第5周 交变电流和交变电流的产生——高二物理人教版选择性必修二、三每周一测

第五周 交变电流和交变电流的产生
——高二物理人教版选择性必修二、三每周一测
1.下列所示图像中属于交变电流的有( )
A. B.
C. D.
2.如图甲所示是目前市面上流行的手摇手机充电器，它体型小，携带方便，可以在紧急状态下给手机临时充电.若某人摇动手柄给手机充电时，其内部线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，当线圈转到图乙所示位置时，下列说法正确的是( )
A.线圈中无电流
B.电流方向将发生改变
C.线圈中的电流最大
D.穿过线圈的磁通量的变化率为零 3.关于正弦式交变电流的产生过程，下列说法正确的是( )
A.当线圈平面与中性面垂直时，电流方向发生变化
B.线圈平面经中性面时开始计时，14
周期内，电流先增大后减小 C.线圈平面与中性面垂直开始计时，2个周期内电流方向改变4次
D.线圈转动过程中通过线圈的磁通量最大的位置，也是感应电流最大的位置
4.如图为交流发电机的示意图，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO '匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律()311sin100πV e t =。

下列说法正确的是( )
A.此交流电的频率为100Hz
B.此交流电动势的有效值为311V
C.当线圈平面转到图示位置时产生的电动势最大
D.当线圈平面转到图示位置时磁通量的变化率为零
5.一线圈在匀强磁场中匀速转动，在如图所示位置时( )
A.穿过线圈的磁通量最大，电动势最大
B.穿过线圈的磁通量最大，电动势最小
C.穿过线圈的磁通量最小，电动势最大
D.穿过线圈的磁通量最小，电动势最小
6.教学用交流发电机示意图如图所示。

矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴OO'匀速转动，某时刻线圈平面与磁感线垂直。

下列说法正确的是( )
A.此时产生的感应电流最大
B.此时线圈平面处在中性面上
C.此时线圈磁通量变化率最大
D.此时开始再转半个周期，线圈磁通量变化量为零
7.某交流电源电压的瞬时值表达式为50πV
=，下列判断正确的是( )
u t
A.该交流电压的频率为50Hz
B.用交流电压表测量该交流电压时，其示数为10V
C.把标有“10V 2W ”的小灯泡接在此电源上，小灯泡会被烧坏
D.把标有“10V 1.0F ”的电容器接在此电源上，电容器一定不会被击穿
8.如图所示为一交变电流随时间变化的图像.每个周期内，前三分之一周期电流按正弦规律变化，后三分之二周期电流恒定.根据图中数据可得，此交变电流的有效值为( )
A B.A C.8A 3 D.4 A
9.如图甲所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过该线圈的磁通量Φ随时间t 变化的规律如图乙所示.已知线圈匝数为20匝，则下列说法正确的是( )
A.线圈转动的角速度为2 rad/s
B.1.5 s 时线圈所在平面与中性面垂直
C.100 s 内线圈中电流方向改变50次
D.感应电动势的最大值为4π V
10.近几年，各大知名手机品牌纷纷推出无线充电功能产品.无线充电最大的便利是无需插拔数据线，一放即充.如图甲所示为手机无线充电工作原理的示意图，由送电线圈和受电线圈组成.已知受电线圈匝数50n =匝、电阻 1.0r =Ω，在c d 、两端接一阻值9.0R =Ω的电阻.设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场，其磁通量随时间的变化规律如图乙所示，规定磁场竖直向上为正.则( )
A.受电线圈中产生的感应电动势最大值为0.4 V
B.在3π10s t -=⨯时，c 端电势高于d 端
C.从1t 到2t 时间内，通过电阻R 的电荷量为5410C -⨯
D.在一个周期内，电路中产生的热量为24π10J -⨯
11.某小型发电机产生的交流电动势为()50sin 100πV e t =。

对此电动势，下列表述正确的有( )
A.有效值是25V
B.最大值是
C.周期是0.02s
D.频率是100Hz
12.为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验构思方案：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴1OO 按图示方向匀速转动(ab 向纸外，cd 向纸内).并从图甲所示位置开始计时.此时产生的交流电如图乙所示.第二次他仅将转轴移至ab 边上，第三次他仅将转轴右侧的磁场去掉，关于后两次的电流图象，下列说法正确的是( )
A.第二次是A 图
B.第二次是C 图
C.第三次B 图
D.第三次是D 图
13.电子线路中的电流随时间变化的关系如图所示，其中图乙、丙所示曲线按正弦规律变化，关于这四幅图的说法正确的是( )
A.图甲和图丁表示的电流是直流电
B.图乙和图丙表示的电流是正弦式交变电流
C.图甲表示的是交变电流，图乙表示的是直流电
答案以及解析
1.答案：AD
解析：判断电流是交流还是直流，关键在于电流的方向是否随时间周期性变化.选项A 、D 中电流的方向均发生周期性变化，故它们属于交变电流；选项B 、C 中，尽管电流大小随时间周期性变化，但其方向不变，所以属于直流.故选A 、D.
2.答案：C
解析：当线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动时，产生正弦式交流电.当线圈转到题图乙所示位置时，线圈中的电流最大，A 错误，C 正确；线圈转到中性面位置时，电流方向发生改变，B 错误；当线圈转到题图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量为零，但穿过线圈的磁通量的变化率最大，D 错误.
3.答案：C
解析：线圈转动过程中，在中性面位置，通过线圈的磁通量最大，感应电流等于零，方向改变，2个周期内电流方向改变4次；线圈由中性面经14
周期转动到与中性面垂直位置，此过程中电流逐渐增大到最大，故C 正确，A 、B 、D 错误.
4.答案：D
解析：A.此交流电的频率100πHz 50Hz 2π2π
f ω
===，故A 错误； B.此交流电动势的最大值为311V ，有效值为220V
u ==，故B 错误； C.当线圈平面转到图示位置时通过的磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，产生的电动势为零，故C 错误；
D.当线圈平面转到图示位置时通过的磁通量最大，但是磁通量的变化率为零，故D 正确。

