课时测评11 交变电流的产生-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义配套练习（鲁科版）

课时测评11　交变电流的产生 (时间：45分钟　满分：70分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－10题，每题5分，共50分) 1.如下列选项图所示，各线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动(从左往右看沿顺时针方向转)，从各选项图所示位置开始计时，设电流从2流出线圈为正方向，能产生如右图所示波形交变电流的是(　　) 答案：A 解析：由题图可知，t＝0时，线圈中电流为零，此时线圈平面与磁场垂直，电流从2流出线圈，由右手定则可知，选项图A中电流从2流出线圈，选项图C中电流从1流出线圈。故选A。 2.如图所示，匀强磁场方向与水平面成60°角斜向右下方，矩形线圈以恒定角速度ω绕水平面内的OO'轴按图示方向转动，线圈通过换向器与电阻R相连。以图中时刻为计时起点，规定电流由a通过R流向b方向为电流正方向，则通过R的电流i随时间变化图像正确的是(　　) 答案：A 解析：从题图所示位置顺时针转60°的过程中，线圈的磁通量在减小，由楞次定律和安培定则可知，感应电流方向由b通过R流向a，即为负方向，这段时间为Δt1＝；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30°的过程中，线圈的磁通量在增大，由楞次定律和安培定则可知，感应电流方向由b通过R流向a，即为负方向，这段时间为Δt2＝；继续转60°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R两端的连接，由楞次定律和安培定则可知，感应电流方向由a通过R流向b，即为正方向，这段时间为Δt3＝，此时，线圈平面与磁场方向垂直，感应电流为0。故选A。 3.如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时(　　) A.线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流 B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势 C.线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d→a D.线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力 答案：A 解析：线圈绕垂直于磁场方向的轴转动产生交变电流，产生的电流、电动势及线圈各边所受安培力大小与转轴所在位置无关，故选项A正确，选项B、D错误；图示时刻产生电流的方向为a→d→c→b→a，故选项C错误。 4.(多选)如图甲所示是一种振动发电装置的示意图，半径为r＝0.1 m、匝数n＝20的线圈位于辐向分布的磁场中，磁场的磁感线沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)，线圈所在位置的磁感应强度的大小均为B＝ T，线圈电阻为R1＝0.5 Ω，它的引出线接有R2＝9.5 Ω的小灯泡L，外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示(摩擦等损耗不计)，则(　　) A.小灯泡中电流的峰值为0.16 A B.小灯泡中电流的有效值为0.16 A C.电压表的示数为1.5 V D.t ＝0.1 s时外力的大小为0.128 N 答案：AD 解析：由题意及法拉第电磁感应定律知道，线圈在磁场中做往复运动，产生的感应电动势的大小符合正弦规律，线圈中的感应电动势的峰值为Em＝nBlvm＝nB·2πrvm，故小灯泡中电流的峰值为Im＝＝ A＝0.16 A，电流的有效值为I＝≈0.113 A，选项A正确，B错误；电压表示数为U＝I·R2≈1.07 V，选项C错误；当t＝0.1 s也就是时，线圈中的感应电流最大，外力的大小为F＝ nB·2πrIm＝0.128 N，选项D正确。 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 答案：A 解析：线圈在磁场中转动会产生交流电，根据运动的相对性可知，磁铁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，磁铁转动得越快，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.某旋转电枢式发电机产生的交流电的电压随时间变化的图像如图，若仅将线圈转动的转速变为原来的两倍，则产生的新交流电的电压随时间变化的图像是(　　) 答案：C 解析：交流电压的最大值Um＝NBSω，可知当转速变为原来的两倍时，电压的最大值变为原来的两倍，又周期T＝＝，可知周期将变为原来的一半。故选C。 7.一台发电机的结构示意图如图所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成沿半径方向的辐向磁场。从如图所示位置开始计时，规定此时电动势为正值，选项图中能正确反映线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律的是(　　) 答案：D 解析：由于磁场为沿半径的辐向磁场，可以认为磁感应强度的大小不变，线圈始终垂直切割磁感线，所以产生的感应电动势大小不变，由于每个周期磁场方向要改变两次，所以产生的感应电动势的方向也要改变两次，则D正确，A、B、C错误。 