第1节 交变电流的产生及描述-【金版教程】2026年高考物理一轮总复习首选用卷全书Word

高考总复习首选用卷 物理 第1节　交变电流的产生及描述 考点一　正弦交变电流的产生 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 答案：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.(2024·新课标卷)(多选)电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过90°时，线圈中(　　) A．电流最小 B．电流最大 C．电流方向由P指向Q D．电流方向由Q指向P 答案：BD 解析：由题图可知，磁极再转过90°时，磁场方向恰与线圈平面平行，穿过线圈的磁通量为0，但磁通量的变化率最大，可知此时线圈中电流最大，故A错误，B正确；由题图可知，磁极再转过90°时，磁场方向垂直于PQ向下，磁场向右运动，则PQ相对磁场向左运动，由右手定则可知，此时线圈中感应电流方向由Q指向P，故C错误，D正确。 考点二　交变电流的图像与表达式 3．(2025·辽宁省丹东市高三上10月月考)(多选)北京市东城区民用电网改造完成后，某居民小区变压器输出端的交变电压瞬时值的表达式为u＝311sin(100πt) V，对此交变电压，下列表述正确的是(　　) A．最大值是311 V B．频率是100 Hz C．频率是50 Hz D．周期是0.01 s 答案：AC 解析：由输出端的交变电压瞬时值的表达式知，此交变电压的最大值为Um＝311 V，周期为T＝ s＝0.02 s，频率为f＝＝50 Hz，故A、C正确，B、D错误。 4．(多选)矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生如图所示的正弦式交变电流。下列说法正确的是(　　) A．该交变电流的周期为0.01 s B．该交变电流的频率为100 Hz C．该交变电流的最大值为4 A D．线圈转动的角速度是100π rad/s 答案：CD 解析：由题图可知，该交变电流的周期为T＝0.02 s，频率为f＝＝50 Hz，最大值为Im＝4 A，故C正确，A、B错误；线圈转动的频率等于该交变电流的频率，所以线圈转动的角速度是ω＝2πf＝100π rad/s，故D正确。 5.(2022·海南高考)一个有N匝的矩形线框，面积为S，以角速度ω从如图所示的位置开始，在匀强磁场B中绕垂直于磁场的轴匀速转动，则产生的感应电动势随时间变化的图像是(　　) 答案：A 解析：由题意知，矩形线框在匀强磁场B中绕垂直于磁场的轴匀速转动，则产生正弦式交变电流；线框位于题图所示位置时，穿过线框的磁通量为零，感应电动势最大，为Em＝NBSω，则矩形线框产生的感应电动势随时间变化的图像是A。 6.如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线OO′与磁感线垂直。已知匀强磁场的磁感应强度B＝1 T，线圈所围面积S＝0.1 m2，转速n＝12 r/min。若从与中性面重合时开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为(　　) A．e＝12πsin(120t) V B．e＝24πsin(120πt) V C．e＝0.04πsin(0.4πt) V D．e＝0.4πcos(2πt) V 答案：C 解析：矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，若从与中性面重合时开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝Emsinωt，其中ω＝2πn＝0.4π rad/s，Em＝NBSω＝0.04π V，则瞬时值表达式为e＝0.04πsin(0.4πt) V，故选C。 7．由交变电动势的瞬时值表达式e＝10sin(4πt) V，可知(　　) A．此交流电的频率是4π Hz B．此交流电的周期是0.5 s C．当t＝0.5 s时，此交变电动势有最大值 D．当t＝0时，产生此交流电的线圈平面与中性面垂直 答案：B 解析：由交变电动势的瞬时值表达式可知ω＝4π rad/s，由公式ω＝＝2πf，解得周期T＝0.5 s，频率f＝2 Hz，故A错误，B正确；当t＝0.5 s时，此交变电动势为e＝10sin(4π×0.5) V＝0，故C错误；当t＝0时，此交变电动势的瞬时值为e＝0，则产生此交流电的线圈平面与中性面重合，故D错误。 8．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＝220sin(100πt) 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．电动势的有效值为220 V C．交流电的周期为0.01 s D．