2025届高三物理一轮复习课时作业：交变电流的产生和描述

2025届高三物理一轮复习课时作业 §12.1交变电流的产生和描述 时间：45分钟 满分：100分 一、选择题：本题共12小题，每小题6分，共72分。在每小题给出的四个选项中，第1～8小题，只有一个选项正确；第9～12小题，有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1．矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，下列说法正确的是(　　) A．线圈平面在中性面位置时，穿过线圈的磁通量变化最快 B．线圈平面垂直中性面时，穿过线圈的磁通量最小，感应电动势最大 C．穿过线圈的磁通量最大时，线圈产生的瞬时电动势也最大 D．线圈每通过中性面两次，电流方向改变一次 2．矩形线框绕垂直于磁场的轴匀速转动产生交流电，电动势瞬时值表达式为e＝220sin100πt(V)，下列说法正确的是(　　) A．t＝0时刻穿过线框的磁通量为零 B．交流电的周期为0.01 s C．电动势的有效值为220 V D．若转速增大1倍，其他条件不变，则电动势瞬时值表达式为e＝440sin100πt(V) 3．一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动。在转动过程中，线框中的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是(　　) A．当磁通量为零时，感应电动势也为零 B．当磁通量减小时，感应电动势也减小 C．当磁通量等于0.5Φm时，感应电动势等于0.5Em D．角速度ω等于 4．如图1所示，在匀强磁场中，有一匝数为10匝的矩形金属线圈，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象如图2中曲线a、b所示，则下列说法中正确的是(　　) A．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3 B．曲线a、b对应的t＝6×10－2 s时刻线圈平面均与中性面重合 C．曲线b对应的t＝0时刻穿过线圈的磁通量为 Wb D．曲线b对应的交变电动势有效值为10 V 5．如图所示为某一线圈中交流电的电流—时间图象(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．I0 B．I0 C．I0 D．I0 6．如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正。则图中能正确反映线圈中电流变化规律的是(　　) 7．如图所示为发电机结构示意图，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，其表面均为对应圆心角为120°的圆弧面。M是圆柱形铁芯，它与磁极柱面共轴，铁芯上绕有边长为L的单匝正方形线框，可绕与铁芯共同的固定轴转动，磁极与铁芯间的磁场均匀辐向分布。已知正方形线框匀速转动时，其切割磁感线的边的线速度大小为v，切割时切割边所在位置的磁感应强度大小始终为B，则下列说法正确的是(　　) A．线框中产生的最大感应电动势为BLv B．线框中产生的感应电流的变化周期为 C．线框中产生的有效感应电动势为BLv D．线框中产生的有效感应电动势为BLv 8．如图所示，磁极N、S间的磁场可看做匀强磁场，磁感应强度大小为B0，矩形线圈ABCD的面积为S，线圈共n匝，电阻为r，线圈通过滑环与理想交流电压表V和阻值为R的定值电阻相连，AB边与滑环E相连，CD边与滑环F相连。线圈绕垂直于磁感线的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动，图示位置恰好与磁感线方向垂直。以下说法正确的是(　　) A．线圈在图示位置时，电阻R中的电流方向为从M到N B．线圈从图示位置开始转过180°的过程中，通过电阻R的电荷量为 C．线圈转动一周的过程中克服安培力做的功为 D．线圈在图示位置时电压表示数0 9．如图甲所示为交流发电机的原理图，正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，电流表为理想交流电表，线圈中产生的交变电流随时间的变化如图乙所示，则(　　) A．电流表的示数为10 A B．线圈转动的角速度为50 rad/s C．0.01 s时线圈平面和磁场平行 D．0.01 s时线圈的磁通量变化率为0 10．如图所示，匝数为N、内阻为r的矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边以角速度ω匀速转动，其线圈中感应电动势的峰值为Em，闭合回路中两只完全相同的灯泡均能正常发光，此时它们的电阻均为R，则(　　) A．从图中位置开始计时，感应电动势瞬时值表达式为e＝Emsinωt B．穿过线圈的最大磁通量为 C．从图中位置开始计时，四分之一周期内通过灯泡A1的电荷量为 D．增大角速度ω时，灯泡A1变暗，A2变亮 11．如图所示，由导体材料制成的闭合线框，曲线部分PNQ满足函数y＝0.5sin0.5πx，其中x、y的单位均为m，x满足0≤x≤2，曲线部分电阻不计，直线部分PMQ的电阻为R＝10 Ω。