故选D 。

5.答案：B 解析：当线圈处于图中所示位置时，线框与磁场方向垂直，磁通量为最大；该位置为中性面，感应电动势最小为零，根据法拉第电磁感应定律公式
E n t
ϕ∆=∆ 磁通量的变化率为
t
ϕ∆∆ 最小为零；B 正确。

故选B 。

6.答案：B
解析：ABC.由图可知，此时线圈平面与磁场方向垂直，穿过线圈的磁通量最大，但此时的磁通量变化率为零，感应电动势为零，感应电流为零，线圈平面处在中性面上，B 正确，AC 错误；
D.假设此时线圈的磁通量为
0ΦBS =
从此时开始再转半个周期，线圈磁通量变化量为
2ΦBS BS BS ∆=--=-
即线圈磁通量变化量不为零，D 错误；
故选B 。

7.答案：B
解析：A.由50πV u t =，得50πrad /s ω=，该交流电压的频率25Hz 2πf ω=
=，故A 错误；
B.该交流电压的有效值V 10V
U =
=，用交流电压表测量值为交流电压的有效值，其示数为10V ，故B 正确；
C.该交流电压的有效值为10V ，把标有“10V 2W”的小灯泡接在此电源上，小灯泡不会被烧坏。

故C 错误；
D.把标有“10V 1.0F”的电容器接在此电源上，若电压峰值V 大于电容器耐压值，会被击穿。

故D 错误。

故选B 。

8.答案：A
解析：题图所示不是正弦式交变电流，取一个周期进行分段研究，在20110s -~⨯内图像是正
弦式交变电流的半周期图像，则电流的有效值1A I =，在22110310s --⨯~⨯内是恒定电
流，则有效值24A I =，则有222222 A)110s (4A)210s 310s R R I R ---⨯⨯+⨯⨯=⨯⨯有，解得
3
I =有，故选A. 9.答案：D
解析：由题图乙可得，交流电的周期2s T =，故线圈转动的角速度2ππrad /s T
ω==，故A 错误；由题图乙可知，1.5 s 时穿过线圈的磁通量最大，则线圈处于中性面位置，故B 错误；交变电流一个周期内电流方向改变两次，则100 s 内线圈中电流方向改变100次，故C 错误；感应电动势的最大值m m 200.2πV 4πV E NBS N Φωω===⨯⨯=，故D 正确.
10.答案：B
解析：由题图乙知，3π10s t -=⨯时，穿过受电线圈的磁通量为0，但磁通量变化率最大，受电线圈中产生的电动势最大，根据法拉第电磁感应定律得m m m 2π20V n ΦE n ΦT
ω===，由楞次定律和安培定则知，此时c 端电势高于d 端，A 错误，B 正确；从1t 到2t 时间内，受电线圈中感应电动势的平均值ΔΔΦE n t
=，通过电阻R 的电流平均值E I R r =+，通过电阻R 的电荷量Δq I t =，由题图乙知，4Δ410Wb Φ-=⨯，联立解得3210C q -=⨯，C 错误；通过电阻R 的电
流有效值A
I ===，在一个周期内，电路中产生的热量22()2π10J Q I R r T -=+=⨯，D 错误.
11.答案：C
解析：A.有效值为
= A 错误；
B.最大值是50V ，B 错误；
C.周期
2π
2πs 0.02s 100π
T ω=== C 正确；
D.频率是
150Hz f T
==
D错误。

故选C。

12.答案：D
解析：第二次他仅将转轴移至ab边上，产生的交流电与乙图一样是B；第三次他仅将转轴右侧的磁场去掉，只有一个边切割磁感线，所以交流电的数值减半，D正确。

故选：D。

13.答案：C
解析：交变电流是指大小和方向周期性变化的电流，直流电是指电流方向不发生变化的电流。

题图甲表示的电流大小不变，方向改变，所以为交流电：题图乙表示的电流大小变化，但方向不变，所以为直流电；题图丙表示的电流大小和方向按正弦规律做周期性变化，所以为正弦式交变电流；题图丁表示的电流大小和方向都随着时间做周期变化，所以为交流电：故C正确，AB错误。

题图丁表示的电流大小和方向做周期性变化，但该电流不是正弦式交。