2027年高考物理一轮复习 突破练习含答案080-课时作业68 交变电流的产生与描述（教用）

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1．（2025·辽宁沈阳模拟）我国“南锟”号是世界首台兆瓦级漂浮式波浪能发电装置，它可以将波浪能转化为机械能，再通过发电机转化为电能，为深远海岛礁和海上设施提供稳定电力。其使用的旋转磁极式发电机的简化装置示意图如图乙所示，矩形线圈abcd固定不动，磁铁绕OO′轴转动，abcd与OO′在同一平面内。下列判断正确的是（ ）
A. 兆瓦是能量的单位
B. 磁铁匀速转动时线圈中电流保持不变
C. 图乙所示时刻线圈中电流为0
D. 图乙所示时刻线圈中电流方向为dcba
【答案】D
【解析】兆瓦是功率的单位，A错误；磁铁匀速转动时线圈中电流周期性变化，当转至题图乙所示位置时，线圈切割磁感线的有效速度最大，线圈中电流最大，B、C错误；根据楞次定律，题图乙所示时刻线圈中电流方向为dcba，D正确。
2．如图所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，MN边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度ω 匀速转动。在MN边与磁场方向的夹角达到30∘ 的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势e的大小和导线框中此时电流的方向分别为（已知线框按俯视的逆时针方向转动）（ ）
A. 12BSω ，电流方向为KNMLK
B. 32BSω ，电流方向为KNMLK
C. 12BSω ，电流方向为KLMNK
D. 32BSω ，电流方向为KLMNK
【答案】B
【解析】当MN边与磁场方向的夹角为30∘ 时，感应电动势为e=Emcsωt=BSωcs30∘=32BSω ，由右手定则可知电流方向为KNMLK，故选B。
3．（2026·广东湛江模拟）某海浪发电厂原理示意图如图甲所示，该发电厂面向大海的一侧有一部分水下建筑，海浪涌入或后退时，结构内的水位上升或下降，空气推动涡轮旋转带动转子转动，产生电力。其发电机的简化结构如图乙所示。下列说法正确的是（ ）
A. 图乙中线圈所处位置是中性面
B. 在图乙所示位置时，穿过线圈的磁通量变化率为0
C. 在图乙所示位置时，线圈BB′边的导线受到的安培力方向向上
D. 在图乙所示位置时，线圈a端电势高于b端电势
【答案】C
【解析】题图乙中线圈所处位置与磁感线平行，与中性面垂直，穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最大，故A、B错误；题图乙中线圈顺时针转动，根据右手定则可知线圈内部电流从a到b，根据左手定则可知线圈BB′边的导线受到的安培力方向向上，故C正确；线圈内部电流从a到b，则a端电势低于b端电势，故D错误。
4．如图所示为某一线圈中交流电的电流-时间图像（前半周期为正弦波的一半），则一个周期内该电流的有效值为（ ）
A. 12I0B. 52I0C. 32I0D. 52I0
【答案】B
【解析】设该交流电电流的有效值为I，线圈的电阻为R，根据有效值的定义，有I2RT=(I02)2R⋅T2+(2I0)2R⋅T4，解得I=52I0，故A、C、D错误，B正确。
5．某发电机的结构示意图如图，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形导线圈，线圈绕过铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成沿半径方向的辐向磁场，距轴线等距离处的磁感应强度大小相等。若从线圈处于图示位置开始计时，设此时电动势为正值，图中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】由于线圈转动过程中，在任意位置处的磁感应强度大小均相等，且线圈切割磁感线的线速度大小不变，所以线圈中感应电动势大小恒定，且每当线圈转至竖直位置时，感应电动势方向发生一次改变，从图示位置开始计时，线圈再转过四分之一周期电动势方向将改变，综上所述可知D正确。
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6．如图所示电路，电阻R1与电阻R2串联接在交流电源上，且R1=R2=10Ω ，正弦交流电源电压的表达式为u=202sin100πt(V)，R1和理想二极管D（正向电阻为0，反向电阻为无穷大）并联，则R2上的电功率为 （ ）
A. 10WB. 15WC. 25WD. 30W
【答案】C
