2022高考物理微79 交变电流的产生和描述

第十二章交变电流

微专题79交变电流的产生和描述

1.交变电流的产生往往与交变电流图像结合出题，要能将交变电流的图像与线圈的转动过程

一一对应起来，分析电流、电动势、磁通量的变化规律2交流电气设备上所标的电压和电流

值、交流电压表和电流表的测量值都是交变电流的有效值，只有正弦式交变电流的峰值才是

有效值的限倍.

1.（2020・百师联盟模拟四）某发电机的原理简图如图1所示，线圈按图示方向匀速转动.以下

说法正确的是（）

A.线圈经过图示位置时穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率为零

B.线圈从图示位置转过90。后，小灯泡中的电流方向发生变化，电流逐渐变大

C.线圈转动两周，电流的方向改变2次

D.从线圈经过图示位置开始计时，则电动势e随时间变化的规律为e=Esin在

答案B

解析线圈位于题图位置时，与中性面垂直，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，

A错误；线圈垂直于题图位置时，处于中性面，电流的方向要发生改变，电流的大小从零开

始逐渐变大，B正确；线圈转动两圈，电流的方向改变4次，故C错误；线圈从题图位置开

始计时，即从垂直中性面位置开始计时，电动势e随时间变化的规律为e=Ecos。/,D错误.

2.（多选）（2020•广东广州市阶段检测）在同一匀强磁场中，两个相同的矩形金属线圈a、b分

别绕线圈平面内且与磁场垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的图像如图2所示，

则（）

A.线圈a的转速是b的3倍

B.线圈》产生的电动势最大值为10V

C.Z=0.01s时，线圈a恰好经过中性面

D.f=0.03s时，线圈b恰好经过中性面

答案BD

解析由题图可知券=*则线圈a、b的转速之比为3：2,故A错误；由于感应电动势最大

值为Em=NBSco=NBS-2nn,则费^如，由题图可知，a线圈产生的感应电动势最大值为15V,

则h线圈产生的感应电动势最大值为10V,故B正确；由题图可知，/=0.01sB+,线图a中

感应电动势最大，则此时线圈a位于垂直中性面的位置，故C错误；f=0.03s时，线圈匕中

感应电动势为0,则此时线图匕恰好经过中性面，故D正确.

3.（2020・百师联盟模拟四）如图3所示为一个单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的

轴匀速转动时产生的正弦式交变电流的波形图，若只将线圈的转速变为原来的2倍，则（）

图3

A.峰值变为20A

B.周期变为0.4s

C.转速变为100r/s

D.提高转速前，在r=0.05s至h=0.1s时间内，穿过线圈的磁通量逐渐增大

答案A

解析由题图可知电流的瞬时表达式可表示为竺COSCW,则峰值为10A,周期为0.2s,

转速"=/="=5r/s,当转速变为原来的2倍时，则角速度变为原来的2倍，周期变为原来

的一半，峰值变为原来的2倍，即峰值变为20A,A正确；周期变为0.1s,B错误：转速变

为10r/s,C错误；提高转速前，f=0.05s到f=O.ls时间内，电流逐渐增大，穿过线圈的磁

通量逐渐减小，但变化率变大，D错误.

4.（2020•甘肃威武市三诊）如图4所示，矩形线圈处在磁感应强度大小为B、方向水平向右的

匀强磁场中，线圈通过电刷与定值电阻R及理想电流表相连接，线圈绕中心轴线O。'以恒

定的角速度“匀速转动，？=0时刻线圈位于与磁场平行的位置.已知线圈的匝数为〃，面积

为S,阻值为匚则下列说法正确的是（）

O'

B

A

R

图4

A.f=0时刻流过电阻R的电流方向向左

B.线圈中感应电动势的瞬时表达式为e^nBScosmcot

C.线圈转动的过程中，电阻火两端的电压为啜小

R-rr

D.从，=0时刻起，线圈转过60。时电阻R两端的电压为普普

Z（/\IK）

答案D

解析f=0时刻线圈与磁场方向平行，即线框的速度与磁场方向垂直，由右手定则可知，流

过电阻R的电流方向向右，故A错误；从线圈与中性面垂直的位置开始计时，感应电动势随

时间按正弦规律变化，且最大感应电动势Em=nBSco,所以感应电动势的瞬时值表达式为e

=nBScocosa）t,故B错误；线圈转动的过程中，最大感应电动势Em="8So,则产生的感应

电动势的有数值为E=乎”BS3,因此电阻R两端的电压为蹙'也故C错误；线圈

乙Ir）

nBScocos60°RnBSojR

从f=0开始转过60°时，电阻R两端的电压为UR=故D正确.

R+r-2(R+r)'

5.（多选）（2020.安徽十校联盟检测）如图5甲所示，小型交流发电机的单匝矩形金属线圈在匀

强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，线圈与一个阻值为R=9Q的电阻构成闭合电路，线圈

的电阻r=lQ.从中性面开始计时，线圈中产生的感应电动势随时间按正弦规律变化（如图乙

所示），则下列说法正确的是（）

甲

图5

A.线圈的转速为2.5r/min

B.电压表的示数为外EV

4

C.通过线圈的最大磁通量将Wb

D.从中性面转过90。通过电阻R的电荷量为WC

答案BC

解析线圈的转速〃=*=六r/s=2.5r/s,故A错误；电动势的峰值£n=20V,其有效值E

=茬=1即V,电压表的示数为£/=悬:=哂V,故B正确；电动势峰值表达式Em=NOnM

=N①爵,解得0m=凄笠=2晨;:Wb=：Wb,故C正确；根据电磁感应电荷量的推论公

A0<P__2_

式得q—m故错误.

R+r~R+r~5nC,D

6.（2020•山东日照市校际联考）电阻为R的单匝闭合金属线框，在匀强磁场中绕着与磁感线垂

直的轴匀速转动，产生的交变电动势的图像如图6所示.下列判断正确的是（)

图6

A前T寸刻线框平面与中性面平行

B.穿过线框的磁通量最大为号

C.线框转一周外力做的功为竿

D.从/={'到f=乎的过程中，线框的平均感应电动势为争

答案B

T2兀

解析由题图知］时e最大，磁通量为零，线框平面垂直于中性面，A错误；由幻=亍，最大

EnTE2氏

电动势Eo=nBS（o,故0m=BS=-^-,故B正确；转动一周外力做功W=Q=~^T,而E=

Z7CI\.

解得卬=招7，故C错误：从（到土兀平均电动势下=等=牛=牛=攀，故D错误.

2

7.（多选）如图7所示，单匝矩形闭合导线框abed全部处于磁感应强度大小为B、方向垂直纸

面向里的匀强磁场中，线框面积为5,电阻为R,线框绕与〃边重合的竖直固定转轴以角速

度。匀速转动，从图示位置开始计时.下列说法正确的是（）

XXX；XXX

图7

A.当转过60。时，感应电动势的瞬时值为塔边

B.当转过60。时，感应电流的瞬时值为攀

C.在转过60。的过程中，感应电动势的平均值为嚓

D.在转过90。的过程中，感应电流的有效值为笔边

答案ACD

解析因为线框从中性面开始计时，所以感应电动势的瞬时值表达式为e=8SGsin①，，转过

60。时，感应电动势的瞬时值eo=3SGsin60。=卓质江感应电流的瞬时值为加=号="1警=

LKZA

71

3TT

故A正确，B错误；转过60。的时间为加=石=需，磁通量变化量A0=02—。i=BScos60°

%

-BS=~^BS,感应电动势的平均值为三=符|=彳1=嗤4故C正确：感应电流的最大

3①

值为Imax=爷,感应电流的有效值/=翁="骁曳，故D正确.

8.（2020・百师联盟模拟四）利用半导体二极管的单向导电性，可以对交变电流进行整流，将交

变电流变为直流，一种简单的整流电路如图8甲所示，油为交变电流信号输入端，£＞为半导

体二极管，R为定值电阻•信号输入后，电阻R两端输出的电压信号如图乙所示，则关于该

输出信号，下列说法正确的是（）

U/V

甲乙

图8

A.频率为100Hz

B.电压有效值为5MV

C.一个标有“90V30"”的电容器并联在电阻R两端，可以正常工作

D.若电阻R=10C,则1min内R产生的热量为1.5X104j

答案D

解析由图乙可知，该电压的周期为0.02s,故频率为50Hz,A错误；由电流的热效应知,

一个周期内电阻产生的热量0.01s==-X0.02s,故电压有效值为(/有=50V,B错误；

KK

电容器两端的瞬时电压不应超过标称电压，C错误；电阻R产生的热量应使用电压的有效值

进行计算，故产生的热量为。=-^7=1.5X10，，D正确.

9.(多选)(2020•河北邯郸市期末)交流发电机的线圈绕垂直于匀强磁场的水平轴逆时针匀速转

动，每秒转动10转，线圈从图9所示位置开始计时，电流表的示数为1A.已知线圈匝数为

500匝，线圈内阻r=1.0C,外接电阻R=9.0Q.以下判断正确的是()

6ER

图9

A.图示时刻交变电流方向为AOCBA

B.通过线圈磁通量的最大值为乎X10-Wb

C.，=怖s时线圈磁通量的变化率为*Wb/s

9

D./=讳s时外接电阻R所消耗的电功率为10W

答案AB

解析由右手定则可知，图示时刻电流方向为AOCB4,故A正确.电动势的有效值：E=/(R

+/•)=!X(9.0+1.0)V=10V,电动势的峰值：Em=^/2E=l(h/2V,感应电动势峰值：Em=

NBSco,通过线圈磁通量的最大值。m=8S=^=鼐;，代入数据解得：0m="^XlO-3wb,

故B正确.线圈做圆周运动的角速度<y=2加=2(hirad/s,从图示位置开始计时，电动势的瞬

时值表达式e=Emsin(co/+90°)=£mcos<oZ=10\/2cos20m(V),s时，感应电动势瞬时值：

10

e=10V,此时磁通量的变e化率Wb/s,故C错误.求电功率应用有效值，1=讳s时外

Fin

接电阻R所消耗的电功率P=/2/?=(/丁R=(n)2x9W=9W,故D错误.

10.(多选)(2020•四川成都市第二次诊断)图10(a)为一交流发电机示意图，线圈Med在匀强磁

场中绕固定轴00'沿顺时针方向匀速转动，图(b)是该发电机的电动势e随时间f按余弦规

律变化的图像.已知线圈电阻为2.5C,定值电阻R=10C,电表均为理想交流电表.由此可

以判定()

A.电流表读数为0.8A

B.电压表读数为10V

C.f=0.1s时刻，穿过线圈的磁通量为零

D.0〜0.05s内，通过电阻R的电荷量为0.08C

答案AC

Fp10

解析电动势有效值为后=谭=10V,电流表的读数/=己二二=立匚77A=0.8A,电压表读

2/VIr1uI2.3

数U=1R=3V,选项A正确，B错误；f=0.1s时刻，感应电动势最大，此时穿过线圈的磁

E_NBSE

通量为零，选项C正确；0〜0.05s内，通过电阻R的电荷量为夕=西70，E=m

Ar-①A1一

TErailTEm0.2X10^2272

m1q-CS0.036C,选项D错误.

2兀”~2n(R+r)2it(10+2.5)~25n

11.(多选)(2020・湖北武汉市质量检测)如图11(a)所示，在匀强磁场中，一电阻均匀的正方形

单匝导线框浦cd绕与磁感线垂直的转轴ab匀速转动，线圈产生的交变电动势随时间变化的

规律如图(b)所示，若线框总电阻为5C,则()

d

-4^4—

aK

图11

A.〃边两端电压的有效值为16.5V

B.当线框平面与中性面的夹角为45。时，线框产生的电动势的大小为22V

C.在0〜0.01s时间内，通过线框某一横截面的电荷量为4.4X10-2c

D.线框转动一周产生的焦耳热为3.87J

答案AB

解析根据电动势随时间的变化曲线可得，该电动势的瞬时值e=22/sinco/(V)=22小

3

sin100MV),则该电动势的有效值为£=22V,“边两端电压的有效值为Ucd=^E^\6.5V,

jr

A正确；当线框平面与中性面的夹角为45。，即①时，线框产生的电动势为e=22V,B

正确；由题图（b）可得交流电的周期为T=0.02s,在0〜0.01s时间内，即半个周期内，通过线框某一

比心口“上“0幺-vAA028sL“2718s一二一…'11啦—228s11啦

横截面的电何重'为q—1A/—R—R,Em—BSco—丫—22\2V,则3s—507tT-m,q—R—]25兀

p

C^4.0X10^C,C错误；该交变电流的有效值为/千=4.4A,根据焦耳定律可得，线框转动一周产

生的焦耳热为Q=/2RT=L936J,D错误.

12.（多选）（2020・湖北黄冈中学模拟）如图12甲所示是一种振动发电装置的示意图，半径为r

=0.1m、匝数〃=20的线圈位于辐向分布的磁场中，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布（其右

视图如图乙所示），线圈所在位置的磁感应强度的大小均为Bn”2!',线圈电阻为R=0.5C,它

的引出线接有R2=9.5C的小电珠L,外力推动线圈框架的尸端，使线圈沿轴线做往复运动，线圈

运动速度。随时间f变化的规律如图丙所示（摩擦等损耗不计），则（）

A.小电珠中电流的峰值为0.16A

B.小电珠中电流的有效值为0.16A

C.电压表的示数约为1.5V

D.f=0.1s时外力的大小为0.128N

答案AD

解析由题意及法拉第电磁感应定律知道，线圈在磁场中做往复运动，产生的感应电动势的

大小符合正弦曲线变化规律，线圈中的感应电动势的峰值为=故小电珠

20X第X2兀X0.1X2

中电流的峰值为Im=~~=------0-----------A=0.16A,选项A正确，B错误；电

A|~TA2

压表示数为。=*/?2弋1.07V,选项C错误；当f=0.1s也就是斑，外力的大小为F=nB-2nrIm

=0.128N,选项D正确.

13.（多选）（2020•河南洛阳市一模）如图13所示，匝数为N、内阻为r的矩形线圈”加4在匀强

磁场中绕垂直于磁场的帆边以角速度。匀速转动，其线圈中感应电动势的峰值为Em，闭合

回路中两只完全相同的灯泡均能正常发光，此时它们的电阻均为凡则（）

A.从图中位置开始计时，感应电动势瞬时表达式为e=EmSincot

穿过线圈的最大磁通量为熟

B.

C.从图中位置开始计时，四分之一周期内通过灯泡Ai的电荷量为V制1、

N（o（R-rr）

D.增大角速度3时，灯泡A1变暗，A2变亮

答案AB

解析题图中位置，线圈处于中性面位置，磁通量最大，感应电动势为零，闭合电路中感应

电动势的瞬时表达式e=EmSinco