2026高考物理大一轮复习-第十三章 第71练 交变电流的产生和描述-专项训练【含答案】

第十三章第71练交变电流的产生和描述分值：100分1~6题每小题8分，共48分1.(多选)(2024·新课标卷·20)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.电流最小B.电流最大C.电流方向由P指向QD.电流方向由Q指向P2.(2022·海南卷·5)一个有N匝的矩形线框，面积为S，以角速度ω从如图所示的位置开始，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，则产生的感应电动势随时间变化的图像是()3.(2025·山西长治市质量监测)如图甲为旋转电枢式交流发电机的原理图，单匝矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO'匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与可变电阻R连接，与R并联的交流电压表为理想电表，当R＝10Ω时电压表示数是10V，线圈内阻不计。图乙是矩形线圈磁通量Φ随时间t变化的图像。则()A.可变电阻R消耗的电功率为20WB.1s内电流方向变化50次C.图甲所示位置的电流瞬时值为2AD.磁通量的最大值为110π4.(多选)在同一匀强磁场中，两个相同的矩形金属线圈a、b分别绕线圈平面内与磁场垂直的轴匀速转动，产生的感应电动势随时间变化的图像如图所示，则()A.线圈a的转速是b的3倍B.线圈b产生的感应电动势最大值为10VC.t＝0.01s时，线圈a恰好经过中性面D.t＝0.03s时，线圈b恰好经过中性面5.(2024·湖北卷·5)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()A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶46.(2024·江苏南通市质监)如图所示，纸面内有一“凹”字形单匝金属线框组成闭合回路，置于垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，线框的总电阻为R，边长如图所示。线框绕ab轴做角速度为ω的匀速圆周运动。则从图示位置()A.转动90°时回路中电流方向发生改变B.转动180°的过程中通过导线横截面的电荷量为零C.转动90°时回路中感应电动势大小为3BL2ωD.转动过程中电流的有效值为57~9题每小题9分，10题15分，共42分7.(2024·辽宁省部分学校联考)如图甲、乙所示的交流电分别加在两定值电阻R1、R2两端，已知R1＝2R2，若两图中的横、纵坐标均为已知量，图甲为正弦曲线。则下列说法正确的是()A.前半个周期两交流电压的有效值之比为1∶2B.两交流电的交流电压的有效值分别为U02C.0~T2时间内两定值电阻上产生的热量之比为1∶D.0~T时间内两定值电阻上产生的热量之比为1∶108.(2025·山东济南市开学考)如图所示，空间区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B＝1T，OO'为磁场的右边界。磁场内一匝数n＝10的正方形闭合金属导线框平行于纸面放置，线框边长L＝1m，其右边与磁场边界重合。t＝0时刻线框从图示位置开始逆时针(俯视)绕OO'以角速度ω＝10rad/s匀速转动，此过程中感应电动势E随时间t变化的图像正确的是()9.如图所示，磁感应强度为B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r、圆心角为θ(θ<π2)的扇形单匝线框圆心O在边界线上。当线框围绕圆心O在纸面内以角速度ω匀速转动时，线框中产生交流电动势的有效值为()A.Br2ωθπ B.12Br2C.Br2ωπθ D.12Br210.(15分)如图所示，交流发电机的矩形金属线圈MNKL的边长MN＝KL＝a，ML＝NK＝b，匝数为n，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的OO'(ML和NK边中点连线)轴以角速度ω匀速转动，线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F(集流环)焊接在一起，并通过电刷与阻值为R的外电路定值电阻连接，电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计，当线圈平面与磁场方向平行时，从该时刻开始计时。(1)(5分)写出感应电动势e随时间t变化的表达式；(2)(10分)经过14①通过电阻R的电荷量q；②线圈转动过程中电阻R上产生的热量Q。(10分)11.(多选)(2023·湖南卷·9)某同学自制了一个手摇交流发电机，如图所示。大轮与小轮通过皮带传动(皮带不打滑)，半径之比为4∶1，小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边长为L的正方形，共n匝，总阻值为R。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场。大轮以角速度ω匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为R的灯泡。假设发电时灯泡能发光且在额定电压以内工作，下列说法正确的是()A.线圈转动的角速度为4ωB.灯泡两端电压有效值为32nBL2ωC.若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为L的多匝正方形线圈，则灯泡两端电压有效值为4D.若仅将小轮半径变为原来的两倍，则灯泡变得更亮

答案精析1.BD2.A3.C4.BD5.C[两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大，二极管导通则短路并联的灯泡，此时另一个灯泡与电源串联，根据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，故选C6.C[通过一次中性面(即磁场与线框平面垂直位置时)电流方向才会发生改变，故A错误；转动180°的过程中通过导线横截面的电荷量为q＝IΔt＝ΔΦΔtRΔt＝ΔΦR＝2B(4L2-L2)R＝6BL2R，故B错误；转动90°时回路中感应电动势大小为Em＝B×2L×(7.D[题图甲中前半个周期交流电压的有效值为U1＝U题图乙中前半个周期交流电压的有效值为U2＝2U0，U1∶U2＝1∶22，故A错误；题图甲中交流电压的有效值为U1'＝U02，设题图乙中交流电压的有效值为U2'，则有(2U0)解得U2'＝10U02，故B错误；0~T2时间内，定值电阻R1上产生的热量为Q1＝定值电阻R2上产生的热量为Q2＝U22R解得Q1∶Q2＝1∶16，故C错误；0~T时间内，定值电阻R1上产生的热量为Q1'＝U1定值电阻R2上产生的热量为Q2'＝U解得Q1'∶Q2'＝1∶10，故D正确。]8.B[线框产生的电动势最大值为Em＝nBSω＝10×1×12×10V＝100V，线框转动的周期为T＝2πω＝π5s，在0~T4(即0~π20s)内，线框产生的电动势为e＝Emsinωt＝100sin10t(V)，在T4~3T4(即π20~3π20s)内，线框处于磁场外部，产生的电动势一直为0；在3T4~T(即3π20~π5s)内，线框产生的电动势为e＝Em9.B[设线框转动周期为T，而线框转动一周中只有进、出磁场过程才产生感应电动势，因此一周之内产生感应电动势的时间t＝2×θ×T2π＝θTπ，进、出磁场过程产生的感应电动势的大小为12Br2ω，根据有效值的定义有(12Br2ω)2R·t＝E10.(1)e＝nBωabcosωt(2)①nBabR＋r解析(1)感应电动势的最大值Em＝nBωS＝nBωab当线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则感应电动势e随时间t变化的表达式e＝Emcosωt＝nBωabcosωt(2)①经过14周期E＝nΔΦΔt＝nBabΔt，I＝ER＋r，②电动势有效值E＝Em线圈转动过程中电阻R上产生的热量Q＝(ER＋r)2R×T4解得Q＝πn11.AC[大轮和小轮通过皮带传动，线速度大小相等，小轮和线圈同轴转动，角速度相等，根据v＝ωr，可知小轮转动的角速度为4ω，则线圈转动的角速度为4ω，A正确；线圈产生感应电动势的最大值Emax＝nBS·4ω，又S＝L2，可得Emax＝4nBL2ω，则线圈产生感应电动势的有效值E＝Emax2＝22nBL2ω，根据串联电路分压原理可知灯泡两端电压有效值为U＝RE