3.1 交变电流（高效培优讲义）物理人教版选择性必修第二册

3.1 交变电流 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 交变电流 1 题型2 交变电流的产生 4 题型3 交变电流的变化规律 8 题型4 交流发电机 12 【能力培优练】 15 【重难题型讲解】 题型1 交变电流 1、交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。 2、常见的交变电流的波形图：实际应用中，交变电流有着不同的变化规律，常见的有以下几种，如图所示。 3、直流电流 （1）方向不随时间变化的电流称为直流电，也叫恒定电流，如图甲所示。 （2）方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电，如图乙所示。 ★特别提醒 （1）交变电流和直流电最大的区别就在于电流方向是否随时间周期性变化。 （2）方向不变的电流叫作直流电； （3）交变电流的典型特点是电流方向变化，其大小可能变，也可能不变，如图所示的交变电流称为矩形交变电流，在方向变化时其大小不变。 4、演示：观察交变电流的方向 （1）把两个发光颜色不同的发光二极管并联，连接到教学用发电机的两端。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。 （2）摇动发电机的速度较慢时，我们观察到两个发光二极管交替闪亮,这说明教学用发电机产生的电流，大小和方向都在不断地变化，这种电流叫作交变电流。 【探究归纳】闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生大小和方向周期性变化的交变电流，按正弦规律变化的为正弦式交变电流。 【典例1-1】下列图像中不属于交变电流的是（    ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】ABC．交变电流的方向随时间做周期性变化，三个图中电流均为交变电流；故ABC错误； D．图中电流大小虽然在周期性变化，但方向不变，是直流电，不是交变电流，故D正确。 故选D。 【典例1-2】（多选）以下四种电流i随时间t周期性变化的图像中，描述交流电的有（　　） A． B． C． D． 【答案】ABD 【详解】方向随时间周期性变化的电流是交流电，方向不变的电流是直流电。 故选ABD。 跟踪训练1关于交变电流的理解，下列说法正确的是（　　） 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．交变电流一定是按正弦规律变化的 C．交变电流电压的大小和方向随时间做周期性变化 D．化学电池提供的电流也可能是交变电流 【答案】C 【详解】AC．交变电流电压和电流的大小和方向随时间做周期性变化，故A错误，C正确； B．交变电流不一定时按正弦规律变化，故B错误； D．化学电池提供的电流是直流电，故D错误。 故选C。 跟踪训练2（多选）如图所示的图象中属于交变电流的有（　　） A． B． C． D． 【答案】ABC 【详解】交变电流是指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流，故D错误ABC正确。 故选ABC。 题型2 交变电流的产生 1、交变电流的产生：交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直。 2、交变电流的产生装置——交流发电机：将闭合线圈置于匀强磁场，并绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动，线圈中将产生按正（余）弦规律变化的交流电。 3、交流发电机的两个特殊位置及特点 （1）中性面上图甲和丙所处的位置特点：穿过线圈的磁通量Φ最大，磁通量的变化率=0，所以感应电动势E=0，该应电流I=0，交变电流此时方向改变。 （2）与中性面垂直的位置 上图乙和丁所处的位置 特点：穿过线圈的磁通量Φ=0，磁通量的变化率最大，所以感应电动势E最大，该应电流I最大，交变电流此时方向不变。 ★特别提醒 正弦交变电流产生的原理：矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动的过程中，与轴平行的两条边（导线）切割磁感线，因而产生感应电动势，线圈上就有了电流；交流发电机的工作过程是将机械能转化为电能和回路中内能的过程，符合能量守恒定律。 【探究归纳】闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中磁通量周期性变化，从而产生大小和方向均做周期性变化的交变电流。 【典例2-1】如图是交流发电机转动一个周期的示意图，下列说法正确的是（    ） A．甲图中线圈磁通量最大，产生的电流最大 B．乙图中AB边电流方向从A指向B C．丙图中AB边电流方向从A指向B D．丁图中线圈磁通量为0，磁通量的变化率最大 【答案】D 【详解】A．甲图中线圈磁通量最大，磁通量变化率为零，线圈中感应电动势最小，为零，则产生的感应电流最小，为零，故A错误； B．根据右手定则，乙图中AB边电流方向从B指向A，故B错误； C．丙图中线圈磁通量最大，磁通量变化率为零，线圈中感应电动势最小，为零，则产生的感应电流最小，为零，故AB边的电流为零，故C错误； D．丁图中线框平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量为零，感应电动势最大，即穿过线圈的磁通量变化率最大，故D正确。 故选D。 【典例2-2】（多选）某风力发电机的原理如图所示，在图示位置时线圈ABCD所在平面与磁感线平行，线圈所处空间可视为匀强磁场，AB、CD边通过滑环分别与电刷E、F相连。则线圈ABCD转至图示位置时（　　） A．穿过线圈的磁通量最小 B．穿过线圈的磁通量的变化率最大 C．流过电阻R的电流方向为右→左 D．AB边受到的安培力方向垂直线圈平面向下 【答案】AB 【详解】A．此时穿过线圈的磁通量为零，而磁通量的变化率最大，故AB均正确； C．此时，电流方向为DCBAEFD，则流过电阻R的电流方向为左→右，故C错误； D．由左手定则，AB边受到的安培力方向垂直线圈平面向上，故D错误。 故选AB。 跟踪训练1下图是交流发电机的示意图，则（　　） A．