2024版新教材高考物理复习特训卷考点77交变电流的产生和描述

这是一份2024版新教材高考物理复习特训卷考点77交变电流的产生和描述，共6页。试卷主要包含了4 s时电流改变方向，[2022·广东卷]，[2023·陕西西安一模]，[2023·山东青岛二模]等内容，欢迎下载使用。


A．甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
B．乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
C．甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电
D．乙图中线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
2.
[2023·浙江山水联盟5月联考]教学用交流发电机示意图如图所示．矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕其中心轴OO′匀速转动，某时刻线圈平面与磁感线垂直．下列说法正确的是（ ）
A．此时产生的感应电流最大
B．此时线圈平面处在中性面上
C．此时线圈磁通量变化率最大
D．此时开始再转半个周期，线圈磁通量变化量为零
3.
一正弦式交变电流的i ­ t图像如图所示．下列说法正确的是（ ）
A．在t＝0.4 s时电流改变方向
B．该交变电流的周期为0.5 s
C．该交变电流的表达式为i＝2cs （5πt） A
D．该交变电流的有效值为 eq \f(\r(2),2) A
4.[2022·广东卷]
如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图．定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流．不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是（ ）
A．两线圈产生的电动势的有效值相等
B．两线圈产生的交变电流频率相等
C．两线圈产生的电动势同时达到最大值
D．两电阻消耗的电功率相等
5.
[2023·山东日照三模]（多选）如图所示为一小型交流发电的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小B＝ eq \r(2) T.矩形线框ABCD匝数n＝100，面积S＝0.02 m2，线圈内阻r＝5 Ω，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′逆时针匀速转动，角速度ω＝100 rad/s．矩形线框通过滑环与R＝15 Ω的电阻相连，电压表为理想电表．则（ ）
A．线圈从图示位置开始计时，产生感应电动势的表达式e＝200 eq \r(2) cs （100t）（V）
B．线圈从图示位置开始转过90°时，电压表示数为零
C．该交流电可以直接加在击穿电压为200 V的电容器上
D．在0.5 s的时间内电阻R上产生的热量为750 J
6.（多选）海洋中蕴藏着巨大的能量，利用海洋的波浪可以发电．在我国南海上有一浮桶式波浪发电灯塔，其原理示意图如图甲所示，浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，浮桶内置线圈随波浪相对磁体沿竖直方向运动，且始终处于磁场中．该线圈与阻值R＝15 Ω的灯泡相连，浮桶下部由内、外两密封圆筒构成（图中阴影部分），如图乙所示，其内为产生磁场的磁体，与浮桶内侧面的缝隙忽略不计；匝数N＝200的线圈所在处辐射磁场的磁感应强度B＝0.2 T，线圈直径D＝0.4 m，电阻r＝1 Ω.取重力加速度g＝10 m/s2，π2≈10.若浮桶随波浪上下运动的速度可表示为v＝0.4πsinπt（m/s），则下列说法正确的是（ ）
A．波浪发电产生电动势e的瞬时值表达式为e＝64sinπt（V）
B．灯泡中电流i的瞬时值表达式为i＝sinπt（A）
C．灯泡的电功率为120 W
D．灯泡两端电压的有效值为30 eq \r(2) V
7.[2023·陕西西安一模]（多选）如图1所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图2中曲线a、b所示，则（ ）
A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合
B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3
C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz
D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
8.
[2023·山东潍坊三模]如图所示为一台教学用手摇式交流发电机，当缓慢摇动大皮带轮手柄时，连接在发电机上的小灯泡就会一闪一闪地发光．已知大皮带轮半径为R，小皮带轮半径为r，摇动手柄的角速度为ω，且摇动过程中皮带不打滑，以下判断正确的是（ ）
A．发电机产生的交变电流频率为 eq \f(ω,2π)
B．小灯泡闪烁的频率为 eq \f(ωR,πr)
C．小灯泡的瞬时功率等于通过小灯泡的电流、电压二者有效值的乘积
D．发电机启动阶段，当手摇转速加倍后，小灯泡的功率变为2倍
9.[2023·山东青岛二模]（多选）如图甲，水平面内固定放置间距为L的两平行金属直导轨，左端接有阻值为R的电阻，两导轨间存在方向垂直导轨平面向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场．t＝0时，一质量为m、长为L的导体棒在沿x轴方向的外力F作用下，从AA′位置开始做简谐运动，平衡位置OO′与AA′间的距离为x0.导体棒的速度随时间变化的图像是如图乙所示的正弦曲线．不计摩擦阻力和其他电阻，导体棒始终与导轨垂直．下列说法正确的是（ ）
A．外力F随时间t变化规律为F＝ eq \f(B2L2vmsinπt,R)
B．0～0.5 s内，通过R的电荷量为 eq \f(BLx0,R)
C．0～0.5 s内，R上产生的焦耳热为 eq \f(B2L2v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(m)) ,4R)
D．0～0.5 s内，外力F做的功为 eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(B2L2＋2mR))v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(m)) ,4R)
