3.2 交变电流的描述 同步练习-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

3.2 交变电流的描述 同步练习 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．如图所示为一个正弦式交变电流的波形图。根据图像可知电流（    ） A．有效值为 B．平均值为 C．峰值为 D．时的瞬时值为 2．以下说法正确的是(    ) A．发电机、电动机铭牌上所标电流、电压为最大值 B．电容器的击穿电压为所加交变电压的平均值 C．交流电压表所示电压值为瞬时值 D．保险丝的熔断电流值为有效值 3．一个闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生的感应电流如图所示。由该图可得出的正确判断是（　　） A．0.01s时，线圈平面处于中性面位置 B．0.02s时，线圈平面与磁感线平行 C．该交变电流的频率为100Hz D．1s内电流的方向变化50次 4．N匝圆形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的转轴匀速转动，从中性面开始转过180°过程中，感应电动势的有效值和平均值之比为（　　） A． B． C． D． 5．图示为一正弦交变电流电动势随时间变化的规律图像。将阻值为10 Ω的电阻R接到该交变电流上，不计电源的内阻。下列说法正确的是（   ） A．每秒钟通过电阻R的电流方向改变100次 B．该交变电流的频率为50Hz C．通过电阻R的电流有效值为2A D．电阻R消耗的电功率为20W 6．在一小型交流发电机中，矩形金属线圈abcd的面积为S，匝数为n，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕轴以角速度ω匀速转动,产生的感应电动势随时间的变化关系如图所示，矩形线圈与阻值为R的电阻构成闭合电路，下列说法中正确的是（     ） A．从t1到t3这段时间内穿过线圈磁通量的变化量为零 B．从t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量为 C．t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率大小为E0 D．t4时刻线圈处于中性面位置 7．如图所示，将一均匀导线围成一圆心角为90°的扇形导线框OMN，其中OM＝R，线框总电阻为r，圆弧MN的圆心为O点，将导线框的O点置于直角坐标系的原点，其中第二和第四象限存在垂直纸面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小为B，第三象限存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为2B．从t＝0时刻开始，让导线框以O点为圆心，以恒定的角速度ω沿逆时针方向做匀速圆周运动，则线框中的电流有效值为（　　） A． B． C． D． 8．如图所示，边长为50cm的闭合正方形导体框在水平方向的匀强磁场中绕竖直方向的对称轴匀速转动，转动的角速度为。已知匀强磁场的磁感应强度为1T，导体框从图示位置开始计时，前2s内（　　） A．导体框的磁通量增加了 B．导体框的磁通量增加了 C．穿过导体框的磁通量增加的越来越快 D．导体框中没有感应电流 9．如图所示，虚线为磁感应强度大小均为B的两匀强磁场的分界线，实线MN为它们的理想下边界，长为L的正方形线圈电阻为R，边与MN重合，且可以绕过a点并垂直线圈平面的轴以角速度匀速转动，则下列说法正确的是（    ） A．从图示的位置开始逆时针转动180°的过程中，线框中感应电流方向始终为逆时针 B．从图示的位置开始顺时针转动90°到180°这段时间内，因线圈完全在磁场中，故无感应电流 C．从图示的位置顺时针转动180°的过程中，线框中感应电流的最大值为 D．从图示的位置开始顺时针方向转动270°的过程中，通过线圈的电量为 10．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知该交流电电压瞬时值的表达式为（   ） A．u = 311sin100πt（V） B．u = 220sin100πt（V） C．u = 311sin50πt（V） D．u = 220sin50πt（V） 二、多选题 11．如图甲、乙分别表示两种电压的波形，其中甲电压按正弦规律变化。下列说法正确的是（　　） A．甲表示交变电流，乙表示直流电 B．