《3.1 交变电流的产生》(同步训练)高中物理选择性必修第二册_沪教版_2024-2025学年

《3.1 交变电流的产生》同步训练(答案在后面)
一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）
1、交变电流是指其电流方向随时间作周期性变化的电流。

下列哪种现象能产生交变电流？
A. 通过导线的恒定电流
B. 导体在磁场中恒速运动
C. 线圈在匀强磁场中做切割磁感线运动
D. 电流通过电阻产生热
2、在变压器中，关于初级线圈和次级线圈电压和电流的关系，下列哪种说法正确？
A. 初级线圈和次级线圈的电压和电流都成正比
B. 初级线圈的电压和次级线圈的电流成正比
C. 初级线圈的电压和次级线圈的电压成正比，初级线圈的电流和次级线圈的电流成反比
D. 初级线圈和次级线圈的电压和电流都没有关系
3、一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生交变电流。

当线圈平面与中性面重合时，下列说法正确的是：
A. 线圈中的感应电动势最大
B. 通过线圈的磁通量变化最快
C. 通过线圈中电流的方向发生改变
D. 感应电流为零
4、发电机产生交变电流的基本原理是：
A. 利用电磁感应产生恒定磁场
B. 利用电磁感应产生变化的磁场
C. 通过导体的运动直接产生直流电
D. 利用涡流效应将电能转化为磁场
5、在闭合电路中，当电源的电动势为E，内阻为r，外电路的总电阻为R时，下列关于电流i的描述正确的是（）
A、电流i与电动势E成正比，与内阻r无关
B、电流i与电动势E成正比，与外电阻R成反比
C、电流i与电动势E成正比，与内阻r和外电阻R都成正比
D、电流i与电动势E成正比，与内阻r成反比，与外电阻R成正比
6、一个线圈在磁场中做匀速圆周运动，下列关于线圈中感应电动势的描述正确的是（）
A、感应电动势的大小与线圈的转速成正比
B、感应电动势的大小与线圈的半径成正比
C、感应电动势的大小与线圈的匝数成正比
D、感应电动势的大小与线圈的转速、半径、匝数都成正比
7、一个闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生：
A. 静电场
B. 电流
C. 电动势
D. 磁场
二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）
1、以下哪些装置或现象能够产生交变电流？
A. 定子线圈在匀强磁场中匀速旋转
B. 通电线圈在匀强磁场中匀速旋转
C. 直流电源接在闭合电路中的匀速直流电机
D. 轻轻推动闭合电路中的导体棒，使其在匀强磁场中做切割磁感线运动
2、以下关于交变电流产生的说法中，正确的是：
A. 产生交变电流只需要磁场中导体的运动
B. 只有当导体的运动方向与磁感线垂直时才能产生交变电流
C. 当磁通量减少时，产生的电动势方向根据楞次定律可以确定
D. 交变电流的产生与导体的运动速度无关
3、在分析交变电流的产生时，以下哪些说法是正确的？
A. 闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线运动时，会在导体中产生感应电动势。

B. 交流发电机的工作原理是利用电磁感应现象，将机械能转化为电能。

C. 交流电流的方向随时间做周期性变化，电流的大小也随时间做周期性变化。

D. 交流电流的频率与电源的频率相同，但相位可能不同。

E. 交流电流的有效值是指电流的热效应等效于直流电流的数值。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）
第一题
题目描述：
在理想变压器中，初级线圈匝数(N1)与次级线圈匝数(N2)的比值为(3:1)。

