课时跟踪检测(十三) 交变电流的产生（Word练习）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版 福建专用）

课时跟踪检测(十三)　交变电流的产生 1．下列关于交流发电机的叙述正确的是(　　) A．交流发电机将电能转化为机械能 B．交流发电机由两部分组成，即定子和转子，线圈必须旋转，成为转子，才能在线圈中产生交变电流 C．交流发电机线圈中产生交变电流，输送到外电路的也是交变电流 D．在交流发电机线圈转动的过程中，线圈中的每一条边都切割磁感线 2．(2024·山东高考)如图甲所示，在－d≤x≤d、－d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域)，边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为(　　) 3．(2025·东营高二月考)某小组用图(a)的风速仪研究交流电，风杯在风力作用下带动与其连在一起的永磁铁转动；某一风速时，线圈中产生的交变电流如图(b)所示，则(　　) A．该交变电流的周期为t0 B．该交变电流的频率为2t0 C．该交变电流的有效值为Im D．该交变电流的峰值为Im 4．两人在赤道上站立，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，电路中电流最小 5．(2024·广东高考)将阻值为50 Ω的电阻接在正弦式交流电源上，电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是(　　) A．该交流电的频率为100 Hz B．通过电阻电流的峰值为0.2 A C．电阻在1秒内消耗的电能为1 J D．电阻两端电压表达式为u＝10sin(100πt)V 6．某兴趣小组自制了一台风力发电机，风力发电机简易模型如图甲所示，试验中叶轮带动线圈在匀强磁场中转动，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示，则下列说法中正确的是(　　) A．线圈在磁场中处于图甲位置时产生的电流最大 B．电流的有效值为10 A C．电流的频率为5 Hz D．电流的瞬时值表达式为i＝10cos 0.2πt(A) 7．如图所示，KLMN是一个竖直的单匝矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R，MN边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度ω匀速转动，转动方向为顺时针(俯视)。在t＝0时刻，MN边与磁场方向的夹角为30°。则下列判断正确的是(　　) A．在图示位置时刻，导线框中感应电动势的瞬时值为BSω B．从图示位置开始，转动30°的过程中，导线框中电流逐渐减小 C．从图示位置开始，转动60°的过程中，导线框中磁通量的变化量为零 D．从图示位置开始，转动180°的过程中，导线框中产生的焦耳热为 8．某发光二极管，当加在其两端的正向电压大于等于5 V时才发光。现在其两端加上一电压随时间变化关系为u＝10sin 100πt V的交流电。则在一分钟内二极管的发光时间为(　　) A．20 s B．30 s C．40 s D．50 s 9．(双选)如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的e­t图像分别如图乙中曲线a、b所示，则(　　) A．两次t＝0时刻穿过线圈的磁通量均最大 B．曲线a表示的交变电动势的有效值为30 V C．曲线b表示的交变电动势最大值为20 V D．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3 10．(4分)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)，则小灯泡中电流的有效值为________ A，电压表的示数为________ V，t＝0.1 s时外力的大小为________ N。(保留三位有效数字) 11．(14分)(2025·泉州高二质检)如图所示，在磁感应强度B＝0.4 T的匀强磁场中，面积为S＝0.05 m2、匝数为n＝100的矩形线圈abcd绕经过ad边中点和bc边中点且垂直于磁感线的轴以角速度ω＝100 rad/s匀速转动。已知线圈的电阻r＝1 Ω，外电路电阻R＝9 Ω。求： (1)线圈转动过程中感应电动势的最大值；(3分) (2)从图示位置开始计时，并规定此时电流沿正方向，写出感应电动势的瞬时表达式；(3分) (3)在线圈由图示位置转过90°角的过程中，电阻R上产生的焦耳热(计算时取π＝3)；(5分) (4)在线圈由图示位置转过90°角的过程中，通过电阻R的电荷量。(3分) 12．(14分)如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n＝100匝，总电阻r＝1.0 Ω，所围成矩形的面积S＝0.040 m2，小灯泡的电阻R＝9.0 Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，图中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，π取3.14，求： (1)线圈中产生的感应电动势的最大值；(4分) (2)小灯泡消耗的电功率；(4分) (3)磁感应强度变化的0～时间内，通过小灯泡的电荷量。(6分) 1 / 5 学科网（北京）股份有限公司 课时跟踪检测(十三) 1．选C　交流发电机将机械能转化为电能，故A错误；交流发电机由两部分组成，即定子和转子，线圈既可以做定子，也可以做转子，只要定子和转子相对转动就可以产生交变电流，故B错误；交流发电机线圈中产生交变电流，输送到外电路的也是交变电流，故C正确；在交流发电机线圈转动的过程中，并不是线圈的每一条边都切割磁感线，故D错误。 2．选C　根据题意可知，磁场区域变化前线圈产生的感应电动势为e＝Esin ωt，由题图丙可知，磁场区域变化后，当Esin ωt＝时，线圈的侧边开始切割磁感线，即当线圈旋转时开始切割磁感线，由几何关系可知磁场区域平行于x轴的边长变为d′＝2dcos ＝d，C正确。 3．选C　由题图(b)可知该交变电流的周期为2t0，频率为f＝＝，该交变电流的峰值为Im，有效值为I＝＝Im，故选C。 4．选A　用类比法，类比线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生周期性变化的交变电流，所以这个电路中存在周期为T的变化电流，故A正确；由于地磁场方向为由南指向北，则t＝0时刻，回路磁通量最大，磁通量变化率最小，电路中电流最小为0，故B错误；t＝时刻，金属绳第一次经过水平位置，这个过程磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流向右通过灵敏电流计，故C错误；t＝时刻，回路磁通量最小，磁通量变化率最小，电路中电流最小，故D错误。 5．选D　根据图像可知，交流电的周期为0.02 s，则频率为f＝＝50 Hz，故A错误；根据图像可知，电阻两端电压的峰值为10 V，根据欧姆定律可知，通过电阻电流的峰值为Im＝＝＝0.2 A，故B错误；通过电阻电流的有效值为I＝＝0.2 A，所以电阻在1 s内消耗的电能为W＝I2Rt＝0.22×50×1 J＝2 J，故C错误；根据图像可知，电阻两端电压表达式为u＝Umsin ω t＝10sinV＝10sin(100πt)V，故D正确。 6．选C　题图甲位置恰好为中性面，此时线圈中的感应电流为零，A错误；电流的有效值为I＝＝5 A，B错误；由于周期为0.2 s，因此电流的频率为5 Hz，C正确；电流的瞬时值表达式为i＝10cos 10πt(A)，D错误。 7．选D　在题图示位置时刻，导线框中感应电动势的瞬时值为e＝Emsin(90°－30°)＝BSω，故A错误；导线框中产生的感应电动势满足正弦函数的特征，所以，从题图示位置开始，转动30°的过程中，穿过线框的磁通量的变化率逐渐增大，感应电动势逐渐增大，导线框中电流逐渐增大，故B错误；题图示位置导线框中磁通量为Φ1＝BSsin 30°＝BS，从题图示位置开始，转动60°，导线框中磁通量为Φ2＝－BSsin 30°＝－BS，从题图示位置开始，转动60°的过程中，导线框中磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BS，故C错误；导线框中产生的感应电动势的最大值为Em＝BSω，周期为T＝，从题图示位置开始，转动180°的过程中，导线框中产生的焦耳热为Q＝t＝×＝，故D正确。 8.选A　如图所示为一个周期内交变电流的u­t图像，当电压为5 V时，代入公式有5＝10sin θ，则θ＝30°，即四分之一周期内有三分之一的时间二极管不亮，且电压负向时二极管也不亮，一分钟之内有三分之一的时间二极管发光，则一分钟内二极管发光时间为20 s，B、C、D错误，A正确。 9．选AC　两次t＝0时刻线圈产生的感应电动势均为零，可知此时穿过线圈的磁通量均最大，A正确；曲线a表示的交变电动势的最大值为30 V，有效值为E＝ V＝15 V，B错误；线圈在磁场中转动，感应电动势的瞬时值为e＝NBSωsin ωt＝2πNBSfsin 2πft，则电动势的最大值Emax＝2πNBSf，则有＝＝＝，曲线a表示的交变电动势最大值是30 V，解得Ebmax＝Eamax＝20 V，C正确；转速n单位为r/s时，本质上就指频率，即有n＝f＝，故两者的转速之比为＝＝，D错误。 10．解析：由题意及法拉第电磁感应定律可知，线圈在磁场中做往复运动，产生的感应电动势符合正弦规律，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；电压表示数为U＝I·R2≈1.07 V；当t＝0.1 s也就是时，线圈中的感应电流最大，线圈的加速度为零，即外力与安培力平衡，外力的大小为F＝F安＝nB·2πrIm＝0.128 N。 答案：0.113　1.07　0.128 11．解析：(1)依题意，可得线圈转动过程中感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝200 V。 (2)从题图示位置开始计时，并规定此时电流沿正方向，感应电动势的瞬时表达式为e＝Emcos ωt＝200cos 100t(V)。 (3)在线圈由题图示位置转过90°角的过程中，电阻R上产生的焦耳热为QR＝I2Rt，又I＝，t＝＝ 联立并代入数据求得Q＝27 J。 (4)在线圈由题图示位置转过90°角的过程中，通过电阻R的电荷量q＝＝＝0.2 C。 答案：(1)200 V　(2)e＝200cos 100t(V)　(3)27 J　(4)0.2 C 12．解析：(1)线圈中产生的感应电动势的最大值Em＝nBmSω＝nBmS＝100×1×10－2×0.040× V＝8 V。 (2)回路电流的有效值 I＝＝＝ A＝ A 小灯泡消耗的电功率P＝I2R＝2×9 W＝2.88 W。 (3)0～时间内电流的平均值＝＝n 通过小灯泡的电荷量 q＝Δt＝n＝＝ C＝4×10－3 C。 答案：(1)8 V　(2)2.88 W　(3)4×10－3 C $