3.1 交变电流 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

3.1 交变电流 同步练习 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律如图所示，下列说法中正确的是（　　） A．时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 B．时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大 C．时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D．每当e变换方向时，通过线圈的感应电动势都为最大 2．下列i-t图像中表示交变电流的是（　　） A． B． C． D． 3．如图所示，一个竖直方置，匝数为n的矩形线圈abcd在水平向右的匀强磁场中以角速度ω匀速转动，转轴与磁场方向垂直，线圈面积为S，磁感应强度大小为B，下列说法正确的是（    ） A．线圈平面与磁场垂直时，磁通量为零 B．线圈平面与磁场垂直时，磁通量变化最快 C．线圈平面与磁场平行时，磁通量变化率最大 D．线圈平面与磁场平行时，感应电流方向将发生改变 4．一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象如图所示，则下列说法中正确的是(　　) A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s时刻Φ的变化率达最大 C．t＝0.02 s时刻感应电动势达到最大 D．t＝0.03 s时刻感应电动势为零 5．我国在全球海上风电项目中占有绝对主导地位，发展新能源为减少碳排行动作出了杰出贡献。如图为某沿海区域的风速测速仪的简易图，其工作原理是：风吹动风杯，风杯通过转轴带动永磁铁转动，电流测量装置可监测感应线圈产生的电流变化，从而测量实时风速。由此可知（    ） A．可以通过监测电流的最大值来监测风速大小 B．感应线圈匝数越少，越有利于监测到电流变化 C．风速越大，电流测量装置显示的电流变化周期越大 D．电流测量装置监测到的电流为大小不变、方向周期性变化的电流 6．如图所示，当矩形线圈在匀强磁场中以较小的角速度逆时针匀速转动时，与之相连的灵敏电流表指针左右摆动，若当线圈转动到图示位置时，电流计指针在刻度盘的右边，线圈由图示位置继续转动，则当（   ） A．线圈在转过90°-180°的过程中，电流计指针在刻度盘的左边 B．线圈在转过270°-360°的过程中，电流计指针在刻度盘的左边 C．线圈转至90°瞬间，电流计指针在刻度盘的右边 D．线圈通过图示位置时，线圈中电流改变方向 7．两人在赤道上站立，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．t=0时刻，回路中磁通量最大，电路中电流最大 C．t=时刻，电流向左通过灵敏电流计 D．t=时刻，回路磁通量最大，电路中电流最大 8．一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式交流电，当线圈平面与中性面垂直时，下面说法正确的是（　　） A．电流方向将发生改变； B．通过线圈的磁通量达到最大值； C．通过线圈的磁通量的变化率达到最大值； D．线圈的电动势为零 9．关于正弦交变电流的产生过程，下列说法正确的是（　　） A．当线圈平面与中性面垂直时，电流方向发生变化 B．线圈平面经中性面时开始计时，周期内，电流先增大后减小 C．线圈平面与中性面垂直开始计时，2个周期内电流方向改变4次 D．线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置，也是感应电流最大的位置 10．如图所示，在xOy平面内，矩形线框的底边长为L且与x轴重合，中轴线与y轴重合。线框绕垂直于x轴的转轴（例如图中的MN轴）匀速转动。匀强磁场区域足够大。在保持转速不变的情况下，线框内产生的感应电流的最大值与转轴所处位置x的关系图像为（　　） A． B． C． D． 二、多选题 11．矩形线框绕垂直于匀强磁场且在线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是（　　） A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大 B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零 C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次 D．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零 12．如图为交流发电机的示意图，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在金属滑环L上，两个导体电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。关于其工作原理，下列分析正确的是（　　） A．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大 B．