考点77 交变电流的产生和描述——练基础
1．答案：A
解析：图中细短铁丝被磁化之后，其作用相当于小磁针，根据其分布特点可判断出甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故选项A正确；而乙图中，磁针分布的方向并不相同，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故选项B错误；根据发电机原理可知，甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故选项C错误；乙图中线圈匀速转动时，由于线圈切割磁感线的速度方向始终与磁场垂直且所在位置的磁感应强度大小不变，所以匀速转动时产生的是大小恒定的电流，故选项D错误．
2．答案：B
解析：由图可知，此时线圈平面与磁场方向垂直，穿过线圈的磁通量最大，但此时的磁通量变化率为零，感应电动势为零，感应电流为零，线圈平面处在中性面上，A、C错误，B正确；假设此时线圈的磁通量为Φ0＝BS，从此时开始再转半个周期，线圈磁通量变化量为ΔΦ＝－BS－BS＝－2BS，即线圈磁通量变化量不为零，D错误．
3．答案：C
解析：在t＝0.4 s时电流最大，电流方向不变，A错误；该交变电流的周期为0.4 s，B错误；ω＝ eq \f(2π,T)＝5π，故该交变电流的表达式为i＝2cs (5πt) A，C正确；该交变电流的有效值为 eq \r(2) A，D错误．
4．答案：B
解析：由于两定子线圈匝数不同，根据法拉第电磁感应定律可知，在两线圈中产生的电动势最大值不相等，有效值不相等，A项错误；由于转子匀速转动的周期等于两定子产生交流电的周期，所以两线圈产生的交变电流频率相等，B项正确；由于两线圈轴线在同一平面内且相互垂直，所以两线圈产生的感应电动势一个在最大值时，另一个为零，C项错误；由于在两线圈中产生的电动势的有效值不相等，根据P＝ eq \f(E2,R)可知，两电阻消耗的电功率不相等，D项错误．
5．答案：AD
解析：线圈中产生的感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝100× eq \r(2)×0.02×100 V＝200 eq \r(2)V，图示位置线圈平面垂直于中性面，从该时刻开始计时，线圈中产生的感应电动势瞬时值表达式为e＝200 eq \r(2)cs (100t)(V)，A正确；电压表示数为交流电压的有效值，所以示数不为零，B错误；该交流电电压最大值为200 eq \r(2)V，超过电容器的击穿电压200 V，C错误；线圈和R组成闭合电路，电路中电流的有效值为I＝ eq \f(E,R＋r)＝ eq \f(200,5＋15) A＝10 A，则在0.5 s的时间内电阻R上产生的热量为Q＝I2Rt＝102×15×0.5 J＝750 J，D正确．
6．答案：ACD
解析：线圈在磁场中切割磁感线，产生电动势最大值为Emax＝NBlvmax，其中l＝πD联立解得Emax＝64 V，则波浪发电产生电动势e的瞬时值表达式为e＝Emaxsin πt＝64sin πt(V)，根据闭合电路欧姆定律有i＝ eq \f(e,r＋R)＝4sin πt(A)，故A正确，B错误；灯泡电流的有效值为I＝ eq \f(4,\r(2)) A＝2 eq \r(2)A，则灯泡的功率为P＝I2R＝120 W，故C正确；灯泡两端电压的有效值为U＝IR＝30 eq \r(2) V，故D正确．
7．答案：AC
解析：由题图2知t＝0时两次转动产生的瞬时电动势都等于零，A正确；由题图2知两次转动所产生的交变电动势的周期之比Ta∶Tb＝2∶3，再由周期与转速的关系n＝ eq \f(1,T)得na∶nb＝3∶2，B错误；因Ta＝4×10－2s，故fa＝ eq \f(1,Ta)＝25 Hz，C正确；因Ema＝15 V，而Em＝NBSω＝ eq \f(2πNBS,T)，故Emb＝ eq \f(Ta,Tb)Ema＝10 V，Eb＝ eq \f(Emb,\r(2))＝5 eq \r(2) V，D错误．
8．答案：B
解析：大皮带轮带小皮带轮边沿线速度大小相等，则有ω′r＝ωR，解得小皮带轮的角速度ω′＝ eq \f(ωR,r)，再由ω′＝2πf，可知发电机线圈转动的频率f＝ eq \f(ωR,2πr)，此即为发电机产生的交变电流的频率，A错误；小灯泡发光频率只与电流频率有关，它在一个周期内会闪烁两次，所以闪烁的频率为2f＝ eq \f(ωR,πr)，B正确；小灯泡闪烁，也就是小灯泡亮度时刻变化，说明小灯泡的瞬时功率是时刻变化的，而电流、电压二者有效值的乘积是定值，C错误；若ω′加倍，由Em＝nBSω′可知电压最大值加倍，由P＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(Em,\r(2))))2× eq \f(1,R)，可知小灯泡的功率变为原来的4倍，D错误．
9．答案：BCD
解析：时间t时刻的速度为v＝vmsin eq \f(2π,2)t(m/s)＝vmsin πt(m/s)，则该时刻的安培力随时间变化关系为F安＝BIL＝BL eq \f(BLv,R)＝ eq \f(B2L2vmsin πt,R)，导体棒做简谐振动，则外力F不等于安培力，即外力F随时间t变化规律F≠ eq \f(B2L2vmsin πt,R)，A错误；0.5 s时刻导体棒振动到OO′位置，则0～0.5 s内，通过R的电荷量为q＝ eq \f(\(E,\s\up6(－)),R)Δt＝ eq \f(ΔΦ,R)＝ eq \f(BLx0,R)，B正确；交流电的最大值为Em＝BLvm，0～0.5 s内，R上产生的焦耳热为Q＝ eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(Em,\r(2))))2,R)t＝ eq \f(B2L2v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(m)) ,4R)，C正确；0～0.5 s内，外力F做的功为W＝Q＋ eq \f(1,2)mv eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(m)) ＝ eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(B2L2＋2mR))v eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(m)) ,4R)，D正确．