使线框从图示的位置开始(t＝0)，以v＝2 m/s的速度匀速通过宽度为d＝2 m、磁感应强度B＝1 T的有界匀强磁场区域，在线框穿越磁场的过程中，下列说法正确的是(　　) A．线框穿越磁场的时间为4 s B．线框穿越磁场的过程中，P、Q两点间的最大电压为1 V C．线框穿越磁场的过程中，线框中产生的焦耳热为0.1 J D．线框穿越磁场的过程中，感应电流的变化规律为i＝0.1sin0.5πt(A) 12．如图所示，边长为L＝0.2 m的正方形线圈abcd，其匝数为n＝10匝，总电阻为r＝2 Ω，外电路的电阻为R＝8 Ω，ab中点和cd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＝1 T，若线圈以角速度ω＝2 rad/s绕轴OO′匀速转动，并从图示位置开始计时，则下列说法正确的是(　　) A．在t＝ s时刻，穿过线圈的磁通量变化最快 B．闭合电路中感应电动势的瞬时值的表达式为e＝0.8sin2t(V) C．从t＝0时刻到t＝ s时刻，通过R的电荷量为q＝0.02 C D．从t＝0时刻到t＝ s时刻，电阻R上产生的热量为Q＝1.6π×10－3 J 二、非选择题：本题共2小题，共28分。考生根据要求做答 13．(12分) 电压u＝120sin ωt V、频率为50 Hz的交变电流，把它加在激发电压和熄灭电压均为u0＝60 V的霓虹灯的两端。 (1)求在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？ (2)试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象？(已知人眼的视觉暂留时间约为 s) 14．(16分) 如图甲所示，长、宽分别为L1、L2的矩形金属线框位于竖直平面内，其匝数为n，总电阻为r，可绕其竖直中心轴O1O2转动。线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起，并通过电刷和定值电阻R相连。线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场，磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示，其中B0、B1和t1均为已知量。在0～t1的时间内，线框保持静止，且线框平面和磁场垂直；t1时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度ω匀速转动。求： (1)0～t1时间内通过电阻R的电流大小； (2)线框匀速转动后，在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量； (3)线框匀速转动后，从图甲所示位置转过90°的过程中，通过电阻R的电荷量。 第4页，共8页 ( 第 1 页 共 9 页 )高中物理 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2025届高三物理一轮复习课时作业参考答案 §12.1交变电流的产生和描述 一、选择题： 1．B 解析：在中性面位置时，线圈平面与磁场垂直，穿过线圈的磁通量最大，穿过线圈的磁通量变化率为零，即穿过线圈的磁通量变化最慢，线圈产生的瞬时感应电动势最小，故A、C错误；在垂直中性面位置时，穿过线圈的磁通量最小，但穿过线圈的磁通量变化最快，产生的瞬时电动势也最大，故B正确；线圈每通过中性面一次，电流方向改变一次，故D错误。 2．C 解析：t＝0时刻，线框产生的感应电动势为零，即穿过线框的磁通量的变化率为零，此时线框平面与中性面重合，穿过线框的磁通量最大，A错误；ω＝＝100π rad/s，故交流电的周期为0.02 s，B错误；根据电动势瞬时值表达式，该交流电电动势的最大值Em＝220 V，故电动势的有效值E＝＝220 V，C正确；若转速增大1倍，其他条件不变，则ω变为原来的2倍，由电动势最大值Em＝NBSω得，最大值变为原来的2倍，则电动势瞬时值表达式为e＝440sin200πt(V)，D错误。 3．D 解析：根据正弦式交变电流的产生及其变化规律，当磁通量最大时，感应电动势为零；当磁通量减小时，感应电动势在增大，磁通量减为零时，感应电动势最大，由此可知A、B项错误；设从线框位于中性面开始计时，则有e＝Emsin ωt，式中Em＝BSω，因Φm＝BS，故角速度ω＝，D项正确；设e＝0.5Em，则解出ωt＝，此时Φ＝B·Scos ＝BS＝Φm，所以C项错误。 4．B 解析：由图象可知，曲线a对应的交变电流的周期为Ta＝4×10－2 s，曲线b对应的交变电流的周期为Tb＝6×10－2 s，由n＝可知，转速与周期成反比，故曲线a、b对应的线圈转速之比为na∶nb＝Tb∶Ta＝3∶2，故A错误；曲线a、b对应的t＝6×10－2时刻，感应电动势均为0，线圈平面均与中性面重合，B正确；曲线b对应的t＝0时刻，感应电动势为0，线圈处于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，且由Em＝NBSω可知＝＝＝，所以Emb＝Ema＝10 V，又Emb＝NBSωb＝NΦm·ωb，则Φm＝＝＝ Wb，故C错误；曲线b对应的交变电动势最大值为10 V，有效值为5 V，故D错误。 5．A 解析：设交流电电流的有效值为I，线圈电阻为R，则有：I2RT＝2R·＋(2I0)2R·，解得：I＝I0，故B、C、D错误，A正确。 