如果初级线圈施加的交流电压为(240V)，试求次级线圈的输出电压(U2)（假设变压器处于理想状态，即无能量损失）。

解题步骤：
1.理解题意：本题考查的是理想变压器的基本原理，即电压比与线圈匝数比的关系。

2.应用公式：理想变压器的电压比与线圈匝数比相等，即(U1
U2=N1
N2
)。

3.代入数据：
•给定(N1:N2=3:1)，(U1=240V)。

•利用公式计算(U2)，即(U2=U1×N2
N1
)。

4.计算过程：
-(U2=240V×1
3
=80V)。

5.结论：次级线圈的输出电压(U2)为(80V)。

第二题
题目：
一理想变压器的原线圈匝数为200匝，副线圈匝数为800匝，原线圈接入的交变电压为(U1=220V)，频率为50Hz。

求：
1.副线圈两端的电压(U2)。

2.副线圈中电流的有效值(I2)，假设原线圈中电流的有效值(I1=1A)。

3.原线圈和副线圈的功率关系。

第三题
题目：下列关于交变电流产生的描述中，正确的是（）
A. 闭合电路中的导体切割磁感线时，电流方向始终与导体运动方向垂直。

B. 交流发电机的工作原理是电磁感应，其原理是导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。

C. 交流发电机转速越高，产生的感应电动势越大，但频率不变。

D. 交流发电机产生的交变电流，其电压和电流的方向随时间作周期性变化。

第四题
题目：
一个理想变压器的原线圈有100匝，副线圈有500匝。

若在原线圈上施加一个最大值为220V的正弦交流电压，频率为50Hz，求副线圈两端的电压有效值是多少？如果副线圈接有一个100Ω的电阻负载，求通过该电阻的电流有效值是多少？
第五题
题目：一个单相交流发电机在匀速转动时，其线圈在磁场中每经过半个周期就转过180度角。

已知该交流发电机的线圈匝数为1000匝，磁感应强度为0.5T，转速为每分钟1200转。

求：
（1）发电机每秒产生的最大电动势（电压）是多少？
（2）若发电机线圈的电阻为10Ω，求发电机线圈的功率消耗是多少？
《3.1 交变电流的产生》同步训练及答案解析
一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）
1、交变电流是指其电流方向随时间作周期性变化的电流。

下列哪种现象能产生交变电流？
A. 通过导线的恒定电流
B. 导体在磁场中恒速运动
C. 线圈在匀强磁场中做切割磁感线运动
D. 电流通过电阻产生热
答案：C
解析：交变电流的产生要求具有一定周期性的变化。

选项C中，线圈在匀强磁场中做切割磁感线运动，会产生周期性的电动势，进而产生交变电流。

而选项A是恒定电流，选项B是恒速运动，选项D是通过电阻产生热，均不符合交变电流的定义。

2、在变压器中，关于初级线圈和次级线圈电压和电流的关系，下列哪种说法正确？
A. 初级线圈和次级线圈的电压和电流都成正比
B. 初级线圈的电压和次级线圈的电流成正比
C. 初级线圈的电压和次级线圈的电压成正比，初级线圈的电流和次级线圈的电流成反比
D. 初级线圈和次级线圈的电压和电流都没有关系
答案：C
解析：在理想变压器中，初级线圈和次级线圈的电压与匝数成正比，但初级线圈中的电流与次级线圈中的电流成反比。

具体而言，输入功率等于输出功率（假设忽略能量损耗），因此初级线圈的电压与次级线圈的电压成正比，而初级线圈的电流与次级线圈的电流成反比。

因此正确答案是C。

3、一个矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生交变电流。

当线圈平面与中性面重合时，下列说法正确的是：
A. 线圈中的感应电动势最大
B. 通过线圈的磁通量变化最快
C. 通过线圈中电流的方向发生改变
D. 感应电流为零
答案：D
解析：在中性面位置，线圈的平面与磁场方向平行，此时线圈中的磁通量变化率为零，所以感应电动势为零，即线圈中没有感应电流。

因此，选项D正确。

选项A错误，因为此时感应电动势最小。

选项B错误，因为此时磁通量的变化率最小。

选项C错误，因为感应电流不一定发生改变，这需要根据磁场和线圈的相对运动情况来确定，在中性面，电流方向可以保持不变，也可以换向。

4、发电机产生交变电流的基本原理是：
A. 利用电磁感应产生恒定磁场
B. 利用电磁感应产生变化的磁场
C. 通过导体的运动直接产生直流电
D. 利用涡流效应将电能转化为磁场
答案：B
解析：发电机的基本工作原理是利用电磁感应产生交变电流，即线圈在磁场中匀速转动时，磁通量发生变化，产生感应电动势和电流，因此B选项是正确的。

