2026届高考物理一轮复习考点练习+++交变电流的产生及描述

交变电流的产生及描述基础巩固1.(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 ()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.某交变电流的i-t图像如图所示,则其电流的有效值为 ()A.1.5AB.2AC.145D.2853.[2025·北京四中模拟]如图为交流发电机的示意图,N、S极间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,矩形线圈ABCD绕垂直于磁场的轴OO'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=30sin100πt(V),外电路接有阻值R=10Ω的定值电阻,线圈电阻不计,下列说法正确的是 ()A.电流变化的周期为0.01sB.电流表的示数为3AC.线圈经过图示位置,电流方向改变D.线圈在图示位置时,产生的电动势为30V4.如图所示的区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B.一扇形闭合导线框,电阻为R、半径为L、圆心角为60°,绕顶点O(位于磁场边界)在纸面内匀速转动,角速度为ω.线框中连接一理想交流电流表(未画出),则交流电流表的示数为 ()A.2BB.2C.3BD.3综合提升5.[2025·广西南宁一中模拟]如图所示,空间中分布着磁感应强度大小为B的匀强有界磁场,EF是其左边界,一面积为S的n匝圆形金属线框垂直于磁场放置,圆形线框的圆心O在EF上,线框电阻为R,若线框以角速度ω绕EF匀速转动,并从图示位置开始计时,则 ()A.通过金属线框的磁通量最大值为nBSB.t=2πω时,C.0到π2ω时间内,D.线框中产生的交变电动势的最大值为nBSω6.[2025·辽宁沈阳模拟]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甲所示,ab为交变电流信号输入端,D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 ()A.频率为100HzB.一个标有“90V30μF”的电容器并联在电阻R两端,可以正常工作C.电压有效值为50VD.若电阻R=10Ω,则1min内R产生的热量为3.0×104J7.(多选)如图所示,边长为L的正方形单匝线圈abcd的电阻为r,外电路的电阻为R,ab中点和cd中点的连线恰好位于匀强磁场的边界线OO'上,磁场的磁感应强度为B.若线圈从图示位置开始以角速度ω绕OO'轴匀速转动,则以下判断正确的是 ()A.图示位置线圈中的感应电动势最大,为Em=BL2ωB.从图示位置开始计时,闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e=12BL2ωsinC.线圈从图示位置转过180°的过程中,流过电阻R的电荷量为q=2D.线圈转动一周的过程中,电阻R上产生的热量为Q=π8.(多选)[2024·重庆巴蜀中学模拟]如图甲所示,电阻不计、面积S=0.04m2的固定矩形线圈水平放置,与线圈平面垂直的空间有均匀分布的匀强磁场,磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示.此时与线圈连接的额定电压使40V的灯泡正常发光,氖泡两端瞬时电压达到40V时开始发光.下列说法正确的是(不计灯丝电阻随温度的变化) ()A.氖泡两端电压的瞬时值表达式为u=402cos100πt(V)B.矩形线圈匝数N=50匝C.氖泡的发光频率为50HzD.若将氖泡换成一个耐压值为40V的电容器,电容器可以安全工作9.[2025·陕西西安一中模拟]如图所示,闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO'匀速转动.已知匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匝数为n,ab边的边长为l1,ad边的边长为l2,线圈总电阻为R,转动的角速度为ω.图中线圈平面与磁场方向平行.(1)从线圈经过图示位置开始计时,写出线圈中的电流随时间变化的函数关系式;(2)求线圈的发热功率;(3)从线圈经过图示位置开始计时,求经过四分之一周期通过线圈导线某截面的电荷量.拓展挑战10.[2024·广西卷]某兴趣小组为研究非摩擦形式的阻力设计了如图甲的模型.模型由大齿轮、小齿轮、链条、阻力装置K及绝缘圆盘等组成.K由固定在绝缘圆盘上两个完全相同的环状扇形线圈M1、M2组成.小齿轮与绝缘圆盘固定于同一转轴上,转轴轴线位于磁场边界处,方向与磁场方向平行,匀强磁场磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里,与K所在平面垂直.大、小齿轮半径比为n,通过链条连接.K的结构参数见图乙,其中r1=r,r2=4r,每个线圈的圆心角为π-β,圆心在转轴轴线上,电阻为R.不计摩擦,忽略磁场边界处的磁场,若大齿轮以ω的角速度保持匀速转动,以线圈M1的ab边某次进入磁场时为计时起点,求K转动一周:(1)不同时间线圈M1受到的安培力大小;(2)流过线圈M1的电流有效值;(3)装置K消耗的平均电功率.

答案解析1.BD[解析]由图可知,开始线圈处于中性面位置,当磁极再转过90°时,穿过线圈的磁通量变化率最大,则感应电动势最大,线圈中电流最大;此时穿过线圈的磁通量向右且在减小,根据楞次定律可知,感应电流方向由Q指向P,故B、D正确.2.C[解析]根据交流电的有效值的定义,让交变电流与恒定电流分别通过阻值都为R的电阻,设恒定电流为I,在交流的一个周期内,当产生的热量相等时,有I12Rt1+I22Rt2=I2RT,其中t1=0.4s,t2=0.6s,T=1s,I1=1A,I2=2A,解得I=1453.D[解析]由e=30sin100πtV可知2πT=100π,解得电流变化的周期T=0.02s,故A错误;由e=30sin100πt(V)可知电压的有效值为U=302V=152V,电流表的示数I=UR=15210A=1.52A,故B错误;线圈经过中性面时,电流方向改变,图示位置为与中性面垂直的位置,电流方向不变,故C错误;线圈在图示与中性面垂直的位置时,产生的电动势最大,为304.D[解析]设线框转动周期为T,而线框转动一周只有T3的时间内有感应电流,此时感应电流的大小为I=ER=12BL2ωR=BL2ω2R,根据有效值的定义有I有效5.C[解析]图示位置穿过线框的磁通量最大,为Φm=BS2,故A错误;当t=2πω时,可知线框刚好转动一圈,回到图示位置,此时穿过线框的磁通量最大,磁通量变化率为0,感应电动势为0,感应电流为0,故B错误;当t=π2ω,即ωt=π2时,线框转到与图示垂直位置,此时通过金属线框的磁通量为零,则0到π2ω时间内,通过线框的电荷量为q=It=ERt=nΔΦtRt=nΔΦR=nBS2R,故C6.C[解析]由图乙可知,该电压的周期为0.02s,可知交变电流的频率为f=1T=10.02Hz=50Hz,故A错误;因电阻R两端的电压最大值为100V,大于90V,因此一个标有“90V30μF”的电容器并联在电阻R两端,不可以正常工作,故B错误;由图乙可知,前T2内最大电压为100V,后T2内电压是零,由有效值的定义可得Um22R·T2=U2RT,解得R两端电压的有效值为U=50V,故C正确;若电阻R=10Ω,由焦耳定律,可得1min内R产生的热量为Q=U2Rt=50210×7.BD[解析]图示位置线圈处于中性面,故线圈中的感应电动势为零,A错误;感应电动势的最大值Em=nBSω=12BL2ω,若线圈从图示位置开始转动,则闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e=12BL2ωsinωt,B正确;线圈从图示位置转过180°的过程中,流过电阻R的电荷量为q=I·Δt=ΔΦR总=BL2R+r,C错误;线圈转动一周的过程中,电阻R上产生的热量为Q=8.AB[解析]根据法拉第电磁感应定律可知,矩形线圈中会产生周期为0.02s的正弦式交流电,因为小灯泡正常发光,其两端电压有效值为40V,因此线圈两端电压的瞬时值表达式为u=402cos100πt(V),故A正确;线圈产生的正弦式交流电动势的最大值Em=NBmSω=402V,解得N=50匝,故B正确;一个周期内,氖泡发光两次,因此氖泡发光频率是交流电频率的两倍,为100Hz,故C错误;电容器的击穿电压(耐压值)指的是电压的最大值,题述交流电压的最大值大于40V,所以耐压值为40V的电容器接在氖泡位置将被击穿,故D错误.9.(1)i=nBl1l(2)n2B2[解析](1)从线圈经过图示位置开始计时,线圈中的电流随时间变化的函数关系式为i=nBl1l2(2)线圈转动过程中,电流的有效值I=Im2线圈的发热功率为P=I2R=n(3)线圈从图示位置转过四分之一周期的过程中,平均感应电动势E=nΔΦΔ平均感应电流I=ER=nB通过线圈导线某截面的电荷量q=IΔt=nB10.(1)见解析(2)π−βπ·15nB[解析](1)由题意知大齿轮以ω的角速度保持匀速转动,大小齿轮线速度相等,则ω1=vr,ω=可得小齿轮转动的角速度为ω1=nω转动周期为T=2πω1以线圈M1的ab边某次进入磁场时为计时起点,到cd边进入磁场,经历的时间为t1=π−β2π这段时间内线圈M1产生的电动势为E1=B4r-rva+vb2电流为I1=E1R受到的安培力大小为F1=BI1L=B×15nBr2ω当ab边和cd边均进入磁场后到ab边离开磁场,经历的时间为t2=β2πT=由于M1线圈磁通量不变,无感应电流,安培力大小为零当M1线圈ab边离开磁场到cd边离开磁场,经历的时