3.1 交变电流的产生同步练习 2021—2022 学年高中物理沪教版 （2019）选择性必修第二册 一、选择题（共 15 题） 1．下列各图中不属于交变电流的是（ A． ） B． C． D． 2．下列事物与磁现象无关的是（　　） A．白炽灯 B．电动机 C．指南针 D．交流发电机 3．如图所示，是交流发电机的发电过程，线圈的 AB 边和 CD 边分别连在金属滑环 K 和 L 上，电刷 E 和 F 分别压在滑环 K 和 L 上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。两磁极之间的磁场视为 匀强磁场，A 为理想交流电流表，R 为定值电阻，线圈电阻为 r，其余电阻不计。在线圈绕 OO'轴逆时针匀 速转动的过程中（甲、丙位置线圈平面竖直，乙、丁位置线圈平面水平），下列说法错误的是（　　） A．线圈转到图甲和图丙位置时，磁通量的变化率为零 B．线圈转到图甲和图丙位置时，交流电流表的示数为零 C．线圈转到图乙和图丁位置时，流经电阻 R 的电流方向相反 D．线圈转动一周，R 和 r 上产生的焦耳热之比为 R：r 4．一闭合矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，产生的感应电流随时间变化的规律如图所示。 则（　　） A．t=0.005s 时线圈平面处于中性面位置 B．t=0.02s 时穿过线圈的磁通量为零 C．线圈转动的角速度为 50πrad/s D．1s 内电流的方向变化 100 次 5．闭合线圈在磁场中做如下运动，不能产生正弦式交变电流的情景是（　　） A． B． C． D． 6．如图所示，线圈按下列方式在匀强磁场中匀速转动，能产生正弦交变电流的是（　　） A． B． C． D． 7．如图（a）→（b）→（c）→（d）→（e）过程是交流发电机发电的示意图。线圈的 ab 边连在金属滑环 K 上，cd 边连在金属滑环 L 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。下列说法正确的是（　　） A．图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量变化率最大 B．从图（b）开始计时，线圈中电流 i 随时间 t 变化的关系是 i  I m sin t C．当线圈转到图（c）位置时，感应电流最小，且感应电流方向改变 D．当线圈转到图（d）位置时，感应电动势最大，ab 边感应电流方向为 a→b 8．一台小型发电机外接理想电压表和电阻为 66Ω 的灯泡，如图甲所示，已知发电机线圈的匝数为 700、内 阻为 4Ω，灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．t=1×10-2s 时，穿过线圈的磁通量为零 B．t=1×10-2s 时，电压表的示数为零 C．1min 内，灯泡产生的焦耳热为 183.3J 2 D．穿过线圈的磁通量变化率的最大值为 6 Wb/s 9．图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动， 产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示，发电机线圈内阻为 10Ω ，外接一只电阻为 90Ω 的灯 泡，不计电路的其他电阻，则（　　） A． t  0.02s 时线圈平面与中性面垂直 B．每秒钟内电流方向改变 100 次 C．灯泡两端的电压为 22 2V D．线圈的转速为 100 r / s 10．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，线框的磁通量最大，磁通量变化最快 B．线框经过中性面时，各边切割磁感线的速度为零 C．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零 D．线框绕轴每转动一周，感应电流方向就改变一次 11．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法中正确的是 （ ） A．在中性面时，感应电动势最大 B．穿过线圈的磁通量为零时，感应电动势也为零 C．穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率也为零 D．在中性面时，通过线圈的磁通量最大 12．如图所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框与磁感线垂直的转轴匀速转动，则下列说法中正确的是（ ） A．矩形金属线框中能产生正弦交变电流 B．线圈平面每经过中性面一次，感应电动势的方向就改变一次，感应电流的方向不变 C．当线框平面与中性面重合，磁通量最大，感应电动势最大 D．当线框平面与中性面垂直时，线框的磁通量及磁通量变化率均为零 13．如图甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场 B 中以恒定的角速度转动（磁场足够大），转动轴 O1O2 是矩 形线圈的对称轴，位于线圈平面内且与匀强磁场方向垂直，线圈中的感应电流 i 随时间 t 变化规律如图乙所 示，则（ ） A．该感应电流的频率为 4HZ B．该感应电流的有效值为 2 2 A C．t=1s 时刻穿过线圈磁通量变化率最小 D．t=2s 时刻线圈所在平面与磁场方向平行 14．矩形线圈匝数 50 匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量 Φ 随时间 t 的变化 规律如图所示，则（　　） A．