当线圈平面转到中性面的瞬间，线圈中的感应电流最大 C．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量最大 D．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，线圈中的感应电流最大 13．如图所示，线圈中产生了正弦式交变电流的是（均匀速转动）（　　） A． B． C． D． 14．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 15．如图所示，若在磁体的两磁极上装有极靴，可使线圈转动时，无论转到什么位置，线圈平面始终与磁场平行。现用导线将A、B两线框连接成闭合回路，一同学轻轻拨动线框A，使线框A沿顺时针方向转动，转动过程中某一时刻A、B两线框恰处于图中所示的位置，则（　　） A．此时线框B在顺时针转动 B．此时线框B在逆时针转动 C．线框A可视为发电机，线框B可视为电动机 D．线框B可视为发电机，线框A可视为电动机 三、填空题 16．如图所示，（a）→（b）→（c）→（d）→（e）过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。 （1）图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量 ，磁通量变化率 。（均填“最大”或“为零”） （2）从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是 （填“”或“”）。 （3）当线圈转到图（c）位置时，感应电流 （填“最小”或“最大”）。 （4）当线圈转到图（d）位置时，感应电动势 （填“最小”或“最大”），ab边感应电流方向为 （填“a→b”或“b→a”）。 17．如图所示，在第一个周期时间内，线圈转到中性面的时刻为 末，此时穿过线圈的磁通量 （填最大，最小或零。下同），流过线圈的电流为 。在0.02s末时刻，线圈在磁场中的位置是 。 四、解答题 18．如图所示为一个小型交流发电机的原理图，其矩形线框的面积为S，共有N匝，线框的总电阻为r，线框处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，线框在转动时可以通过滑环K和电刷L保持与外电路电阻R的连接，在外力作用下线框以恒定的角速度绕垂直于磁场的线框平面内的对称轴匀速转动（不计转动轴及滑环与电刷的摩擦），推导发电机线框产生感应电动势最大值的表达式。 19．如图所示，匝数为n，面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中匀速转动，角速度为ω，求线圈从图示位置转过180°时间内的平均感应电动势。 《3.1 交变电流 同步练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A B C B A A A C C A 题号 11 12 13 14 15 答案 CD AD BCD BD BC 1．A 【详解】A、t1时刻感应电动势为零，线圈通过中性面，磁通量最大，故A正确； B、由图t2时刻，感应电动势为最大值，通过线圈的磁通量为零，故B错误； C、t3时刻感应电动势为零，磁通量的变化率为零，故C错误； D、每当e转换方向时，线圈与磁场垂直，线圈通过中性面时，磁通量最大，磁通量的变化率为零，通过线圈的感应电动势为零，故D错误； 2．B 【详解】根据交流电的定义可知，方向随时间做周期性变化的电流为交变电流。 故选B。 3．C 【详解】AB．磁场与线圈垂直时磁通量最大，感应电动势为零，磁通量的变化率为零，磁通量变化最慢，故AB错误； CD．磁场与线圈平行时，磁通量为零，感应电动势最大，磁通量的变化率最大。线框每经过中性面一次感应电流方向改变一次，此时线圈平面与磁场垂直，故C正确，D错误。 故选C。 4．B 【详解】A．t＝0时刻磁通量最大，此时线圈平面在中性面，选项A错误； B．t＝0.01 s时刻，磁通量为零，此时磁通量的变化率达最大，选项B正确； C．t＝0.02 s时刻，磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，感应电动势为零，选项C错误； D．t＝0.03 s时刻，磁通量为零，此时磁通量的变化率达最大，感应电动势最大，选项D错误。 故选B。 5．A 【详解】线圈在磁场中转动会产生交流电，根据运动的相对性可知，磁体相对线圈转动在线圈中也会产生交流电，转动的周期与产生的交流电的周期相同，风速越大，磁体转动的越快，产生的交流电的周期越小，线圈磁通量的变化率越大，由法拉第电磁感应定律可知产生的感应电动势就越大，感应电流也就越大，感应电动势的大小与线圈的匝数成正比，故匝数越多，产生的感应电流也越大。 故选A。 6．A 【详解】A．由图可知，线圈逆时针方向匀速转动，线圈转到图示位置时，电流表指针向右偏转，线圈再转90°第一次经过中性面，转270°第二次经过中性面，所以线圈在转过90°-180°的过程中，感应电流的方向与原来相反，电流计指针在刻度盘的左边，故A正确； B．线圈在转过270°-360°的过程中，感应电流的方向与原来相同，电流计指针又回到刻度盘的右边，故B错误； C．