60第十三单元 第1课时　交变电流的产生和描述-【优化指导】2026年物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教浙江专版）

课时提升训练(60)　交变电流的产生和描述 考点一　正弦式交变电流的产生及变化规律 1．如图所示，在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置，下列说法正确的是 (　　) A.t1时刻穿过线框的磁通量最大 B．t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左 C．t2时刻穿过线框的磁通量变化最快 D．t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左 答案：B 2．(2025·绍兴检测)老师采用图甲所示的实验器材演示交变电流的产生，并联的两个发光二极管连接方式如图乙所示，二极管两端正向电压大于0.7 V时才能发光，反向电压超过20 V将损坏。匀速转动手柄，1 min内二极管闪烁100次。已知发电机中正方形线框的边长为10 cm，匝数为1 000，假设线圈所在处的磁场可视为匀强磁场，下列判断正确的是 (　　) A．线框的转速为100 r/s B．线框的电动势有效值可能是20 V C．磁感应强度B不会超过0.4 T D．若转速减半，1 min内闪烁次数将变为50次 C　解析：正弦式交变电流一个周期内电流方向改变2次，所以1 min内有50个周期，线框的转速为50 r/min，A错误；若线框的电动势有效值是20 V，则最大值为20 V≈28.2 V，二极管将被击穿，B错误；由最大值Em＝nBSω＝nBS×2πf＝1 000×B×0.12×2×3.14× V≤20 V，解得B≤0.4 T，C正确；若转速减半，交流电的最大值减半，如果这时的最大值小于0.7 V，二极管将不会闪烁，1 min内闪烁次数将变为0次，D错误。 考点二　有效值的理解与计算 3．(2024·宁波十校联盟3月联考)如图甲、乙所示为某家庭应急式手动发电机的两个截面示意图。推动手柄使半径为r的圆形线圈a沿轴线往复运动，其运动的v－t图线为如图丙所示的正弦曲线，最大速度为v0。已知线圈匝数为n，电阻不计，所在位置磁感应强度大小恒为B，理想变压器原、副线圈匝数之比为k，两灯泡电阻均为R，A为理想交流电流表，闭合开关S，下列说法正确的是 (　　) A．L1两端电压最大值为2nπBrv0 B．电流表A的读数为 C．线圈a的输出功率为 D．若断开开关S，L1中电流不变，原线圈中电流也不变 C　解析：由题意可知，线圈切割磁感线瞬时速度为v时产生的感应电动势e＝nB·2πrv(点拨：线圈切割磁感线的有效长度是线圈的周长)，而v＝v0 sin ，说明发电机产生正弦式交变电流，产生电压的最大值U1m＝nB·2πrv0，则副线圈两端电压即L1两端电压最大值U2m＝，A错误；副线圈两端电压有效值U2＝＝，两灯泡并联总电阻为，电流表A的示数I＝＝，B错误；线圈a的输出功率即原线圈的输入功率，与副线圈的输出功率相等，即P＝U2I＝，C正确；若断开开关S，副线圈两端电压不变(点拨：变压器的输入电压不变，不管负载如何变化，变压器的输出电压不变)，则L1中电流不变，但副线圈中电流大小减半，则原线圈中电流大小减半，D错误。 4．如图所示是某一线圈通过的交流电的电流—时间关系图像(前半个周期为正弦波形的)，则一个周期内该电流的有效值为 (　　) A．I0 B．I0 C．I0 D．I0 B　解析：设该电流的有效值为I，由I2RT＝()2R·＋(2I0)2R·，解得I＝I0，B正确。 考点三　对交变电流“四值”的理解和应用 5．如图甲是交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，矩形线圈abcd绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间变化如图乙所示，通过电刷与阻值为5 Ω的小灯泡组成闭合电路，已知线圈内阻为1 Ω，则 (　　) A．交流电压表示数为10 V B．线圈转速为2.5 r/s C．当线圈处于图示与磁感线平行位置时ab边受到的安培力为零 D．线框由图示与磁感线平行位置转圈，小灯泡消耗的电能为1.2 J B　解析：根据题图乙可知，电动势有效值E＝＝6 V，电压表示数，即灯泡两端电压U＝5 V，A错误；周期T＝0.4 s，则线圈转速n＝＝2.5 r/s，B正确；当线圈与中性面垂直，感应电流最大，ab受到安培力最大，C错误；灯泡消耗电能Q＝()2R＝()2×5×0.1 J＝1.0 J，D错误。 6．(多选)如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线恰好位于匀强磁场的边界线OO′上，磁场的磁感应强度为B，若线圈从图示位置开始以角速度ω绕OO′轴匀速转动，则以下判断正确的是 (　　) A．图示位置线圈中的感应电动势最大，为Em＝BL2ω B．从图示位置开始计时，闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝BL2ωsin ωt C．线圈从图示位置起转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为q＝ D．线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为Q＝ BD　解析：题图位置线圈中的感应电动势最小，为零，A错误；若线圈从题图位置开始转动，闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝BL2ωsin ωt，B正确；线圈从题图位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量q＝·Δt＝＝，C错误；Em＝BL2ω，线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量Q＝()2·R·＝，D正确。 7．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上的电功率为 (　　) A．10 W B．15 W C．25 W D．30 W C　解析：由题图可知，当电流从A流出时，R1被短路，则此时R2两端电压有效值U2＝＝20 V，当电流从B流出时，R1、R2串联，则R2两端电压有效值U2′＝＝10 V，设在一个周期内R2两端的电压有效值为U，则·＋·＝·T，解得U＝5 V，则有P＝＝ W＝25 W，C正确。 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 AC　解析：大轮和小轮通过皮带传动，线速度相等，小轮和线圈同轴转动，角速度相等，根据v＝ωr及大轮与小轮半径之比为4∶1，得小轮转动的角速度为4ω，线圈转动的角速度为4ω，A正确；线圈产生感应电动势的最大值Em＝nBS·4ω，又S＝L2，联立可得Em＝4nBL2ω，则线圈产生感应电动势的有效值E＝＝2nBL2ω，根据串联电路分压原理可知灯泡两端电压有效值为U＝＝nBL2ω，B错误；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，则线圈的匝数变为原来的2倍，线圈产生感应电动势的最大值Em′＝8nBL2ω，此时线圈产生感应电动势的有效值E′＝＝4nBL2ω，根据电阻定律R′＝ρ，可知线圈电阻变为原来的2倍，即为2R，根据串联电路分压原理可得灯泡两端电压有效值U′＝＝，C正确；若仅将小轮半径变为原来的两倍，根据v＝ωr可知小轮和线圈的角速度变小，根据E＝可知线圈产生的感应电动势有效值变小，则灯泡变暗，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$