课时梯级训练(17) 交变电流(Word练习)-【优化指导】2026-2027学年高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

课时梯级训练(17)　交变电流 1．(2025·广西梧州月考)关于交变电流和直流电流的说法正确的是 (　　) A．如果电流大小随时间做周期性变化，则一定是交变电流 B．直流电流的大小和方向一定不变 C．交变电流一定是按正弦规律变化的 D．交变电流的最大特征就是电流的方向随时间做周期性的变化 D　解析：直流电的特征是电流的方向不变，电流的大小可以改变。交变电流的特征是电流的大小和方向随时间改变。交变电流有多种形式，正弦式交流电只是交变电流中最基本、最简单的一种，D正确。 2．(多选)如图所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO′以恒定的角速度ω转动，从线圈平面与磁场方向平行时开始计时。则在0～这段时间内 (　　) A．线圈中的感应电流一直在减小 B．线圈中的感应电流先增大后减小 C．穿过线圈的磁通量一直在减小 D．穿过线圈的磁通量的变化率一直在减小 AD　解析：计时开始时线圈平面与磁场平行，感应电流最大，在0～时间内线圈转过四分之一个圆周，感应电流从最大减小为零，磁通量逐渐增大，磁通量的变化率一直减小，A、D正确。 3．线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的图像如图所示，由图可知 (　　) A．在A、C时刻线圈处于中性面位置 B．在B、D时刻穿过线圈的磁通量为零 C．从A时刻到D时刻线圈转过的角度为π D．若从O时刻到D时刻经过0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变100次 D　解析：A、C时刻感应电流最大，线圈位置与中性面垂直，B、D时刻感应电流为零，线圈在中性面，此时磁通量最大，A、B错误；从A时刻到D时刻线圈转过角度为，C错误；若从O时刻到D时刻经过0.02 s，即线圈转动一周用时0.02 s，且在这个时间内电流方向改变2次，则在1 s内交变电流的方向改变×2＝100次，D正确。 4．下列各情况中，线圈都以角速度ω绕图中的转动轴匀速转动，磁场均为匀强磁场，其中不能产生正(余)弦式交变电流的是 (　　) A　解析：A项图中，线圈转动过程中，线圈的半径切割磁感线产生感应电动势，感应电流大小不变，不能产生正(余)弦式交变电流；B、C、D项图中，闭合线圈在磁场中绕垂直于磁场的固定轴转动，线圈中均能产生正(余)弦式交变电流，A正确。 5．已知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 (　　) 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 B　解析：t＝0时刻磁通量最大，线圈位于中性面位置，A错误；t＝0.01 s时刻磁通量为零，线圈位于垂直中性面的位置，电动势最大，磁通量的变化率最大，B正确；t＝0.02 s时刻磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，C错误；感应电动势与磁通量的变化率成正比，电动势随时间变化的图像为正弦曲线，D错误。 6．如图所示，一个矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴OO′沿顺时针方向转动，引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环M和N相连。M和N又通过固定的电刷P和Q与电阻R相连。在线圈转动的过程中，通过电阻R的电流 (　　) A．大小和方向都随时间做周期性变化 B．大小和方向都不随时间做周期性变化 C．大小不断变化，方向总是P→R→Q D．大小不断变化，方向总是Q→R→P C　解析：半圆环交替接触电刷，使输出电流方向不变，这是一个直流发电机模型，由右手定则知，外电路中电流方向是P→R→Q，C正确。 7．如图所示，单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中，线圈轴线OO′与磁场边界重合，线圈按图示方向匀速转动，t＝0时刻线圈平面与磁场方向垂直，规定沿abcda方向为电流正方向。则线圈内感应电流随时间变化的图像是 (　　) C　解析：题图所示时刻后瞬间，由楞次定律结合安培定则可判断出线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a，即沿负方向；线圈中产生的感应电动势表达式为e＝－Emsin ωt＝－BSωsin ωt，其中S是线圈面积的一半，则感应电流的表达式为i＝＝－sin ωt＝－Imsin ωt，C正确。 8．一台发电机的结构示意图如图所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一个矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场。若从图中所示位置开始计时，此时电动势为正值，下列图中能正确反映线圈转动一周时，产生的感应电动势e随时间t的变化规律的是 (　　) D　解析：由于磁场为沿半径的辐向磁场，可以认为磁感应强度的大小不变，线圈始终垂直切割磁感线，所以产生的感应电动势大小不变，由于每个周期磁场方向要改变两次，所以产生的感应电动势的方向也要改变两次，D正确。 9．一矩形线圈，面积是0.05 m2，共100匝，线圈电阻r＝1 Ω，外接电阻R＝4 Ω，线圈在磁感应强度B＝T的匀强磁场中以n＝300 r/min的转速绕垂直于磁感线的轴匀速转动，如图所示，若从中性面开始计时，求： (1)线圈中感应电动势的瞬时值表达式； (2)线圈从开始计时经 s时线圈中由此得到的感应电流的瞬时值； (3)外电路R两端电压瞬时值的表达式。 答案：(1)e＝50sin 10πt(V)　(2)5 A (3)u＝40sin 10πt(V) 解析：(1)线圈转速n＝300 r/min＝5 r/s， 角速度ω＝2πn＝10π rad/s， 线圈产生的感应电动势最大值Em＝NBSω＝50 V， 由此得到的感应电动势瞬时值表达式为 e＝Emsin ωt＝50sin 10πt(V)。 (2)将t＝ s代入感应电动势瞬时值表达式中，得 e′＝50sin V＝25 V， 对应的感应电流i′＝＝5 A。 (3)由闭合电路欧姆定律得 u＝R＝40sin 10πt(V)。 10． 有一个交流发电机产生的正弦式交变电流的电动势如图所示。 (1)当t＝ s时，求该交变电流的电动势的瞬时值； (2)当电动势的瞬时值为最大值的一半时，求发电机线圈平面与磁感线的夹角； (3)已知发电机线圈面积为16 cm2，共25匝，求匀强磁场的磁感应强度大小。 答案：(1)5 V　(2)60°　(3)0.4 T 解析：(1)由题图可以写出该交变电流电动势的瞬时值表达式为e＝5sin t (V)＝5sin 100πt (V) 当t＝ s时，电动势的瞬时值为 e＝5sin V＝5 V。 (2)当电动势的瞬时值为最大值的一半时，有 2．5 V＝5sin θ (V)(θ为线圈平面与中性面的夹角) 所以sin θ＝0.5，故线圈平面与磁感线之间的夹角为60°。 (3)因为Em＝nBSω，又ω＝100π rad/s 所以B＝＝0.4 T。 11． 如图所示的是演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B＝0.5 T，线圈匝数N＝50匝，每匝线圈面积为0.48 m2，转速为150 r/min。在匀速转动过程中，从图示位置线圈转过90°开始计时。 (1)写出交变电流感应电动势瞬时值的表达式； (2)画出et图线。 答案：见解析 解析：(1)由题可知N＝50，B＝0.5 T，S＝0.48 m2 ω＝2π× rad/s＝5π rad/s 则Em＝NBSω＝50×0.5×0.48×5 π V＝188 V 由e＝Emsin ωt得e＝188sin 5πt(V)。 (2)T＝＝ s＝0.4 s，et图线如图所示。 学科网（北京）股份有限公司 $$