线圈转至90°瞬间，恰好在中性面位置，感应电流为零，电流计指针正对刻度盘的中间0刻度，故C错误； D．中性面与磁感线垂直，线圈每经过一次中性面，感应电流的方向改变一次，线圈通过图示位置时，与磁感线方向平行，线圈中电流由最大值开始减小，但不改变方向，故D错误。 故选A。 7．A 【详解】A．金属绳在匀强磁场中匀速摇动时，产生周期性变化的电流，所以这个电路中存在周期为T的变化电流，故A正确； C．在t＝时刻，金属绳向下运动，由右手定则可知，电流向右通过灵敏电流计，故C错误； BD．在t＝0时刻和t＝时刻，磁通量的变化率最小，则电路中电流最小，故BD错误。 故选A。 8．C 【详解】A．每次经过中性面，电流方向改变一次，选项A错误； B．线圈在与中性面垂直的位置时，磁通量为零，选项B错误； CD．线圈在与中性面垂直的位置时，磁通量为零，感应电动势最大，则磁通量的变化率达到最大值，选项C正确，D错误。 故选C。 【点睛】线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生正弦式交流电，当线圈平面与磁感线平行时，感应电动势最大，磁通量为零，磁通量的变化率最大；当线圈平面与磁感线垂直时，感应电动势最小，磁通量最大，磁通量的变化率为零。 9．C 【详解】线圈转动过程中，在中性面位置，磁通量最大、电流等于零，方向改变，2个周期方向改变4次，由中性面经周期到与中性面垂直，电流逐渐增大到最大。故C正确，ABD错误。 故选C。 10．A 【详解】设矩形线框的宽度为，角速度为，当转轴位置在时，左侧边产生的最大感应电动势为 右侧边产生的最大感应电动势为 两边产生的感应电流方向相反，总最大感应电动势大小为 设线圈的总电阻为，则线圈中的最大电流为 同理当转轴位置在时，总最大感应电动势大小也为 线圈中的最大电流为 当转轴在范围内产生的最大感应电动势为 线圈中的最大电流为 综上所述可知，转轴在任何位置线圈中的最大电流均不变。 故选A。 11．CD 【详解】线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边的速度与磁感线平行，即不切割磁感线，所以电动势等于零，也应该知道此时穿过线框的磁通量的变化率等于零，感应电动势或感应电流的方向也就在此时变化；线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，但切割磁感线的两边都垂直切割，有效切割速度最大，所以感应电动势最大，也可以说此时穿过线框的磁通量的变化率最大； 故选CD。 12．AD 【详解】AB．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，线圈中感应电流为零，故A正确，B错误； CD．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为零，磁通量变化率最大，线圈中的感应电流最大，故C错误，D正确。 故选AD。 13．BCD 【详解】根据正弦式交变电流产生的条件可知，在匀强磁场中，线圈转轴垂直于磁场方向，运动时产生正弦式交变电流。 故选BCD。 14．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． 15．BC 【详解】AB．分析线框A，顺时针转动时，根据右手定则可知，此时从上向下看，电流为顺时针方向，故线框B中的电流方向也为顺时针方向。对于B线框根据左手定则可知，靠近N极的导线受到向下的安培力，靠近S极的导线受到向上的安培力，B线框逆时针转动，故A错误，B正确； CD．线框B是在安培力作用下运动，属于通电导线在磁场中的受力，属于电动机的工作原理；而线框A是电磁感应产生感应电流，是发电机的工作原理，故C正确，D错误。 故选BC。 16． 最大 为零 最小 最大 【详解】（1）[1][2] 图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，则此时穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小为零； （2）[3]根据题意，由图（b）可知，线圈中电流i随时间t变化的关系是 （3）[4] 当线圈转到图（c）位置时，感应电流为零，最小。 （4）[5][6] 当线圈转到图（d）位置时，磁通量最小，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，根据右手定则可知，ab边感应电流方向为。 17． 0.04s 最大 0 与中性面垂直 【详解】[1]线圈在中性面位置时，电动势为0，故在第一周期时间内，线圈转到中性面的时刻为0.04s； [2][3][4]中性面位置与磁感线相互垂直，则此时穿过线圈的磁通量最大；流过线圈的电流为0；在0.02s末时刻，此时电动势最大，则线圈在磁场中的位置与中性面垂直。 18．见解析 【详解】线框平面与磁场方向平行时产生的感应电动势最大，ab边切割磁感线时产生的感应电动势与cd边产生的感应电动势串联，即 所以 其中得 同理 所以 19． 【详解】设线圈转过180°时，穿过它的磁通量 那么图示位置时穿过它的磁通量 由法拉第电磁感应定律得 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 $