两种电压的有效值相等 C．甲电压的瞬时值表达式为u=311sin100πt（V） D．甲交变电流的有效值比乙交变电流的有效值大 12．图甲为交流发电机的示意图，磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动，电阻，线圈电阻。从图示位置开始计时，P、Q间输出的电压u随时间t变化的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是（   ） A．图示位置为感应电动势最大的位置 B．线圈转动的角速度为50rad/s C．电阻R中的电流方向每分钟变化6000次 D．时，穿过线圈平面的磁通量最大 13．在一小型交流发电机中，矩形金属线圈abcd的面积为S、匝数为n、线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动（如图甲所示），产生的感应电动势e随时间t的变化关系如图乙所示，矩形线圈与阻值为R的电阻构成闭合电路，下列说法中正确的是(   　) A．t2~t3时间内穿过线圈磁通量的变化量为零 B．t4时刻穿过线圈的磁通量变化率的大小为 C．t3~t4时间内通过电阻R的电荷量为 D．t1~t5时间内电阻R的发热量为 14．如图所示，一边长为L、阻值为R的等边三角形单匝金属线圈abc，绕轴EF以角速度逆时针匀速转动，EF的左侧有方向垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，则（　　） A．图示位置线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小 B．从图示位置转出磁场的过程中，线圈中产生逆时针方向的感应电流 C．线圈中产生的感应电动势的最大值为 D．转动一周，外力做功的功率为 15．如图所示为一台小型发电机结构示意图，线圈绕垂直匀强磁场方向的轴匀速转动，通过电刷接有一盏小灯泡。已知线圈匝数为N，内阻为r，转动的周期为T，小灯泡的电阻为9r，电压表的示数为U。从图示位置开始计时，下列说法中正确的是（　　） A．从开始到过程中，通过灯泡的电量为 B．从开始到过程中，灯泡消耗的电能为 C．线圈产生的电动势瞬时值表达式为 D．线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为 三、填空题 16．一只氖管的起辉电压（达到或超过起辉电压后氖管会发光）与交变电压V的有效值相等，若将这交变电压接到氖管的两极，在一个周期内，氖管的发光时间为 17．下图所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如下图所示，此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为 四、解答题 18．如图所示，N=50匝的矩形线圈abcd，ab边长l1=20cm，ad边长l2=25cm，放在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n=3000r/min的转速匀速转动，线圈电阻r=1Ω，外电路电阻R=9Ω，t=0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里。求： （1）t=0时感应电流的方向； （2）感应电动势的瞬时值表达式； （3）线圈转一圈外力做的功； （4）从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量。 19．如图所示，线圈abcd的面积是0.05 m2，共100匝，线圈总电阻为1 Ω，外接电阻R＝9 Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝T．当线圈以ω＝10π rad/s的角速度匀速旋转时． (1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式; (2)线圈转过 s时电动势的瞬时值是多少; (3)画出电动势随时间变化的图像． 20．如图所示虚线左侧存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度，矩形线框abcd以为轴匀速转动，角速度是，ad边到轴的距离是L，bc边到轴的距离是2L，ad和bc长度均是L，请画出从图示位置开始计时的一个周期内瞬时感应电动势随时间变化的关系图形，电流以abcda为正方向，并求出感应电动势的有效值。