高二物理认识变交电流试题

高二物理认识变交电流试题
1.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流，下列说法中正确的是( )
A．线圈平面每经过中性面一次，感应电流方向就改变一次，感应电动势方向不变
B．线圈每转动一圈，感应电流方向就改变一次
C．线圈平面经过中性面一次，感应电动势和感应电流的方向都要改变一次
D．线圈每转动一圈，感应电动势和感应电流方向都要改变一次
【答案】C
【解析】交流电感应电动势方向即为感应电流方向．当线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流时，线圈平面每经过中性面一次，感应电流与感应电动势方向均改变一次，转动一周，感应电流方向
改变两次．
当线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流时，线圈平面每经过中性面一次，感应电流与感应电动
势方向均改变一次，转动一周，感应电流方向改变两次．
故选C
【考点】本题考查正弦交流电发电原理
点评：要熟练掌握线圈平面每经过中性面一次，感应电流与感应电动势方向均改变一次，转动一周，感应电流方向改变两次
2.线圈在磁场中匀速转动产生的交流电的瞬时电动势为e＝10sin 20πt 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10V
【答案】AB
【解析】据法拉第定律分析：当线圈位于中性面时，线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，感
应电动势为零．当穿过线圈的磁通量为零时，磁通量变化率最大，感应电动势最大．每当线圈越
过中性面时，感应电动势和感应电流的方向就改变一次，每转一周，产生的感应电动势和感应电
流的方向改变两次
根据交流电动势的瞬时值表达式可判断题目所给的交流电为正弦式交变电流，当t＝0时，e＝0，所以此时磁通量的变化率为零，导线切割磁感线的有效速度为零，但此时穿过线圈的磁通量最大，线圈平面位于中性面，所以A、B正确，C错误；
当t＝0.4 s时，e＝10sin 20πt V＝10sin 8πV＝0，所以D错误．
故答案选AB。

【考点】考查交流发电机以及交流点产生的原理
点评：交流电产生的原理是电磁感应，遵守电磁感应的普遍规律：法拉第电磁感应定律和楞次定律．线圈经过中性面时，磁通量为零，但感应电动势不是零，而是最大．
3.交流发电机在工作时的电动势为，若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则
其电动势变为( )
A．B．2
C．2ωt D．22ωt
【答案】D
【解析】直接根据电动势的表达式代入变化的量即可。

电枢转速提高1倍，由ω＝2πn知，角速度变为原来的2倍；
由电动势最大值表达式E
m
＝nBSω知，最大值也变为原来的2倍．
所以D正确
故答案选D。

【考点】考查电动势瞬时值的计算
点评：考虑问题的全面性，式中E
m
和ω都与转速成正比，不能简单认为表达式是，这是学生们的易错点，做题时应注意
4.一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中．通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是( )
A．t
1、t
3
时刻通过线圈的磁通量变化率最大
B．t
1、t
3
时刻线圈中感应电流方向改变
C．t
2、t
4
时刻线圈中磁通量最大
D．t
2、t
4
时刻线圈中感应电动势最小
【答案】B
【解析】由磁通量的图像可知：磁通量-时间图象斜率表示磁通量的变化率，其大小决定了感应电动势的大小．当线圈的磁通量最大时，感应电动势为零，线圈经过中性面，电流方向发生改变
t 1、t
3
时刻通过线圈的磁通量Φ的绝对值最大，磁通量变化率＝0，此时感应电动势、感应电
流为零，线圈中感应电流方向改变，A错误，B正确；
t 2、t
4
时刻线圈中磁通量为零，磁通量的变化率最大，即感应电动势最大，C、D错误．
【考点】正弦式电流的图象和三角函数表达式；交流发电机及其产生正弦式电流的原理
点评：关键抓住感应电动势与磁通量是互余关系，即磁通量最大，感应电动势最小；而磁通量最小，感应电动势最大．
5.如图所示，一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动．沿着OO′观察，线圈沿逆时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，
电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时( )
A．线圈中感应电流的方向为abcda
B．线圈中的感应电流为
C．穿过线圈的磁通量为0
D．穿过线圈的磁通量的变化率为0
【答案】BC
【解析】图示位置为垂直于中性面的位置，此时通过线圈的磁通量为零，但磁通量的变化率最大，感应电流也最大，I＝＝，由右手定则可判断出线圈中感应电流的方向为adcba.
根据右手定则电流方向为adcba，所以A错;
图示位置感应电流：I＝＝，B对；
线圈与磁场方向平行，所以此位置磁通量为0;C对；
磁通量为零但是此时磁通量的变化率最大，D错；
故答案选BC。

【考点】考查交流电瞬时电流的大小和方向
点评：此题关键是根据交流电的发电原理进行判断，掌握住何时磁通量最大，何时电动势最大。

6.如图所示，矩形线圈abcd，已知ab为L
1，ad为L
2
，在磁感强度为B的匀强磁场中绕OO′轴
以角速度ω(从图中位置开始)匀速转动，则线圈中感应电动势的大小为( )
A．BL
1L
2
ωsin ωt B．BL
1
L
2
cos ωt
C．BL
1L
2
ωsin ωt D．BL
1
L
2
ωcos ωt
【答案】C
【解析】一矩形线圈在匀强磁场内绕固定轴转动，线圈中的感应电动势e随于时间t的变化规律
可得，线圈从垂直中性面开始计时；磁通量为零时，磁通量变化率最大；每当线圈经过中性面时，电流方向改变，根据转动情况写出瞬时表达式，根据关系式选出正确的图像。

