2026届高考物理一轮基础复习训练60 交变电流的产生和描述

这是一份2026届高考物理一轮基础复习训练60 交变电流的产生和描述，共13页。试卷主要包含了单项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择题
把发光颜色不同的两个二极管并联（该类二极管具有单向导电性，导通时发光），使两者正负极方向不同。当摇动如图所示的手摇发电机时，两个二极管交替发光，则流过其中一个二极管的电流是（ ）
A. 交流电
B. 直流电
C. 恒定电流
D. 涡流
图甲是某一交流发电机的示意图，两磁极N、S间存在可视为水平向右的匀强磁场，A为理想电流表，电阻R=9 Ω，线圈内阻r=1 Ω。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的电流随时间变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 电流表的示数为10 A
B. 线圈转动的角速度为50π rad/s
C. t=0.01 s时，穿过线圈的磁通量为零
D. 一个周期内，电路中产生的热量为Q=40 J
如图，一半圆形线圈绕竖直直径所在的轴线OO′匀速转动，OO′右侧有一垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。已知半圆形线圈半径为r，线圈电阻不计，外接电阻大小为R，半圆形线圈匀速转动的角速度为ω，则通过电阻R上电流的有效值为（ ）
A. πBr2ω4R
B. πBr2ω22R
C. πBr2ω2R
D. πBr2ω42R
某交流发电机产生交变电流的装置如左图所示，产生的感应电动势与时间的关系如右图所示，下列说法正确的是（ ）
A. t=0时，线圈平面处于中性面位置，磁通量变化率最大
B. 线圈通过中性面时，交变电流改变方向
C. 线框中产生的感应电动势e=100sin50t (V)
D. 如果仅使线圈的转速加倍，则电动势的最大值和周期分别变为200 V、0.08 s
图（a）为一交流发电机示意图，线圈abcd在匀强磁场中绕固定轴OO′沿顺时针方向匀速转动，图（b）是该发电机的电动势E随时间t按余弦规律变化的图像。已知线圈电阻为2.5 Ω，定值电阻R=10 Ω，电表均为理想交流电表。由此可以判定下列说法不正确的是（ ）
A. 电流表读数为0.8 A
B. 电压表读数为10 V
C. t=0.1 s时刻，穿过线圈的磁通量最大
D. 0～0.05 s内，通过电阻R的电荷量为0.04 C
家用电子调光灯的调光功能是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分来实现的，截去部分后通过调光灯的电流随时间的变化如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A. 这也是一种交流电
B. 电流的变化周期是0.01 s
C. 电流的有效值是1 A
D. 电流通过100 Ω的电阻时，1 s内产生的热量为200 J
将阻值为50 Ω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（ ）
A. 该交流电的频率为100 Hz
B. 通过电阻电流的峰值为0.2 A
C. 电阻在秒1 秒内消耗的电能为1 J
D. 电阻两端电压表达式为u=102sin(100πt) V
如图所示，将一根均匀导线围成圆心角为60∘的扇形导线框OMN，O为圆心，半径为R，线框总电阻为r，将线框O点置于坐标系的原点，在第二、四象限有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度均为B。从t=0时刻开始，导线框绕O点以角速度ω匀速转动，则导线框中感应电流的有效值为（ ）
A. BωR22r
B. 2BωR24r
C. 6BωR26r
D. 15BωR26r
二、多项选择题
如图为自制的简易无线充电装置，由一个电磁炉（发射线圈）、一个接收线圈、两个二极管和一个车载充电器构成。发射线圈与接收线圈匝数比n1:n2=10:1，若电磁炉两端所加电压为u=2202sin314t (V)，不考虑充电过程中的各种能量损失。下列说法正确的是（ ）
A. 通过车载充电器的电流的频率为0 Hz
B. 车载充电器两端电压的有效值约为22 V
C. 车载充电器两端电压的有效值约为112 V
D. 通过车载充电器的电流为直流电
如图甲所示，KLMN是一个电阻R=0.4 Ω的单匝竖直矩形闭合导线框，全部处于水平方向的匀强磁场中，MN边水平，线框绕某一竖直固定轴按俯视的逆时针方向匀速转动，产生的感应电流如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 1 s时间内电流方向改变5次
B. 若从图示时刻开始计时，并且规定MLKN的方向为电流的正方向，则电流表达式为i=10sin(10πt+16π) A
C. 图示时刻感应电动势的瞬时值e=2 V
D. 磁通量的最大值Φm=25π Wb
如图，空间中存在水平向右的匀强磁场，一导体棒绕固定的竖直轴OP在磁场中匀速转动，且始终平行于OP。导体棒两端的电势差u随时间t变化的图像可能正确的是（ ）
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，a、b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两端的电压如图乙所示，则下列说法正确的是（ ）
A. 交变电流的频率为50 Hz
B. R两端电压的有效值为502 V
C. 若电阻R=10 Ω，则1 min内R产生的热量为1.5×104 J
D. 一个标有“95 V，30 μF”的电容器并联在电阻R两端，可以正常工作
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Q
D. 电流方向由Q指向P
三、非选择题
如图所示，边长为L的正方形线圈abcd匝数为n，总电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上，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，求：
（1）闭合电路中感应电动势的瞬时表达式；
（2）从t=0时刻到t=π2ω时刻，电阻R上产生的热量Q；
（3）从t=0时刻到t=π2ω时刻，通过R的电荷量q 。
如图所示，空间存在水平垂直于纸面的匀强磁场，在磁场中放着四个用同样的细导线做成的刚性单匝闭合线框，其中线框Ⅰ和线框Ⅱ是边长为L的正方形线框，线框Ⅲ是长为2L、宽为0.5L的矩形线框，线框Ⅳ是周长为4L的圆形线框。四个线框绕各自的轴（如图中的虚线所示）匀速转动，其中线框Ⅰ的转速为n，其他线框的转速均为2n。四个线框产生的最大感应电动势分别为E1、E2、E3和E4，求：最大和最小的电动势分别是哪个。
如图所示，间距为L的光滑平行金属导轨，水平地放置在竖直向上且磁感应强度大小为B的匀强磁场中，一端接阻值为R的电阻。一有效电阻为r、质量为m的导体棒放置在导轨上，在外力F作用下从t=0时刻开始运动，其速度随时间的变化规律为v=vmsinωt，不计导轨电阻。求：
（1）从t=0到t=2πω时间内，电阻R上产生的热量；
（2）从t=0到t=2πω时间内，外力F所做的功。
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）写出感应电动势e随时间t变化的表达式；
（2）经过14周期，求：
①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。
一、单项选择题
答案：B
解析：二极管具有单向导电性，手摇发电机产生交流电，两个二极管交替导通，流过每个二极管的电流方向不变，为直流电，B正确。
答案：A
解析：
电流最大值Im=102 A，有效值I=Im2=10 A，电流表测有效值，A正确。
周期T=0.02 s，角速度ω=2πT=100π rad/s，B错误。
t=0.01 s时，电流为0，线圈在中性面，磁通量最大，C错误。
一个周期内热量Q=I2(R+r)T=102×10×0.02=20 J，D错误。
答案：A
