第58講 交變電流的產(chǎn)生和描述（練習）（解析版）-2025年高考物理一輪復習講練測（新教材新高考）

第58講交變電流的產(chǎn)生和描述目錄01模擬基礎練【題型一】交流電的產(chǎn)生 【題型二】交流電的描述【題型三】有效值的計算02重難創(chuàng)新練【題型一】交流電的產(chǎn)生 1．如圖甲所示，矩形線圈abcd在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動可以產(chǎn)生交變電流，其電動勢e隨時間t變化的圖像如圖乙所示，線圈電阻，電阻。則（

）A．時，線圈與中性面垂直 B．內(nèi)，電流的方向改變50次C．電阻R兩端電壓為 D．電阻R在內(nèi)產(chǎn)生的熱量為【答案】D【詳解】A．時，電動勢為零，線圈平面處于中性面處，故A錯誤；B．根據(jù)圖乙可知周期為，一個周期內(nèi)電流的方向改變兩次，則對應個周期，電流方向變化100次，故B錯誤；C．交流電電動勢的有效值根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理可知電阻R兩端電壓故C錯誤；D．電阻R在內(nèi)產(chǎn)生的熱量故D正確。故選D。2．如圖所示，交流發(fā)電機的矩形線框共有匝，總電阻，。繞垂直于磁場方向的對稱軸以的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，給的電阻供電。線框所在勻強磁場的磁感應強度，其處于中性面時開始計時，則（）A．電阻R兩端的最大電壓為40VB．通過R的電流方向在內(nèi)改變1次C．在內(nèi)外力至少對系統(tǒng)做功πJD．在內(nèi)通過線框?qū)Ь€橫截面的電荷量為【答案】D【詳解】A．線圈產(chǎn)生感應電動勢的最大值為根據(jù)閉合電路歐姆定律可知電阻R兩端的最大電壓為故A錯誤；B．交變電流的周期為可知通過R的電流方向在內(nèi)改變2次。故B錯誤；C．線圈產(chǎn)生感應電動勢的有效值為在內(nèi)外力對系統(tǒng)做功的最小值為整個電路消耗的電能，即故C錯誤；D．依題意，可得此時線圈平面與中性面夾角為60°，則在內(nèi)通過線框?qū)Ь€橫截面的電荷量為故D正確。故選D。3．某矩形閉合金屬線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，穿過該線圈的磁通量隨時間t按如圖所示正弦規(guī)律變化。則時刻（

）A．穿過該線圈的磁通量最小 B．穿過該線圈的磁通量最大C．該線圈中的電流最大 D．該線圈中的電流不為零【答案】B【詳解】AB．由圖像易知，時刻穿過該線圈的磁通量最大，A錯誤B正確；CD．由圖像易知，時刻穿過線圈的磁通量變化率為零，產(chǎn)生的感應電動勢為零，線圈中的電流為零，CD均錯誤。故選B。4．圖甲為交流發(fā)電機的示意圖，磁場可視為水平方向的勻強磁場，線圈繞垂直于磁場的水平軸沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，電阻，線圈電阻，電流表內(nèi)阻不計。從圖示位置開始計時，P、Q間輸出的電壓u隨時間t變化的關系圖像如圖乙所示，下列說法正確的是（）A．電阻R中的電流方向每分鐘變化3000次B．線圈轉(zhuǎn)動的角速度為C．圖示位置為感應電動勢最大的位置D．電流表示數(shù)為22A【答案】C【詳解】A．交流電的周期為T=0.02s，一個周期內(nèi)電流方向改變2次，則每秒鐘電流方向變化100次，則電阻R中的電流方向每分鐘變化6000次，選項A錯誤；B．線圈轉(zhuǎn)動的角速度為選項B錯誤；C．圖示位置線圈平面與中性面垂直，此時磁通量為零，磁通量的變化率最大，感應電動勢最大，選項C正確；D．電流表示數(shù)為選項D錯誤。故選C。5．如圖是一款高空風車及其發(fā)電模塊原理簡圖，該裝置利用充氣球?qū)l(fā)電機帶上高空，通過電電能傳輸?shù)降孛妫蔀榫葹膱鏊R時供電。在發(fā)電明間。發(fā)電機線圈ab在某一時刻轉(zhuǎn)至圖示位置。則下列說法正確的是（）A．高空風車發(fā)電的工作原理是電流的磁效應B．無論風力多大，線圈ab的發(fā)電頻率不變C．該時刻線圈磁通量為零，感應電動勢也為零D．該時刻線圈b端電勢高于a端電勢【答案】D【詳解】A．高空風車發(fā)電的工作原理是電磁感應，故A錯誤；B．風力越大，風車轉(zhuǎn)動的越快，線圈ab的發(fā)電頻率越大，故B錯誤；C．由圖可知，該時刻線圈平面與磁場平行，線圈磁通量為零，感應電動勢最大，故C錯誤；D．根據(jù)題意，由右手定則可知，該時刻線圈中的電流由，則線圈b端電勢高于a端電勢，故D正確。故選D。6．發(fā)電機的示意圖如圖所示，發(fā)電機矩形線框的匝數(shù)為N，面積為S，線框的電阻為r，線框所在位置的磁場可視為勻強磁場，磁感應強度大小為B，定值電阻的阻值為R，采用換向器實現(xiàn)電流的導出。若線框從圖示位置開始以角速度繞軸勻速轉(zhuǎn)動，下列說法正確的是（

）A．圖示位置線框中的電動勢最大，為B．線框轉(zhuǎn)動一圈，通過電阻R的電流方向改變兩次C．線框轉(zhuǎn)動一圈，通過電阻R的電荷量為D．線圈轉(zhuǎn)動一圈，克服安培力做功為【答案】C【詳解】A．圖示位置穿過線框中的磁通量最大，但磁通量變化率為0，感應電動勢為0，故A錯誤；BC．由于采用換向器實現(xiàn)電流的導出，由圖可知線框轉(zhuǎn)動一圈，通過電阻R的電流方向不發(fā)生變化，線框轉(zhuǎn)動半圈時，通過電阻R的電荷量為則線框轉(zhuǎn)動一圈，通過電阻R的電荷量為故B錯誤，C正確；D．線框中的電動勢最大值為則電動勢有效值為根據(jù)能量守恒可知，線圈轉(zhuǎn)動一圈，克服安培力做功為故D錯誤。故選C。7．如圖所示，三角形金屬線框置于勻強磁場中，繞固定軸勻速轉(zhuǎn)動，當線框平面與磁場方向垂直時，下列說法正確的是（）A．穿過線框的磁通量為0 B．線框中的感應電流為0C．線框中的感應電動勢最大 D．線框所受安培力最大【答案】B【詳解】ABC．當線框平面與磁場方向垂直時，穿過線框的磁通量最大，不為0，穿過線框的磁通量變化率為0，根據(jù)法拉第電磁感應定律可知線框中的感應電動勢最小，為0，線框中的感應電流為0，故AC錯誤，B正確；D．線框中的感應電流為0，線框不受安培力的作用，故D錯誤。故選B?！绢}型二】交流電的描述8．如圖甲所示為交流發(fā)電機的示意圖。一矩形線圈在兩磁極間的勻強磁場中繞軸逆時針勻速轉(zhuǎn)動，線圈匝數(shù)n=30，線圈電阻r=2Ω，穿過線圈的磁通量隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示，定值電阻R＝8Ω，其余電阻不計。下列說法正確的是（）A．t=0時，線圈位于中性面B．當BC邊與磁場方向的夾角為30°時，感應電動勢的瞬時值e=15πVC．該交流電電流的有效值3πAD．在0~0.1s內(nèi)，通過電阻R的電荷量為0.6C【答案】D【詳解】A．線圈位于中性面時穿過線圈的磁通量最大，t=0時，穿過線圈的磁通量為零，故A錯誤；B．由圖可知則圖示位置BC邊與磁場方向平行，感應電動勢最大當BC邊與磁場方向的夾角為30°時，感應電動勢的瞬時值故B錯誤；C．該交流電電動勢的有效值該交流電電流的有效值故C錯誤；D．在0~0.1s內(nèi)，通過電阻R的電荷量為又，可得故D正確。故選D。9．圖甲是交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極之間的磁場可視為勻強磁場，金屬線圈ABCD繞轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，A為電流傳感器（與計算機相連），為定值電阻，線圈電阻為，其余電阻不計。圖乙為計算機上顯示的電流數(shù)據(jù)隨時間變化的圖像。下列說法中正確的是（）A．金屬線圈恰好處于圖甲所示的位置時感應電動勢為0，對應圖乙中或時刻B．金屬線圈恰好處于圖甲所示的位置時感應電動勢最大，對應圖乙中或時刻C．、時刻穿過線圈的磁通量的絕對值最小，磁通量的變化率最大D．、時刻穿過線圈的磁通量的絕對值最小，磁通量的變化率最大【答案】D【詳解】AB．圖甲所示位置線圈平面與磁場垂直，即為中性面，此時的感應電動勢為0，回路中的感應電流為0，對應圖乙中或時刻，故AB錯誤；C．結(jié)合上述，、時刻線圈處于中性面，穿過線圈的磁通量的絕對值最大，由于此時的感應電動勢為0，則此時的磁通量的變化率最小，故C錯誤；D．根據(jù)圖乙可知，、時刻的感應電流最大，即此時的感應電動勢最大，則此時線圈平面與中性面垂直，即線圈平面平行于磁場方向，穿過線圈的磁通量的絕對值最小，由于此時感應電動勢最大，則此時磁通量的變化率最大，故D正確。故選D。10．風力發(fā)電將成為我國實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑之一，風力發(fā)電風車通過風輪機帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動實現(xiàn)發(fā)電。圖乙為交流發(fā)電機示意圖，矩形線圈ABCD繞垂直于勻強磁場的軸沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，發(fā)電機的電動勢隨時間變化規(guī)律為，外電路接有阻值的定值電阻，線圈電阻不計，下列說法正確的是（）A．電流變化的周期為0.01sB．線圈在圖示位置時，產(chǎn)生的電動勢為30VC．線圈在圖示位置時，磁通量最大D．電流表的示數(shù)為3A【答案】B【詳解】A．由可知解得電流變化的周期為故A錯誤；BC．線圈在圖示位置時，穿過線圈的磁通量為0，磁通量的變化率最大，產(chǎn)生的電動勢最大，為30V，故B正確，C錯誤；D．電動勢有效值為則電流表的示數(shù)為故D錯誤。故選B?！绢}型三】有效值的計算11．如圖甲所示，一阻值為的電阻與理想交流電流表串聯(lián)后，兩端接入圖乙所示的正弦式交變電流，下列說法正確的是（）A．該交流電的頻率為100HzB．電阻中電流的峰值為2AC．在時刻，電流表的讀數(shù)為2AD．電阻的電功率為880W【答案】C【詳解】A．由圖乙可知，交流電的周期為則交流電的頻率為50Hz，故A錯誤；B．電阻R中電流的峰值為故B錯誤；C．電流表的讀數(shù)為有效值，則電流表的讀數(shù)為故C正確；D．根據(jù)可知電阻的電功率為440W，故D錯誤。故選C。12．小草在微風中會左右搖擺，有人受此啟發(fā)設計了微風搖擺發(fā)電裝置，其原理簡化圖如圖所示?？臻g中存在垂直于紙面的勻強磁場，微風使導體棒在兩固定的平行金屬導軌之間垂直于磁場方向往復運動，此時導體棒相當于電源，可通過金屬導軌對外供電。將導體棒的運動視為簡諧運動，其速度隨時間的變化規(guī)律為。已知勻強磁場的磁感應強度大小為B，兩導軌的間距和導體棒的長度均為L，導體棒的電阻為r，導體棒始終與導軌垂直，導軌和導線的電阻均不計。若使其對阻值為R的電阻供電，則一個周期內(nèi)電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為（

）A． B．C． D．【答案】C【詳解】導體棒切割磁感線產(chǎn)生電動勢的瞬時值為回路中電流的有效值為一個周期內(nèi)電阻產(chǎn)生的焦耳熱為故選C。13．電流通過阻值為R的電阻時，圖像如圖所示，下列說法正確的是（）A．電阻R兩端電壓的最大值為IRB．該電流一定是交流電C．時間內(nèi)電流按余弦規(guī)律變化D．該電流的有效值【答案】A【詳解】A．由圖可知通過電阻R的最大電流為，故電阻R兩端電壓的最大值為IR，故A正確；B．由圖可知一直大于零，電流方向可能不變，故該電流不一定是交流電，故B錯誤；C．由圖可知時間內(nèi)，均勻減小，故時間內(nèi)電流不是按余弦規(guī)律變化，故C錯誤；D．根據(jù)有效值的定義解得該電流的有效值為故D錯誤。故選A。14．如圖為一交變電流的圖像，圖中曲線是正弦曲線的一部分，該交變電流電動勢的有效值為（

）A． B． C． D．【答案】B【詳解】根據(jù)交流電的有效值的定義可知解得即交變電流電動勢的有效值為，B正確。故選B。15．如圖所示，磁感應強度為B的勻強磁場與紙面垂直，虛線表示勻強磁場的邊界，一半徑為r、圓心角為的扇形單匝線框圓心O在邊界線上。當線框圍繞圓心O在紙面內(nèi)以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，線框中產(chǎn)生交變電動勢的有效值為（）A． B． C． D．【答案】B【詳解】設線框轉(zhuǎn)動周期為T，而線框轉(zhuǎn)動一周中只有進、出磁場過程才產(chǎn)生感應電動勢，因此一周之內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢的時間此時感應電動勢的大小為，根據(jù)有效值的定義有所以感應電動勢的有效值為故選B。16．如圖是某交變電流的圖像，這一交變電流的電流有效值為（

）A． B．3A C． D．【答案】A【詳解】設這一交變電流的電流有效值為，根據(jù)有效值定義可得解得故選A。17．如圖甲所示，兩個完全相同的正方形線圈，在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的同一根軸勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸位于磁場邊界處。線圈P以一條邊為轉(zhuǎn)軸，線圈Q以中心線為轉(zhuǎn)軸，分別產(chǎn)生的電流隨時間變化的圖像如圖乙、丙所示，則兩線圈中電流的有效值之比為（

）A． B． C． D．【答案】B【詳解】根據(jù)電流的熱效應，可得解得由丙圖可知則兩線圈中電流的有效值之比故選B。18．如圖為某交流電電流隨時間變化的圖像，其有效值為（）A． B． C． D．【答案】D【詳解】根據(jù)電流的熱效應，可得解得故選D。1．如圖所示，在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動的單匝矩形線圈的周期為T，轉(zhuǎn)軸垂直于磁場方向，線圈電阻為2Ω。從線圈平而與磁場方向平行時開始計時，線圈轉(zhuǎn)過時的感應電流為1A，則下列說法正確的是（）A．線圈消耗的電功率為2WB．線圈中感應電流的最大值為2AC．任意時刻線圈中的感應電動勢為D．任意時刻穿過線圈的磁通量為【答案】BC【詳解】AB．從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈轉(zhuǎn)過時的感應電流為1A，由感應電流的瞬時表達式可得解得線圈中感應電流的最大值為線圈中感應電流的有效值為線圈消耗的電功率為故A錯誤，B正確；C．線圈中的最大感應電動勢為從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，任意時刻線圈中的感應電動勢為故C正確；D．從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，任意時刻穿過線圈的磁通量為故D錯誤。故選BC。2．風能是一種清潔無公害的可再生能源，我國風力發(fā)電發(fā)展迅猛，截至2023年6月底，中國風電裝機容量約3.9億千瓦。某種風力發(fā)電機的原理如圖所示，發(fā)電機線圈固定，磁體在葉片的驅(qū)動下繞線圈對稱軸轉(zhuǎn)動。兩磁體間的磁場可視為勻強磁場，圖示時刻磁場和線圈平行。圖示時刻（

）A．感應電動勢最小 B．感應電動勢最大C．電流方向由指向 D．電流方向由指向【答案】BD【詳解】AB．題圖示時刻磁場和線圈平行。穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大，感應電動勢最大，故A錯誤，B正確；CD．根據(jù)楞次定律可知，圖示時刻電流方向由指向，故C錯誤，D正確。故選BD。3．如圖所示，兩條相同的半圓弧形光滑金屬導軌固定在絕緣水平桌面上，半圓弧的直徑為d，間距為L，兩半圓弧面豎直且平行，導軌最高點到水平桌面的距離等于半徑，最低點O、的連線與導軌所在豎直面垂直，整個空間存在著磁感應強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場，導軌左端連接一阻值為R的電阻。現(xiàn)使一電阻為r的金屬棒從導軌左端最高點，以恒定的速率沿導軌運動到右端最高點，運動過程中金屬棒始終與平行且與兩導軌接觸良好，則在金屬棒從左端最高點運動到右端最高點的過程中，下列說法正確的是（

