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴匀速转动，从线圈平面与磁场垂直时开始计时，已知线圈转动的角速度，下列说法正确的是（　　） A．线圈中产生余弦变化规律的交变电流 B．时，线圈位于中性面 C．时，穿过线圈的磁通量变化率最大 D．时，线圈的感应电动势最大 【答案】D 【详解】A．根据题意可知线圈平面与磁场垂直时开始计时，即线圈从中性面开始转动，产生正弦变化规律的交变电流，故A错误； BCD．已知线圈转动的角速度，可得 当时，可得 知线圈从中性面转到线圈平面与磁场平行的位置；当时，可得 知线圈转到中性面位置，此时穿过线圈的磁通量变化率最小；当时，可得 知线圈转到与磁场平行的位置，此时线圈的感应电动势最大，故BC错误，D正确。 故选D。 3．在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图正弦规律变化，则（　　） A．t=0.5s时，线圈平面平行于磁感线 B．t=1s时，线圈中的感应电流最大 C．t=1.5s时，线圈中的感应电动势最大 D．t=2.0s时，线圈中的感应电流方向将改变 【答案】B 【详解】A．t=0.5s时，磁通量最大，则线圈平面垂直于磁感线，选项A错误； B．t=1s时，磁通量为零，线圈平面与磁感线平行，则线圈中的感应电流最大，选项B正确； C．t=1.5s时，磁通量最大，磁通量变化率为零，则此时线圈中的感应电动势为零，选项C错误； D．t=2.0s时，磁通量为零，感应电动势最大，此时线圈中的感应电流方向不改变，选项D错误。 故选B。 4．如图是交流发电机的示意图，线圈边连接在金属滑环上，边连接在金属滑环上，左右两个导体电刷分别压在滑环、上，线圈转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。若线圈绕转轴顺时针匀速转动，取从左向右通过电流表为电流正方向，从图示位置开始计时，下列图中能正确表示电流表中电流随时间变化关系的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】图示位置线圈中通过的磁通量最大，线圈平面处于中性面，感应电流为零；线圈顺时针转动，在线圈中产生感应电流的方向是从a到b，通过电流表的电流，从右到左，为负方向，故A正确，BCD错误。 故选A。 考点二：交变电流的变化规律 1、两个特殊的位置 位置 中性面位置 与中性面垂直的位置 图例 特点 B⊥S B∥S Φm＝BS最大 Φ＝0最小 e＝0最小 e＝Em＝NBSω最大 导体不切割，不产生电动势 导体垂直切割，产生电动势最大 ＝0最小瞬时值 ＝　最大瞬时值 i＝0　方向改变 i＝Im最大，方向不变 线圈每经过中性面一次，电流方向就改变一次，线圈每转一周，经过中性面两次，因此线圈每转一周，电流方向改变两次。 交变电流的周期等于线圈转动的周期。 2、正弦式交变电流的推导 线圈平面从中性面开始转动，则经时间t，线圈转过一定角度θ=ωt，如下图所示，ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ=ωt，ab边转动的线速度的大小v=ωR=ω，ab边产生的感应电动势eab＝BLabvsinθ=BSωsinωt，整一个线圈产生的电动势为e＝eab＝BSωsinωt。N匝线圈产生的总电动势为e＝NBSωsinωt=Emsinωt。电流为i==Imsinωt。 电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。 交变电动势的最大值Em＝NBSω，由线圈匝数N，磁感应强度B，转动角速度ω及线圈面积S决定与转轴位置无关，与线圈形状无关。 线圈在中性面位置开始计时，则i-t图像为正弦函数图像，函数表达式为i＝Imsin ωt。 线圈在垂直于中性面的位置开始计时，则i-t图像为余弦函数图像，函数表达式为i＝Imcos ωt。 3、从两个特殊位置开始计时瞬时值的表达式 从中性面位置开始计时 从与中性面垂直的位置开始计时 磁通量 Φ＝Φmcos ωt ＝BScos ωt Φ＝Φmsin ωt ＝BSsin ωt 感应电动势 e＝Emsin ωt ＝NBSωsin ωt e＝Emcos ωt ＝NBSωcos ωt 电压 u＝Umsin ωt ＝sin ωt u＝Umcos ωt ＝cos ωt 电流 i＝Imsin ωt ＝sin ωt i＝Imcos ωt ＝cos ωt 4、交变电流的图像 正弦式交变电流的图像如下图所示： 几种不同类型的交变电流如下图所示： 5．