2027高考物理复习专项练：11.1 交变电流的产生和描述

11.1交变电流的产生和描述专项训练

2027届高考物理一轮复习

一、单选题

1．如图所示，正方形线圈中能够产生正弦式交变电流的是（）

A．图（a）中，线圈在匀强磁场中向左匀速运动

B．图（b）中，线圈在通有恒定电流的长直导线旁向右平移

C．图（c）中，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动

D．图（d）中，线圈静止在均匀增加的匀强磁场中

2．如图，一匝数为N、边长为L的正方形金属线框，在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，绕固定轴OO

以角速度匀速转动。线框通过特定的电刷与阻值为R的电阻相连，电阻两端的电压U随时间t的变化关

系如图乙所示，最大值为Um。线框电阻不计，在转动一周的过程中，下列说法正确的是（）

U

A．流过电阻R的电流是交流电B．电阻R两端电压的有效值为m

2

4NBL2πU2

C．通过电阻R的电荷量为D．电阻R上产生的焦耳热为m

R2R

3．如图所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的OO′轴以角速度ω匀速转动。下列说法正确

的是（）

A．线圈位于图示位置时电流方向为abcd

B．线圈位于图示位置时产生的感应电动势最大

C．线圈从图示位置转过90°时，电流方向发生改变

D．仅增大角速度ω，线圈所受外力做的功越多

4．汕头南澳海上某风电场采用搭载永磁同步发电机的风力机组，该机组使用4极发电机，其转速公式为

120f

nr/min，其中f为频率，p为发电机的极数。发电机产生的电动势e＝975sin100πt（V），下列说

p

法正确的是（）

A．电动势有效值为9752V

B．发电机转速为1500r/min

C．当转速增大时，交流电的频率增大，电动势不变

D．当电动势为零时，发电机中线圈的磁通量也为零

5．如图所示为交流发电机的示意图，从线圈通过中性面位置开始计时，发电机产生的电动势瞬时值表达式

为e222sin100πt(V)，回路的总电阻阻值为10Ω。下列说法正确的是（）

A．每秒钟电流方向变化50次

B．电阻消耗的电功率为48.4W

C．仅线圈转速加倍，则电动势为e222sin(200πt)V

D．图示位置CD边受到的安培力方向向下

6．如图1所示，在水平向右的匀强磁场中，匝数为100匝的矩形线圈绕与线圈平面共面的竖直轴匀速转动，

从线圈转到某一位置开始计时，线圈中的瞬时感应电动势e随时间t变化的关系如图2所示。则下列说法

中正确的是（）

112

A．e＝0时，穿过每匝线圈磁通量为104Wb

B．t＝0时，线圈平面与磁场方向夹角为30°

C．线圈中感应电流的方向每秒钟改变50次

π

D．e随时间t的变化关系为e222sin(100πt)(V)

6

7．某电热器接在交流电源上，其内部电路示意图如图甲所示，当电热丝被加热到一定温度后，装置P使电

热丝两端的电压变为如图乙所示的波形，此时理想交流电压表的示数为（）

A．55VB．110VC．156VD．220V

二、多选题

8．某实验小组研究互感现象的装置如图甲所示，M为送电线圈，接正弦式交变电流，N为匝数n10的受电

线圈，其磁通量随时间t变化的规律如图乙所示。下列说法正确的是（）

A．穿过线圈N的最大磁通量为0.002Wb

B．线圈N产生的感应电动势的最大值为4V

π

C．在t103s时，线圈N中交变电流的方向不发生变化

2

D．线圈N产生的感应电动势的瞬时值表达式为e4sin2000t(V)

9．中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心自主研制的水冷磁体成功产生42.02T的稳态磁场，打

破世界纪录。现用该磁体作为匀强磁场用来发电，用外力使N=100匝的矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直

于磁场方向的转轴OO'以恒定的角速度转动，转动一周的时间为T=0.4s，线圈电阻为R=0.1Ω，从如图所示

的位置（线圈平面与磁场方向平行）开始计时，线圈平面转过60°时线圈中的感应电动势的大小为

E=0.2V，则下列说法正确的是（）

2

A．线圈产生的电动势有效值为V

5

4

B．线圈转过90°的过程中通过线圈截面的电荷量为C

5

C．一个周期内线圈产生的热量为0.32J

2

D．若线圈外接一个额定电压为V的电容器，此电容器能正常工作

5

10．如图甲所示，交流发电机的矩形金属线圈abcd的匝数n=100，线圈的总电阻r=5.0Ω，线圈位于匀强

磁场中，且线圈平面与磁场方向平行。线圈的两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R=95Ω的定值电阻连接。现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OO′以一

定的角速度匀速转动。穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像如图乙所示。若电路其他部分的电阻以及

线圈的自感系数均可忽略不计。则下列说法中正确的是（）

A．线圈匀速转动的角速度为100rad/s

B．线圈中产生感应电动势的最大值为200V

1

C．由图甲处转过圈，通过电阻R的电量q=0.01C

4

1

D．由图甲处转过圈，电阻R上产生的热量Q=J

42

11．如图所示，由导体材料制成的闭合线框，曲线部分PNQ满足函数y=0.5sin(0.5πx)m，其中x、y单位

为m，x满足0≤x≤2，曲线部分电阻不计，直线部分PMQ的电阻为R=10Ω。将线框从图示的位置开始

(t=0)，以v=2m/s的速度匀速通过宽度为d=2m、磁感应强度B=1T的匀强有界磁场，在线框穿越磁场的过程

中，下列说法正确的是（）

A．线框穿越磁场的时间为4s

B．线框穿越磁场的过程中，PQ两点间的最大电压为1V

C．线框穿越磁场的过程中，线框中产生的焦耳热为0.1J

D．线框穿越磁场的过程中，感应电流变化规律为i=0.1sin(0.5πt)A

三、填空题

12．图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为理想交流电

流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间变化的图像如图乙所

示。已知发电机线圈电阻为10Ω，外接一只阻值为90Ω的电阻，不计电路的其他电阻，则0.01s时线圈平面

与磁场方向______（选填“平行”或者“垂直”），电流表的示数为______A，线圈的转速为______r/s。

13．如图所示，正弦交变电源与电阻R、交流电压表、交流电流表按照图1所示的方式连接，R＝200Ω，

图2是交变电源输出电压u随时间t变化的图象．则此交流电的频率为__Hz，交流电流表的读数_____A，R

两端电压随时间的变化规律的表达式____。

四、解答题

14．如图甲所示，半径为r1的圆形单匝线圈中央有半径为r2的有界匀强磁场，磁感应强度大小B随时间变化

规律如图乙所示，磁场正方向为垂直于纸面向里。线圈电阻为R。求：

(1)写出穿过线圈磁通量随时间变化的表达式，并求出线圈中感应电动势的最大值Em；

13

(2)求TT时间内线圈中产生的焦耳热Q。

44

15．如图所示，一小型发电机内有n＝100匝矩形线圈，线圈面积S0.10m2，线圈电阻可忽略不计。在外

力作用下矩形线圈在B＝0.10T匀强磁场中，以恒定的角速度100rad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO

逆时针转动，发电机线圈两端与R100的电阻构成闭合回路。（取3）

（1）判断如图所示位置线圈中的电流方向；

（2）写出从中性面开始计时电动势的瞬时值表达式；

（3）线圈匀速转动10s，求电流通过电阻R产生的焦耳热。

16．图1为某振动发电机原理图，图2是其俯视图。质量m0.2kg的共轭磁铁由一竖直轻质弹簧（劲度系

数k200N/m）与水平地面连接，磁铁和弹簧构成振动体。磁铁中心部分为N极，外圆部分为S极，两磁

极之间可视为均匀辐向磁场。固定不动的线圈与磁铁共轴且始终处于辐向磁场内，线圈所处的磁感应强度

大小B0.5T，线圈匝数n20匝，直径d10cm，电阻r1。线圈上下两端点a、b通过导线与外部一

理想二极管D和阻值R4的电阻构成闭合回路（如图3）。在外力F的驱动下，磁铁在竖直方向做简谐运

动，若取竖直向上为正，初始平衡位置为原点，其振动方程y0.01sin100πtm。已知磁铁最大速率vmπm/s，

1

当弹簧形变量为x时，其弹性势能Ekx2。不考虑空气阻力、线圈的自感和其它电阻，计算时π2取10。

p2

求

(1)t0时，线圈中产生电动势的大小E0及电流的大小I0；

(2)0~1s内，电阻R上产生的热量Q；

(3)0~0.02s内，通过电阻的电荷量q；

(4)0.01s~0.015s内，外力F做的功W。

参考答案

题号1234567891011

答案CCDBBDBBCACBCBC

12．垂直0.250

13．501.1uR＝311cos100πt（V）

22B2r2

14．(1)Br2sint，E02

02TmT

B24r4

(2)Q02

RT

2

【详解】（1）由图乙得磁感应强度B随时间变化的表达式BBsint

0T

2

则穿过线圈磁通量BSBr2Br2sint

202T

2

可知磁通量最大值为mB0r2

22B2r2

线圈中感应电动势的最大值E02

mmTT

E

（2）电动势有效值为Em

2

13E2T

则TT时间内线圈中产生的焦耳热Q

44R2

B24r4

联立解得Q02

RT

3

15．（1）电流方向为DCBAD；（2）e300sin300t(V)；（3）Q热4.510J

【详解】（1）根据右手定则可判断如图所示位置线圈中的电流方向为DCBAD。

（2）线圈中感应电动势的最大值

EmnBS300V

从中性面开始计时电动势的瞬时值表达式为

eEmsint300sin300t(V)

（3）矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦交变电流，电阻两端电压的有效值

E

Um

2

经过t10s电流通过电阻产生的焦耳热

U2

Qt

热R

解得

3

Q热4.510J

16．(1)E010V，I00

(2)4J

(3)1.3102C

(4)0.94J

【详解】（1）由振动方程可知，t0时刻磁铁位于平衡位置且以速度vm向上，线圈中产生电动势的大小为

E0nBπdvm200.5π0.1πV=10V

此时线圈相对磁体向下运动，由右手定则判断图乙中电流方向为顺时针，即由b端流出。由于理想二极管

成反向截止状态，故电流大小为I00

（2）流过R的电流在一个周期内如图所示

E

电流最大值为I02A

mRr

2

2T

根据有效值定义可得IRI2RT