6．D 解析：t＝0时刻，根据图乙表示的转动方向，由右手定则得，此时ad中电流方向为由a到d，线圈中电流方向为a→d→c→b→a，与规定的电流正方向相反，电流为负值。又因为此时ad、bc两边的切割速度方向与磁场方向成45°夹角，由E＝2Blv⊥，可得E＝2Blv＝Em，即此时电流是最大值的倍，由图乙还能观察到，线圈在接下来45°的转动过程中，ad、bc两边的切割磁场的速度越来越小，所以感应电动势应减小，感应电流应减小。综合上述三点可知D项正确。 7．C 解析：正方形线框始终与磁场平行，且匀速旋转，相当于两导体棒始终匀速切割磁感线，线框中产生的最大感应电动势为：Em＝2BLv，故A错误；线框转动一周所用时间就是线框中产生的感应电流的变化周期，为：T＝＝，故B错误；一个周期内产生感应电动势的时间为：t＝T＝T＝T，根据感应电动势有效值的定义有：·T＝T，可得：E＝BLv，故C正确，D错误。 8．C 解析：线圈在图示位置时，穿过线圈的磁通量最大，此时线圈中的感应电流为0，故A错误；线圈自图示位置开始转过180°的过程中，通过电阻R的电荷量为q＝Δt＝Δt＝Δt＝，故B错误；由功能关系可知，线圈转动一周的过程中克服安培力做的功等于回路中产生的热量，即W安＝Q＝I2(R＋r)T＝2(R＋r)＝2(R＋r)＝，故C正确；电压表的示数为交变电流的有效值，线圈转动过程中，电压表示数不变，不为0，故D错误。 9．AD 10．AB 解析：设磁场磁感应强度为B，矩形线圈面积为S，图中线圈处于中性面位置，磁通量最大，感应电动势为零，则从图中位置开始计时，闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emsinωt，而Em＝NBSω，则穿过线圈的最大磁通量Φm＝BS＝，故A、B正确；从图中位置开始计时，四分之一周期内，磁通量变化量ΔΦ＝BS，则通过干路的电荷量q＝N，本题中总电阻无法确定，故通过灯泡A1的电荷量无法确定，故C错误；增大线圈转动角速度ω时，感应电动势的峰值Em变大，线圈转动的频率变大，电感线圈的阻碍作用变大，电容器的阻碍作用变小，故灯泡A1变亮，但灯泡A2的亮度变化不能确定，故D错误。 11．BC 解析：线框穿越磁场的时间为t＝＝ s＝2 s，A错误；当y最大时，P、Q两点间的电压最大，最大值为Um＝Em＝Bymv＝1×0.5×2 V＝1 V，B正确；线框穿越磁场的过程中产生正弦式交变电流，电动势的最大值为Em＝1 V，有效值为E＝ V＝ V，则线框中产生的焦耳热为Q＝t＝×2 J＝0.1 J，C正确；因感应电流的最大值Im＝＝ A＝0.1 A，x＝vt＝2t，则线框穿越磁场的过程中，感应电流的变化规律为i＝0.1sinπt(A)，D错误。 12．CD 解析：周期T＝＝π s，在t＝ s时刻，线圈从图示位置转过180°，此时磁场穿过线圈的磁通量最大，但此时磁通量变化得最慢，故A错误；感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝10×1××0.22×2 V＝0.4 V，闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emsinωt＝0.4sin2t(V)，故B错误；在从t＝0时刻到t＝ s时刻，即线圈从图示位置转过90°的过程中，感应电动势的平均值为＝n，流过R的平均感应电流为＝，通过R的电荷量为q＝Δt＝n＝，代入数据解得q＝0.02 C，故C正确；感应电动势的有效值为E＝＝0.2 V，感应电流的有效值为I＝＝ A＝0.02 A，则从t＝0时刻到t＝ s时刻，电阻R上产生的热量为Q＝I2R× s，代入数据解得Q＝1.6π×10－3 J，故D正确。 二、非选择题：本题共2小题，共28分。考生根据要求做答 13．(12分)　(1)2 400 s　(2)见解析 (1)如图所示，画出一个周期内交变电流的u­t图像，其中阴影部分对应的时间t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1 当u＝u0＝60 V时， 由u＝120sin ωt V求得：t1＝ s 再由对称性知一个周期内能发光的时间为： t′＝T－4t1＝ s－4× s＝ s 再由比例关系求得一个小时内霓虹灯发光的时间为： t″＝× s＝2 400 s。 (2)很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而熄灭的时间间隔只有 s(如图中t2＋t3那段时间)，由于人的眼睛具有视觉暂留现象，而这个视觉暂留时间约为 s远大于 s，因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉。 14．(16分)　(1) (2)πRω (3) 解析　(1)0～t1时间内，线框中的感应电动势 E＝n＝ 根据闭合电路欧姆定律可知，通过电阻R的电流 I＝＝ (2)线框产生感应电动势的最大值Em＝nB1L1L2ω 感应电动势的有效值E＝nB1L1L2ω 通过电阻R的电流的有效值I＝ 线框转动一周所需的时间t＝ 此过程中，电阻R产生的热量Q＝I2Rt＝πRω (3)线框从图甲所示位置转过90 °的过程中， 平均感应电动势E＝n＝ 平均感应电流I＝ 通过电阻R的电荷量q＝IΔt＝。 第4页，共8页 ( 第 1 页 共 9 页 )高中物理 学科网（北京）股份有限公司 $$