甲图线圈中电流的流向是B流向A B．乙图线圈中电流方向正在改变 C．丙图线圈中的磁通量最小 D．丁图线圈中电流最大 【答案】D 【详解】AC．甲图、丙图所示位置，线圈处于中性面，磁通量最大，感应电动势为0，感应电流为0，故AC错误； B．根据右手定则，图乙位置，线圈的切割方向不变，只是切割速度开始减小，电流方向不变，大小减弱，故B错误； D．根据右手定则，图丁位置，线圈的切割速度最大，感应电动势最大，感应电流最大，故D正确。 故选D。 跟踪训练2（多选）如图所示为交流发电机的原理图，矩形线圈在匀强磁场中逆时针匀速转动，线圈转动的过程中，下列叙述中正确的是（　　） A．线圈在甲图所在位置处磁通量最大 B．线圈在乙图所在位置处磁通量最大 C．线圈在甲图所在位置处电流最大 D．线圈在乙图所在位置处电流最大 【答案】AD 【详解】AB．磁通量公式为 为线圈所在平面与磁场方向所成角的角度，图甲此时线圈所在平面与磁场方向垂直，，可得此时磁通量最大，为 图甲此时线圈所在平面与磁场方向平行，，可得此时磁通量最小，为 故A正确，B错误； CD．线圈在乙图所示位置时，磁通量的变化率最大，产生的电流最大；在甲图所示位置时，磁通量的变化率最小，产生的电流最小；故C错误，D正确。 故选AD。 题型3 交变电流的变化规律 1、交变电流的变化规律 对于如图所示的发电机，设t=0时线圈刚好转到中性面，此时导线AB的速度方向刚好与磁感线平行，因此感应电动势为0。设线圈旋转的角速度为ω，AB和CD的长度为l，AD和BC的长度为d，则经过时间t，线框转过的角度θ=ωt。线框旋转过程中AB和CD的速度v=ω，与磁感线垂直的速度为vsinθ，即sinωt。根据法拉第电磁感应定律，线框上的感应电动势：e=2Blvsinθ=ωBldsinωt=ωBSsinωt 其中，S表示线框的面积。 2、中性面 （1）跟磁场方向垂直的平面叫作中性面，线圈每经过一次中性面，电动势（电流）的方向改变一次，转动一周，电动势（电流）的方向改变两次。 （2）中性面的特点是：中心面与磁场垂直，电路中电流为0、电动势为0、通过线圈的磁通量最大、磁通量的变化率为0。 （3）与中心面垂直的位置的特点是：电路中电流最大、电动势最大、通过线圈的磁通量为0、磁通量的变化率最大。 （4）两个特殊位置的比较 位置 线圈平面与磁场方向垂直（中性面） 线圈平面与磁场方向平行 磁通量 最大 0 磁通量变化率 0 最大 感应电动势 0 最大 感应电流 0 最大 电流方向 改变 不变 3、从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝Emsin ωt，式中Em是常数，表示电动势可能达到的最大值，也叫叫作电动势的峰值。对于单匝线圈，Em=ωBS；如果线圈匝数为N，则Em=NωBS。 同理如果线圈从平行于磁场方向开始转动：e=Emcosωt。设Em=ωBS，可知线框的电动势是随时间按正弦函数规律变化的，为：e=Emsinωt； 4、正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。 5、正弦式交变电流和电压：电流表达式i＝Imsin ωt，电压表达式u＝Umsin ωt.其中Im、Um分别是电流和电压的最大值，也叫峰值。 6、交变电流的峰值：Em＝NωBS，Im＝，Um＝。 电动势峰值Em＝NωBS由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关。 如图所示的几种情况中，如果N、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均相同。 7、求交变电流瞬时值和峰值的方法 （1）定位置：确定线圈的转动是从哪个位置开始计时的。从中性面开始计时、从垂直中性面开始计时。 （2）定函数：确定表达式是正弦函数还是余弦函数。 ①从中性面开始计时→正弦函数。 ②从垂直中性面开始计时→余弦函数。 （3）定数值：确定转动的角速度（n的单位为r/s）、峰值。 （4）求结果：写出表达式，代入时间求瞬时值。 【探究归纳】正弦式交变电流的电动势、电压、电流均按正弦规律周期性变化，峰值与有效值存在固定换算关系，变化周期由线圈转动周期决定。 【典例3-1】如图一所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴转动，产生的正弦式交变电动势在一个周期内的图像如图二所示，则下列说法正确的是（　　） A．t=0时穿过线框的磁通量为零 B．t=0~0.005s内，矩形金属线框的转速逐渐增大 C．交变电流在1s内方向变化50次 D．t=0.01s时，金属线框处于中性面位置 【答案】D 【详解】A．由图二可知t=0时线圈产生的感应电动势为0，此时磁通量变化率为0，穿过线框的磁通量最大，故A错误； B．根据题意可知线框产生的感应电动势为正弦式交变电动势，可知线框的转速不变，故B错误； C．交变电流在0.02s内电流方向改变两次，则1s内方向变化100次，故C错误； D．t=0.01s时，线圈此时产生的感应电动势瞬时值为0，此时金属线框处于中性面，故D正确。 故选D。 【典例3-2】（多选）手摇式发电机是我们教学中常用的演示工具，如图甲所示，可以简化为图乙。一个小型旋转电枢式交流发电机的矩形线圈面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中以矩形线圈中轴线为轴匀速转动，产生的交流电通过M、N与外电路连接，如图乙所示。在线圈由平行于磁场方向的位置转过90°的过程中，下列说法正确的是（　　） A．线圈在图乙所示的位置时，产生的感应电动势为零 B．线圈由图乙中的位置转过90°的过程中，磁通量的变化量为BS C．线圈由图乙中的位置转过90°时，流过线圈的电流为零 D．线圈位于中性面位置时，产生的感应电动势最大 【答案】BC 【详解】A．线圈在图乙所示的位置时，恰好与中性面垂直，此时的磁通量为零，产生的感应电动势最大，A错误； B．线圈由图乙中的位置转过时，磁通量由零变为BS，所以该过程中磁通量的变化量为BS，B正确； C．线圈由图乙中的位置转过90°时，位于中性面，流过线圈的电流为零，C正确； D．线圈位于中性面位置时，产生的感应电动势为零，D错误。 故选BC。 