）A．金屬棒中電流方向始終由N到MB．金屬棒中電流大小始終不變C．金屬棒所受安培力始終做負功D．回路中產(chǎn)生的焦耳熱為【答案】ACD【詳解】AC．在金屬棒從左端最高點運動到右端最高點的過程中，根據(jù)右手定則可知，金屬棒中電流方向始終由N到M，金屬棒所受安培力一直水平向左，金屬棒所受安培力始終做負功，故AC正確；BD．經(jīng)過時間，金屬棒在圓弧上轉(zhuǎn)過的角度為此時金屬棒產(chǎn)生的電動勢為回路中電流為可知金屬棒中電流大小發(fā)生變化，根據(jù)正弦式交流電可知，電流的有效值為則在金屬棒從左端最高點運動到右端最高點的過程中，回路中產(chǎn)生的焦耳熱為故B錯誤，D正確。故選ACD。4．家用交流充電樁通過換流模塊，可以無能量損失地將如圖甲所示的交流電轉(zhuǎn)化為直流電。某次充電樁對一額定儲能為，實際儲能為的汽車動力電池充電，監(jiān)測到充電電流隨時間變化的圖像如圖乙所示，忽略充電過程中一切能量損耗，對此次充電過程，下列說法正確的是（）A．圖乙所示電流的有效值為B．交流充電樁對電動汽車充電的功率為C．一個交流電周期內(nèi)充電樁向動力電池輸入的電荷量為D．充滿電能需要大概【答案】AD【詳解】A．圖乙所示的直流電通過正弦交流電轉(zhuǎn)化而來，其有效值相同，則有解得i=故A正確；B．根據(jù)電功率的公式可知故B錯誤；C．根據(jù)電流的定義式有且故C錯誤；D．充電時間故D正確。故選AD。5．電動汽車制動時可利用車輪轉(zhuǎn)動將其動能轉(zhuǎn)換成電能儲存起來。車輪轉(zhuǎn)動時帶動磁極繞固定的線圈旋轉(zhuǎn)，在線圈中產(chǎn)生電流。磁極勻速轉(zhuǎn)動的某瞬間，磁場方向恰與線圈平面垂直，如圖所示。將兩磁極間的磁場視為勻強磁場，則磁極再轉(zhuǎn)過90°時，線圈中（）A．電流最大 B．磁通量最大C．電流方向由Q指向P D．電流方向由P指向Q【答案】AC【詳解】如圖開始線圈處于中性面位置，當磁極再轉(zhuǎn)過90°時，此時穿過線圈的磁通量為0，故可知電流最大：在磁極轉(zhuǎn)動的過程中，穿過線圈的磁通量在減小，根據(jù)楞次定律可知，此時感應電流方向由指向。故選AC。6．如圖所示，一個邊長為、匝數(shù)為的正方形線框垂直放在磁感應強度為、范圍足夠大的勻強磁場中，當線框以角速度在磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，下列說法正確的是（

）A．當線框以為軸轉(zhuǎn)動時，感應電動勢的最大值是B．當線框以為軸轉(zhuǎn)動時，感應電動勢的有效值是C．從圖示位置開始計時，當線框以為軸轉(zhuǎn)動時，感應電動勢的瞬時值表達式是D．從圖示位置開始，當線框以為軸轉(zhuǎn)動的過程中感應電動勢的平均值大小是【答案】AD【詳解】A．當線框以為軸轉(zhuǎn)動時，感應電動勢的最大值是選項A正確；B．當線框以為軸轉(zhuǎn)動時，感應電動勢的最大值仍為有效值是選項B錯誤；C．從圖示位置開始計時，當線框以為軸轉(zhuǎn)動時，感應電動勢的最大值仍為感應電動勢的瞬時值表達式是選項C錯誤；D．從圖示位置開始，當線框以為軸轉(zhuǎn)動的過程中感應電動勢的平均值大小是選項D正確。故選AD。7．如圖所示為一臺教學用手搖式交流發(fā)電機，當緩慢搖動大皮帶輪手柄時，連接在發(fā)電機上的小燈泡就會一閃一閃地發(fā)光。若已知大皮帶輪半徑為，小皮帶輪半徑為，搖動手柄的角速度為，且搖動過程中皮帶不打滑，則下列說法正確的是（）A．發(fā)電機產(chǎn)生的交變電流的頻率為B．小燈泡閃爍的頻率為C．小燈泡的瞬時功率等于通過小燈泡的電流、電壓二者有效值的乘積D．發(fā)電機啟動階段，當手柄轉(zhuǎn)速加倍后，小燈泡的功率變?yōu)樵瓉淼?倍【答案】ABD【詳解】A．大皮帶輪和小皮帶輪邊沿線速度大小相等，則有解得小皮帶輪的角速度再由可知發(fā)電機線圈轉(zhuǎn)動的頻率此即為發(fā)電機產(chǎn)生的交變電流的頻率，故A正確；B．小燈泡發(fā)光頻率只與電流頻率有關，它在一個周期內(nèi)會閃爍兩次，所以閃爍的頻率故B正確；C．小燈泡閃爍，也就是小燈泡亮度時刻變化，說明小燈泡的瞬時功率是時刻變化的，而電流、電壓二者有效值的乘積是定值，故小燈泡的瞬時功率不一定等于通過小燈泡的電流、電壓二者有效值的乘積，故C錯誤；D．由題意知加倍，由可知電壓最大值加倍，由可知小燈泡的功率變?yōu)樵瓉淼?倍，故D正確。故選ABD。8．半徑為a、內(nèi)阻為r的單匝圓形導體環(huán)，在磁感應強度為B的磁場中繞著虛線軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度為。在導體環(huán)外接一阻值為R的電阻，電阻兩端并聯(lián)一電壓表。若時刻導體環(huán)處于如圖位置