交变电流的产生和描述（原卷版）-2025年高考物理一轮复习

第58讲交变电流的产生和描述

目录

01模拟基础练

【题型一】交流电的产生

【题型二】交流电的描述

【题型三】有效值的计算

02重难创新练

【题型一】交流电的产生

1.如图甲所示，矩形线圈。6cd在匀强磁场中匀速转动可以产生交变电流，其电动势e随时间f变化的图像

如图乙所示，线圈电阻r=l。，电阻夫=4。。则()

A./=0.01s时，线圈与中性面垂直

C.电阻尺两端电压为10VD.电阻R在10s内产生的热量为160J

2.如图所不，交流发电机的矩形线框共有N=100匝，总电阻r=1.0Q,BC=AD=AB=DC=0.Im»绕垂

直于磁场方向的对称轴。。'以。=400rad/s的转速匀速转动，给火=7.0。的电阻供电。线框所在匀强磁场

的磁感应强度5=0.1T,其处于中性面时开始计时，则()

A.电阻R两端的最大电压为40V

TT

B.通过&的电流方向在0~*s内改变1次

200

TT

C.在0~诟^内外力至少对系统做功兀J

D.在0~J^Ts内通过线框导线横截面的电荷量为专1C

3.某矩形闭合金属线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过该线圈的磁通量①随时间f按如图所示正弦规律变化。

B.穿过该线圈的磁通量最大

C.该线圈中的电流最大D.该线圈中的电流不为零

4.图甲为交流发电机的示意图，磁场可视为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时

针方向匀速转动，电阻火=50,线圈电阻r=0.5Q,电流表内阻不计。从图示位置开始计时，尸、0间输出

的电压〃随时间，变化的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是（）

A.电阻R中的电流方向每分钟变化3000次

B.线圈转动的角速度为50rad/s

C.图示位置为感应电动势最大的位置

D.电流表示数为2&A

5.如图是一款高空风车及其发电模块原理简图，该装置利用充气球将发电机带上高空，通过电电能传输到

地面，可为救灾场所临时供电。在发电明间。发电机线圈仍在某一时刻转至图示位置。则下列说法正确的

是（）

A.高空风车发电的工作原理是电流的磁效应

B.无论风力多大，线圈的发电频率不变

C.该时刻线圈磁通量为零，感应电动势也为零

D.该时刻线圈6端电势高于a端电势

6.发电机的示意图如图所示，发电机矩形线框/BCD的匝数为N,面积为S,线框的电阻为心线框所在位

置的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为3,定值电阻的阻值为R,采用换向器实现电流的导出。若线

框从图示位置开始以角速度。绕轴匀速转动，下列说法正确的是（）

A.图示位置线框中的电动势最大，为NBSco

B.线框转动一圈，通过电阻R的电流方向改变两次

C.线框转动一圈，通过电阻火的电荷量为竺竺

R+r

D.线圈转动一圈，克服安培力做功为"N2/S%

R

7.如图所示，三角形金属线框置于匀强磁场中，绕固定轴匀速转动，当线框平面与磁场方向垂直时，下列

说法正确的是（）

I

x>kx

A.穿过线框的磁通量为0B.线框中的感应电流为0

C.线框中的感应电动势最大D.线框所受安培力最大

【题型二】交流电的描述

8.如图甲所示为交流发电机的示意图。一矩形线圈在两磁极间的匀强磁场中绕轴O。'逆时针匀速转动，线

圈匝数”=30,线圈电阻尸2。，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图乙所示，定值电阻R=8Q,其余电

阻不计。下列说法正确的是

A.t=0时，线圈位于中性面

B.当8C边与磁场方向的夹角为30。时，感应电动势的瞬时值e=157tV

C.该交流电电流的有效值3兀A

D.在0〜0.1s内，通过电阻R的电荷量为0.6C

9.图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈绕转轴。。'匀速转动,

A为电流传感器（与计算机相连），&为定值电阻，线圈电阻为『，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的

电流数据随时间变化的图像。下列说法中正确的是（）

A.金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0,对应图乙中才2或，4时刻

B.金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中或乙时刻

C.4、4时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大

D.4、。时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大

10.风力发电将成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一，风力发电风车通过风轮机带动发电机转子转动实

现发电。图乙为交流发电机示意图，矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴。沿逆时针方向匀速转动，

发电机的电动势随时间变化规律为e=30sin（10（hrt）V,外电路接有阻值火=10。的定值电阻,线圈电阻不计,

下列说法正确的是（）

甲乙

A.电流变化的周期为0.01s

B.线圈在图示位置时，产生的电动势为30V

C.线圈在图示位置时，磁通量最大

D.电流表的示数为3A

【题型三】有效值的计算

11.如图甲所示，一阻值为尺=110C的电阻与理想交流电流表串联后，两端接入图乙所示的正弦式交变电

A.该交流电的频率为100Hz

B.电阻及中电流的峰值为2A

C.在"+s时刻，电流表的读数为2A

D.电阻R的电功率为880W

12.小草在微风中会左右摇摆，有人受此启发设计了微风摇摆发电装置，其原理简化图如图所示。空间中

存在垂直于纸面的匀强磁场，微风使导体棒在两固定的平行金属导轨之间垂直于磁场方向往复运动，此时

导体棒相当于电源，可通过金属导轨对外供电。将导体棒的运动视为简谐运动，其速度随时间的变化规律

为丫=%由11M。已知匀强磁场的磁感应强度大小为3,两导轨的间距和导体棒的长度均为L导体棒的电阻

为心导体棒始终与导轨垂直，导轨和导线的电阻均不计。若使其对阻值为R的电阻供电，则一个周期内电

阻R产生的焦耳热为（）

XXXXXXX

遥*片4

2(R+r)2a>

27tB2fv；R

(R+r)2o(R+r)2a>

13.电流通过阻值为R的电阻时，产一/图像如图所示，下列说法正确的是（）

A.电阻R两端电压的最大值为次

B.该电流一定是交流电

T

C.§〜T时间内电流按余弦规律变化

D.该电流的有效值

14.如图为一交变电流的ET图像，图中曲线是正弦曲线的一部分，该交变电流电动势的有效值为（）

E[+£*2D.西+&

2

15.如图所示，磁感应强度为2的匀强磁场与纸面垂直，虚线表示匀强磁场的边界，一半径为人圆心角为

的扇形单匝线框圆心。在边界线上。当线框围绕圆心。在纸面内以角速度。匀速转动时，线框中

产生交变电动势的有效值为（）

c

-历为5D.」历2口

2\e

16.如图是某交变电流的"，图像，这一交变电流的电流有效值为（）

z7A

4

0

1t/s

-2

A.VlOAB.3AC.3A/2AD.2石A

17.如图甲所示，两个完全相同的正方形线圈，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的同一根轴匀速转动，转

轴位于磁场边界处。线圈P以一条边为转轴，线圈Q以中心线为转轴，分别产生的电流随时间变化的图像

如图乙、丙所示，则两线圈中电流的有效值之比4：/。为（）

18.如图为某交流电电流随时间变化的图像，其有效值为（

D."A

6

㈤2

1.如图所示，在匀强磁场中匀速转动的单匝矩形线圈的周期为T,转轴。垂直于磁场方向，线圈电阻为2。。

从线圈平。而与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60。时的感应电流为1A,则下列说法正确的是（）

B

O'

A.线圈消耗的电功率为2W

B.线圈中感应电流的最大值为2A

C.任意时刻线圈中的感应电动势为e=4cos年f

D.任意时刻穿过线圈的磁通量为①=

71T

2.风能是一种清洁无公害的可再生能源，我国风力发电发展迅猛，截至2023年6月底，中国风电装机容

量约3.9亿千瓦。某种风力发电机的原理如图所示，发电机线圈固定，磁体在叶片的驱动下绕线圈对称轴转

动。两磁体间的磁场可视为匀强磁场，图示时刻磁场和线圈平行。图示时刻（）

A.感应电动势最小B.感应电动势最大

C.电流方向由。指向bD.电流方向由6指向。

3.如图所示，两条相同的半圆弧形光滑金属导轨固定在绝缘水平桌面上，半圆弧的直径为d,间距为3

两半圆弧面竖直且平行，导轨最高点到水平桌面的距离等于半径，最低点。、。'的连线与导轨所在竖直面

垂直，整个空间存在着磁感应强度大小为2、方向竖直向上的匀强磁场，导轨左端连接一阻值为尺的电阻。

现使一电阻为，的金属棒从导轨左端最高点，以恒定的速率%沿导轨运动到右端最高点，运动过程中金

属棒始终与平行且与两导轨接触良好，则在金属棒"N从左端最高点运动到右端最高点的过程中，下列

说法正确的是（）

A.金属棒及W中电流方向始终由N到M

B.金属棒中电流大小始终不变

C.金属棒所受安培力始终做负功

itdB2l}v

D.回路中产生的焦耳热为7—n

47（7n?+/J

4.家用交流充电桩通过换流模块，可以无能量损失地将如图甲所示的交流电转化为直流电。某次充电桩对

一额定储能为84kW-h,实际储能为OkW-h的汽车动力电池充电，监测到充电电流随时间变化的图像如图

'图乙所示电流的有效值为竽A

B.交流充电桩对电动汽车充电的功率为9.9kW

C.一个交流电周期（0.02s）内充电桩向动力电池输入的电荷量为0.45收C

D.充满电能需要大概12h

5.电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转,

在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场

视为匀强磁场，则磁极再转过90。时，线圈中（）

A.电流最大B.磁通量最大

C.电流方向由。指向尸D.电流方向由尸指向。

6.如图所示，一个边长为£、匝数为N的正方形线框垂直放在磁感应强度为8、范围足够大的匀强磁场中,

当线框以角速度。在磁场中匀速转动时，下列说法正确的是（）

A.当线框以。O'为轴转动时，感应电动势的最大值是

B.当线框以为轴转动时，感应电动势的有效值是;

C.从图示位置开始计时，当线框以尸N为轴转动时，感应电动势的瞬时值表达式是NBrocos初

D.从图示位置开始，当线框以尸N为轴转动90。的过程中感应电动势的平均值大小是4沏％,

7t

7.如图所示为一台教学用手摇式交流发电机，当缓慢摇动大皮带轮手柄时，连接在发电机上的小灯泡就会

一闪一闪地发光。若已知大皮带轮半径为尺，小皮带轮半径为，，，摇动手柄的角速度为。，且摇动过程中皮

带不打滑，则下列说法正确的是（）

A.发电机产生的交变电流的频率为「

B.小灯泡闪烁的频率为空

7ir

C.小灯泡的瞬时功率等于通过小灯泡的电流、电压二者有效值的乘积

D.发电机启动阶段，当手柄转速加倍后，小灯泡的功率变为原来的4倍

8.半径为°、内阻为r的单匝圆形导体环，在磁感应强度为2的磁场中绕着虚线轴匀速转动，角速度为

在导体环外接一阻值为R的电阻，电阻两端并联一电压表。若仁0时刻导体环处于如图位置，则下列说法

中正确的是（）

A.电路中电压表示数为三囱皿2口

2

7T

B.，二—时，圆形导体环中电流方向改变

CD