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《3.2 交变电流的描述 同步练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A D A C D B D B C A 题号 11 12 13 14 15 答案 CD AC BC ACD BD 1．A 【详解】C．由图可知，电流的峰值为 故C错误； A．电流的有效值为 故A正确； B．如图所示 若交变电流的变化为图中虚线所示，则电流的平均值为 则，正弦式交变电流的平均值大于5A，小于10A，，故B错误； D．由图可知，0.2s时的瞬时值为10A，故D错误。 故选A。 2．D 【详解】A．机器铭牌上所标注的值、生活中通常所说的值都是指有效值，“照明电压220V、动力电压380V”指的都是有效值，A错误； B．电容器的击穿电压为所加交变电压的最大值，B错误； C．交流电压表和交流电流表，测的是交流电的有效值，C错误； D．保险丝的数值为有效值，D正确。 故选D。 【点睛】交流电通过电阻性负载时，如果所产生的热量与直流电在相同时间内通过同一负载所产生的热量相等时，这一直流电的大小就等效为交流电的有效值，平时所说的电压、电流的数值以及电气仪表所测量的数值都是指有效值。 3．A 【详解】A．由图象知0.01s时，电流为零，线圈平面与磁场方向垂直，线圈平面处于中性面位置，故A正确； B．0.02s时，电流等于零，线圈平面与磁感线垂直，故B错误； C．由图象知周期T=0.02s，所以频率 故C错误； D．一个周期内电流方向变化两次，1s内电流的方向变化100次，故D错误。 故选A。 4．C 【详解】线圈从中性面转动180°过程中，感应电动势的平均值为： 感应电动势的最大值 Em=NBSω 感应电动势的有效值 感应电动势的有效值和平均值之比 故选C。 5．D 【详解】A．该交变电流的周期为 每个周期内通过电阻R的电流方向改2次，所以每秒钟通过电阻R的电流方向改变的次数为 故A错误； B．该交变电流的频率为 故B错误； C．电阻R两端电压的有效值为 通过电阻R的电流有效值为 故C错误； D．电阻R消耗的电功率为 故D正确。 故选D。 6．B 【详解】由于磁通量是双向标量，在t1到t3这段时间穿过线圈磁通量的变化量△Φ=2Bs，故A错误；通过电阻的电荷量 ，所以t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量 ,又 ，故,故B正确；由于最大值面产生的电动势最大，所以磁通量时间图象中，在最大值面上磁通量的斜率最大，即E0=nK，所以，故C错误；t4时刻电动势最大，所以此时磁通量应该最小为零，所以线圈处于与中性面相垂直的位置，故D错误；故选B 7．D 【详解】设电流逆时针方向为正方向；在0﹣t时间内，线框从图示位置开始（t＝0）转过90°的过程中，产生的感应电动势为：E1＝Bω•R2；由闭合电路欧姆定律得，回路电流为：．根据楞次定律判断可知，线框中感应电流方向沿逆时针．在t﹣2t时间内，线框进入第3象限的过程中，回路电流方向为顺时针．回路中产生的感应电动势为：E2＝Bω•R2+×2Bω•R2＝Bω•R2＝3E1；感应电流为：I2＝3I1＝；在2t﹣3t时间内，线框进入第3象限的过程中，回路电流方向为顺时针．回路中产生的感应电动势为：E3＝Bω•R2+×2Bω•R2＝Bω•R2＝3E1；感应电流为：I3＝3I1＝；在3t﹣4t时间内，线框出第4象限的过程中，回路电流方向为顺时针．回路中产生的感应电动势为：E4＝Bω•R2；由闭合电路欧姆定律得，回路电流为： ．根据楞次定律判断可知，线框中感应电流方向沿顺时针；由此得到电流强度随时间的变化关系如图所示． 根据有效值的定义可得：I2r•4t＝I12rt+I22rt+I32rt+I42rt，解得电流有效值I＝，所以ABC错误、D正确．选D． 8．B 【详解】AB．2s转过的角度为 导体框的磁通量增加了 A错误B正确； C．从线圈经过图示位置开始计时，线圈内的电动势随时间变化的函数关系式为 随着线圈的转动，电动势越来越小，磁通量的变化率也就越来越小，穿过导体框的磁通量增加的越来越慢，C错误； D．转动过程中，穿过导体框中磁通量变化，则有感应电流，D错误。 故选B。 9．C 【详解】A．从图示的位置开始逆时针转动的过程中，由楞次定律结合右手定则可知线框中感应电流方向先逆时针后顺时针，A错误； B．从图示的位置开始顺时针转动到这段时间内线圈处在两种不同的磁场里，磁通量不断变化，始终有感应电流，B错误； C．从图示的位置顺时针转动时，产生的感应电动势最大其最大值为 所以产生的感应电流最大值为 C正确； D．