备战2025届新高考物理一轮总复习练习第13章交变电流传感器第1讲交变电流的产生及其描述

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基础对点练
题组一 交变电流的产生及其变化规律
1.(2024浙江嘉兴模拟)交流发电机发电过程的示意图如图所示,装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场,为了便于观察,图中只画了一匝线圈,线圈的AB边和CD边分别连接在滑环上,线圈在匀速转动过程中,下列说法正确的是( )

A.转到图甲位置时,通过线圈的磁通量为0,此位置为中性面
B.转到图乙位置时,线圈中电流方向发生改变
C.转到图丙位置时,CD边切割磁感线,产生感应电流方向为D→C
D.转到图丁位置时,线圈中的磁通量最大,磁通量的变化率最大
2.(2023湖南长沙二模)矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。若轴线右侧没有磁场(磁场具有理想边界),如图所示。设abcda方向为感应电流的正方向。从图示位置开始一个周期内线圈感应电流随时间变化的图像,正确的是( )
题组二 描述交变电流的物理量
3.(多选)如图甲所示,标有“220 V 40 W”的电灯和标有“20 μF 300 V”的电容器并联接到交流电源上,V为交流电压表。交流电源的输出电压如图乙所示,闭合开关S,下列判断正确的是( )
A.t=时刻,V的示数为零
B.电灯恰正常发光
C.电容器有可能被击穿
D.交流电压表V的示数保持110 V不变
4.(2021浙江卷)如图所示,虚线是正弦式交变电流的图像,实线是另一交变电流的图像,它们的周期T和最大值Um相同,则实线所对应的交变电流的有效值U满足( )
A.U=B.U=
C.U>D.U<
5.如图所示电路,电阻R1与电阻R2串联接在交变电源上,且R1=R2=10 Ω,正弦式交变电流的表达式为u=20sin 100πt V,R1和理想二极管D(正向电阻为零,反向电阻为无穷大)并联,则R2的电功率为( )
A.10 WB.15 W
C.25 WD.30 W
综合提升练
6.(2022广东卷)下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点的条形磁体,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
7.(多选)(2024广东东莞东华高级中学模拟)自行车车头灯发电机的结构示意图如图所示。转动轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮。线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦式交变电流,给车头灯供电。已知自行车车轮的半径为r,摩擦小轮的半径为r0,线圈的匝数为n,横截面积为S,总电阻为R0,磁极在线圈处产生的磁场可视为匀强磁场,其磁感应强度大小为B,车头灯的电阻恒为R,当车轮转动的角速度为ω时,假设摩擦小轮与车轮之间没有相对滑动,下列说法正确的是( )
A.摩擦小轮的角速度ω0与车轮转动的角速度ω大小相等
B.车头灯两端的电压为
C.车头灯的电功率与自行车速度的二次方成正比
D.线圈的匝数越多,穿过线圈的磁通量的变化率越小,则产生的感应电动势越大
8.(多选)(2023湖南卷)某同学自制了一个手摇交流发电机,如图所示。大轮与小轮通过皮带传动(皮带不打滑),半径之比为4∶1,小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边长为L的正方形,共n匝,总阻值为R。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B的匀强磁场。大轮以角速度ω匀速转动,带动小轮及线圈绕转轴转动,转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为R的灯泡。假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是( )
A.线圈转动的角速度为4ω
B.灯泡两端电压有效值为3nBL2ω
C.若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为L的多匝正方形线圈,则灯泡两端电压有效值为
D.若仅将小轮半径变为原来的两倍,则灯泡变得更亮
参考答案
第十三章 交变电流 传感器
第1讲 交变电流的产生及其描述
1.B 解析 转到图甲位置时,磁场与线圈平行,线圈的磁通量为0,中性面为磁通量最大位置,因此图甲不是中性面位置,A错误;转到图乙位置时,即线圈为中性面位置,此时线圈中电流方向发生改变,B正确;转到图丙位置时,由右手定则可得,CD边感应电流方向为C→D,C错误;转到图丁位置时,线圈中的磁通量最大,磁通量变化率为零,D错误。
2.A 解析 从题图示位置开始,在0~时间内,磁通量减小,原磁场方向向里,由楞次定律“增反减同”可知,感应电流的磁场方向向里,产生的感应电流的方向为abcda,即与电流规定的正方向相同,且产生的感应电流的大小随时间按正弦规律变化,有i=sinωt;在时间内,磁通量增大,原磁场方向向里,由楞次定律“增反减同”可知,感应电流的磁场方向向外,因线圈的位置也发生了变化,所以产生的感应电流的方向还是abcda,即与电流规定的正方向相同,结合题中选项可知,A正确,B、C、D错误。
3.BC 解析 交流电压表V的示数应是电压的有效值220V,A、D错误;电压的有效值恰等于电灯的额定电压,电灯正常发光,B正确;电压的峰值220V≈311V,大于电容器的耐压值,故电容器有可能被击穿,C正确。
4.D 解析 因虚线是正弦式交变电流的图像,则该交变电流的有效值为U有效值=,由图可知,在任意时刻,实线所代表的交变电流的瞬时值都不大于虚线表示的正弦式交变电流的瞬时值,则实线所代表的交变电流的有效值小于虚线表示的正弦式交变电流的有效值,则U<,故选D。
5.C 解析 由题图可知,当电流从A流入时,R1被短路,则此时R2上电压有效值U2==20V,当电流从B流入时,R1、R2串联,则R2两端电压有效值U2'==10V,设在一个周期内R2两端的电压有效值为U,则·T,解得U=5V,则有P=W=25W,故C正确。
6.B 解析 根据E=nBωS,因n1>n2,故两线圈内电动势的最大值不相等,电动势的有效值不相等,两电阻消耗的电功率不相等,选项A、D错误。条形磁体转动的周期即为线圈内交变电流的周期,故两线圈内交变电流的频率相等,选项B正确。题图所示位置,匝数为n1的线圈磁通量最大,感应电动势最小;匝数为n2的线圈磁通量最小,感应电动势最大,选项C错误。
7.BC 解析 因为摩擦小轮与车轮之间没有相对滑动,所以它们的线速度相等,即ωr=ω0r0,所以摩擦小轮的角速度ω0=,车头灯发电机产生的电动势最大值为E=nBSω0,所以车头灯两端的电压为U=,故A错误,B正确;车头灯两端的电压U与车轮转动的角速度ω成正比,而车轮行进的速度v=ωr,所以车头灯两端的电压U与自行车速度v成正比,根据车头灯的电功率P=,所以车头灯的电功率与自行车速度的二次方成正比,故C正确;线圈的匝数越多,穿过线圈的磁通量的变化率越大,则产生的感应电动势越大,故D错误。
8.AC 解析 当大轮以角速度ω匀速转动时,因为两轮线速度大小相等,所以小轮的角速度为4ω,即线圈转动的角速度为4ω,A正确;Em=4nBL2ω,其有效值为E==2nBL2ω,灯泡两端电压的有效值为U=E=nBL2ω,B错误;若漆包线的长度变为原来的两倍,则漆包线的电阻变为原来的两倍,线圈匝数变为原来的两倍,线圈产生的电动势变为原来的两倍,灯泡两端电压有效值U'=E'=,C正确;若将小轮半径变为原来的两倍,则小轮转动的角速度减小,线圈产生的电动势减小,灯泡变暗,D错误。