第59講 交變電流的產生和描述（練習）（解析版）-2025版高考物理模擬精練+真題實戰(zhàn)演練

12/12第59講交變電流的產生和描述（模擬精練+真題演練）1．（2023·北京西城·北京四中校考模擬預測）某交流發(fā)電機產生交變電流的裝置如左圖所示，產生的感應電動勢與時間的關系如右圖所示，下列說法正確的是（）

A．t=0時，線圈平面處于中性面位置，磁通量變化率最大B．線圈通過中性面時，交變電流改變方向。C．線框中產生的感應電動勢e=100sin50t（V）D．如果僅使線圈的轉速加倍，則電動勢的最大值和周期分別變?yōu)?00V、0.08s【答案】B【詳解】AB．由圖像可知，t=0時，電動勢為零，此時線圈平面處于中性面位置，磁通量變化率最小，交變電流改變方向。故A錯誤；B正確；C．線框中產生的感應電動勢的最大值和周期分別為，根據可知感應電動勢瞬時值為e=100sin50πt（V）故C錯誤；D．根據，可知與成正比，如果僅使線圈的轉速加倍，則電動勢的最大值為周期為可知，周期與成反比，如果僅使線圈的轉速加倍，則周期減半為故D錯誤。故選B。2．（2023·湖南·模擬預測）交流發(fā)電機的示意圖如圖甲所示（為了方便觀察，只畫了其中一匝線圈，線圈電阻不計）。圖甲中兩磁極之間產生的磁場可近似為勻強磁場。矩形線圈ABCD在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸勻速轉動，線圈ABCD通過金屬滑環(huán)及兩個導體電刷與外電路連接。從某時刻開始計時，交流發(fā)電機產生的交變電流隨時間變化的圖像如圖乙所示。下列判斷正確的是（）

A．時刻，線圈處于中性面位置B．線圈中產生交變電流的有效值為C．線圈中交變電流的方向在1s內改變100次D．線圈從圖甲所示位置轉過90°的過程中，流經電阻R的電荷量為【答案】C【詳解】A．由題圖乙可知，時刻，電流具有最大值，線圈處于與中性面垂直的位置，故A錯誤；B．由題圖乙知，線圈中產生正弦交變電流的最大值則電流的有效值故B錯誤；C．由題圖乙可知，正弦交流電的周期頻率由于在一個周期內交變電流的方向改變兩次，所以交變電流方向在1s內改變100次，故C正確；D．線圈從題圖甲所示位置轉過90°的過程中，流經電阻R的電荷量又其中聯立解得故D錯誤。故選C。3．（2023·湖南郴州·統(tǒng)考三模）如圖所示，紙面內有一“凹”字形單匝金屬線框組成閉合回路，置于垂直于紙面向里、磁感應強度大小為B的勻強磁場中，線框的總電阻為R，邊長如圖所示。線框繞ab軸做角速度為ω的勻速圓周運動。則從圖示位置（）A．轉動90°時回路中電流方向發(fā)生改變B．轉動180°的過程中通過導線截面的電荷量為零C．轉動90°時回路中感應電動勢大小為3BL2ωD．轉動180°過程中線框產生的焦耳熱為【答案】C【詳解】A．線框通過一次中性面時，電流方向才會發(fā)生改變，圖示位置即是中性面，再轉動90°時線框平面與磁感線垂直，電流方向并未發(fā)生改變，故A錯誤；B．轉動180°的過程中通過導線截面的電荷量為故B錯誤；C．轉動90°時回路中感應電動勢大小為故C正確；D．轉動180°過程中線框中電流的有效值為轉動時間為所以線框產生的焦耳熱為故D錯誤。故選C。4．（2023·云南玉溪·云南省玉溪第三中學?？寄M預測）在如圖乙所示的電路中，通入如圖甲所示的交變電流，橫軸上、下方的圖線均屬于正弦曲線的一部分，電阻的阻值為，兩電表均為理想交流電表，下列說法正確的是（）

A．電壓表的示數為B．交流電的頻率為C．電流表的示數為D．電阻在一個周期內產生的熱量為【答案】A【詳解】A．令該交變電流的有效值為U，則電壓表的示數為該有效值，根據圖甲可知解得U=10V即電壓表的示數為，故A正確；B．根據圖甲可知交流電的周期為，則頻率為故B錯誤；C．根據上述可知，通過定值電阻的電流為故C錯誤；D．電阻在一個周期內產生的熱量為故D錯誤。故選A。5．（2023·江西·校聯考模擬預測）如圖，在光滑絕緣水平面上MN右側有垂直紙面向里的勻強磁場，磁場的磁感應強度大小為B，金屬線框ACD放在水平面上，線框ADC部分對照正弦圖像彎制而成，形狀為完整正弦圖像的一半，D點離AC邊的距離最遠，DE長為d，現使線框以速度勻速進入磁場，線框運動過程中AC邊始終與MN垂直，若線框的電阻為R，則線框進入磁場的過程中，圖中理想電流表的示數為（

）

A． B． C． D．【答案】C【詳解】在線框進入磁場的過程中，切割磁感線的有效長度按正弦規(guī)律變化，因此產生的是正弦交流電，電動勢最大值電動勢有效值電流表的示數為故選C。6．（2023·河南開封·統(tǒng)考三模）如圖為交流發(fā)電機的示意圖，線圈在轉動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。兩磁極之間的磁場視為勻強磁場且磁感應強度大小為，單匝線圈的面積為電阻為，定值電阻的阻值為，其余電阻不計，交流電壓表為理想電表。線圈以角速度繞軸逆時針勻速轉動，如果以圖示位置為計時起點，則（）A．圖示時刻電壓表示數為B．通過電阻的電流瞬時值表達式為C．線圈從圖示位置轉過的過程中，通過電阻的電流平均值為D．線圈從圖示位置轉過的過程中，電阻產生的焦耳熱為【答案】C【詳解】A．線圈中產生的感應電動勢的最大值為圖示位置具有最大值，但電壓表示數應為電阻兩端的電壓有效值選項A錯誤；B．通過電阻的電流有效值瞬時值表達式為選項B錯誤；C．線圈從圖示位置轉過的過程中所用時間產生的感應電動勢平均值則通過電阻的電流平均值選項C正確；D．線圈從圖示位置轉過的過程中，電阻上產生的焦耳熱選項D錯誤。故選C。7．（2023·湖南長沙·長郡中學?？级＃┰趫D乙的電路中，電源輸出如圖甲所示的交變電流（不計內阻）。電阻R的阻值為10Ω，電表均為理想電表。下列判斷正確的是（）

A．電壓表的示數為10VB．電流表的示數為2AC．若將電阻替換為一個電容，欲使電路安全運行，其耐壓值最少為10VD．電阻在任意三分之一個周期內產生的熱量一定等于0.1J【答案】A【詳解】A．根據題意可知，電壓表的示數為有效值為，則有解得故A正確；B．由歐姆定律可知，電流表的示數為故B錯誤；C．由于交流電的峰值為因此，若將電阻換成一個耐壓值為的電容，會被擊穿，故C錯誤；D．根據題意可知，電阻在任意三分之一個周期內的電流有效值不一定是，所以電阻在任意三分之一個周期內產生的熱量不能用計算，故D錯誤。故選A。8．（2023·重慶·模擬預測）如圖所示，MN右側存在垂直紙面向里、磁感應強度大小為B的勻強磁場，某同學用粗細均勻、總阻值為R的漆包電阻絲做成兩個半徑均為r的半圓形閉合金屬線圈，圖中O點導線交叉處不連通。金屬線圈可繞兩半圓直徑所在的轉軸（恰好與邊界MN重合）轉動。金屬線圈以角速度勻速轉過半圈的過程中產生的熱量與以角速度勻速轉過一圈的過程中產生的熱量相等，則等于（）A．2：1 B．4：1 C．1：2 D．1：4【答案】A【詳解】金屬線圈轉動過程中產生的電動勢最大值電路中電流的有效值金屬線圈以角速度勻速轉過半圈過程中產生的熱量金屬線圈以角速度勻速轉過一圈過程中產生的熱量得故A正確，B、C、D錯誤。故選A。9．（2023·全國·三模）如圖所示，水平導體棒ab質量為、長為、電阻為，其兩個端點分別搭接在豎直平行放置兩光滑金屬圓環(huán)上，兩圓環(huán)半徑均為、電阻不計。阻值為的電阻用導線與圓環(huán)相連接，理想交流電壓表V接在電阻兩端。整個空間有磁感應強度大小為、方向豎直向下的勻強磁場，導體棒ab在外力F作用下以轉速，繞兩圓的中心軸勻速轉動，已知重力加速度為g。則導體棒ab在運動過程中，交流電壓表的示數是（）

A． B． C． D．【答案】A【詳解】導體棒在金屬圓環(huán)上運動時，設導體棒與圓心連線與豎直方向夾角為，則導體棒切割磁感線產生的電動勢為峰值為其中有效值為交流電壓表的示數顯示的是有效值，為故選A。10．（多選）（2023·福建廈門·廈門一中?？家荒＃┤鐖D所示，一個單匝矩形閉合導線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉動，圖示時刻磁場與平面垂直，轉動周期為，線圈產生的電動勢的最大值為，則（）

A．線圈轉動過程中穿過線圈的磁通量的最大值為B．線圈轉動過程中磁通量變化率的最大值為C．圖示時刻為中性面，電流大小為0D．若線圈繞ab轉動，電動勢的最大值將變?yōu)椤敬鸢浮緽C【詳解】A．根據解得故A錯誤；B．根據法拉第電磁感應定律線圈轉動過程中磁通量變化率的最大值為，故B正確；C．圖示位置為中性面，磁通量最大，磁通量變化率為0，電動勢為0，電流大小為0，故C正確；D．若線圈繞ab轉動，通過線圈的磁通量最大值不變，所以電動勢的最大值將變?yōu)?，故D錯誤。故選BC。11．（多選）（2023·新疆阿勒泰·統(tǒng)考三模）如圖所示為匝數的線圈的磁通量隨時間按正弦規(guī)律變化的圖像，其產生的電壓為交變電壓。則下列四個選項中的交變電壓的有效值與已知的交變電壓的有效值相同的是（）

A．

B．

C．

D．

【答案】ABD【詳解】A．根據法拉第電磁感應定律可知故交變電流的有效值為；，Ａ正確；Ｂ．根據相同的電阻、相同的時間產生相同熱量，故代入數據得B正確；CD．根據相同的電阻、相同的時間產生相同熱量，故代入數據可得C錯誤，D正確。故選ABD。12．（多選）（2023·廣東廣州·統(tǒng)考三模）為發(fā)展新能源，某科研小組制作了一個小型波浪發(fā)電機，磁鐵固定在水中，S極上套有一個浮筒，浮筒上繞有線圈，其截面示意圖如圖甲所示。浮筒可隨波浪上下往復運動切割磁感線而產生電動勢，線圈中產生的感應電動勢隨時間按正弦規(guī)律變化，如圖乙所示，線圈電阻r=2Ω，把線圈與阻值R=8Ω的小燈泡串聯，小燈泡恰好正常發(fā)光。下列說法正確的是（）A．小燈泡的額定電壓為B．線圈中電流的有效值為C．發(fā)電機的輸出功率為D．一周期內線圈產生的焦耳熱為【答案】CD【詳解】A．由乙圖可知，感應電動勢有效值為4V，此時小燈泡正好正常發(fā)光，則由串聯分壓可得故A錯誤；B．線圈中電流有效值為故B錯誤；C．發(fā)電機輸出功率為故C正確；D．由乙圖可得周期為0.4s，一周期內線圈產生的焦耳熱為故D正確。故選CD。13．（多選）（2023·河北滄州·滄縣中學?？寄M預測）半徑為r的圓形導體框與小燈泡組成如圖甲所示的回路，框內存在勻強磁場，磁感應強度隨時間按正弦規(guī)律變化，如圖乙所示（規(guī)定垂直紙面向里為磁場的正方向），圓形導體框電阻為R1，小燈泡電阻為R2，其他電阻不計，磁感應強度最大值為B0，變化周期為T，電壓表為理想電壓表，下列說法正確的是（）

A．導體框上感應電動勢的最大值為B．電壓表的示數為C．在內流過小燈泡電流的方向N→L→M，通過小燈泡的電荷量D．一個周期內回路中產生的熱量【答案】AD【詳解】A．由圖像可知磁感應強度為線框中感應電動勢為感應電動勢的最大值為故A正確；B．電壓表示數為小燈泡電壓的有效值故B錯誤；C．在內磁場垂直紙面向外增大，感應電流產生的磁場垂直紙面向里，感應電流沿順時針方向，故流過小燈泡電流的方向，通過小燈泡的電荷量為故C錯誤；D．一個周期內回路中產生的熱量應該用交流電的有效值故D正確。故選AD。14．（多選）（2023·湖南·模擬預測）如圖所示，邊長分別為、的矩形線圈在均勻輻向分布的磁場中以角速度繞固定軸勻速轉動，某時刻線圈中的電流方向如圖所示，線圈匝數為N，切割磁感線的邊所在位置的磁感應強度大小為B，AOB和COD之間區(qū)域的磁場忽略不計，已知，則下列選項正確的是（）

A．線圈順時針轉動B．線圈逆時針轉動C．線圈中產生的感應電動勢的有效值為D．線圈中產生的感應電動勢的有效值為【答案】BD【詳解】AB．由右手定則可判斷線圈逆時針轉動，故A錯誤，B正確；CD．線圈在磁場中轉動時，感應電動勢大小保持不變?yōu)橛深}設可知，線圈每轉動一周，三分之二的時間內線圈中電動勢為E，三分之一的時間內線圈中電動勢為0，所以有計算可知故C錯誤，D正確；故選BD。15．（多選）（2023·江西贛州·統(tǒng)考二模）數字觸發(fā)器可以將模擬信號轉化為數字信號。如圖甲中的正弦式交變電流通過圖乙數字觸發(fā)器后輸出圖丙的數字信號，該數字觸發(fā)器的轉換規(guī)則是：交變電流數值小于時輸出為，交變電流數值不小于時輸出。關于圖丙下列說法正確的是（）

A．與間的時間間隔為B．該電壓的頻率等于C．該電壓通過某理想變壓器的輸出電壓為零D．該電壓接在的電阻兩端，一個周期內的發(fā)熱量為【答案】AB【詳解】A．交變電流的瞬時值表達式為可知，A正確；B．在一個交變周期內，兩次超過0.75V，因此圖丙電壓的頻率等于，B正確；C．由于圖丙中的電壓在0和1V之間交替變化，且變化很快，穿過變壓器原、副線圈的磁通量發(fā)生變化，因此變壓器的輸出電壓不為零，C錯誤；D．由于周期為0.01s，在一個周期內發(fā)熱的時間因此在一個周期內產生的熱量，D錯誤。故選AB。1．（2022·海南·高考真題）一個有N匝的矩形線框，面積為S，以角速度從如圖所示的位置開始，在勻強磁場B中勻速轉動，則產生的感應電動勢隨時間變化的圖像是（

）A． B．C． D．【答案】A【詳解】圖示位置線框處于與中性面垂直的平面，豎直長邊垂直切割磁感線，此時產生的感應電動勢最大為根據正弦式交變電流的表達式可知感應電動勢隨時間的變化關系為故選A。2．（2022·廣東·高考真題）圖是簡化的某種旋轉磁極式發(fā)電機原理圖。定子是僅匝數n不同的兩線圈，，二者軸線在同一平面內且相互垂直，兩線圈到其軸線交點O的距離相等，且均連接阻值為R的電阻，轉子是中心在O點的條形磁鐵，繞O點在該平面內勻速轉動時，兩線圈輸出正弦式交變電流。不計線圈電阻、自感及兩線圈間的相互影響，下列說法正