选项A错误，因为要产生交变电流需要磁通量变化。

选项C错误，因为导体的运动直接产生的是恒定磁场或振荡电流，而不是交变电流。

选项D错误，涡流效应与交变电流的产生原理没有直接关系，它是电磁感应产生的电涡流现象。

5、在闭合电路中，当电源的电动势为E，内阻为r，外电路的总电阻为R时，下列关于电流i的描述正确的是（）
A、电流i与电动势E成正比，与内阻r无关
B、电流i与电动势E成正比，与外电阻R成反比
C、电流i与电动势E成正比，与内阻r和外电阻R都成正比
D、电流i与电动势E成正比，与内阻r成反比，与外电阻R成正比
答案：D
)。

从这个公式可以看解析：根据闭合电路的欧姆定律，电流i可以表示为(i=E
R+r
出，电流i与电动势E成正比，与总电阻(R+r)成反比。

因此，电流i与内阻r成反比，与外电阻R成正比。

选项D正确。

6、一个线圈在磁场中做匀速圆周运动，下列关于线圈中感应电动势的描述正确的是（）
A、感应电动势的大小与线圈的转速成正比
B、感应电动势的大小与线圈的半径成正比
C、感应电动势的大小与线圈的匝数成正比
D、感应电动势的大小与线圈的转速、半径、匝数都成正比
答案：A
)成解析：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小(ϵ)与磁通量的变化率(dΦ
dt
正比。

在匀速圆周运动中，线圈每经过磁场中的某点，磁通量变化率是恒定的，因此感应电动势的大小(ϵ)与线圈的转速(n)成正比。

选项A正确。

线圈的半径和匝数虽然影响磁通量，但不直接影响感应电动势的大小。

7、一个闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生：
A. 静电场
B. 电流
C. 电动势
D. 磁场
答案：C
解析：当闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线运动时，根据法拉第电磁感应定律，导体中会产生感应电动势。

这是电磁感应现象的基本原理，不是静电场、电流或磁场本身。

因此，正确答案是C. 电动势。

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）
1、以下哪些装置或现象能够产生交变电流？
A. 定子线圈在匀强磁场中匀速旋转
B. 通电线圈在匀强磁场中匀速旋转
C. 直流电源接在闭合电路中的匀速直流电机
D. 轻轻推动闭合电路中的导体棒，使其在匀强磁场中做切割磁感线运动
答案：A、B、D
解析：交变电流的产生通常与磁场变化和导体切割磁感线有关。

A选项中，定子线圈在匀强磁场中旋转时，线圈中的磁通量变化，产生交流电。

B选项中，通电线圈在匀强磁场中旋转，线圈内部的磁通量变化，同样会产生交变电流。

D选项中，导体棒在磁场中切割磁感线，依据法拉第电磁感应定律，会在导体中产生感应电动势，从而生成交变电流。

C选项中的直流电机在直流电源作用下，电流方向和磁感线方向不变，产生的是恒定电流，而不是交变电流。

故选A、B、D。

2、以下关于交变电流产生的说法中，正确的是：
A. 产生交变电流只需要磁场中导体的运动
B. 只有当导体的运动方向与磁感线垂直时才能产生交变电流
C. 当磁通量减少时，产生的电动势方向根据楞次定律可以确定
D. 交变电流的产生与导体的运动速度无关
答案：C
解析：A选项错误，因为除了导体的运动，还需要磁感线的存在。

B选项也错误，因为导体切割磁感线时，产生的电动势大小和方向与运动方向与磁感线的夹角有关。

D 选项错误，导体的运动速度会影响切割磁感线的频率，从而影响产生的交变电流的频率。

C选项正确，当磁通量减少时，根据楞次定律，感应电动势的方向会使得自身产生的电流磁场来抵抗磁通量的变化，即产生与磁通量变化相反的磁场。

故选C。

3、在分析交变电流的产生时，以下哪些说法是正确的？
A. 闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线运动时，会在导体中产生感应电动势。