8.如图甲所示，单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A.t＝时刻线框平面与中性面垂直 B.线框的感应电动势最大值为 C.线框转一周外力所做的功为 D.从t＝0到t＝过程中线框的平均感应电动势为 答案：C 解析：由题图乙可知，t＝时刻穿过线框的磁通量最大，但磁通量变化率为0，线框产生的感应电动势为0，线框处于中性面，故A错误；线框的感应电动势最大值为Em＝BωS＝Φm·＝，故B错误；线框的感应电动势有效值为E＝＝，根据功能关系可知，线框转一周外力所做的功为W＝Q＝T＝，故C正确；从t＝0到t＝＝＝＝，故D错误。故选C。 9.(多选)如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示，则(　　) A.两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合 B.曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3 C.曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz D.曲线b表示的交变电动势有效值为10 V 答案：AC 解析：t＝0时刻，两次产生的交流电的电动势瞬时值均为零，因此线圈平面均与中性面重合，A项正确；题图乙中a、b对应的周期之比为2∶3，因此线圈转速之比na∶nb＝∶＝3∶2，B项错误；曲线a表示的交变电动势的频率为fa＝＝ Hz＝25 Hz，C项正确；曲线a对应线圈的感应电动势的最大值Eam＝NBS·，曲线b对应线圈的感应电动势的最大值Ebm＝NBS·，因此＝＝，故Ebm＝10 V，有效值Eb＝ V＝5 V，D项错误。 10.如图所示，矩形线圈面积为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，外电路电阻为R。下列说法正确的是(　　) A.在图示位置，线圈中的电流瞬时值为0 B.从图示位置开始计时，电阻R两端电压瞬时值表达式为u＝NBωScos ωt C.当线圈由图示位置转过90°的过程中，电阻R上所产生的热量为 D.当线圈由图示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量为 答案：C 解析：在题图所示位置，线圈中感应电动势最大，大小为Em＝NBωS，线圈中的电流瞬时值为Im＝＝，故A错误；从题图所示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emcos ωt＝NBωScos ωt，电阻R两端电压瞬时值表达式为u＝e＝NBωScos ωt，故B错误；线圈中电流的有效值为I＝＝＝，由题图所示位置转过90°所用的时间为Δt＝＝，电阻R上产生的热量为Q＝I2RΔt＝，故C正确；由＝N，＝，q＝Δt，由题图所示位置转过90°所用的时间为Δt＝，又ΔΦ＝BS，联立可得通过电阻R的电荷量为q＝，故D错误。故选C。 11.(10分)图(a)是220 V交流发电机的原理图。一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO'以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时[图(b)]为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正，得到的电流随“角度”变化的图像如图(c)所示(注意：图中横坐标不是时间t，而是ωt)。 (1)将一个小电容器接入220 V正弦式交流电路中，它的耐压值最小为多少？ (2)写出图(c)所示的电流i的表达式。 答案：(1)311 V　(2)i＝Imsin(ωt－) 解析：(1)电容器的耐压值是能够承受的电压的最大值，正弦式交流电的电压是220 V，即有效值为U＝220 V，相应的峰值为Um＝U≈311 V，电容器工作过程中所承受的电压最大值为311 V，因此它的耐压值最小为311 V。 (2)结合题意和题图(c)可以看出，从开始计时(t＝0)起，必须再经过45°，才能到达中性面，可知电流的表达式为i＝Imsin 。 12.(10分)如图所示，一个半径为r的单匝半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度为B。M和N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和导线的电阻不计，求： (1)感应电动势的最大值； (2)从图示位置起转过圈的时间内，负载电阻R上产生的热量； (3)从图示位置起转过圈的时间内，通过负载电阻R的电荷量； (4)电流表的示数。 答案：(1)π2Bnr2　(2)　(3)　(4) 解析：(1)线圈绕轴ab匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电动势，此交变电动势的最大值为Em＝BSω＝B··2πn＝π2Bnr2。 (2)在线圈从题图所示位置转过圈的时间内，电动势的有效值 E＝＝ 电阻R上产生的热量Q＝()2R·＝。 (3)在线圈从题图所示位置转过圈的时间内，电动势的平均值为＝，通过R的电荷量 q＝·Δt＝·Δt＝＝。 (4)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E'，由有效值的定义得·＝T，解得E'＝，故电流表的示数为I＝＝。 学生用书⬇第70页 学科网（北京）股份有限公司 $