1. 交变电流（重难点训练）物理人教版选择性必修第二册

第1节 交变电流 一．交变电流的产生（共6小题） 1 二．交变电流的变化规律与表达式（共6小题） 3 三．交变电流的图像问题（共6小题） 5 一．交变电流的产生（共6小题） 1.如图所示为交流发电机的模型图，矩形线框在匀强磁场中绕轴逆时针匀速转动，从图示位置开始转过的过程中，下列说法正确的是 A. 磁通量不断增大，磁通量变化率也不断增大 B. 磁通量不断减小，磁通量变化率也不断减小 C. 电流方向为，大小逐渐增大 D. 电流方向为，大小逐渐减小 2.如图所示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. 3.如图所示，过程是交流发电机发电的示意图，线圈的边连在金属滑环上，边连在金属滑环上，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，线圈转动的角速度为，线圈中最大电流为，以下说法正确的是(    ) A. 图中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大 B. 从图开始计时，线圈中电流随时间变化的关系式 C. 当线圈转到图位置时，感应电流最小，且电流改变方向 D. 当线圈转到图位置时，感应电动势最小，边电流方向为 4.某自行车所装车灯发电机如图所示，其原理结构见图。绕有线圈的匚形铁芯开口处装有磁铁，车轮转动时带动与其接触的摩擦轮转动，摩擦轮又通过传动轴带动磁铁一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化，线圈两端、作为发电机输出端，通过导线与灯泡相连。当车轮匀速转动时，发电机输出电压近似视为正弦交流电。假设灯泡阻值不变，摩擦轮与轮胎间不打滑。在磁铁从图示位置匀速转过的过程中，灯泡中的电流(    ) A. 逐渐变大 B. 逐渐变小 C. 先变大后变小 D. 先变小后变大 5.如图所示为发电机简化模型，内部是匝数为的矩形铜质线圈在水平匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁场的水平转轴匀速转动产生交流电。已知匝线圈产生的感应电动势的最大值为。下列说法正确的是(    ) A. 当线圈转到图示位置时处于中性面 B. 当线圈转到竖直位置时电流表的示数为零 C. 当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大 D. 穿过线圈的最大磁通量为 6.（多选）“海上充电宝”南鲲号是一个利用海浪发电的大型海上电站，其发电原理：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。图示时刻线圈平面与磁场方向平行，若转子带动线圈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感应电流最大 B. 线圈转动到如图所示位置时电流方向发生变化 C. 线圈转动到如图所示位置时端电势高于端电势 D. 线圈产生的电动势大小与海浪波动的频率无关 二．交变电流的变化规律与表达式（共6小题） 7.如图所示，是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为的水平方向的匀强磁场中，线框面积为，边水平，线框绕某一竖直固定轴以角速度匀速转动按俯视的顺时针方向。在边与磁场方向的夹角到达的时刻图示位置，导线框中产生的瞬时电动势(    ) A. 大小为 B. 大小为 C. 大小为 D. 方向沿 8.如图甲为某种风力发电机的原理图，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动。已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度为，正方形线圈的匝数为、边长为、转动角速度为，某时刻开始外接电路的电流随时间变化的图像如图乙，则(    ) A. 图示位置，线圈的磁通量为 B. 图示位置，线圈中的电流方向不发生改变 C. 从图示位置开始计时，线圈产生的电动势的表达式为 D. 从图示位置开始逆时针转过时，边受安培力大小为 9.如图所示，一粗细均匀的矩形线框平放在光滑绝缘的水平面上，线框长为，宽为，质量为，电阻为，边长为的正方形区域内存在竖直向下的匀强磁场，磁场左边界在线框两长边的中点上。 若磁场的磁感应强度随时间的变化规律为，并控制线框保持静止，求： 线框中电动势的最大值； 磁感应强度变化的一个周期内线框中产生的内能。 若磁场的磁感应强度恒为，磁场从图示位置开始以较大的速度匀速向左运动，线框同时从静止释放，当线框刚要完全处于磁场中时，线框的速度大小为。 求此时线框中的电动势； 若为未知量，求出的表达式。 10.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共匝，转动的角速度为，在转动过程中穿过线圈磁通量的最大值为，则： 线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少？ 当线圈平面与中性面夹角为时，感应电动势为多少？ 11.如图所示，正方形线圈边长，匝数匝，电阻。线圈以角速度绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。