解析：线圈转动时，半个周期内有感应电流，电动势最大值Em=12Bωr2（有效切割长度为半径）。由有效值定义：(Em2)2R⋅T2=I2RT2，解得I=πBr2ω4R，A正确。
答案：B
解析：
t=0时，电动势为0，线圈在中性面，磁通量变化率为0，A错误。
中性面处电流方向改变，B正确。
电动势表达式e=100sin(50πt) V（周期0.04 s，ω=50π），C错误。
转速加倍，Em加倍，周期减半为0.02 s，D错误。
答案：B
解析：
电动势最大值Em=102 V，有效值E=10 V，电流I=ER+r=0.8 A，A正确。
电压表示数U=IR=8 V，B错误。
t=0.1 s时，电动势为0，磁通量最大，C正确。
0∼0.05 s内，平均电动势E=nΔΦΔt，电荷量q=IΔt=ΔΦR+r=0.04 C，D正确。
综上，正确答案为B。
答案：D
解析：
电流方向不变，大小变化，是直流电，A错误。
周期0.02 s，B错误。
由有效值定义：22R⋅，得I=2 A，C错误。
热量Q=I2Rt=200 J，D正确。
答案：D
解析：
周期0.02 s，频率50 Hz，A错误。
电压峰值102 V，电流峰值Im=10250=0.22 A，B错误。
有效值U=10 V，电能W=U2Rt=2 J，C错误。
电压表达式u=102sin(100πt) V，D正确。
答案：C
解析：扇形线框转动时，切割磁感线的有效长度周期性变化，一个周期内有13时间产生电流，最大值Im=BωR22r。由有效值定义：Im2r⋅T3T=I2r，得I=6BωR26r，C正确。
二、多项选择题
答案：AD
解析：
二极管整流后为直流电，频率变为0，A正确。
原线圈电压有效值220 V，副线圈感应电压有效值22 V，经二极管整流后，有效值11 V，B、C错误。
电流为直流电，D正确。
综上，正确答案为AD。
答案：BD
解析：
周期0.2 s，1秒内电流方向改变10次，A错误。
初始时刻电流为10sin30∘=5 A，表达式为i=10sin(10πt+π6) A，B正确。
电动势瞬时值e=iR=4 V，C错误。
由Em=ImR=NBSω，得Φm=BS=25π Wb，D正确。
答案：AB
解析：导体棒转动时，若转轴过中点，两端电势差为0；若转轴不过中点，电势差恒定，AB正确。
答案：AC
解析：
周期0.02 s，频率50 Hz，A正确。
电压有效值U=1002 V，B错误。
热量Q=U2Rt=1.5×104 J，C正确。
电容器耐压需大于峰值100 V，D错误。
答案：BC
解析：磁极转过90°时，线圈平面与磁场平行，感应电流最大，由右手定则，电流方向P→Q，BC正确。
三、非选择题
解：
（1）线圈转动时，一半面积在磁场中，最大电动势Em=nB⋅L22⋅ω，t=0时磁通量最大，故瞬时表达式为e=Emsinωt=12nBL2ωsinωt。
（2）电动势有效值E=Em2，电流有效值I=ER+r，时间t=π2ω=T4，热量Q=I2Rt=πn2B2L4ωR16(R+r)2。
（3）平均电动势E=nΔΦΔt，ΔΦ=BL22，电荷量q=IΔt=nBL22(R+r)。
答案：最大为E4，最小为E1
解：
最大感应电动势Em=NBSω=NBS⋅2πn。
E1=1⋅B⋅L2⋅2πn，E2=1⋅B⋅L2⋅4πn，E3=1⋅B⋅L2⋅4πn，E4=1⋅B⋅(Lπ)2⋅4πn=4BL2nπ。
比较得E4最大，E1最小。
解：
（1）感应电动势e=BLv=BLvmsinωt，有效值E=BLvm2，电流I=ER+r，时间t=2πω=T，热量Q=I2RT=πB2L2vm2Rω(R+r)2。
（2）由能量守恒，外力做功等于动能变化与焦耳热之和，动能变化为0，总热量Q总=πB2L2vm2(R+r)ω(R+r)2，故W=Q总=πB2L2vm2ω(R+r)。
解：
（1）线圈平面与磁场平行时开始计时，电动势最大值Em=nBabω，瞬时表达式e=Emcsωt=nBabωcsωt。
（2）①14周期内，磁通量变化ΔΦ=Bab，平均电流I=nΔΦ(R+r)Δt，电荷量q=IΔt=nBabR+r。
② 电动势有效值E=Em2，电阻R上的热量Q=ER+r2R⋅T4，T=2πω，解得Q=πn2B2a2b2ωR2(R+r)2。