若转速增大为原来的2倍，其他条件不变，则电动势瞬时值表达式为e＝440sin(100πt) V 答案：B 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；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，B正确；ω＝＝100π rad/s，故交流电的周期为0.02 s，C错误；若转速增大为原来的2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＝440sin(200πt) V，D错误。 考点三　交变电流的有效值 9．(2025·江西省高三上模拟)如图甲、乙所示分别为两交变电源的输出电压随时间变化的图像，让它们分别接在阻值相同的定值电阻的两端，则时间T内与甲、乙两电源相接的电阻产生的热量之比为(　　) A．1∶1 B.∶1 C．2∶1 D．1∶ 答案：A 解析：设定值电阻的阻值为R，由题图甲可知，甲电源所在电路，一个周期内定值电阻产生的热量Q1＝T，由题图乙可知，乙电源所在电路，一个周期内定值电阻产生的热量Q2＝·，解得Q1∶Q2＝1∶1，故选A。 10．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电流。如图为某一正弦交变电流整流后的输出电流，则该输出电流的有效值为(　　) A．10 A B．5 A C．2.5 A D．5 A 答案：B 解析：根据有效值的定义，可得R·＝IRT，解得该输出电流的有效值为I有＝5 A，故选B。 11．如图所示为一交变电流随时间变化的图像，此交变电流的有效值为(　　) A．7 A B．5 A C．3.5 A D．3.5 A 答案：B 解析：设该交变电流的有效值为I，根据有效值的定义有(4 A)2R×0.02 s＋(3 A)2R×0.02 s＝I2R×0.04 s，解得I＝5 A，故选B。 12．(2024·河北高考)R1、R2为两个完全相同的定值电阻，R1两端的电压随时间周期性变化的规律如图1所示(三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的倍)，R2两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示，则两电阻在一个周期T内产生的热量之比Q1∶Q2为(　　) A．2∶3 B．4∶3 C．2∶ D．5∶4 答案：B 解析：由题可知，Q1＝×＋×＝，Q2＝T＝，且R1＝R2，联立可得Q1∶Q2＝4∶3，故选B。 13.(2021·天津高考)如图所示，闭合开关后，R＝5 Ω的电阻两端的交流电压为u＝50·sin10πt V，电压表和电流表均为理想交流电表，则(　　) A．该交流电周期为0.02 s B．电压表的读数为100 V C．电流表的读数为10 A D．电阻的电功率为1 kW 答案：C 解析：该交流电的周期为T＝＝ s＝0.2 s，A错误；电压表的读数为交流电压的有效值，即U＝＝ V＝50 V，B错误；电流表的读数为I＝＝ A＝10 A，C正确；电阻的电功率为P＝IU＝10×50 W＝500 W，D错误。 14．(2024·北京市丰台区高三下一模)一正弦式交流电的u­t图像如图所示。下列说法正确的是(　　) A．此交流电的频率为25 Hz B．用其给100 Ω的电阻供电，电阻消耗的功率为484 W C．用其给额定功率为1000 W的电吹风供电，若电吹风正常工作，则电路中的电流约为3.2 A D．用其给线圈电阻为10 Ω的电动机供电，电动机正常工作时的电流为22 A 答案：B 解析：由题图可知，此交流电的周期T＝0.02 s，则频率f＝＝50 Hz，故A错误；此交流电电压的有效值U＝ V＝220 V，用其给100 Ω的电阻供电，电阻消耗的功率P＝＝484 W，故B正确；额定功率为1000 W的电吹风正常工作，则电路中的电流约为I＝＝4.55 A，故C错误；当电路中接入阻值为10 Ω的电阻时，电路中的电流I′＝＝22 A，接入线圈电阻为10 Ω的电动机后，电动机正常工作时对外输出机械能，则电路为非纯电阻电路，电路中的电流小于22 A，故D错误。 15.(2021·辽宁高考)如图所示，N匝正方形闭合金属线圈abcd边长为L，线圈处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴OO′以角速度ω匀速转动，ab边距轴。线圈中感应电动势的有效值为(　　) A．NBL2ω B.NBL2ω C.NBL2ω D.NBL2ω 答案：B 解析：线圈绕垂直于磁感线且与线圈共面的轴匀速转动，产生正弦式交变电流，且感应电动势的最大值Em＝NBSω＝NBL2ω，则线圈中感应电动势的有效值为E＝＝NBL2ω，B正确。 16.如图所示电路中，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大)，在A、B间加一正弦交流电u＝20sin(100πt) V，则加在R2上的电压有效值为(　　) A．10 V B．20 V C．15 V D．5 V 答案：D 解析：电压值取正值时，即在前半个周期内，二极管电阻为零，R1被短路，R2上的电压等于输入电压值；电压值取负值时，即在后半个周期内，二极管电阻无穷大，可看作断路，此时R1、R2串联，R2上的电压等于输入电压值的一半。设加在R2上的电压有效值为U，根据有效值的定义，在一个周期内满足T＝·＋·，可求出U＝5 V。故D正确。 17.