已知匀强磁场的磁感应强度，外电路电阻。从图示位置开始计时，求： 线圈产生的电动势瞬时值表达式； 经过通过电阻的电荷量。 12.如图所示，匀强磁场，所用矩形线圈的匝数，边长，，以角速度绕轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时，试求： 线圈中感应电动势随时间变化的表达式。 由至过程中的平均电动势值。 三．交变电流的图像问题（共6小题） 13.如图所示的几种电流随时间变化的图线中，不属于交变电流的是(    ) A. B. C. D. 14.如图，空间中存在水平向右的匀强磁场，一导体棒绕固定的竖直轴在磁场中匀速转动，且始终平行于。导体棒两端的电势差随时间变化的图像可能正确的是(    )  A. B. C. D. 15.如图所示，闭合的矩形导体线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电流的图像如图所示，由图中信息可以判断(    ) A. 在时刻磁通量的变化率最大 B. 在内交变电流的方向改变次 C. 线圈转到右图位置时，感应电流的方向为 D. 感应电动势瞬时值为时，线框平面与中性面的夹角为 16.如图所示，匀强磁场方向与水平面成角斜向右下方，矩形线圈以恒定角速度绕水平面内的轴按图示方向转动，线圈通过换向器与电阻相连。以图中时刻为计时起点，规定电流由通过流向方向为电流正方向，则通过的电流 随时间变化图像正确的是(    ) A. B. C. D. 17.如图所示，空间区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小，为磁场的右边界。磁场内一匝数的正方形闭合金属导线框平行于纸面放置，线框边长，其右边与磁场边界重合。时刻线框从图示位置开始逆时针俯视绕以角速度匀速转动，此过程中感应电动势随时间变化的图像正确的是(    ) A. B. C. D. 18.如图，某发电机的矩形线框处在竖直向下的匀强磁场中，绕对称轴以角速度匀速转动，取通过电阻向右的电流为正，从图示位置计时，则中的电流随时间变化的图像是(    ) A. B. C. D. 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 交变电流 一．交变电流的产生（共6小题） 1 二．交变电流的变化规律与表达式（共6小题） 4 三．交变电流的图像问题（共6小题） 8 一．交变电流的产生（共6小题） 1.如图所示为交流发电机的模型图，矩形线框在匀强磁场中绕轴逆时针匀速转动，从图示位置开始转过的过程中，下列说法正确的是 A. 磁通量不断增大，磁通量变化率也不断增大 B. 磁通量不断减小，磁通量变化率也不断减小 C. 电流方向为，大小逐渐增大 D. 电流方向为，大小逐渐减小 【答案】C  【解析】图示位置为中性面，通过线框的磁通量最大，磁通量的变化率为零，故从图示位置开始转过的过程中，磁通量不断减小，磁通量变化率不断增大，故AB错误 根据楞次定律，从图示位置开始转过的过程中，感应电流方向为，大小逐渐增大，故C正确，D错误。 2.如图所示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】D  【解析】A.转轴与磁场平行，所以线圈中磁通量不会发生变化，故没有感应电流产生，故A错误； 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。 3.如图所示，过程是交流发电机发电的示意图，线圈的边连在金属滑环上，边连在金属滑环上，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，线圈转动的角速度为，线圈中最大电流为，以下说法正确的是(    ) A. 图中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大 B. 从图开始计时，线圈中电流随时间变化的关系式 C. 当线圈转到图位置时，感应电流最小，且电流改变方向 D. 当线圈转到图位置时，感应电动势最小，边电流方向为 【答案】C  【解析】A.图中，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为，故A错误； B.从图开始计时，此时线圈垂直于中性面，线圈中感应电流最大，感应电流的表达式为，故B错误； C.当线圈转到图位置时，线圈在中性面位置，故穿过线圈的磁通量最大，产生的感应电流最小为零，电流方向将改变，故C正确； D.当线圈转到图位置时，磁通量最小，磁通量的变化率最大，故感应电动势最大，边感应电流方向为，故D错误。 故选C。 4.某自行车所装车灯发电机如图所示，其原理结构见图。绕有线圈的匚形铁芯开口处装有磁铁，车轮转动时带动与其接触的摩擦轮转动，摩擦轮又通过传动轴带动磁铁一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化，线圈两端、作为发电机输出端，通过导线与灯泡相连。当车轮匀速转动时，发电机输出电压近似视为正弦交流电。假设灯泡阻值不变，摩擦轮与轮胎间不打滑。在磁铁从图示位置匀速转过的过程中，灯泡中的电流(    ) A. 逐渐变大 B. 逐渐变小 C. 先变大后变小 D. 先变小后变大 【答案】A  【解析】由图可知，开始阶段，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小，转动后，磁通量减小，磁通量的变化率增大，当转过时，穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大，可知转动过程中中的电流逐渐变大。 故选A。 5.如图所示为发电机简化模型，内部是匝数为的矩形铜质线圈在水平匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁场的水平转轴匀速转动产生交流电。已知匝线圈产生的感应电动势的最大值为。下列说法正确的是(    ) A. 当线圈转到图示位置时处于中性面 B. 当线圈转到竖直位置时电流表的示数为零 C. 当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最大 D. 穿过线圈的最大磁通量为 【答案】C  【解析】A. 图示的位置与中性面垂直，A错误 B. 电流表的示数显示的有效值，不为零，B错误 C. 图示的位置磁通量变化率最大，C正确 D. 最大磁通量为，D错误。 故选：。 6.（多选）“海上充电宝”南鲲号是一个利用海浪发电的大型海上电站，其发电原理：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。图示时刻线圈平面与磁场方向平行，若转子带动线圈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感应电流最大 B. 线圈转动到如图所示位置时电流方向发生变化 C. 线圈转动到如图所示位置时端电势高于端电势 D. 线圈产生的电动势大小与海浪波动的频率无关 【答案】AC  【解析】中性面及其性质、判断线圈转到不同位置的电流方向、交流发电机原理和示意图、线圈转动产生的交变电流的峰值及其表达式 如图所示，穿过线圈的磁通量为，该位置与中性面垂直，线圈经过中性面时，电流方向发生变化，经过与中性面垂直位置时，感应电流最大，则线圈转动到如图所示位置时电流方向不发生变化，且感应电流最大，故A正确，B错误； C.线圈转动到如图所示位置时，根据右手定则可知线圈内部电流方向由流向，电源内部电流从低电势流向高电势，则端电势高于端电势，故C正确； D.线圈产生的电动势峰值为，故线圈产生的电动势大小与海浪波动的频率有关，故D错误。 故选AC。 二．交变电流的变化规律与表达式（共6小题） 7.如图所示，是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为的水平方向的匀强磁场中，线框面积为，边水平，线框绕某一竖直固定轴以角速度匀速转动按俯视的顺时针方向。在边与磁场方向的夹角到达的时刻图示位置，导线框中产生的瞬时电动势(    ) A. 大小为 B. 大小为 C. 大小为 D. 方向沿 【答案】B  【解析】边与磁场方向成时，感应电动势为 ，由右手定则可知电流方向为。 故选B。 8.如图甲为某种风力发电机的原理图，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动。已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度为，正方形线圈的匝数为、边长为、转动角速度为，某时刻开始外接电路的电流随时间变化的图像如图乙，则(    ) A. 图示位置，线圈的磁通量为 B. 图示位置，线圈中的电流方向不发生改变 C. 从图示位置开始计时，线圈产生的电动势的表达式为 D. 从图示位置开始逆时针转过时，边受安培力大小为 【答案】C  【解析】图示位置，线圈的磁通量为，选项A错误； B.图示位置为中性面，线圈经过该位置时电流方向会发生改变，选项B错误； C.从图示位置开始计时，交流电的表达式为，选项C正确； D.从图示位置开始逆时针转过时，线圈内的电流为  ，边受安培力大小为  ，选项D错误。 故选C。 9.如图所示，一粗细均匀的矩形线框平放在光滑绝缘的水平面上，线框长为，宽为，质量为，电阻为，边长为的正方形区域内存在竖直向下的匀强磁场，磁场左边界在线框两长边的中点上。 若磁场的磁感应强度随时间的变化规律为，并控制线框保持静止，求： 线框中电动势的最大值； 磁感应强度变化的一个周期内线框中产生的内能。 若磁场的磁感应强度恒为，磁场从图示位置开始以较大的速度匀速向左运动，线框同时从静止释放，当线框刚要完全处于磁场中时，线框的速度大小为。 求此时线框中的电动势； 若为未知量，求出的表达式。 【答案】解： 由题可知，线框中产生的电动势随时间变化规律为余弦函数， 电动势的最大值 周期为 电动势的有效值 一个周期内线框中产生的热量 解得。 当线框速度为时， 线框中产生的电动势为 根据动量定理有 又有， 得 解得。 10.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴转动，线圈共匝，转动的角速度为，在转动过程中穿过线圈磁通量的最大值为，则： 线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为多少？ 当线圈平面与中性面夹角为时，感应电动势为多少？ 【答案】线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势最大， 根据； 从中性面开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为： 则当线圈平面与中性面夹角为时，。 