跟踪训练1如图所示，在足够大的、磁感应强度为B的匀强磁场中，一匝数为N、面积为S的矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，则当线框平面与中性面（    ） A．垂直时，线框的四条边受到安培力 B．垂直时，线框的磁通量变化率最大 C．重合时，线框产生的感应电动势最大 D．重合时，穿过线框的磁通量为NBS 【答案】B 【详解】AB．当线框平面与中性面垂直时，上下两边不受安培力，此时线框的磁通量变化率最大，感应电动势最大，故A错误，B正确； CD．当线框平面与中性面重合时，线框产生的感应电动势最小为0，磁通量为 故CD错误； 故选B。 跟踪训练2（多选）一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时（　　） A．线圈平面与磁感线方向垂直 B．通过线圈的磁通量达到最大值 C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值 D．线圈中的电动势为零 【答案】ABD 【详解】线圈平面垂直于磁感线时的位置叫做中性面，线圈在中性面时磁通量最大，磁通量的变化率最小，电动势为零。 故选ABD。 题型4 交流发电机 1、工作原理：交流发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律。 2、发电机的构造 （1）电枢：产生感应电动势的线圈。 （2）磁体：用来产生磁场。 3、发电机的分类 （1）旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动。 （2）旋转磁极式发电机：电枢不动，磁极转动。 4、发电机的能量转换：发电机转子一般由蒸汽轮机、水轮机等带动，将机械能转化为电能，输送给外电路。 ★特别提醒 线圈在磁场中转动产生交变电流，可以根据右手定则判断具体时刻的电流方向。 【探究归纳】交流发电机利用电磁感应原理，将线圈转动的机械能转化为大小和方向周期性变化的电能，是产生交变电流的核心装置。 【典例4-1】2023年6月14日，我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”在广东珠海投入试运行，如图甲所示。南鲲号发电原理可作如下简化：海浪带动浪板上下摆动，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。如图乙，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流，下列说法正确的是（　　） A．海浪频率的变化对输出电流没有影响 B．在图乙所示位置时，线圈b端电势高于a端电势 C．在图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量变化率最小 D．在图乙所示位置时，线圈靠近N极的导线受到的安培力方向向上 【答案】D 【详解】A．线圈转动过程中产生的电动势的最大值为 其中 则输出电流的最大值为 则海浪频率的变化对输出电流有影响，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a端电势高于b端电势，故B错误； C．图乙中线圈所处位置与磁感线平行，穿过线圈的磁通量最小，与中性面垂直，磁通量的变化率最大，故C错误； D．线圈内部电流从b到a，根据左手定则可知线圈靠近N极的导线受到的安培力方向向上，故D正确。 故选D。 【典例4-2】（多选）如图所示为一台小型发电机示意图，磁场为水平方向．当线圈转到如图所示的水平位置时，下列判断正确的是（    ） A．通过线圈的磁通量最大 B．通过线圈的磁通量为零 C．线圈中产生的电动势最大 D．线圈中产生的电动势为零 【答案】BC 【详解】AB．此时的线圈位置为线圈平面与磁感线平等的位置，故通过线圈的磁通量为零，故A错误，B正确； CD．此时线圈的两个边与磁感线方向垂直，故切割磁感线的条数最多，所以线圈中产生的电动势最大，故C正确，D错误。 故选BC。 跟踪训练1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．线圈每转动一周，感应电流方向都会改变一次 B．当通过线圈平面的磁通量最大时，线圈中的感应电流最大 C．线圈转动的越快，灯泡就越亮 D．把磁铁N、S极位置互换，发电机将不能发电 【答案】C 【详解】A．线圈每转动一周，感应电流方向改变2次，故A错误； B．当线圈平面转到中性面的瞬间，磁通量最大，磁通量的变化率为零，所以感应电动势为零，线圈中的感应电流为零，故B错误； C．由，增大转速，电动势有效值增加，灯泡变亮，故C正确； D．线圈产生感应电动势，与磁铁N、S极位置无关，故D错误。 故选C。 跟踪训练2（多选）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。 【能力培优练】 1．如图所示，从左往右看，各线圈在匀强磁场中绕轴匀速顺时针转动，从各自图示位置开始计时，设电流从2流出线圈为正方向，A、C选项中线圈平面与磁场垂直，B、D选项中线圈平面与磁场平行，能产生如图所示交变电流的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】如图所示，时刻，电流为正向最大，此时线圈应平行于磁场，根据电流的方向结合右手定则可知2所在的那条边正在向纸面外转动，产生的感应电流从2流出。 故选B。 2．如图所示是课本中交流发电机发电过程的示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，为了便于观察，图中只画了一匝线圈，线圈的AB边和CD边分别连接在滑环上，线圈在匀速转动过程中，下列说法正确的是（　　） A．转到图甲位置时，通过线圈的磁通量为0，此位置为中性面 B．转到图乙位置时，线圈中电流方向发生改变 C．转到图丙位置时，CD边切割磁感线，产生感应电流方向为D→C D．转到图丁位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率最大 【答案】B 【详解】A．转到图甲位置时，磁场与线圈平行，线圈得磁通量为0，中性面为磁通量最大位置，因此甲图不是中性面位置，故A错误； B．转到图乙位置时，即线圈为中性面位置，此时线圈中电流方向发生改变，故B正确； C．转到图丙位置时，由右手定则可得，CD边感应电流方向为C一D，故C错误； D．转到图丁位置时，线网中的磁通量最大，磁通量变化率为零，故D错误。 故选B。 3．在交变电流产生的实验中，关于中性面，下列说法正确的是（　　） A．此时线圈垂直切割磁感线，感应电流最大 B．磁感线垂直该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率也最大 C．线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向一定会发生改变 D．线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的变化率为零，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变 【答案】C 【详解】A．线圈平面与中性面重合时，线圈线速度方向与与磁感线平行，不切割磁感线，感应电流为零，故A错误； B．线圈平面与中性面重合时，磁感线垂直该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，但磁通量的变化率为零，故B错误； C．线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向一定会发生改变，故C正确； D．线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变，故D错误。 故选C。 4．如图甲所示为某款按压式发电的手电筒，当按照一定的频率按压时，内置发电机线圈转动，穿过线圈的磁通量按正弦规律变化如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．t=0.1s时，通过线圈的磁通量最大 B．t=0.2s时，线圈中的电流改变方向 C．t=0.1s时，产生的感应电动势为零 D．t=0.2s时，发电机线圈中的电流为最大 【答案】D 【详解】A．由图乙可知，t=0.1s时通过线圈的磁通量最大；A错误； BCD．t=0.1s和t=0.2s时通过线圈的磁通量为零，感应电动势最大，感应电流最大；线圈垂直于中性面的面，线圈中的电流不改变方向，故BC错误，D正确。 故选D。 5．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。如图，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a端电势高于b端电势 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感应电动势为0 D．线圈产生的电动势大小与海浪波动的频率无关 【答案】A 【详解】A．根据右手定则，图示位置的感应电流从a端流出，可知，a端为等效电源的正极，即线圈转动到如图所示位置时a端电势高于b端电势，故A正确； B．如图所示位置，穿过线圈的磁通量为0，该位置与中性面垂直，电流只有在经过中性面位置时，电流方向才发生变化，即线圈转动到如图所示位置时电流方向不发生变化，故B错误； C．结合上述，图示位置，穿过线圈的磁通量为0，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，故C错误； D．根据正弦式交流电产生的原理可知，从图示位置计时的感应电动势为 可知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A。 6．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．线圈每转动一周，指针左右摆动两次 B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C．线圈逆时针转动到图示位置ab边的感应电流方向为a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零 【答案】C 【详解】A．线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故A错误； BC．线圈处于图示位置时与中性面垂直，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为a→b，故B错误C正确； D．线圈平面与磁场方向平行时，线圈产生的电动势最大，磁通量的变化率最大，故D错误。 故选C。 7．图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈ABCD绕转轴OO′匀速转动。A为电流传感器（与计算机相连），R为定值电阻，线圈电阻为r，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像，下列说法中正确的是（　　） A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大 B．金属线圈转动一圈的过程中电流方向改变一次 C．时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最大，磁通量变化率最小 D．时刻总磁通量变化量为0 【答案】C 【详解】AB．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时，为中性面，磁通量最大，感应电动势为，电流方向改变，转动一圈的过程中，会经历两次中性面，故线圈转动一圈，电流方向改变两次，故AB错误； C． 、 时刻电流为，感应电动势为，此时线圈平面处于中性面，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，磁通量变化率最小，故C正确； D．时刻电流为0，磁通量最大，时刻电流最大，磁通量为0，所以时刻总磁通量变化量不为0，故D错误。 故选C。 8．如图所示，边长为l的正方形金属框abcd置于匀强磁场中，磁场方向水平向右。金属框以角速度ω绕金属框的bc边逆时针（从上往下看）匀速转动。时金属框平面与磁场平行（图示状态），下列说法正确的是（　　） A．时，ad边的电流方向从d指向a B．在的时间内，ab边的电流方向为先a→b，后b→a C．在的时间内，cd边一直切割磁感线 D．若绕ab边转动，在的时间内，通过金属框的磁通量先增大后减小 【答案】B 【详解】A．时，ad边切割方向与磁场平行，瞬时电流为0，故A错误； B．在的时间内，通过金属框的磁通量先增大后减小，由楞次定律ab边的电流方向为先a→b，后b→a，故B正确； C．在的时间内，cd边一直没有切割磁感线，故C错误； D．若绕ab边转动，在的时间内，通过金属框的磁通量一直为0，故D错误。 故选B 。 9．如图甲所示为交流发电机、定值电阻R、交流电流表A组成的闭合回路，线圈ABCD逆时针方向转动，图示位置磁感线与线圈平面平行，图乙所示为通过线圈的磁通量随时间t的变化关系图像，下列说法正确的是（    ） A．、时刻线圈中感应电动势最小 B．、时刻电阻R两端的电压为零 C．线圈转动到图示位置时，线圈中磁通量变化率为零 D．线圈转动到图示位置时，感应电流方向为 【答案】B 【详解】A．根据题图乙，由交流发电机工作原理可知，在、时刻，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率却最大，则线圈中产生的感应电动势最大，故A错误； B．由题图乙知线圈在、时刻，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为0，则R两端的电压为0，故B正确； C．线圈转到题图甲所示位置时，穿过线圈中的磁通量为零，但磁通量变化率却最大，故C错误； D．线圈ABCD逆时针方向转动，根据右手定则可判断当线圈转动到题图甲所示位置时，感应电流方向为D→C→B→A→D，故D错误。 故选B。 10．（多选）下列各图中，线圈中能产生交变电流的有（　　） A． B． C． D． 【答案】BCD 【详解】A．线圈转动过程始终平行于磁场，磁通量始终为零，不能产生交变电流，A错误； BCD．线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，据交流电的产生原理可知，能产生交变电流，BCD正确。 故选BCD。 11．（多选）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 【答案】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．（多选）矩形线圈的面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动。如图所示，当转到线圈平面与磁场垂直位置时（    ） A．线圈中的电动势为0 B．线圈中的电动势为NBSω C．穿过线圈的磁通量为0 D．线圈不受安培力作用 【答案】AD 【详解】当转到线圈平面与磁场垂直位置时，穿过线圈的磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，线圈中的感应电动势为零，感应电流为零，则线圈不受安培力作用。 故选AD。 13．（多选）线圈的匝数为100匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是（　　） A．在和时，线圈平面和磁场垂直，电动势最大 B．在和时，线圈平面和磁场垂直，电动势为零 C．在和时电流方向不变 D．在和时，线圈切割磁感线的有效速率最大 【答案】BC 【详解】A．线圈平面与磁场垂直时的位置为中性面，在和时，磁通量最小，线圈平面和磁场平行，线圈位于与中性面垂直的位置，感应电动势最大，故A错误； BD．在和时，磁通量最大，线圈位于中性面位置，感应电动势为0，则磁通量变化率为0，线圈切割磁感线的有效速率最小，故B正确，D错误； C．在和时，磁通量最小，线圈位于与中性面垂直的位置，电流方向没有发生变化，故C正确。 故选BC。 14．（多选）如图甲所示为交流发电机、定值电阻R、交流电流表A组成的闭合回路，线圈ABCD逆时针方向转动，图示位置磁感线与线圈平面平行，图乙所示为通过线圈的磁通量随时间t的变化关系图像，下列说法正确的是（　　） A．t1、t3时刻线圈处于中性面 B．t2、t4时刻线圈中感应电动势为零 C．线圈转动到图示位置时，线圈中磁通量变化率最大 D．线圈转动到图示位置时，感应电流方向为 A→B→C→D→A 【答案】AC 【详解】A．由图乙知线圈在、时刻，穿过线圈的磁通量最大，故t1、t3时刻线圈处于中性面处，故A正确； B．根据图乙，由交流发电机工作原理可知，在、时刻，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率却最大，则线圈中产生的感应电动势最大，故B错误； C．线圈转到图甲所示位置时，穿过线圈中的磁通量为零，但磁通量变化率却最大，故C正确； D．线圈ABCD逆时针方向转动，根据右手定则可判断当线圈转动到图甲所示位置时，感应电流方向为D→C→B→A→D，故D错误。 故选AC。 15．电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。汽车制动时车轮转动带动磁极绕固定的线圈匀速旋转，在线圈中产生交变电流。如图所示，某时刻线圈平面与磁场方向恰好垂直，此时穿过线圈的磁通量 （填“最大”或“为零”），线圈 （填“平行”或“垂直”）于中性面，线圈的感应电动势 （填“最大”或“为零”）。 【答案】 最大 平行 为零 【详解】[1] [2][3]某时刻线圈平面与磁场方向恰好垂直，此时穿过线圈的磁通量最大；线圈平行于中性面；线圈的感应电动势为零。 16．交流发电机模型的示意图如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线框可绕线框平面内垂直于磁感线的OO＇轴转动，由线框引出的导线和分别与两个跟线框一起绕OO＇轴转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动良好接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻及理想电流表形成闭合电路。已知长度为，bc长度为，线框电阻为，匝数为，线框以恒定角速度逆时针转动。求： （1） 从线框平面处于中性面位置时开始计时，发电机产生的电动势瞬时值的表达式； （2）安培表的示数； （3）若不计一切摩擦，外力驱动线框转动一周所做的功。 【详解】（1）电动势最大值为 电动势瞬时值的表达式为 （2）电动势有效值为      由闭合电路欧姆定律，安培表的示数 （3）线框转动的周期 外力驱动线框转动一周所做的功等于闭合回路中的焦耳热，则 得 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.1 交变电流 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 交变电流 1 题型2 交变电流的产生 3 题型3 交变电流的变化规律 5 题型4 交流发电机 8 【能力培优练】 10 【重难题型讲解】 题型1 交变电流 1、交变电流：大小和方向随时间做周期性变化的电流叫作交变电流，简称交流。 2、常见的交变电流的波形图：实际应用中，交变电流有着不同的变化规律，常见的有以下几种，如图所示。 3、直流电流 （1）方向不随时间变化的电流称为直流电，也叫恒定电流，如图甲所示。 （2）方向不随时间改变而大小随时间改变的电流叫脉动直流电，如图乙所示。 ★特别提醒 （1）交变电流和直流电最大的区别就在于电流方向是否随时间周期性变化。 （2）方向不变的电流叫作直流电； （3）交变电流的典型特点是电流方向变化，其大小可能变，也可能不变，如图所示的交变电流称为矩形交变电流，在方向变化时其大小不变。 4、演示：观察交变电流的方向 （1）把两个发光颜色不同的发光二极管并联，连接到教学用发电机的两端。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动。 （2）摇动发电机的速度较慢时，我们观察到两个发光二极管交替闪亮,这说明教学用发电机产生的电流，大小和方向都在不断地变化，这种电流叫作交变电流。 【探究归纳】闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生大小和方向周期性变化的交变电流，按正弦规律变化的为正弦式交变电流。 【典例1-1】下列图像中不属于交变电流的是（    ） A． B．C． D． 【典例1-2】（多选）以下四种电流i随时间t周期性变化的图像中，描述交流电的有（　　） A．B．C．D． 跟踪训练1关于交变电流的理解，下列说法正确的是（　　） 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．交变电流一定是按正弦规律变化的 C．交变电流电压的大小和方向随时间做周期性变化 D．化学电池提供的电流也可能是交变电流 跟踪训练2（多选）如图所示的图象中属于交变电流的有（　　） A．B．C．D． 题型2 交变电流的产生 1、交变电流的产生：交流发电机的线圈在磁场中转动时，转轴与磁场方向垂直。 2、交变电流的产生装置——交流发电机：将闭合线圈置于匀强磁场，并绕垂直于磁场方向的轴做匀速转动，线圈中将产生按正（余）弦规律变化的交流电。 3、交流发电机的两个特殊位置及特点 （1）中性面上图甲和丙所处的位置特点：穿过线圈的磁通量Φ最大，磁通量的变化率=0，所以感应电动势E=0，该应电流I=0，交变电流此时方向改变。 （2）与中性面垂直的位置 上图乙和丁所处的位置 特点：穿过线圈的磁通量Φ=0，磁通量的变化率最大，所以感应电动势E最大，该应电流I最大，交变电流此时方向不变。 ★特别提醒 正弦交变电流产生的原理：矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动的过程中，与轴平行的两条边（导线）切割磁感线，因而产生感应电动势，线圈上就有了电流；交流发电机的工作过程是将机械能转化为电能和回路中内能的过程，符合能量守恒定律。 【探究归纳】闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中磁通量周期性变化，从而产生大小和方向均做周期性变化的交变电流。 【典例2-1】如图是交流发电机转动一个周期的示意图，下列说法正确的是（    ） A．甲图中线圈磁通量最大，产生的电流最大 B．乙图中AB边电流方向从A指向B C．丙图中AB边电流方向从A指向B D．丁图中线圈磁通量为0，磁通量的变化率最大 【典例2-2】（多选）某风力发电机的原理如图所示，在图示位置时线圈ABCD所在平面与磁感线平行，线圈所处空间可视为匀强磁场，AB、CD边通过滑环分别与电刷E、F相连。则线圈ABCD转至图示位置时（　　） A．穿过线圈的磁通量最小 B．穿过线圈的磁通量的变化率最大 C．流过电阻R的电流方向为右→左 D．AB边受到的安培力方向垂直线圈平面向下 跟踪训练1下图是交流发电机的示意图，则（　　） A．甲图线圈中电流的流向是B流向A B．乙图线圈中电流方向正在改变 C．丙图线圈中的磁通量最小 D．丁图线圈中电流最大 跟踪训练2（多选）如图所示为交流发电机的原理图，矩形线圈在匀强磁场中逆时针匀速转动，线圈转动的过程中，下列叙述中正确的是（　　） A．线圈在甲图所在位置处磁通量最大 B．线圈在乙图所在位置处磁通量最大 C．线圈在甲图所在位置处电流最大 D．线圈在乙图所在位置处电流最大 题型3 交变电流的变化规律 1、交变电流的变化规律 对于如图所示的发电机，设t=0时线圈刚好转到中性面，此时导线AB的速度方向刚好与磁感线平行，因此感应电动势为0。设线圈旋转的角速度为ω，AB和CD的长度为l，AD和BC的长度为d，则经过时间t，线框转过的角度θ=ωt。线框旋转过程中AB和CD的速度v=ω，与磁感线垂直的速度为vsinθ，即sinωt。根据法拉第电磁感应定律，线框上的感应电动势：e=2Blvsinθ=ωBldsinωt=ωBSsinωt 其中，S表示线框的面积。 2、中性面 （1）跟磁场方向垂直的平面叫作中性面，线圈每经过一次中性面，电动势（电流）的方向改变一次，转动一周，电动势（电流）的方向改变两次。 （2）中性面的特点是：中心面与磁场垂直，电路中电流为0、电动势为0、通过线圈的磁通量最大、磁通量的变化率为0。 （3）与中心面垂直的位置的特点是：电路中电流最大、电动势最大、通过线圈的磁通量为0、磁通量的变化率最大。 （4）两个特殊位置的比较 位置 线圈平面与磁场方向垂直（中性面） 线圈平面与磁场方向平行 磁通量 最大 0 磁通量变化率 0 最大 感应电动势 0 最大 感应电流 0 最大 电流方向 改变 不变 3、从中性面开始计时，线圈中产生的电动势的瞬时值表达式：e＝Emsin ωt，式中Em是常数，表示电动势可能达到的最大值，也叫叫作电动势的峰值。对于单匝线圈，Em=ωBS；如果线圈匝数为N，则Em=NωBS。 同理如果线圈从平行于磁场方向开始转动：e=Emcosωt。设Em=ωBS，可知线框的电动势是随时间按正弦函数规律变化的，为：e=Emsinωt； 4、正弦式交变电流：按正弦规律变化的交变电流叫作正弦式交变电流，简称正弦式电流。 5、正弦式交变电流和电压：电流表达式i＝Imsin ωt，电压表达式u＝Umsin ωt.其中Im、Um分别是电流和电压的最大值，也叫峰值。 6、交变电流的峰值：Em＝NωBS，Im＝，Um＝。 电动势峰值Em＝NωBS由线圈匝数N、磁感应强度B、转动角速度ω和线圈面积S决定，与线圈的形状无关，与转轴的位置无关。 如图所示的几种情况中，如果N、B、ω、S均相同，则感应电动势的峰值均相同。 7、求交变电流瞬时值和峰值的方法 （1）定位置：确定线圈的转动是从哪个位置开始计时的。从中性面开始计时、从垂直中性面开始计时。 （2）定函数：确定表达式是正弦函数还是余弦函数。 ①从中性面开始计时→正弦函数。 ②从垂直中性面开始计时→余弦函数。 （3）定数值：确定转动的角速度（n的单位为r/s）、峰值。 （4）求结果：写出表达式，代入时间求瞬时值。 【探究归纳】正弦式交变电流的电动势、电压、电流均按正弦规律周期性变化，峰值与有效值存在固定换算关系，变化周期由线圈转动周期决定。 【典例3-1】如图一所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴转动，产生的正弦式交变电动势在一个周期内的图像如图二所示，则下列说法正确的是（　　） A．t=0时穿过线框的磁通量为零 B．t=0~0.005s内，矩形金属线框的转速逐渐增大 C．交变电流在1s内方向变化50次 D．t=0.01s时，金属线框处于中性面位置 【典例3-2】（多选）手摇式发电机是我们教学中常用的演示工具，如图甲所示，可以简化为图乙。一个小型旋转电枢式交流发电机的矩形线圈面积为S，在磁感应强度为B的匀强磁场中以矩形线圈中轴线为轴匀速转动，产生的交流电通过M、N与外电路连接，如图乙所示。在线圈由平行于磁场方向的位置转过90°的过程中，下列说法正确的是（　　） A．线圈在图乙所示的位置时，产生的感应电动势为零 B．线圈由图乙中的位置转过90°的过程中，磁通量的变化量为BS C．线圈由图乙中的位置转过90°时，流过线圈的电流为零 D．线圈位于中性面位置时，产生的感应电动势最大 跟踪训练1如图所示，在足够大的、磁感应强度为B的匀强磁场中，一匝数为N、面积为S的矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，则当线框平面与中性面（    ） A．垂直时，线框的四条边受到安培力 B．垂直时，线框的磁通量变化率最大 C．重合时，线框产生的感应电动势最大 D．重合时，穿过线框的磁通量为NBS 跟踪训练2（多选）一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈通过中性面时（　　） A．线圈平面与磁感线方向垂直 B．通过线圈的磁通量达到最大值 C．通过线圈的磁通量变化率达到最大值 D．线圈中的电动势为零 题型4 交流发电机 1、工作原理：交流发电机的工作原理基于法拉第电磁感应定律。 2、发电机的构造 （1）电枢：产生感应电动势的线圈。 （2）磁体：用来产生磁场。 3、发电机的分类 （1）旋转电枢式发电机：电枢转动，磁极不动。 （2）旋转磁极式发电机：电枢不动，磁极转动。 4、发电机的能量转换：发电机转子一般由蒸汽轮机、水轮机等带动，将机械能转化为电能，输送给外电路。 ★特别提醒 线圈在磁场中转动产生交变电流，可以根据右手定则判断具体时刻的电流方向。 【探究归纳】交流发电机利用电磁感应原理，将线圈转动的机械能转化为大小和方向周期性变化的电能，是产生交变电流的核心装置。 【典例4-1】2023年6月14日，我国自主研发的首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲号”在广东珠海投入试运行，如图甲所示。南鲲号发电原理可作如下简化：海浪带动浪板上下摆动，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。如图乙，若转子带动线圈沿逆时针方向转动，并向外输出电流，下列说法正确的是（　　） A．海浪频率的变化对输出电流没有影响 B．在图乙所示位置时，线圈b端电势高于a端电势 C．在图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量变化率最小 D．在图乙所示位置时，线圈靠近N极的导线受到的安培力方向向上 【典例4-2】（多选）如图所示为一台小型发电机示意图，磁场为水平方向．当线圈转到如图所示的水平位置时，下列判断正确的是（    ） A．通过线圈的磁通量最大 B．通过线圈的磁通量为零 C．线圈中产生的电动势最大 D．线圈中产生的电动势为零 跟踪训练1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．线圈每转动一周，感应电流方向都会改变一次 B．当通过线圈平面的磁通量最大时，线圈中的感应电流最大 C．线圈转动的越快，灯泡就越亮 D．把磁铁N、S极位置互换，发电机将不能发电 跟踪训练2（多选）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 【能力培优练】 1．如图所示，从左往右看，各线圈在匀强磁场中绕轴匀速顺时针转动，从各自图示位置开始计时，设电流从2流出线圈为正方向，A、C选项中线圈平面与磁场垂直，B、D选项中线圈平面与磁场平行，能产生如图所示交变电流的是（　　） A． B． C． D． 2．如图所示是课本中交流发电机发电过程的示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，为了便于观察，图中只画了一匝线圈，线圈的AB边和CD边分别连接在滑环上，线圈在匀速转动过程中，下列说法正确的是（　　） A．转到图甲位置时，通过线圈的磁通量为0，此位置为中性面 B．转到图乙位置时，线圈中电流方向发生改变 C．转到图丙位置时，CD边切割磁感线，产生感应电流方向为D→C D．转到图丁位置时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率最大 3．在交变电流产生的实验中，关于中性面，下列说法正确的是（　　） A．此时线圈垂直切割磁感线，感应电流最大 B．磁感线垂直该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率也最大 C．线圈平面每次经过中性面时，感应电流的方向一定会发生改变 D．线圈平面处于跟中性面垂直的位置时，磁通量的变化率为零，感应电动势、感应电流均最大，电流方向不变 4．如图甲所示为某款按压式发电的手电筒，当按照一定的频率按压时，内置发电机线圈转动，穿过线圈的磁通量按正弦规律变化如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．t=0.1s时，通过线圈的磁通量最大 B．t=0.2s时，线圈中的电流改变方向 C．t=0.1s时，产生的感应电动势为零 D．t=0.2s时，发电机线圈中的电流为最大 5．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。如图，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a端电势高于b端电势 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感应电动势为0 D．线圈产生的电动势大小与海浪波动的频率无关 6．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．线圈每转动一周，指针左右摆动两次 B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C．线圈逆时针转动到图示位置ab边的感应电流方向为a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零 7．图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈ABCD绕转轴OO′匀速转动。A为电流传感器（与计算机相连），R为定值电阻，线圈电阻为r，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像，下列说法中正确的是（　　） A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大 B．金属线圈转动一圈的过程中电流方向改变一次 C．时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最大，磁通量变化率最小 D．时刻总磁通量变化量为0 8．如图所示，边长为l的正方形金属框abcd置于匀强磁场中，磁场方向水平向右。金属框以角速度ω绕金属框的bc边逆时针（从上往下看）匀速转动。时金属框平面与磁场平行（图示状态），下列说法正确的是（　　） A．时，ad边的电流方向从d指向a B．在的时间内，ab边的电流方向为先a→b，后b→a C．在的时间内，cd边一直切割磁感线 D．若绕ab边转动，在的时间内，通过金属框的磁通量先增大后减小 9．如图甲所示为交流发电机、定值电阻R、交流电流表A组成的闭合回路，线圈ABCD逆时针方向转动，图示位置磁感线与线圈平面平行，图乙所示为通过线圈的磁通量随时间t的变化关系图像，下列说法正确的是（    ） A．、时刻线圈中感应电动势最小 B．、时刻电阻R两端的电压为零 C．线圈转动到图示位置时，线圈中磁通量变化率为零 D．线圈转动到图示位置时，感应电流方向为 10．（多选）下列各图中，线圈中能产生交变电流的有（　　） A． B． C． D． 11．（多选）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．（多选）矩形线圈的面积为S，匝数为N，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动。如图所示，当转到线圈平面与磁场垂直位置时（    ） A．线圈中的电动势为0 B．线圈中的电动势为NBSω C．穿过线圈的磁通量为0 D．线圈不受安培力作用 13．（多选）线圈的匝数为100匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示。下列结论正确的是（　　） A．在和时，线圈平面和磁场垂直，电动势最大 B．在和时，线圈平面和磁场垂直，电动势为零 C．在和时电流方向不变 D．在和时，线圈切割磁感线的有效速率最大 14．（多选）如图甲所示为交流发电机、定值电阻R、交流电流表A组成的闭合回路，线圈ABCD逆时针方向转动，图示位置磁感线与线圈平面平行，图乙所示为通过线圈的磁通量随时间t的变化关系图像，下列说法正确的是（　　） A．t1、t3时刻线圈处于中性面 B．t2、t4时刻线圈中感应电动势为零 C．线圈转动到图示位置时，线圈中磁通量变化率最大 D．线圈转动到图示位置时，感应电流方向为 A→B→C→D→A 15．电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。汽车制动时车轮转动带动磁极绕固定的线圈匀速旋转，在线圈中产生交变电流。如图所示，某时刻线圈平面与磁场方向恰好垂直，此时穿过线圈的磁通量 （填“最大”或“为零”），线圈 （填“平行”或“垂直”）于中性面，线圈的感应电动势 （填“最大”或“为零”）。 16．交流发电机模型的示意图如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线框可绕线框平面内垂直于磁感线的OO＇轴转动，由线框引出的导线和分别与两个跟线框一起绕OO＇轴转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动良好接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻及理想电流表形成闭合电路。已知长度为，bc长度为，线框电阻为，匝数为，线框以恒定角速度逆时针转动。求： （1） 从线框平面处于中性面位置时开始计时，发电机产生的电动势瞬时值的表达式； （2）安培表的示数； （3）若不计一切摩擦，外力驱动线框转动一周所做的功。 / 学科网（北京）股份有限公司 $