从图示的位置开始顺时针方向转动的过程中 可得由于 所以通过线圈的电荷量为零，D错误。 故选C。 10．A 【详解】由图可知 T = 0.02s，Um = 311V 根据交流电的瞬时表达式 故选A。 11．CD 【详解】A．题图中两交变电流的大小和方向都随时间变化，在t轴的上方为正，下方为负，A错误； BD．有效值公式 只对正弦式交变电流适用，若将两个图像叠放在一起，可以看出两个交变电流的最大值相等外，其他时刻，甲中电压的瞬时值均大于乙图中电压的瞬时值，即甲对应的有效值大， B错误，D正确； C．甲电压的瞬时值表达式为 C正确。 故选CD。 12．AC 【详解】A．图示位置磁通量为零，磁通量的变化率最大，则感应电动势最大，故A正确； B．由图乙可知，交流电周期为，线圈转动的角速度为 故B错误； C．交流电频率为 电阻R中的电流方向每秒钟变化100次，则电阻R中的电流方向每分钟变化6000次，故C正确； D．由图乙可知当 线圈产生的电动势最大，此时磁通量变化率最大，穿过线圈平面的磁通量为0，故D错误。 故选AC。 13．BC 【详解】t2～t3时间内穿过线圈磁通量的变化量为△Φ=BS，故A错误；由于产生的电动势最大值为E0，根据所以磁通量变化率的最大值 ，故B正确；通过电阻的电荷量，所以t4到t3这段时间通过电阻R的电荷量为：，故C正确；t1～t5时间内电阻R的发热量为：，故D错误； 14．ACD 【详解】A．根据中性面的性质可知，图示位置线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小，故A正确； B．从图示位置转出磁场的过程中，线圈的磁通量向里减小，根据楞次定律可知线圈中产生顺时针方向的感应电流，故B错误； C．线圈中产生的感应电动势的最大值为 故C正确； D．线圈在转动一个周期的过程中，只有半个周期产生感应电流，根据能量守恒定律有 解得 故D正确。 故选ACD。 15．BD 【详解】A．由题意可知 得 最大感应电动势为 得 从开始到过程中，通过灯泡的电量为 故A错误； B．电路中的电流为 则从开始到过程中，灯泡消耗的电能为 故B正确； C．线圈产生的电动势瞬时值表达式为 故C错误； D．线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为 故D正确。 故选BD。 16．0.01s 【详解】根据题意知氖管开始起辉的电压 大于此电压都可起辉，则有 得 或 解得 ， 由此可知，氖管从时间内起辉，所以正弦交流电在上半周期氖管起辉的时间为 所以现周期内氖管共辉时间 =0.01s 17．110V 【分析】电压表读数为有效值，根据正弦式交变电流峰值和有效值之间的关系以及电流的热效应便可求得有效值 【详解】由图像可知该交变电流的周期，可分两段0-0.01s和0.01-0.02s，根据有效值的定义可得 解得 18．（1）线圈感应电流方向为adcba。；（2）314cos100πt (V)；（3）98.6 J；（4）0.1 C 【详解】（1）根据右手定则，线圈感应电流方向为adcba。 （2）线圈的角速度 图示位置的感应电动势最大，其大小为 代入数据得 感应电动势的瞬时值表达式 （3）电动势的有效值 线圈匀速转动的周期 线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即 代入数据得 （4）从t=0起转过90°过程中，Δt内流过R的电荷量 代入数据得 19．(1)e＝50sin 10πt V　(2)25V　(3) 【详解】（1）根据Em＝nBSω，则Em=100××0.05×10π V＝50 V 瞬时值表达式为e＝50sin (10πt )V． （2）当时e＝50sinV＝25 V （3）如图所示： 20．见解析 【详解】ad边出磁场前，即前四分之一周期，瞬时感应电动势为 则ad边切割磁感线的瞬时速度为 整理有 根据楞次定律可知，其电流方向为abcda，即为正方向；在接下来二分之一周期则为cb边切割磁感线，其切割的瞬时速度为 瞬时感应电动势为 由楞次定律可知，在四分之一周期到二分之一周期，电流方向为abcda，在二分之一到四分之三周期，电流方向为adcba，最后四分之一周期是ad边切割磁感线，其瞬时电动势同第一个四分之一相同，由楞次定律可知，其电流方向为adcba。综上所述，一个周期内电动势瞬时表达式为，在 在 在 图像为 设线框总电阻为R，由有效值的定义有 解得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $