3.1 交变电流 跟踪检测-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

第1节 交变电流 跟踪检测 一、选择题: 1．如图所示，属于交流电的是(　　) 2．某交流发电机正常工作时产生的感应电动势为e＝Emsinωt，若线圈匝数减为原来的一半，而转速增为原来的2倍，其他条件不变，则产生的电动势的表达式是(　　) A．e＝Emsinωt B．e＝2Emsinωt C．e＝2Emsin2ωt D．e＝Emsin2ωt 3．如图所示为演示交变电流产生过程的装置图，关于这个实验，正确的说法是(　　) A．线圈从任意位置转180°的过程，穿过线圈的磁通量变化量一定为零 B．图示线圈所处位置为中性面，线圈中无感应电流 C．图示位置ab边中的感应电流方向为a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零 4. 有一不动的矩形线圈abcd，处于范围足够大的可转动的匀强磁场中。如图所示，该匀强磁场是由一对磁极N、S产生，磁极以OO′为轴匀速转动。在t＝0时刻，磁场的方向与线圈平面平行，磁极N离开纸面向外转动。规定沿a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图线是(　　) 5．如图所示，空间存在磁感应强度为B的匀强磁场，一单匝线框abcd面积为S，在cd边上接有一电容器，现把线框以cd为轴，从上往下看沿顺时针方向以角速度ω旋转180°到虚线位置，在此过程中，下列说法正确的是(　　) A．电容器两极板间电压随时间变化的关系为U＝BSωsinωt B．电容器上极板先带正电，后带负电 C．电流方向始终是由a流向d D．若把线框匀速平移到虚线处，过程中电容器不带电 6．一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。在转动过程中，线框中的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为Em，下列说法正确的是(　　) A．当磁通量为零时，感应电动势也为零 B．当磁通量减小时，感应电动势也减小 C．当磁通量等于0.5Φm时，感应电动势等于0.5Em D．线框匀速转动的角速度ω等于 7．(多选)线圈在磁场中匀速转动产生的交流电动势为e＝10sin20πt(V)，则下列说法正确的是(　　) A．t＝0时，线圈平面位于中性面 B．t＝0时，穿过线圈的磁通量最大 C．t＝0时，导线切割磁感线的有效速度最大 D．t＝0.4 s时，e达到峰值10 V 8．(多选)如图所示，在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置，下列说法正确的是(　　) A．t1时刻穿过线框的磁通量最大 B．t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左 C．t2时刻穿过线框的磁通量变化最快 D．t2时刻电阻中的电流为零，方向改变 9．(多选)如图所示，形状或转轴位置不同，但面积均为S的单匝线圈处在同一个磁感应强度为B的匀强磁场中，以相同的角速度ω匀速转动，从图示位置开始计时，则下列正确的说法是(　　) A．感应电动势的最大值都相同 B．感应电动势的瞬时值不同 C．感应电动势的最大值不同 D．感应电动势的瞬时值都相同 10．(多选)如图甲所示，一个矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向且与线圈共面的轴OO′匀速转动，从某个时刻开始计时，穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化如图乙所示，则下列说法中正确的是(　　) A．t＝0时刻线圈处于中性面位置 B．t1、t3时刻线圈中的感应电流最大且方向相同 C．t2、t4时刻穿过矩形线圈的磁通量最大，但感应电流却为零 D．t5时刻穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率也为零 二、计算题(要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位) 11．如图所示，矩形线圈匝数N＝100，ab＝30 cm，ad＝20 cm，匀强磁场的磁感应强度B＝0.8 T，绕轴OO′从图示位置开始匀速转动，角速度ω＝100π rad/s，求：(1)穿过线圈的磁通量最大值Φm； (2)线圈产生的感应电动势最大值Em； (3)感应电动势e随时间t变化的表达式； (4)从图示位置开始匀速转动30°过程中，线圈中产生的平均电动势。 12. 矩形线圈的面积为0.05 m2，共100匝，线圈电阻为2 Ω，外接电阻为R＝8 Ω，线圈在磁感应强度为B＝ T的匀强磁场中以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(以abcda 为电流正方向)； (2)从开始计时起经 s时，线圈中电流的瞬时值； (3)外电路电阻R两端电压的瞬时值表达式。 参考答案： 1.答案　C解析　电流的方向随时间做周期性变化的电流是交流电，A、B、D中电流的方向不随时间变化，不属于交流电，C正确。 2.答案　D解析　当线圈匝数N、转速n发生变化时，感应电动势的最大值也可能发生变化，由Em＝NBSω及角速度与转速的关系ω＝2πn得，当N′＝、n′＝2n时，ω′＝2ω，Em′＝N′BSω′＝BS·2ω＝NBSω，即Em′＝Em，其他条件不变，故产生的感应电动势表达式为e＝Emsin2ωt，D正确。 3.答案　C解析　磁通量是标量，但有正负，若从一个面穿入为正，则从该面穿出为负，线圈从中性面位置转180°的过程，穿过线圈的磁通量变化量不为零，A错误；图示位置线圈与磁场平行，磁通量为零，是中性面的垂面位置，线圈中感应电流最大，B错误；由右手定则可判断图示位置ab边中的感应电流方向为a→b，C正确；线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，磁通量变化率最大，D错误。 4.答案　C解析　由题意可知，线圈相对于磁场绕转轴顺时针转动(从′向O看)，根据右手定则可知，t＝0时刻，感应电流的方向为a→b→c→d→a，感应电流为正值，此时线圈切割磁感线的有效速度最大，产生的感应电流最大，C正确，A、B、D错误。 5.答案　A解析　由于线框是从中性面处开始旋转的，故ab边产生的感应电动势瞬时值表达式为e＝BSωsinωt，故电容器两极板间电压随时间变化的关系为U＝BSωsinωt，故A正确。由楞次定律知，线框从实线位置转过90°过程中电容器充电，电流方向是由a流向d；线框从旋转90°的位置转到虚线位置过程中电容器放电，电流方向是由d流向a，故电容器的上极板始终带正电，电流方向先是由a流向d，再由d流向a，B、C错误。线框匀速平移过程中，ab边切割磁感线产生感应电动势，而cd边切割磁感线的有效长度小于ab边，故ab边产生的感应电动势大，从而对电容器充电，故D错误。 6.答案　D解析　当磁通量最大时，感应电动势为零；当磁通量减小时，感应电动势在增大；磁通量减为零时，感应电动势最大，由此可知A、B错误。因Em＝BSω，Φm＝BS，故角速度ω＝，D正确；设从线框位于中性面位置开始计时，产生的感应电动势e＝Emsinωt，穿过线框的磁通量Φ＝Φmcosωt，当Φ＝0.5Φm时，则cosωt＝0.5，sinωt＝，则感应电动势e＝Em，C错误。 7.答案　AB解析　t＝0时，感应电动势的瞬时值为e＝10sin20πt(V)＝0，则线圈平面位于中性面，此时穿过线圈的磁通量最大，导线切割磁感线的有效速度最小，A、B正确，C错误；当t＝0.4 s时，感应电动势的瞬时值为e＝10sin(20π×0.4) V＝0，D错误。 8.答案　BD解析　t1时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，根据右手定则，通过电阻的电流方向从右向左，故A错误，B正确；t2时刻，穿过线框的磁通量最大，磁通量变化最慢，线框产生的感应电动势为零，电阻中的电流为零，方向改变，故C错误，D正确。 9.答案　AD解析　图示位置为中性面位置，线圈从图示位置开始计时，产生的感应电动势e＝NBSωsinωt，可知感应电动势的最大值和瞬时值与线圈形状无关，与轴的位置无关，即图中四个线圈产生的感应电动势的最大值、瞬时值都相同，A、D正确。 10.答案　AC解析　t＝0时刻穿过线圈的磁通量最大，所以线圈处于中性面位置，故A正确；t1、t3时刻穿过线圈的磁通量为零，线圈平面与磁场平行，磁通量的变化率最大，感应电流最大，但方向相反，故B错误；t2、t4时刻穿过矩形线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，所以感应电流为零，故C正确；t5时刻穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，故D错误。 11.答案　(1)0.048 Wb　(2)480π V　(3)e＝480πcos100πt V　(4)1440 V 解析　(1)当线圈转至与磁感线垂直时，磁通量有最大值，为Φm＝BS＝0.8×0.30×0.20 Wb＝0.048 Wb。 (2)线圈与磁感线平行时，感应电动势有最大值，为Em＝NBSω＝480π V。 (3)线圈从题图所示位置开始匀速转动，产生感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcosωt＝480πcos100πt V。 (4)根据法拉第电磁感应定律得 ＝＝＝1440 V。 12.答案　(1)e＝50sin10πt(V)　(2)4.33 A(3)u＝40sin10πt(V) 解析　(1)从中性面开始计时，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动时产生的感应电动势的瞬时值为e＝Emsinωt，其中Em＝NBSω 由题意知ω＝2πn＝2π× rad/s＝10π rad/s 代入数据可得e＝Emsinωt＝50sin10πt(V)。 (2)线圈中的电流i＝＝sinωt代入数据得i＝5sin10πt(A) 当t＝ s时，线圈中电流的瞬时值为i′＝5sin A＝4.33 A。 (3)由u＝iR得，R两端电压的瞬时值表达式为u＝40sin10πt(V)。 学科网（北京）股份有限公司 $