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的轴匀速转动。线圈内的磁通量随时间t变化的图像如图乙所示，则下列说法中正确的是（　　） A．t1时刻线圈中的感应电动势最大 B．t2时刻ab的运动方向与磁场方向平行 C．t3时刻线圈平面与中性面垂直 D．t2和t4时刻线圈中感应电流的方向相反 【答案】D 【详解】A．t1时刻通过线圈的磁通量最大，此时磁通量的变化率等于零，故感应电动势为零，故A错误； B．t2时刻磁通量为零，线圈与磁场平行，故导线ab的速度方向跟磁感线垂直，故B错误； C．t3时刻线圈的磁通量最大，故此时线圈与中性面重合，故C错误； D．由图可知t2、t4时刻线圈中感应电流方向相反，故D正确。 故选D。 6．某些共享单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，可以不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电。小型发电机的发电原理可简化为图甲所示，矩形线圈abcd线圈处于匀强磁场中，通过理想交流电流表与阻值为R的电阻相连。某段时间在骑行者的踩踏下，线圈绕垂直磁场方向的轴OO′匀速转动，图乙是线圈转动过程中穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像，则（　　） A．t=0时刻线圈处于中性面位置 B．t3时刻，穿过线圈的磁通变化率为零，感应电动势为零 C．t1时刻电流表示数为0，t2时刻电流表的示数最大 D．t2、t4时刻电流方向发生改变，线圈转动一周，电流方向改变两次 【答案】B 【详解】A．由图乙可知，t=0时刻穿过线圈的磁通量为0，则线圈与中性面垂直，故A错误； B．t3时刻，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，故B正确； C．根据题意可知，电流表的示数为回路中电流的有效值，而回路中电流的有效值不变，故C错误； D．t2、t4时刻磁通量为零，磁通量的变化率最大，即感应电动势最大，感应电流最大，此时电流方向不发生改变，而线圈转动一周，电流方向改变两次，故D错误。 故选B。 7．一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，产生的正弦式交变电压的波形图如图所示，下列说法正确的是（　　） A．交变电压的最大值是220V B．线圈转动的周期是1s C．第2s末通过线圈的磁通量绝对值最大 D．第2s末通过线圈的磁通量变化率绝对值最大 【答案】D 【详解】A．由题图可知，交变电压的最大值为311V，故A错误； B．由题图可知，线圈转动的周期为2s，故B错误； CD．第2s末瞬时电压值为最大值，根据交变电流的特点可知，此时线圈平面与中性面垂直，即线圈平面与磁场平行，所以此时通过线圈的磁通量为0，通过线圈的磁通量变化率绝对值最大，故C错误，D正确。 故选D。 多选题 8．如图所示，下列线圈匀速转动或匀速直线运动，能产生交变电流的是（　　） A．B．C． D． 【答案】AD 【详解】A．线圈沿垂直磁场的转轴转动，故可以产生交变电流，故A正确； B．根据，可知产生的是恒定电流，不会产生交变电流，故B错误； C．回路磁通量不变，没有感应电流，故C错误； D．线圈沿垂直磁场的转轴转动，可以产生正弦式交流电，故D正确。 故选AD。 9．有“海上充电宝”之称的南鲲号是一个利用海浪发电的大型海上电站，其发电原理是海浪带动浪板上下摆动，从而驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。若转子带动线圈如下图逆时针转动，并向外输出电流，则下列说法正确的是（　　） A．线圈转动到如图所示位置时穿过线圈的磁通量最大 B．线圈转动到如图所示位置时端电势低于端电势 C．线圈转动到如图所示位置时其靠近极的导线框受到的安培力方向向上 D．该发电机单位时间内能输出的最大电能与浪板面积的大小有关 【答案】CD 【详解】A．线圈转动到如图所示位置时穿过线圈的磁通量最小，故A错误； B．