微练43　交变电流的产生和描述-2026版大一轮高中物理（解析版）

微练43交变电流的产生和描述梯级Ⅰ基础练1.如图甲为按压式发电手电筒。以一定的频率不断按压手柄时，其内置发电机会产生如图乙所示的交变电流。已知发电机内阻r=2Ω，与其串联的白炽灯泡额定电压为9V、阻值为18Ω。若该灯泡恰好正常发光，则此时发电机(A)A.输出电流的有效值为0.5AB.输出电流的最大值为0.5AC.输出的交流电频率为10HzD.输出的交流电频率为50Hz解析白炽灯泡额定电压为9V、阻值为18Ω，灯泡恰好正常发光，则输出电流的有效值为I=918A=0.5A，A项正确；题图中电流为正弦式交变电流，则输出电流的最大值为Im=2I=22A，B项错误；根据题图乙可知，周期为0.2s，则频率为f=10.2Hz=5Hz，C2.(多选)(2024·新课标卷)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(BD)A.电流最小 B.电流最大C.电流方向由P指向Q D.电流方向由Q指向P解析开始线圈处于中性面位置，当磁极再转过90°时，此时穿过线圈的磁通量为0，根据法拉第电磁感应定律E=ΔΦΔt，磁通量为零时，磁通量变化率最大，感应电动势E最大，由I=ER(R为线圈电阻)可知，此时线圈中电流最大；在磁极转动的过程中，穿过线圈的磁通量在减小，根据楞次定律可知，此时感应电流方向由Q指向P，B、3.(2024·广东卷)将阻值为50Ω的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是(D)A.该交流电的频率为100HzB.通过电阻电流的峰值为0.2AC.电阻在1s内消耗的电能为1JD.电阻两端电压表达式为u=102sin(100πt)V解析由题图可知交流电的周期为0.02s，则频率f=1T=50Hz，A项错误；根据题图可知电压的峰值为102V，根据欧姆定律电流的峰值Im=UmR=10250A=0.22A，B项错误；电流的有效值为I=Im2=0.2A，电阻在1s内消耗的电能为W=I2Rt=0.22×50×1J=2J，C项错误；根据题图，其电压表达式为u=Umsinωt=102·sin(1004.(2024·浙江卷)如图所示，边长为1m、电阻为0.04Ω的刚性正方形线框abcd放置于匀强磁场中，线框平面与磁场B垂直。若线框固定不动，磁感应强度以ΔBΔt=0.1T/s均匀增大时，线框的发热功率为P；若磁感应强度恒为0.2T，线框以某一角速度绕其中心轴OO'匀速转动时，线框的发热功率为2P，则ab边所受最大的安培力为(CA.12N B.2C.1N D.2N解析磁场均匀增大时，产生的感应电动势为E=ΔBΔtS=0.1V，则功率P=E2R=0.25W，线框以某一角速度ω绕其中心轴OO'匀速转动时，电动势的最大值Em=BSω，此时有2P=(Em2)2R=0.5W，解得ω=1rad/s，分析可知当线框平面与磁场方向平行时感应电流最大，Im=BSωR=5A，ab边所受最大的安培力5.(2024·湖北卷)在如图所示电路中接入正弦交流电，灯泡L1的电阻是灯泡L2的2倍。假设两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大。闭合开关S，灯泡L1、L2的电功率之比P1∶P2为(C)A.2∶1 B.1∶1C.1∶2 D.1∶4解析两个二极管正向电阻为0，反向电阻无穷大，二极管导通则短路与其并联的灯泡，此时另一个灯泡与电源串联，根据题中电路图可知在一个完整的周期内，两个灯泡有电流通过的时间相等，都为半个周期，电压有效值相等，则根据P=U2R，可知P1∶P2=RL2∶RL1=1∶2，6.(2025·南阳联考)如图所示的交流电，前半周期为峰值是2V的正弦式交流电的四分之一周期，后半周期为峰值是1V的正弦式交流电的四分之一周期，则该交流电的电压有效值是(A)A.52VB.62V C.102解析设交流电压的有效值为U，则根据焦耳定律，有(2)2R×T2+(22)2R×T2=U2梯级Ⅱ能力练7.(2024·山东卷)如图甲所示，在-d≤x<d，-d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域)，边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为(C)解析根据题意可知，磁场区域变化前线圈产生的感应电动势为e=Esinωt，由题图丙可知，磁场区域变化后，当Esinωt=3E2时，线圈的侧边开始切割磁感线，即当线圈旋转π3时开始切割磁感线，由几何关系可知磁场区域平行于x轴的边长变为d'=2dcosπ3=8.(多选)如图所示，正方形线框abcd放在光滑的绝缘水平面上，OO'为正方形线框的对称轴，在OO'的左侧存在竖直向下的匀强磁场。现使正方形线框在磁场中以两种不同的方式运动:第一种方式以速度v使正方形线框匀速向右运动，直到ab边刚好与OO'重合；第二种方式使正方形线框绕OO'轴以恒定的角速度由图中位置开始转过90°，ab边的线速度恒为v。则下列说法正确的是(ABD)A.两次线框中的感应电流方向均沿adcbaB.两过程流过线框某一横截面的电荷量之比为1∶1C.两过程线框中产生的焦耳热之比为2∶πD.两过程中线框中产生平均电动势之比为π∶2解析由楞次定律可知，两次线框中产生的感应电流的方向均沿adcba，A项正确；该过程中线框中产生的平均感应电动势为E=ΔΦΔt，线框中的感应电流为I=ER，流过线框某一横截面的电荷量为q=I·Δt，整理得q=ΔΦR，则两过程流过线框某一横截面的电荷量相同，即两过程流过线框某一横截面的电荷量之比为1∶1，B项正确；设正方形线框的边长为L，第一次，线框匀速拉出，线框中产生感应电动势为E1=BLv，线框中感应电流为I1=E1R，线框出磁场的时间为t1=L2v，线框中产生的焦耳热为Q1=I12Rt1，解得Q1=B2L3v2R；第二次，线框绕OO'轴转过90°，线框中产生的最大感应电动势为Em=BSω=BL22·vL2=BLv，线框中感应电动势的有效值为E2=Em2，则该过程线框中产生的焦耳热为Q2=E22Rt2，又t2=πL4v，整理得Q2=πB2L3v8R，则Q1∶Q2=4∶π，C项错误；第一次，线框匀速拉出，线框中产生的平均感应电动势为E1=BLv；第二次，线框绕OO'轴转过90°，线框中产生的平均感应电动势为E2=梯级Ⅲ创新练9.图甲是一种振动发电装置的示意图，半径为r=0.1m、匝数n=10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B=1πT，线圈电阻为R1=1Ω，它的引出线接有R2=3Ω的小灯泡L，外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示，不计一切摩擦，则(DA.小灯泡在10s内消耗的电能为20JB.小灯泡中电流的有效值为1AC.t=0.1s时电压表的示数为3.0VD.t=0.01s时外力的大小为2N解析由题意及法拉第电磁感应定律知，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Em=nBlv=nB·2πrvm=4V