【解析】由题图可知，当电流从A流入时，R1被短路，此时R2上电压有效值为U2=Um2=20V，当电流从B流入时，R1、R2串联，则R2两端电压有效值为U′2=U22=10V，设在一个周期内R2两端的电压有效值为U，则根据有效值的定义，有U2′2R2⋅T2+U22R2⋅T2=U2R2⋅T，解得U=510V，则有P=U2R2=25010W=25W，故选C。
7．（2025·山东济南模拟）如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一象限和第四象限内存在方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，第二象限内存在方向垂直于纸面向外、磁感应强度大小也为B的匀强磁场。一半径为L、电阻为R、圆心角为60∘ 的扇形闭合线圈在纸面内绕O点逆时针匀速转动，角速度为ω ，t=0时，半径OA与x轴重合。线圈转动一周的过程中产生的感应电流的有效值为（ ）
A. BL2ω2RB. 3BL2ω2RC. BL2ω4RD. 3BL2ω4R
【答案】A
【解析】一条半径切割磁感线产生的感应电动势E0=BL2ω2，产生的感应电流I0=E0R=BL2ω2R，根据有效值的定义，有(2I0)2R×T6+I02R×T6+I02R×T6=I效2RT，所以I效=I0=BL2ω2R，故选A。
8．（2025·天津模拟）（10分）如图甲所示，质量m=1.0×10−2kg、边长L=0.20m、电阻R=2.0Ω 的正方形单匝金属线框abcd，置于倾角α=30∘ 的绝缘斜面上，ab边与斜面底端平行，线框的一半面积处在垂直于斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度B随时间t按图乙所示的规律周期性变化，已知线框在斜面上始终保持静止，g取10m/s2。求：
（1） 在t=2.0×10−2s时线框受到斜面摩擦力Ff的大小；
（2） 线圈中感应电流的有效值I。
【答案】（1） 0.054N
（2） 210A
【解析】
（1） 根据题意，由法拉第电磁感应定律有E=ΔΦΔt，
又有ΔΦ=ΔBS，
由题图乙可知，0～3×10−2s内，ΔBΔt=10T/s，
又有S=12L2，
联立解得E=0.2V，
感应电流为I1=ER=0.1A，方向为顺时针方向，
由题图乙可知，t=2×10−2s时，B=0.2T，
此时线框所受安培力大小为FA=BI1L=0.004N，方向沿斜面向下，
由平衡条件有Ff=mgsin30∘+FA=0.054N。
（2） 结合（1）的分析和题图乙可知，0～3×10−2s内，感应电流为I1=0.1A，
3×10−2～5×10−2s内，感应电流为I2=0，
5×10−2～6×10−2s内，感应电流为I3=0.3A，
根据有效值的定义有
I12Rt1+0+I32Rt3=I2R(t1+t2+t3)，
解得I=210A。
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9．（2026·湖北武汉模拟）如图所示，用两个光滑正对的金属圆环、一根金属棒ab和三根绝缘棒连接成一个“鼠笼”，两环直径均为d，圆心O、O′间的距离为L，四根棒均匀分布在圆周上且与OO′平行，阻值为R的定值电阻通过导线和电刷与两圆环连接。匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向平行于金属圆环平面竖直向下，图中未全部画出。金属棒电阻为r，其余电阻均不计，电压表为理想电压表。现使“鼠笼”绕水平轴OO′以角速度ω 匀速转动，则（ ）
A. 金属棒ab中的电流大小始终不变
B. 电压表的示数为BLωdR22(R+r)
C. 金属棒ab两端的最大电压为BLωd2
D. 金属棒ab运动一周，定值电阻上产生的焦耳热为πd2RB2L2ω2(R+r)2
【答案】B
【解析】电路中电流方向会随着金属棒ab转动过程中切割磁感线的方向改变而改变，是交流电，电流大小是按正弦规律变化的，并非始终不变，故A错误；金属棒ab在转动过程中，切割磁感线产生的感应电动势最大值Em=BLv，其中v=ω×d2，金属棒ab切割磁感线产生的感应电动势的有效值E=Em2=BLωd22，根据闭合电路欧姆定律有I=ER+r，电压表测量的是定值电阻两端的电压，即U=IR=BLωdR22(R+r)，故B正确；金属棒ab切割磁感线产生的感应电动势的最大值Em=BLωd2，此时ab两端电压是路端电压，Uab=RR+rEm=BLωdR2(R+r)，故C错误；金属棒ab转动一周的时间T=2πω，由I=ER+r=BLωd22(R+r)，根据焦耳定律有Q=I2RT=πd2RB2L2ω4(R+r)2，故D错误。