根据右手定则可知此时线圈内部电流从b到a，则线圈转动到如图所示位置时端电势高于端电势，故B错误； C．线圈转动到如图所示位置时其靠近N极的导线框的电流流向a端，则根据左手定则可知，线圈转动到如图所示位置时其靠近极的导线框受到的安培力方向向上，故C正确； D．浪板面积越大，则带动线圈转动的角速度越大，则发电机单位时间内能输出的最大电能越大，故D正确。 故选CD。 10．两人在赤道上站立。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．时刻，回路磁通量最大，电路中电流最大 C．时刻，电流向左通过灵敏电流计 D．时刻，电路中电流为零 【答案】AD 【详解】A．用类比法，如线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生周期性变化的交变电流，所以这个电路中存在周期为T的变化电流，故A正确； B．由于地磁场方向等效为由南指向北，则t=0时刻，回路磁通量最大，电路中电流最小为0，故B错误； C．时刻，第一次经过水平位置，这个过程磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流方向向右通过灵敏电流计，故C错误； D．时刻，导线速度方向与磁场方向平行，磁通量变化率为零，则电路中电流为零，故D正确。 故选AD。 11．制动能量回收是现代电动汽车以及混合动力汽车重要技术之一。汽车正常行驶时，电池组给直流电机供电，电机带动汽车行驶；当电动汽车减速和制动时，电路切换，断开电池组，车轮由于惯性转动，通过调节装置带动电动机的线圈反转，直流电动机就成了直流发电机，所产生的电流通过功率变化器接入蓄电池，即为能量回馈，达到节省能源的目的（其原理可简化为右图所示，汽车正常行驶时双刀双掷开关拨向左边，汽车减速和制动时双刀双掷开关拨向右边）。则以下说法正确的是（　　） A．汽车正常行驶时，若线圈中电流恒定，线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至任意位置时所受的安培力大小不变 B．汽车减速和制动时，若线圈转速恒定，线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至任意位置时产生的感应电动势的大小不变 C．汽车减速和制动时，由于线圈输出的是直流电，故不能直接接在变压器上进行变压 D．汽车减速和制动时，线圈在磁场中运动除了能产生电能，还有助于制动 【答案】AD 【详解】A．线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至任意位置时，导线与磁场方向均垂直，故所受的安培力大小均相等，因此A正确； B．线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至不同位置切割磁感线时，切割速度与磁场方向的夹角不相同，故产生的感应电动势大小不同，因此B错误； C．汽车减速和制动时，线圈转动产生的虽然是直流电，但是变化的，故可以直接接在变压器上进行变压，故C错误； D．汽车减速和制动时，线圈转动产生感应电流，磁场对线圈中感应电流的安培力阻碍线圈转动，从而对制动有辅助作用，故D正确。 故选AD。 12．如图所示，竖直长导线通有恒定电流，一矩形线圈abcd可绕其竖直对称轴O1O2转动．当线圈绕轴以角速度ω沿逆时针（沿轴线从上往下看）方向匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是（  ） A．t=0时，线圈产生的感应电动势最大 B．0~时间内，线圈中感应电流方向为abcda C．t=时，线圈的磁通量为零，感应电动势也为零 D．线圈每转动一周电流方向改变两次 【答案】BD 【详解】通电导线在其周围产生磁场，在其左侧产生的磁场垂直于纸面向外，离导线越远，磁场越弱，在t=0时刻，ab边和cd边转动时，速度方向与磁场平行，故不切割磁感线不产生感应电动势，故A错误；在0～时间内，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈中感应电流方向为abcda，故B正确；t=时，线圈的磁通量为零，ab边和cd边转动时，磁通量的变化率不为零，故感应电动势不为零，故C错误；线圈每转动一周电流方向改变两次，故D正确；故选BD． 