2025版高考物理全程一轮复习训练题课时分层精练五十九交变电流的产生和描述

这是一份2025版高考物理全程一轮复习训练题课时分层精练五十九交变电流的产生和描述，共6页。试卷主要包含了解析等内容，欢迎下载使用。
1．位于磁场中的甲、乙两个矩形金属线框可绕各自的轴转动，两根导线将两个线框按如图所示方式连接．现用外力使甲线框沿顺时针方向转动．某时刻甲、乙线框恰处于如图所示的位置．设此时乙线框的ab边受到的安培力为F，则( )
A．F向上，乙线框表示电动机的工作原理
B．F向上，乙线框表示发电机的工作原理
C．F向下，乙线框表示电动机的工作原理
D．F向下，乙线框表示发电机的工作原理
2．[2024·江苏省高三月考]两人在赤道上站立，各自手握金属绳OPO′的一端，绕东西方向的水平轴沿顺时针方向匀速摇动，周期为T，将金属绳连入电路，闭合回路如图所示，取金属绳在图示的最高位置时为t＝0时刻，则下列说法正确的是( )
A．电路中存在周期为T的变化电流
B．t＝0时刻，回路中磁通量最大，电路中电流最大
C．t＝ eq \f(T,4)时刻，电流向左通过灵敏电流计
D．t＝ eq \f(T,2)时刻，回路磁通量最大，电路中电流最大
3．矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电流的电动势e＝220 eq \r(2)sin (100πt) V，下列说法正确的是( )
A．该交流电压有效值为220 eq \r(2) V
B．该交流电每1秒钟电流方向改变100次
C．电容器铭牌标注“220 V，100 μF”接入该交流电路，可以正常工作
D．在t＝ eq \f(1,400) s时刻，电动势瞬时值为220 eq \r(2) V
4．闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图所示．下列说法正确的是( )
A． eq \f(T,2)时刻线框平面与中性面垂直
B．线框的感应电动势最大值为 eq \f(\r(2)πΦm,T)
C．线框转一周外力所做的功为 eq \f(2π2Φ eq \\al(2,m) ,RT)
D．从t＝0到t＝ eq \f(T,4)过程中线框的平均感应电动势为 eq \f(πΦm,T)
5．(多选)图甲为风力发电机检测电路的简易模型，在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁铁转动，磁铁下方的检测线圈与电压传感器相连，在某一风速时，传感器显示如图乙所示，则( )
A．磁铁的转速为10 r/s
B．线圈两端电压的有效值为6 eq \r(2)(V)
C．交变电压的表达式为u＝12sin 5πt(V)
D．由图乙可知t＝0.1 s时，穿过检测线圈的磁通量最大
6．(多选)[2024·宁夏石嘴山市模拟预测]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50 eq \r(2) 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
7．[2024·全国校联考模拟预测]如图所示，MN右侧存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，某同学用粗细均匀、总阻值为R的漆包电阻丝做成两个半径均为r的半圆形闭合金属线圈，图中O点导线交叉处不连通．金属线圈可绕两半圆直径所在的转轴O1O2(恰好与边界MN重合)转动．金属线圈以角速度ω1匀速转过半圈的过程中产生的热量与以角速度ω2匀速转过一圈的过程中产生的热量相等，则ω1∶ω2等于( )
A．2∶1 B．4∶1
C．1∶2 D．1∶4
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8.
如图所示是一台发电机的结构示意图，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状．M是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M共轴的固定转动轴旋转．磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小近似均匀的磁场．若从图示位置开始计时，当线框绕固定转动轴匀速转动时，下列图像中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是( )
9．[2024·河北沧州市模拟预测]半径为r的圆形导体框与小灯泡组成如图甲所示的回路，框内存在匀强磁场，磁感应强度随时间按正弦规律变化，如图乙所示(规定垂直纸面向里为磁场的正方向)，圆形导体框电阻为R1，小灯泡电阻为R2，其他电阻不计，磁感应强度最大值为B0，变化周期为T，电压表为理想电压表，下列说法正确的是( )
A．导体框上感应电动势的最大值为 eq \f(2B0π2r2,T)
B．电压表的示数为 eq \f(2B0π2r2R2,T（R1＋R2）)
C．在 eq \f(T,2)～ eq \f(3T,4)内流过小灯泡电流的方向N→L→M，通过小灯泡的电荷量q＝ eq \f(B0πr2,R2)
D．一个周期内回路中产生的热量 eq \f(2B eq \\al(2,0) π4r4,T（R1＋R2）)
课时分层精练（五十九） 交变电流的产生和描述
1．解析：甲线框沿顺时针方向转动，根据右手定则可知，此时从上向下看，电流为顺时针方向，故乙线框中电流从a流向b，根据左手定则可知，ab边受到的安培力F向下，乙线框是在安培力作用下运动的，表示电动机的工作原理，故C正确，A、B、D错误．
答案：C
2．解析：金属绳在匀强磁场中匀速摇动时，产生周期性变化的电流，所以这个电路中存在周期为T的变化电流，故A正确；在t＝ eq \f(T,4)时刻，金属绳向下运动，由右手定则可知，电流向右通过灵敏电流计，故C错误；在t＝0时刻和t＝ eq \f(T,2)时刻，磁通量的变化率最小，则电路中电流最小，故B、D错误．
答案：A
3．解析：该交流电压有效值为U＝ eq \f(220\r(2),\r(2)) V＝220 V，故A错误；
周期T＝ eq \f(2π,ω)＝ eq \f(2π,100π) s＝0.02 s，频率f＝ eq \f(1,T)＝50 Hz
则该交流电每1秒钟电流方向改变100次，故B正确；
由于该交流电压的最大值220 eq \r(2) V大于电容器的额定电压220 V，电容器铭牌标注“220 V，100 μF”接入该交流不可以正常工作，故C错误；
在t＝ eq \f(1,400) s时刻，电动势瞬时值为e＝220 eq \r(2)sin （100π× eq \f(1,400)） V＝220 V，故D错误．故选B.