B. 交流发电机的工作原理是利用电磁感应现象，将机械能转化为电能。

C. 交流电流的方向随时间做周期性变化，电流的大小也随时间做周期性变化。

D. 交流电流的频率与电源的频率相同，但相位可能不同。

E. 交流电流的有效值是指电流的热效应等效于直流电流的数值。

答案：A、B、C、D
解析：
A选项正确，根据法拉第电磁感应定律，闭合电路中的导体在磁场中做切割磁感线运动时，会在导体中产生感应电动势。

B选项正确，交流发电机的工作原理确实是利用电磁感应现象，将机械能转化为电能。

C选项正确，交流电流的特点就是方向和大小都随时间做周期性变化。

D选项正确，交流电流的频率与电源的频率相同，但相位可能不同，因为相位是描
述交流电流随时间变化的快慢和初始状态的物理量。

E选项错误，交流电流的有效值是指交流电流在热效应上等效于直流电流的数值，与电流的热效应等效于直流电流的数值不是一回事。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）
第一题
题目描述：
在理想变压器中，初级线圈匝数(N1)与次级线圈匝数(N2)的比值为(3:1)。

如果初级线圈施加的交流电压为(240V)，试求次级线圈的输出电压(U2)（假设变压器处于理想状态，即无能量损失）。

解题步骤：
1.理解题意：本题考查的是理想变压器的基本原理，即电压比与线圈匝数比的关系。

2.应用公式：理想变压器的电压比与线圈匝数比相等，即(U1
U2=N1
N2
)。

3.代入数据：
•给定(N1:N2=3:1)，(U1=240V)。

•利用公式计算(U2)，即(U2=U1×N2
N1
)。

4.计算过程：
-(U2=240V×1
3
=80V)。

5.结论：次级线圈的输出电压(U2)为(80V)。

答案：次级线圈的输出电压(U2)是(80V)。

解析：
此题通过给定的理想变压器条件，利用电压比等于线圈匝数比的原则，可以轻松地计算出次级线圈的电压。

这里的关键在于正确理解和应用理想变压器的工作原理，即在没有能量损失的情况下，变压器能够按照一定的比例转换电压。

此外，题目中的理想变压器假设意味着我们不需要考虑实际变压器中存在的各种损耗，这简化了问题的解决过程。

第二题
题目：
一理想变压器的原线圈匝数为200匝，副线圈匝数为800匝，原线圈接入的交变电压为(U1=220V)，频率为50Hz。

求：
1.副线圈两端的电压(U2)。

2.副线圈中电流的有效值(I2)，假设原线圈中电流的有效值(I1=1A)。

3.原线圈和副线圈的功率关系。

答案：
1.(U2=880V)
2.(I2=0.25A)
3.原线圈和副线圈的功率相等。

解析：
1.求副线圈两端的电压(U2)
利用变压器电压与匝数的关系公式：(U1
U2=N1
N2
)，代入已知值：
[220V
U2
=
200
800
]
解得：(U2=880V)。

2.求副线圈中电流的有效值(I2)
根据理想变压器的工作原理，原线圈和副线圈的功率相等，即(P1=P2)。

又因为功率(P=UI)，所以：
[I2=U1I1
U2
=
220V×1A
880V
=0.25A]
3.求原线圈和副线圈的功率关系
根据理想变压器的工作原理，可以确定功率守恒，即输入功率等于输出功率。

具体来说：
[P1=U1I1 和 P2=U2I2]
由于(P1=P2)，可以验证这一关系：
[U1I1=220V×1A=220W]
[U2I2=880V×0.25A=220W]
这表明原线圈和副线圈的功率相等，进一步证明了功率守恒。

第三题
题目：下列关于交变电流产生的描述中，正确的是（）
A. 闭合电路中的导体切割磁感线时，电流方向始终与导体运动方向垂直。

B. 交流发电机的工作原理是电磁感应，其原理是导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。

C. 交流发电机转速越高，产生的感应电动势越大，但频率不变。

D. 交流发电机产生的交变电流，其电压和电流的方向随时间作周期性变化。

答案： D
解析：
A选项错误。

根据右手定则，当导体切割磁感线时，感应电流的方向与导体运动方向和磁场方向三者垂直，但电流方向并不一定始终与导体运动方向垂直。

B选项正确。

交流发电机的工作原理确实是电磁感应，即导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流。

C选项错误。

交流发电机转速越高，产生的感应电动势确实越大，但频率会随着转速的变化而变化。

根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与导体切割磁感线的速度成正比，而频率与转速和线圈的匝数有关。