【点睛】本题主要考查了通电导线在其周围产生磁场，线圈转动又会产生感应电动势，能用右手定则判断直导线周围的磁场方向，用楞次定律判断出电流方向． 13．在匀强磁场中，一闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化，则（　　） A．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的感应电动势为零 B．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的电流改变方向 C．时，线圈平面与磁场方向垂直，线圈中的感应电动势为零 D．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的磁通量的变化率最大 【答案】CD 【详解】ABD．根据题意，由图可知，、、时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，则线圈平面与磁场方向平行，线圈中的感应电动势最大，感应电流最大，电流方向不发生改变，故AB错误，D正确； C．根据题意，由图可知，时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，则线圈平面与磁场方向垂直，线圈中的感应电动势为零，故C正确。 故选CD。 14．如图，线圈在磁场中匀速转动产生交变电流，以下相关说法中正确的是    A．线圈在甲、丙图所示位置时，磁通量变化率最大 B．线圈在乙、丁图所示位置时，产生的电流最大 C．线圈平面经过甲、丙图所示位置时，电流的方向都要改变一次 D．线圈每转动一周，电流方向改变一次 【答案】BC 【详解】A．当线圈出现在甲、丙位置时，线圈平面和磁场完全垂直，磁通量最大，但ab边和cd边恰好不切割磁场，瞬时感应电动势为零，根据法拉第电磁感应定律，此时磁通量的瞬时变化率为零，故A错误； B．线圈在乙丁位置时，线圈平面和磁场方向平行，磁通量为零，但此时ab边和cd边正好垂直切割磁场，产生的感应电动势最大，故此时流过线圈的瞬时电流最大，故B正确； C．根据交变电流产生的原理，线圈每经过一次中性面，电流方向改变一次，线圈在甲、丙图中均处于中性面，故电流方向都要改变一次，故C正确； D．线圈每转动一周要经过两次中性面，所以线圈每转动一周，方向改变两次，故D错误。 故选BC。 15．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势如图示，则（　　） A．t1时刻线圈通过中性面 B．t2时刻线圈中磁通量最大 C．t3时刻线圈中磁通量变化率最大 D．t4时刻线圈中磁通量变化率最大 【答案】AD 【详解】A．t1时刻感应电动势为零，磁通量最大，位于中性面位置，故A正确； B．t2时刻感应电动势最大，磁通量变化率最大，磁通量最小，线圈平面与中性面垂直，故B错误； C．t3时刻感应电动势为零，磁通量变化率为零，线圈通过中性面，故C错误； D．t4时刻线圈中感应电动势最大，磁通量变化率最大，故D正确。 故选AD。 16．某自行车安装有发电照明系统。发电装置示意图如图所示，车轮带动线圈沿逆时针方向匀速转动从而产生电流，t＝0时刻线圈与磁场方向平行。两磁极间的磁场可视为匀强磁场，则下列说法正确的是（　　） A．t＝0时刻线圈中的电流最大 B．转过90°时线圈中的电流最大 C．t＝0时刻线圈中的电流方向由C指向D D．t＝0时刻线圈中的电流方向由D指向C 【答案】AD 【详解】A．t＝0时刻，线圈位于与中性面垂直的位置，通过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大，此时电流最大，故A正确； B．线圈转过90°后位于中性面位置，通过线圈的磁通量最大，磁通量变化率最小，感应电动势最小，为零，此时线圈中没有感应电流，故B错误； CD．t＝0时刻，AB边的速度方向竖直向下，CD边的速度方向竖直向上，由右手定则知此时电流的方向为D→C→B→A→D，故C错误，D正确。 故选AD。 17．风能是一种清洁无公害的可再生能源，我国风力发电发展迅猛，截至2023年6月底，中国风电装机容量约3.9亿千瓦。某种风力发电机的原理如图所示，发电机线圈固定，磁体在叶片的驱动下绕线圈对称轴转动。两磁体间的磁场可视为匀强磁场，图示时刻磁场和线圈平行。图示时刻（    ） A．感应电动势最小 B．感应电动势最大 C．电流方向由指向 D．电流方向由指向 【答案】BD 【详解】AB．题图示时刻磁场和线圈平行。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，故A错误，B正确； CD．根据楞次定律可知，图示时刻电流方向由指向，故C错误，D正确。 故选BD。 18．如图所示是物理实验室常见的手摇交流发电机，快速摇动发电机手柄，能看到灯泡可以发光，下列说法正确的是（　　） A．手柄摇得越快，发电机产生的交流电峰值越大 B．手柄摇得越快，发电机产生的交流电频率越高 C．手柄每转动一周，感应电流方向都会改变一次 D．把磁铁N、S极位置互换，发电机将不能发电 【答案】AB 【详解】AB．手柄摇得越快，线圈转动的角速度越大，产生交流电的频率 越大，线圈产生感应电动势的峰值 越大，故AB正确； C．手柄每转动一周，线圈转动周，感应电流方向改变次，故C错误； D．磁铁N、S极位置互换，线圈转动仍然切割磁感线产生感应电动势，故D错误。 故选AB。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.1 交变电流 ——精剖细解学习讲义 1、掌握交变电流和直流的概念； 2、理解交变电流的产生过程，会分析电动势和电流方向的变化规律； 3、掌握两个特殊位置的物理特点； 4、掌握交变电流的变化规律及表示方法，知道交变电流的瞬时值、峰值的物理含义。 考点一：交变电流 1、直流电流 方向不随时间变化的电流称为直流。 方向不随时间变化的电流叫作直流，大小和方向都不随时间变化的电流叫作恒定电流。 2、交变电流 大小和方向随时间做周期性变化的电流叫做交变电流，简称交流。 特点：①交变电流最主要的特点是方向随时间做周期性变化；②交变电流虽然有方向，但它是标量，遵循代数运算法则。 产生条件：在匀强磁场中，矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。产生过程如下图所示，甲、丙位置时线圈中没有电流，乙、丁位置时线圈中电流最大，甲→乙→丙电流方向为DCBA，丙→丁→甲电流方向为ABCD，在甲、丙位置电流改变方向。线圈每转一周，电流方向改变两次，电流方向改变的时刻也就是线圈中无电流的时刻(或者说磁通量最大的时刻)。 产生原理：①中性面：线圈平面与磁感线垂直的位置叫作中性面，线圈经过中性面时，不产生感应电动势，也没有感应电流；②方向变化：线圈每经过中性面一次，感应电流的方向就改变一次；线圈每转动一周，经过中性面两次，感应电流的方向改变两次。 1．如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，下列说法正确的是（    ） A．图示位置，ab边的感应电流方向为由a→b B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C．线圈每转动一周，电流方向改变一次 D．图示位置线圈平面与磁场方向平行，磁通量变化率为零 2．交流发电机模型如图所示，矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴匀速转动，从线圈平面与磁场垂直时开始计时，已知线圈转动的角速度，下列说法正确的是（　　） A．线圈中产生余弦变化规律的交变电流 B．时，线圈位于中性面 C．时，穿过线圈的磁通量变化率最大 D．时，线圈的感应电动势最大 3．在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图正弦规律变化，则（　　） A．t=0.5s时，线圈平面平行于磁感线 B．t=1s时，线圈中的感应电流最大 C．t=1.5s时，线圈中的感应电动势最大 D．t=2.0s时，线圈中的感应电流方向将改变 4．如图是交流发电机的示意图，线圈边连接在金属滑环上，边连接在金属滑环上，左右两个导体电刷分别压在滑环、上，线圈转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。若线圈绕转轴顺时针匀速转动，取从左向右通过电流表为电流正方向，从图示位置开始计时，下列图中能正确表示电流表中电流随时间变化关系的是（　　） A． B． C． D． 考点二：交变电流的变化规律 1、两个特殊的位置 位置 中性面位置 与中性面垂直的位置 图例 特点 B⊥S B∥S Φm＝BS最大 Φ＝0最小 e＝0最小 e＝Em＝NBSω最大 导体不切割，不产生电动势 导体垂直切割，产生电动势最大 ＝0最小瞬时值 ＝　最大瞬时值 i＝0　方向改变 i＝Im最大，方向不变 线圈每经过中性面一次，电流方向就改变一次，线圈每转一周，经过中性面两次，因此线圈每转一周，电流方向改变两次。 交变电流的周期等于线圈转动的周期。 2、正弦式交变电流的推导 线圈平面从中性面开始转动，则经时间t，线圈转过一定角度θ=ωt，如下图所示，ab边的线速度跟磁感线方向的夹角θ=ωt，ab边转动的线速度的大小v=ωR=ω，ab边产生的感应电动势eab＝BLabvsinθ=BSωsinωt，整一个线圈产生的电动势为e＝eab＝BSωsinωt。N匝线圈产生的总电动势为e＝NBSωsinωt=Emsinωt。电流为i==Imsinωt。 电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。 交变电动势的最大值Em＝NBSω，由线圈匝数N，磁感应强度B，转动角速度ω及线圈面积S决定与转轴位置无关，与线圈形状无关。 线圈在中性面位置开始计时，则i-t图像为正弦函数图像，函数表达式为i＝Imsin ωt。 线圈在垂直于中性面的位置开始计时，则i-t图像为余弦函数图像，函数表达式为i＝Imcos ωt。 3、从两个特殊位置开始计时瞬时值的表达式 从中性面位置开始计时 从与中性面垂直的位置开始计时 磁通量 Φ＝Φmcos ωt ＝BScos ωt Φ＝Φmsin ωt ＝BSsin ωt 感应电动势 e＝Emsin ωt ＝NBSωsin ωt e＝Emcos ωt ＝NBSωcos ωt 电压 u＝Umsin ωt ＝sin ωt u＝Umcos ωt ＝cos ωt 电流 i＝Imsin ωt ＝sin ωt i＝Imcos ωt ＝cos ωt 4、交变电流的图像 正弦式交变电流的图像如下图所示： 几种不同类型的交变电流如下图所示： 5．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的轴匀速转动。线圈内的磁通量随时间t变化的图像如图乙所示，则下列说法中正确的是（　　） A．t1时刻线圈中的感应电动势最大 B．t2时刻ab的运动方向与磁场方向平行 C．t3时刻线圈平面与中性面垂直 D．t2和t4时刻线圈中感应电流的方向相反 6．某些共享单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，可以不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电。小型发电机的发电原理可简化为图甲所示，矩形线圈abcd线圈处于匀强磁场中，通过理想交流电流表与阻值为R的电阻相连。某段时间在骑行者的踩踏下，线圈绕垂直磁场方向的轴OO′匀速转动，图乙是线圈转动过程中穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像，则（　　） A．t=0时刻线圈处于中性面位置 B．t3时刻，穿过线圈的磁通变化率为零，感应电动势为零 C．t1时刻电流表示数为0，t2时刻电流表的示数最大 D．t2、t4时刻电流方向发生改变，线圈转动一周，电流方向改变两次 7．一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，产生的正弦式交变电压的波形图如图所示，下列说法正确的是（　　） A．交变电压的最大值是220V B．线圈转动的周期是1s C．第2s末通过线圈的磁通量绝对值最大 D．第2s末通过线圈的磁通量变化率绝对值最大 多选题 8．如图所示，下列线圈匀速转动或匀速直线运动，能产生交变电流的是（　　） A．B．C． D． 9．有“海上充电宝”之称的南鲲号是一个利用海浪发电的大型海上电站，其发电原理是海浪带动浪板上下摆动，从而驱动发电机转子转动，其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。若转子带动线圈如下图逆时针转动，并向外输出电流，则下列说法正确的是（　　） A．线圈转动到如图所示位置时穿过线圈的磁通量最大 B．线圈转动到如图所示位置时端电势低于端电势 C．线圈转动到如图所示位置时其靠近极的导线框受到的安培力方向向上 D．该发电机单位时间内能输出的最大电能与浪板面积的大小有关 10．两人在赤道上站立。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．时刻，回路磁通量最大，电路中电流最大 C．时刻，电流向左通过灵敏电流计 D．时刻，电路中电流为零 11．制动能量回收是现代电动汽车以及混合动力汽车重要技术之一。汽车正常行驶时，电池组给直流电机供电，电机带动汽车行驶；当电动汽车减速和制动时，电路切换，断开电池组，车轮由于惯性转动，通过调节装置带动电动机的线圈反转，直流电动机就成了直流发电机，所产生的电流通过功率变化器接入蓄电池，即为能量回馈，达到节省能源的目的（其原理可简化为右图所示，汽车正常行驶时双刀双掷开关拨向左边，汽车减速和制动时双刀双掷开关拨向右边）。则以下说法正确的是（　　） A．汽车正常行驶时，若线圈中电流恒定，线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至任意位置时所受的安培力大小不变 B．汽车减速和制动时，若线圈转速恒定，线圈中ab和cd部分的导线在线圈转至任意位置时产生的感应电动势的大小不变 C．汽车减速和制动时，由于线圈输出的是直流电，故不能直接接在变压器上进行变压 D．汽车减速和制动时，线圈在磁场中运动除了能产生电能，还有助于制动 12．如图所示，竖直长导线通有恒定电流，一矩形线圈abcd可绕其竖直对称轴O1O2转动．当线圈绕轴以角速度ω沿逆时针（沿轴线从上往下看）方向匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是（  ） A．t=0时，线圈产生的感应电动势最大 B．0~时间内，线圈中感应电流方向为abcda C．t=时，线圈的磁通量为零，感应电动势也为零 D．线圈每转动一周电流方向改变两次 13．在匀强磁场中，一闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化，则（　　） A．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的感应电动势为零 B．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的电流改变方向 C．时，线圈平面与磁场方向垂直，线圈中的感应电动势为零 D．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的磁通量的变化率最大 14．如图，线圈在磁场中匀速转动产生交变电流，以下相关说法中正确的是    A．线圈在甲、丙图所示位置时，磁通量变化率最大 B．线圈在乙、丁图所示位置时，产生的电流最大 C．线圈平面经过甲、丙图所示位置时，电流的方向都要改变一次 D．线圈每转动一周，电流方向改变一次 15．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电动势如图示，则（　　） A．t1时刻线圈通过中性面 B．t2时刻线圈中磁通量最大 C．t3时刻线圈中磁通量变化率最大 D．t4时刻线圈中磁通量变化率最大 16．某自行车安装有发电照明系统。发电装置示意图如图所示，车轮带动线圈沿逆时针方向匀速转动从而产生电流，t＝0时刻线圈与磁场方向平行。两磁极间的磁场可视为匀强磁场，则下列说法正确的是（　　） A．t＝0时刻线圈中的电流最大 B．转过90°时线圈中的电流最大 C．t＝0时刻线圈中的电流方向由C指向D D．t＝0时刻线圈中的电流方向由D指向C 17．风能是一种清洁无公害的可再生能源，我国风力发电发展迅猛，截至2023年6月底，中国风电装机容量约3.9亿千瓦。某种风力发电机的原理如图所示，发电机线圈固定，磁体在叶片的驱动下绕线圈对称轴转动。两磁体间的磁场可视为匀强磁场，图示时刻磁场和线圈平行。图示时刻（    ） A．感应电动势最小 B．感应电动势最大 C．电流方向由指向 D．电流方向由指向 18．如图所示是物理实验室常见的手摇交流发电机，快速摇动发电机手柄，能看到灯泡可以发光，下列说法正确的是（　　） A．手柄摇得越快，发电机产生的交流电峰值越大 B．手柄摇得越快，发电机产生的交流电频率越高 C．手柄每转动一周，感应电流方向都会改变一次 D．把磁铁N、S极位置互换，发电机将不能发电 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！11 学科网（北京）股份有限公司 $$