线圈经过时间t时，转过角度θ，
这时ab，cd边切割磁感线产生感应电动势
E
ab ＝BL
1
v sinθ，E
cd
＝BL
1
v sinθ，
bc，ad边不切割磁感线不产生感应电动势，
故线圈中的感应电动势为
，
故正确选项应为C.
【考点】本题考查交流发电机及其产生正弦式电流的原理；正弦式电流的图象和三角函数表达式
点评：学会通过瞬时感应电动势来判定在什么时刻，线圈处于什么位置；同时还能画出磁通量随
着时间变化的图象及线圈中的电流随着时间变化的规律。

这是重点知识应该熟练掌握。

7.如图所示，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＝0°时(如图)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则下列四幅图中正确的是( )
【答案】D
【解析】一矩形线圈在匀强磁场内绕固定轴转动，线圈中的感应电动势e随于时间t的变化规律
可得，线圈从垂直中性面开始计时；磁通量为零时，磁通量变化率最大；每当线圈经过中性面时，电流方向改变
矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从线圈平面与磁场方向平行开始计时，
产生的感应电流按余弦规律变化，由于t=0时，线圈的转动方向如题图，由右手定则判断可得，
此时ad中电流方向为由a到d，线圈中电流方向为a→d→c→b→a，与规定的电流正方向相反，电流为负值．又因为此时产生的感应电动势最大，故只有D正确．
【考点】本题考查交流电的图像三角函数表达式
点评：学会通过瞬时感应电动势来判定在什么时刻，线圈处于什么位置；同时还能画出磁通量随
着时间变化的图象及线圈中的电流随着时间变化的规律
8.一矩形线圈在匀强磁场中以角速度4π rad/s匀速转动，产生的交变电动势的图象如图所示．则交变电流的频率为______Hz，当t＝0时，线圈平面与磁感线________，当t＝0.5 s时，e为
______V.
【答案】2 垂直 0
【解析】
解：根据图像看以得出此交流电周期为：T＝＝s，
则交流电的频率f＝＝2 Hz.
由图象知t＝0时，e＝0，
线圈位于中性面位置，线圈平面和磁感线垂直；
当t＝0.5 s时，ωt＝2πft＝2π，e＝0
【考点】本题考查交流电的图像问题
点评：解题关键是把瞬时电动势的表达式写出来，和图像对比得到角速度和相关物理量。

注意图像是余弦关系，所以线圈是从与磁场平行的位置开始计时的。

9.如图所示，在匀强磁场中有一个“n”形导线框可绕AB轴转动，已知匀强磁场的磁感应强度B＝
T，线框的CD边长为l
1＝20 cm，CE、DF边长均为l
2
＝10 cm，转速为50 r/s.若从图示位
置开始计时，
(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)在e－t坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化关系的图象．
【答案】(1)e＝10V (2)见解析
【解析】(1)线框转动，开始计时的位置为线圈平面与磁感线平行的位置，产生的交变电流按余弦
规律变化（2）求出周期画出余弦规律变化的的电动势表达式。

解：根据题意可知：在t时刻线框转过的角度为ωt，
此时刻，即，
其中B＝T，，
，
故，
即e＝10V.
(2)T＝＝0.02 s，线框中感应电动势随时间变化关系的图象如下图所示
【考点】本题考查瞬时电动势的表达式的求法
点评：瞬时表达式有两种一种是正弦规律变化的另一种是按余弦规律变化的，关键是看清题目中
所指的开始时刻是中性面还是从与磁场平行的位置为计时零点。

10.如图所示，匀强磁场B＝0.1 T，所用矩形线圈的匝数N＝100，边长ab＝0.2 m，bc＝0.5 m，以角速度ω＝100π rad/s绕OO′轴匀速转动．从线圈平面通过中性面时开始计时，试求：
(1)线圈中感应电动势的大小．
(2)由t＝0至t＝过程中的平均电动势值．
【答案】(1) (2)200 V
【解析】（1）根据导体棒切割磁感线求解瞬时速度或者利用瞬时电动势的表达式代入相关数据求解
（2）平均电动势就是利用E＝N直接求解
(1)解法一线圈经过时间t转过角度θ＝ωt，
这时bc和da边不切割磁感线，
ab和cd边切割磁感线产生感应电动势，
其中v＝ω＝ω，
所以＝＝，
＝NBSω＝100×0.1×0.1×100πV＝314 V，
则E
m
解法二感应电动势的瞬时值e＝NBSωsinωt，
由题可知S＝·＝0.2×0.5 m2＝0.1 m2，
＝NBSω＝100×0.1×0.1×100πV＝314 V，
E
m
所以.
(2)用E＝N计算t＝0至t＝过程中的平均电动势
＝N＝N＝
即E＝NBSω.代入数值得E＝200 V
【考点】考查交流电瞬时电动势和平均电动势的求解
点评：感应电动势的求解有两个公式，一个瞬时表达式，做题时先看清楚题目中要求的是哪个量在根据相应的公式计算。