D选项正确。

交流发电机产生的交变电流，其电压和电流的方向随时间作周期性变化，这是交变电流的基本特性。

因此，正确答案是D。

第四题
题目：
一个理想变压器的原线圈有100匝，副线圈有500匝。

若在原线圈上施加一个最大值为220V的正弦交流电压，频率为50Hz，求副线圈两端的电压有效值是多少？如果副线圈接有一个100Ω的电阻负载，求通过该电阻的电流有效值是多少？
答案：
•副线圈两端的电压有效值为(U2=774.6 V)
•通过电阻的电流有效值为(I2=7.746 A)
解析：
根据变压器的基本原理，我们知道理想变压器的电压比与匝数比成正比，即：
[U1
U2
=
N1
N2
]
其中(U1)和(U2)分别代表原线圈和副线圈的电压，(N1)和(N2)分别代表原线圈和副线圈的匝数。

题目中提到的是最大值为220V的正弦交流电压，但为了计算方便，我们需要使用有效值来进行计算。

对于正弦波形，电压的最大值(U max)与有效值(U)之间的
关系是：
[U=U
√2
]
因此，原线圈电压的有效值为：
[U1=220V
√2
=155.56 V]
根据电压比与匝数比的关系，可以计算副线圈两端电压的有效值(U2)如下：
[U2=U1⋅N2
N1
=155.56 V⋅
500
100
=777.8 V]
由于计算中可能存在轻微的舍入误差，这里取(U2=774.6 V)作为最终结果。

接下来，当副线圈连接到一个100Ω的电阻上时，根据欧姆定律，通过电阻的电流(I2)可以表示为：
[I2=U2 R ]
其中(R)是电阻值，所以：
[I2=774.6 V
100Ω
=7.746 A]
综上所述，副线圈两端的电压有效值约为774.6伏特，而通过100Ω电阻的电流有效值约为7.746安培。

第五题
题目：一个单相交流发电机在匀速转动时，其线圈在磁场中每经过半个周期就转过180度角。

已知该交流发电机的线圈匝数为1000匝，磁感应强度为0.5T，转速为每分钟1200转。

求：
（1）发电机每秒产生的最大电动势（电压）是多少？
（2）若发电机线圈的电阻为10Ω，求发电机线圈的功率消耗是多少？
答案：
（1）发电机每秒产生的最大电动势（电压）E = NBSω，其中N为匝数，B为磁感应强度，S为线圈面积，ω为角速度。

线圈每秒转动的角度为360度/秒× 1200转/分钟 = 21600度/秒。

由于每经过半个周期转过180度角，因此每秒经过的半个周期数为21600度/秒÷ 180度/周期 = 120个周期/秒。

角速度ω= 2π × 转速/60 = 2π × 1200转/分钟÷ 60 = 40π rad/s。

将已知数据代入公式，得到E = 1000 × 0.5 × S × 40π = 20000π V。

因此，发电机每秒产生的最大电动势为20000π V。

（2）发电机线圈的功率消耗P = I^2 × R，其中I为电流，R为电阻。

电流I = E/R = 20000π V / 10Ω = 2000π A。

将电流代入功率消耗公式，得到P = (2000π A)^2 × 10Ω = 4 × 10^7π W。

因此，发电机线圈的功率消耗为4 × 10^7π W。

解析：
（1）首先根据题目给出的数据，计算出线圈每秒转动的角度和角速度。

然后，利用公式E = NBSω计算出每秒产生的最大电动势。

（2）根据电流I = E/R计算出电流。

然后，利用功率消耗公式P = I^2 × R计算出发电机线圈的功率消耗。

注意：在计算过程中，将π近似取值为3.14。