(2024·北京市丰台区高三下二模)如图所示为交流发电机的示意图，装置中两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场，磁感应强度为B。匝数为n、面积为S的矩形线圈在磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，角速度为ω，回路中总电阻为R。下列说法正确的是(　　) A．线圈在图示位置时通过线圈的磁通量为0 B．从图示位置开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBSωcosωt C．回路中电流的有效值为 D．回路中的电功率为 答案：C 解析：线圈在图示位置时通过线圈的磁通量最大，为BS，故A错误；题图中线圈位于中性面位置，则从图示位置开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBSωsinωt，故B错误；回路中电动势的有效值为E＝＝，电流的有效值为I＝＝，回路中的电功率为P＝I2R＝，故C正确，D错误。 18．(2025·广东省高三模拟)小型发电机的工作原理如图甲所示，两磁极之间可视为匀强磁场，发电机产生的交变电流的电动势随时间变化的关系图像如图乙所示，将线圈与阻值为10 Ω的定值电阻相连。不计线圈内阻。下列说法正确的是(　　) A．该交变电流的频率为5 Hz B．t＝0.01 s时，线圈平面转到中性面位置 C．0～0.01 s内，通过线圈的电荷量为0.02 C D．如把击穿电压为20 V的电容器接在发电机两端，电容器刚好不会被击穿 答案：B 解析：由题图乙可知，交变电流的周期T＝0.02 s，频率f＝＝50 Hz，故A错误；由题图乙可知，t＝0.01 s时，电动势为零，说明线圈平面转到中性面位置，故B正确；t＝0和t＝0.01 s时，电动势均为零，通过线圈的磁通量有最大值，设为Φm，则0～0.01 s时间内磁通量变化量ΔΦ＝2Φm，由法拉第电磁感应定律可得线圈中感应电动势的平均值＝N，线圈中的平均感应电流＝，通过线圈的电荷量q＝Δt，又电动势的最大值Em＝NΦmω＝，根据题图乙可知Em＝20 V，联立解得q＝ C，故C错误；如把击穿电压为20 V的电容器接在发电机两端，发电机输出的最大电压为20 V，电容器会被击穿，故D错误。 19．图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈内阻为10 Ω，外接一只电阻为90 Ω的灯泡，不计电路中的其他电阻，则(　　) A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直 B．每秒钟内电流方向改变100次 C．灯泡两端的电压为22 V D．0～0.01 s时间内通过灯泡的电荷量为0 答案：B 解析：由题图乙电动势随时间变化的正弦规律图像可知，t＝0时刻电动势e＝0，则t＝0时刻线圈位于中性面位置，A错误；由题图乙可知，电动势变化的周期为0.02 s，所以频率为50 Hz，则每秒钟内电流方向改变100次，B正确；由题图乙可知，电动势的有效值为E＝ V＝22 V，所以灯泡两端的电压为UL＝×E＝×22 V＝19.8 V，C错误；0～0.01 s时间内通过灯泡的电流恒为正值，根据q＝it知通过灯泡的电荷量不为0，D错误。 20.如图所示，圆形闭合金属线圈在水平匀强磁场中匀速转动，转动周期为T，竖直转轴OO′过圆心且垂直于磁场方向。从线圈平面与磁场方向平行开始计时，当t＝时，线圈中的感应电动势为4 V，则线圈感应电动势的有效值为(　　) A．4 B. C. D．4 答案：D 解析：由题可知，从线圈平面与磁场方向平行开始计时，线圈产生的感应电动势瞬时值表达式为e＝Emcost，当t＝时，线圈中的感应电动势为4 V，即Emcos＝4 V，解得Em＝8 V，故线圈感应电动势的有效值为E＝＝4 V，故选D。 21．(2025·江西省南昌市高三模拟)如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图像如图线b所示。以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是(　　) A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零 B．线圈先后两次转速之比为2∶3 C．交流电a电压的瞬时值表达式为u＝10sin(10πt) V D．交流电b电压的最大值为 V 答案：D 解析：由题图可知，t＝0时刻线圈中的感应电动势均为0，则线圈均在中性面位置，穿过线圈的磁通量均为最大，故A错误；由题图可知，交流电a与交流电b的周期之比为2∶3，由ω＝和n＝可得n＝，故线圈先后两次转速之比为3∶2，故B错误；由题图可知，交流电a的最大值为Uam＝10 V，角速度为ωa＝＝5π rad/s，所以交流电a电压的瞬时值表达式为u＝10sin(5πt) V，故C错误；线圈在匀强磁场中匀速转动产生的正弦式交流电电压的最大值为Um＝NBSω，结合B项分析可知，Uam∶Ubm＝ωa∶ωb＝3∶2，故交流电b电压的最大值为Ubm＝Uam＝ V，故D正确。 22.某旋转磁极式风力发电机原理如图所示，被风吹动的风叶带动磁铁旋转，使通过线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电流。已知风速与发电机的转速成正比，线圈与定值电阻R构成闭合回路，线圈的电阻不能忽略。下列说法正确的是(　　) A．风速越大，感应电流的频率越小 B．交流电压表的有效值与风速无关 C．风速一定的情况下，减少线圈的匝数，电压表读数增大 D．风速一定的情况下，发电机的功率大于线圈电阻的电功率 答案：D 解析：风速越大，发电机的转速n越大，发电机转动频率越大，感应电流的频率等于发电机转动频率，则感应电流的频率越大，故A错误；风速越大，发电机转动角速度ω＝2πn越大，相同位置处穿过线圈的磁通量变化越快，根据法拉第电磁感应定律可得，线圈中的感应电动势的瞬时值越大，则感应电动势的有效值E越大，电压表的示数U＝越大，故B错误；风速一定，则穿过线圈的磁通量的变化率的最大值一定，由E＝n可知，线圈匝数减少，产生的感应电动势的最大值减小，有效值E减小，电压表读数U＝减小，故C错误；由于线圈的内阻不能忽略，则发电机的功率等于线圈电阻的电功率和定值电阻R的电功率之和，故D正确。 23.(多选)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＝0.8sin(2t) 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 答案：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＝0.4sin(2t) 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。 24．(2022·广东高考)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 答案：B 解析：根据E＝n，两线圈中磁通量变化率的最大值相等，但是匝数不等，则产生的感应电动势最大值不相等，有效值也不相等，根据P＝可知，两电阻消耗的电功率也不相等，故A、D错误；两线圈产生的交变电流周期与条形磁铁旋转周期相等，则两线圈产生的交变电流的频率相等，故B正确；当线圈的轴线与磁铁两端的平面平行时，线圈中的磁通量为零，磁通量变化率最大，感应电动势最大，可知两线圈产生的感应电动势不可能同时达到最大值，故C错误。 25．(2024·山东高考)如图甲所示，在－d≤x≤d、－d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域)，边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为(　　) 答案：C 解析：根据题意可知，磁场区域变化前线圈产生的感应电动势为e＝Esint，由题图丙可知，磁场区域变化后，当Esint＝时，线圈的侧边才开始切割磁感线，可解得此时线圈转过的角度θ＝t＝，同理，当再次有Esint＝时，线圈的侧边即将离开磁场区域，此时线圈转过的角度为θ′＝t′＝，分析可知，磁场区域平行于y轴的边界与y轴的距离变为d′＝dcos＝，则变化后磁场位于－≤x≤的区域中，且磁场区域在y轴方向的范围不比原来小，C正确。 26.如图所示，坐标系xOy的第一、四象限的两块区域内分别存在垂直纸面向里、向外的匀强磁场，磁感应强度的大小均为1.0 T，两块区域曲线边界的曲线方程为y＝0.5sin(2πx) m(0<x<1.0 m)。现有一单匝矩形导线框abcd在拉力F的作用下，从图示位置开始沿x轴正方向以2 m/s的速度做匀速直线运动，已知导线框长为1 m、宽为0.5 m，总电阻值为0.5 Ω，开始时边bc与y轴重合。则导线框穿过两块区域的整个过程拉力F做的功为(　　) A．0.5 J B．0.75 J C．1.0 J D．1.5 J 答案：D 解析：bc边由x＝0运动至x1＝0.5 m的过程中，所用时间t1＝＝0.25 s，只有bc边的上半部分切割磁感线，产生的感应电动势大小为e1＝Byv＝sin(2πx)＝sin(4πt) V，则有效值为E1＝＝ V；bc边由x1＝0.5 m运动至x2＝1.0 m的过程中，所用时间t2＝＝0.25 s，bc边的下半部分和ad边的上半部分都切割磁感线，根据右手定则可知，两部分在回路中产生的感应电流方向相同，从bc边经过x1＝0.5 m处开始计时，根据法拉第电磁感应定律可知，两部分产生的感应电动势大小均为e0＝Byv＝sin(4πt) V，则总的感应电动势大小为e2＝2e0＝2sin(4πt) V，则有效值为E2＝＝ V；bc边由x2＝1.0 m运动至x3＝1.5 m的过程中，所用时间t3＝＝0.25 s，只有ad边的下半部分切割磁感线，从bc边经过x3＝1.0 m处开始计时，根据法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势大小为e3＝Byv＝sin(4πt) V，则有效值为E3＝＝ V。导线框做匀速运动，外力F做的功全部转化为电能，则WF＝t1＋t2＋t3，代入数据解得WF＝1.5 J，故D正确，A、B、C错误。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$