答案：B
4．解析：由图像可知 eq \f(T,2)时刻线圈的磁通量最大，因此此时线圈处于中性面位置，故A错误；
线框的感应电动势最大值为Em＝BSω＝ eq \f(2πΦm,T)，故B错误；
线框的感应电动势有效值为E＝ eq \f(Em,\r(2))＝ eq \f(\r(2)πΦm,T)
线框转一周外力所做的功等于产生的电能，即W外＝Q＝ eq \f(E2,R)T＝ eq \f(2π2Φ eq \\al(2,m) ,RT)，故C正确；
从t＝0到t＝ eq \f(T,4)过程中线框的平均感应电动势为 eq \(E,\s\up6(－))＝ eq \f(ΔΦ,Δt)＝ eq \f(Φm,\f(T,4))＝ eq \f(4Φm,T)，故D错误．故选C.
答案：C
5．解析：由图乙可知该交流电的周期为T＝0.4 s故磁体的转速为n＝ eq \f(1,T)＝ eq \f(1,0.4)＝2.5 r/s，故A错误；
通过图乙可知电压的最大值为12 V，故有效值U＝ eq \f(Um,\r(2))＝6 eq \r(2) V，故B正确；
周期T＝0.4 s故ω＝ eq \f(2π,T)＝ eq \f(2π,0.4) rad/s＝5π rad/s故电压的表达式为u＝12sin 5πt（V），故C正确；
由图乙可知t＝0.1 s时，穿过检测线圈的磁通量变化率最大，则磁通量为0，故D错误．故选BC.
答案：BC
6．解析：由图乙可知，该电压的周期为0.02 s，可知交变电流的频率为f＝ eq \f(1,T)＝ eq \f(1,0.02) Hz＝50 Hz，故A正确；
由图乙可知，前 eq \f(T,2)周期内最大电压为100 V，后 eq \f(T,2)周期内电压是零，由有效值的定义可得 eq \f(（\f(Um,\r(2))）2,R)· eq \f(T,2)＝ eq \f(U2,R)T
解得R两端电压的有效值为U＝50 V，故B错误；
若电阻R＝10 Ω，由焦耳定律，可得1 min内R产生的热量为Q＝I2Rt＝（ eq \f(U,R)）2Rt＝（ eq \f(50,10)）2×10×60 J＝1.5×104 J，故C正确；
因电阻R两端的电压最大值为100 V，大于95 V，因此一个标有“95 V，30 μF”的电容器并联在电阻R两端，不可以正常工作，故D错误．故选AC.
答案：AC
7．解析：金属线圈转动过程中产生的电动势最大值Em＝BSω＝B· eq \f(1,2)πr2ω
电路中电流的有效值I＝ eq \f(E,R)＝ eq \f(Em,\r(2)R)＝ eq \f(πr2Bω,2\r(2)R)
金属线圈以角速度ω1匀速转过半圈过程中产生的热量Q＝I eq \\al(2,1) R eq \f(π,ω1)＝ eq \f(π3r4B2ω1,8R)
金属线圈以角速度ω2匀速转过一圈过程中产生的热量Q＝I eq \\al(2,2) R eq \f(2π,ω2)＝ eq \f(π3r4B2ω2,4R)
得ω1∶ω2＝2∶1
故A正确，B、C、D错误．故选A.
答案：A
8．解析：
因发电机的两个磁极N、S呈半圆柱面形状，磁极间的磁感线如图所示，即呈辐向分布，磁感应强度的大小不变，但方向发生改变，故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小不变，线框越过空隙后，由于线框切割磁感线方向发生变化，所以感应电动势的方向发生变化，综上所述，D正确．
答案：D
9．解析：由图像可知磁感应强度为B＝B0sin ωt
线框中感应电动势为e感＝ eq \f(ΔΦ,Δt)＝B0πr2ωcs ωt，ω＝ eq \f(2π,T)
感应电动势的最大值为Em＝ eq \f(2B0π2r2,T)，故A正确；
电压表示数为小灯泡电压的有效值E有效＝ eq \f(Em,\r(2))，U＝ eq \f(E有效R2,R1＋R2)＝ eq \f(\r(2)B0π2r2R2,T（R1＋R2）)，故B错误；
在 eq \f(T,2)～ eq \f(3T,4)内磁场垂直纸面向外增大，感应电流产生的磁场垂直纸面向里，感应电流沿顺时针方向，故流过小灯泡电流的方向N→L→M，通过小灯泡的电荷量为q＝ eq \(I,\s\up6(－))·Δt＝ eq \f(ΔΦ,Δt（R1＋R2）)Δt＝ eq \f(ΔΦ,R1＋R2)＝ eq \f(B0πr2,R1＋R2)
故C错误；
一个周期内回路中产生的热量Q＝ eq \f(E eq \\al(2,有效) ,R1＋R2)T＝ eq \f(2B eq \\al(2,0) π4r4,T（R1＋R2）)，故D正确．故选AD.
答案：AD