在 t＝0.1 s 和 t＝0.3 s 时，电动势最大 B．在 t＝0.1 s 和 t＝0.3 s 时，线圈与中性面垂直 C．在 t＝0.2 s 和 t＝0.4 s 时，磁通量变化率最大 D．在 t＝0.2 s 和 t＝0.4 s 时，电动势改变方向 15．如图所示，匀强磁场方向水平向右，粗细均匀的正方形金属线框 abcd 放在匀强磁场中，线框平面与磁 场平行，O1 O 2 为正方形金属线框垂直于磁场的对称轴，ab 边与垂直于磁场的直线 O3O4 重合，当线框以角 速度  绕 O1O2 匀速转动到图示位置时 cd 边产生的感应电动势为 E1，回路中的感应电流为 I1，当线框以角 速度  绕 O3O4 匀速转动到图示位置时 cd 边产生的感应电动势为 E2，回路中的感应电流为 I2，则（ ） A． I1  I 2 B． I1  2 I 2 C． E1  E2 D． E1  2 E2 二、填空题（共 4 题） 16．交变电流：大小和方向随时间做_________变化的电流叫作交变电流，简称_________。 17．当线圈平面位于中性面时，线圈中的磁通量_____，线圈中的电流_____，且线圈平面经过中性面时， ____________就发生改变，故线圈转动一周电流方向改变_______。 18．如图所示，（a）→（b）→（c）→（d）→（e）过程是交流发电机发电的示意图，线圈的 ab 边连在 金属滑环 K 上，cd 边连在金属滑环 L 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。 （1）图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量___________，磁通量变化率___________（填“最大”或 “零”）。 （2）从图（b）开始计时，线圈中电流 i 随时间 t 变化的关系是___________（填“i=Imsinωt”填“i=Imcos ωt”）。 （3）当线圈转到图（c）位置时，感应电流___________ （填“最小”或“最大”），且感应电流方向________ ___ （填“改变”或“不改变”）。 （4）当线圈转到图（d）位置时，感应电动势___________（填“最小”或“最大”），ab 边感应电流方向为__ _________（填“a→b”或“b→a”）。 19．示波器面板如图所示，图甲图为一信号源。 （1）若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形（正弦交流信号的电流 i 随时间 t 做周期性变化的图像 如图乙所示），应将信号源的 a 端与示波器面板上的___________接线柱相连，b 端与___________接线柱 相连。 （2）若示波器所显示的输入波形如图丙所示，要将波形上移，应调节面板上的___________旋钮；要使此 波形横向展宽，应调节___________旋钮。 三、综合题（共 4 题） 20．如图是一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图，其工作原理类似于打点计时器。当电磁铁通入 电流时，可吸引或排斥上部的小磁铁，从而带动弹性金属片对橡皮碗下面的气室施加力的作用，达到对外 充气的效果。回答下列问题： （1）当电流从电磁铁的接线柱 a 流入时，发现吸引小磁铁向下运动，则电磁铁的上端为什么极？小磁铁的 下端为什么极？ （2）这种充气泵应该用直流电还是交流电？简单分析其原因； （3）为增强磁场，电磁铁的铁芯绕在磁性材料上，而磁性材料可分为硬磁性材料和软磁性材料，这种电 磁铁的铁芯应该采用哪种磁性材料？为什么？ 21．如图甲所示，绝缘轻杆将一个 N=100 匝的矩形线圈固定在竖直平面内，悬点 P 为 AB 边中点。矩形线 圈水平边 AB=CD=5cm，竖直边 AD=BC=4cm，E、F 分别为 AD 和 BC 边的中点，在 EF 上方有一个垂直纸 面的匀强磁场。矩形线圈的质量 m=10g、电阻为 R=1Ω，取如图所示的磁场方向为正方向，磁感应强度 B 随时间 t 的变化关系如图乙所示。（已知 g=10m/s2） (1)求在 t=0.1s 时线圈中电流大小及 AB 边电流的方向； (2)求在 t=0.1s 时轻杆对线圈的作用力大小； (3)求线圈中感应电流的有效值。 22．如图所示，N＝50 匝的矩形线圈 abcd，ab 边长 l1＝20 cm，ad 边长 l2＝25 cm，放在磁感应强度 B＝0.4 T 的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的 OO′轴以 n＝3000 r/min 的转速匀速转动， 线圈电阻 r＝1 Ω，外电路电阻 R＝9 Ω，t＝0 时线圈平面与磁感线平行，ab 边正转出纸外、cd 边转入纸里． 求： (1)t＝0 时感应电流的方向； (2)感应电动势的瞬时值表达式； (3)线圈转动一圈整个电路中产生的电热； (4)从图示位置转过 90°的过程中流过电阻 R 的电荷量． 23．下列各情况中，线圈都以角速度  绕图中的转动轴匀速转动，能产生交变电流的是哪些？请简述理由。 参考答案： 1．A 2．A 3．B 4．D 5．B 6．C 7．C 8．D 9．B 10．B 11．D 12．A 13．B 14．C 15．A 16． 周期性 交流 17． 最大 为零 18． 最大 零 19． Y 输入 地 电流方向 i=Imcosωt 竖直位移 两次 最小 改变 X 增益 最大 b→a 20．（1）电磁铁上端为 S 极，小磁铁下端为 N 极； (2)交流电。用交流电可以让电磁铁上端的磁极交替变化，从而让气室不断从外吸气，对目标充气。如果用 直流电，小