答：线圈平面转到与磁感线平行时，感应电动势为； 当线圈平面与中性面夹角为时，感应电动势为．  11.如图所示，正方形线圈边长，匝数匝，电阻。线圈以角速度绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。已知匀强磁场的磁感应强度，外电路电阻。从图示位置开始计时，求： 线圈产生的电动势瞬时值表达式； 经过通过电阻的电荷量。 【答案】线圈产生的电动势最大值为， 从图示位置开始计时，线圈产生的电动势瞬时值表达式为； 经过  ，线圈转过的角度为， 磁通量的变化量为， 根据法拉第电磁感应定律有， 根据电流定义式有， 根据闭合电路欧姆定律有， 联立解得。 12.如图所示，匀强磁场，所用矩形线圈的匝数，边长，，以角速度绕轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时，试求： 线圈中感应电动势随时间变化的表达式。 由至过程中的平均电动势值。 【答案】从中性面开始计时的感应电动势的瞬时值 ，由题可知，，所以 ； 至  过程中磁通量变化量大小为，时间为，用  计算至  过程中的平均电动势 代入数值得，。 三．交变电流的图像问题（共6小题） 13.如图所示的几种电流随时间变化的图线中，不属于交变电流的是(    ) A. B. C. D. 【答案】C  【解析】交流电是指电流的方向发生变化的电流，电流的大小是否变化对其没有影响，而对于周期性变化的电流，即为大小与方向都随着时间做周期性变化，因此属于交流电的即为；不属于交流电的为； 本题选不属于交变电流的， 故选：。 14.如图，空间中存在水平向右的匀强磁场，一导体棒绕固定的竖直轴在磁场中匀速转动，且始终平行于。导体棒两端的电势差随时间变化的图像可能正确的是(    )  A. B. C. D. 【答案】C  【解析】如图所示， 导体棒匀速转动，设速度为，设导体棒从  到  过程，棒穿过的角度为  ，则导体棒垂直磁感线方向的分速度为： 可知导体棒垂直磁感线的分速度为余弦变化，根据左手定则可知，导体棒经过点和点关于点的对称点时，电流方向发生变化，根据： 可知导体棒两端的电势差随时间变化的图像为余弦图像。 故选：。 15.如图所示，闭合的矩形导体线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电流的图像如图所示，由图中信息可以判断(    ) A. 在时刻磁通量的变化率最大 B. 在内交变电流的方向改变次 C. 线圈转到右图位置时，感应电流的方向为 D. 感应电动势瞬时值为时，线框平面与中性面的夹角为 【答案】D  【解析】A.时刻，电动势为零，磁通量最大，磁通量的变化率为零，故A错误； B.由图可知，线圈转动周期为，一个周期内电流方向改变两次，所以线圈内电流方向改变次，故B错误． C.线圈转到右图位置时，根据右手定则可知感应电流的方向为，故C错误； D.当  时，电动势为零，线框平面与磁场方向垂直，故该交变电动势的瞬时值表达式为  电动势瞬时值为时，代入瞬时表达式，则线框平面与中性面的夹角正弦值  所以线框平面与中性面的夹角为，故D正确。 故选D。 16.如图所示，匀强磁场方向与水平面成角斜向右下方，矩形线圈以恒定角速度绕水平面内的轴按图示方向转动，线圈通过换向器与电阻相连。以图中时刻为计时起点，规定电流由通过流向方向为电流正方向，则通过的电流 随时间变化图像正确的是(    ) A. B. C. D. 【答案】A  【解析】从图示位置顺时针转  角的过程中，线圈的磁通量在减小，由楞次定律可知，感应电流方向由通过流向，即为负方向。这段时间为， 当转到线圈平面与磁场方向平行时，线圈的感应电流最大。继续转  角的过程中，线圈的磁通量在增大，由楞次定律可知，感应电流方向由通过流向，即为负方向。这段时间为， 继续转  角的过程中，线圈的磁通量在增大，线圈两个接头通过换向器改变了与两端的连接，由楞次定律可知，感应电流方向由通过流向，即为正方向。这段时间为， 此时，线圈平面与磁场方向垂直，感应电流为。 故选A。 17.如图所示，空间区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小，为磁场的右边界。磁场内一匝数的正方形闭合金属导线框平行于纸面放置，线框边长，其右边与磁场边界重合。时刻线框从图示位置开始逆时针俯视绕以角速度匀速转动，此过程中感应电动势随时间变化的图像正确的是(    ) A. B. C. D. 【答案】B  【解析】线圈产生的电动势最大值为 线圈转动的周期为 在  内，线圈产生的电动势为 在  内，线圈处于磁场外部，产生的电动势一直为；在  内，线圈产生的电动势为。 故选B。 18.如图，某发电机的矩形线框处在竖直向下的匀强磁场中，绕对称轴以角速度匀速转动，取通过电阻向右的电流为正，从图示位置计时，则中的电流随时间变化的图像是(    ) A. B. C. D. 【答案】A  【解析】矩形线框开始转动时，根据楞次定律，产生顺时针的感应电流，电流从右向左流入电阻，线框从中性面开始转动，为正弦变化规律，故BC错误； 线框转动到与磁场平行继续转动时，电流具有最大值，此时电流从左向右流向电阻，故A正确，D错误。 故选A。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $