11.1 交变电流的产生和描述 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 聚焦交变电流产生原理与描述体系，通过分层题型构建从基础概念到综合应用的逻辑链条，强化科学思维与物理观念的融合。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础概念|题1|产生条件辨析|从磁通量变化切入，区分恒定/变化磁场中感应电流性质| |描述量计算|题2、4、5|有效值/最大值/转速关联|围绕ω、Eₘ、U有效等物理量，构建公式推导与单位换算体系| |图像分析|题6、12、13|e-t/Φ-t图像解读|通过图像提取周期、相位信息，深化电磁感应规律的时空关联| |综合应用|题15、16|焦耳热/电荷量计算|结合能量观念与科学推理，实现从电磁学到电路的知识迁移|

11.1交变电流的产生和描述专项训练 2027届高考物理一轮复习 一、单选题 1．如图所示，正方形线圈中能够产生正弦式交变电流的是（　　） A．图（a）中，线圈在匀强磁场中向左匀速运动 B．图（b）中，线圈在通有恒定电流的长直导线旁向右平移 C．图（c）中，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动 D．图（d）中，线圈静止在均匀增加的匀强磁场中 2．如图，一匝数为N、边长为L的正方形金属线框，在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，绕固定轴以角速度匀速转动。线框通过特定的电刷与阻值为R的电阻相连，电阻两端的电压U随时间t的变化关系如图乙所示，最大值为。线框电阻不计，在转动一周的过程中，下列说法正确的是（　　） A．流过电阻R的电流是交流电 B．电阻R两端电压的有效值为 C．通过电阻R的电荷量为 D．电阻R上产生的焦耳热为 3．如图所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的OO′轴以角速度ω匀速转动。下列说法正确的是（　　） A．线圈位于图示位置时电流方向为abcd B．线圈位于图示位置时产生的感应电动势最大 C．线圈从图示位置转过90°时，电流方向发生改变 D．仅增大角速度ω，线圈所受外力做的功越多 4．汕头南澳海上某风电场采用搭载永磁同步发电机的风力机组，该机组使用4极发电机，其转速公式为，其中f为频率，p为发电机的极数。发电机产生的电动势e＝975sin100πt（V），下列说法正确的是（　　） A．电动势有效值为 B．发电机转速为1500 r/min C．当转速增大时，交流电的频率增大，电动势不变 D．当电动势为零时，发电机中线圈的磁通量也为零 5．如图所示为交流发电机的示意图，从线圈通过中性面位置开始计时，发电机产生的电动势瞬时值表达式为，回路的总电阻阻值为。下列说法正确的是（　　） A．每秒钟电流方向变化50次 B．电阻消耗的电功率为48.4W C．仅线圈转速加倍，则电动势为 D．图示位置CD边受到的安培力方向向下 6．如图1所示，在水平向右的匀强磁场中，匝数为100匝的矩形线圈绕与线圈平面共面的竖直轴匀速转动，从线圈转到某一位置开始计时，线圈中的瞬时感应电动势e随时间t变化的关系如图2所示。则下列说法中正确的是（　　） A．e＝0时，穿过每匝线圈磁通量为 B．t＝0时，线圈平面与磁场方向夹角为30° C．线圈中感应电流的方向每秒钟改变50次 D．e随时间t的变化关系为 7．某电热器接在交流电源上，其内部电路示意图如图甲所示，当电热丝被加热到一定温度后，装置使电热丝两端的电压变为如图乙所示的波形，此时理想交流电压表的示数为（　　） A． B． C． D． 二、多选题 8．某实验小组研究互感现象的装置如图甲所示，M为送电线圈，接正弦式交变电流，N为匝数的受电线圈，其磁通量随时间t变化的规律如图乙所示。下列说法正确的是（    ） A．穿过线圈N的最大磁通量为0.002Wb B．线圈N产生的感应电动势的最大值为4V C．在时，线圈N中交变电流的方向不发生变化 D．线圈N产生的感应电动势的瞬时值表达式为 9．中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心自主研制的水冷磁体成功产生42.02T的稳态磁场，打破世界纪录。现用该磁体作为匀强磁场用来发电，用外力使N=100匝的矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴OO'以恒定的角速度转动，转动一周的时间为T=0.4s，线圈电阻为R=0.1Ω，从如图所示的位置（线圈平面与磁场方向平行）开始计时，线圈平面转过60°时线圈中的感应电动势的大小为E=0.2V，则下列说法正确的是（　　） A．线圈产生的电动势有效值为 B．线圈转过90°的过程中通过线圈截面的电荷量为 C．一个周期内线圈产生的热量为0.32J D．若线圈外接一个额定电压为的电容器，此电容器能正常工作 10．如图甲所示，交流发电机的矩形金属线圈abcd的匝数n=100，线圈的总电阻r=5.0Ω，线圈位于匀强磁场中，且线圈平面与磁场方向平行。线圈的两端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值R=95Ω的定值电阻连接。现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OO′以一定的角速度匀速转动。穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像如图乙所示。若电路其他部分的电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。则下列说法中正确的是（　　） A．线圈匀速转动的角速度为100rad/s B．线圈中产生感应电动势的最大值为200V C．由图甲处转过圈，通过电阻R的电量q=0.01C D．由图甲处转过圈，电阻R上产生的热量Q=J 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=0.5sin(0.5πx)m，其中x、y单位为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=10Ω。将线框从图示的位置开始(t=0)，以v=2m/s的速度匀速通过宽度为d=2m、磁感应强度B=1T的匀强有界磁场，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4s B．线框穿越磁场的过程中，PQ两点间的最大电压为1V C．线框穿越磁场的过程中，线框中产生的焦耳热为0.1J D．线框穿越磁场的过程中，感应电流变化规律为i=0.1sin(0.5πt)A 三、填空题 12．图甲是小型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，A为理想交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间变化的图像如图乙所示。已知发电机线圈电阻为，外接一只阻值为的电阻，不计电路的其他电阻，则时线圈平面与磁场方向______选填“平行”或者“垂直”，电流表的示数为______ A，线圈的转速为______。 13．如图所示，正弦交变电源与电阻R、交流电压表、交流电流表按照图1所示的方式连接，R＝200Ω，图2是交变电源输出电压u随时间t变化的图象．则此交流电的频率为__Hz，交流电流表的读数_____A，R两端电压随时间的变化规律的表达式____。 四、解答题 14．如图甲所示，半径为的圆形单匝线圈中央有半径为的有界匀强磁场，磁感应强度大小随时间变化规律如图乙所示，磁场正方向为垂直于纸面向里。线圈电阻为。求： (1)写出穿过线圈磁通量随时间变化的表达式，并求出线圈中感应电动势的最大值； (2)求时间内线圈中产生的焦耳热。 15．如图所示，一小型发电机内有n＝100匝矩形线圈，线圈面积，线圈电阻可忽略不计。在外力作用下矩形线圈在B＝0.10T匀强磁场中，以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴逆时针转动，发电机线圈两端与的电阻构成闭合回路。（取3） （1）判断如图所示位置线圈中的电流方向； （2）写出从中性面开始计时电动势的瞬时值表达式； （3）线圈匀速转动10s，求电流通过电阻R产生的焦耳热。 16．图1为某振动发电机原理图，图2是其俯视图。质量的共轭磁铁由一竖直轻质弹簧（劲度系数）与水平地面连接，磁铁和弹簧构成振动体。磁铁中心部分为N极，外圆部分为S极，两磁极之间可视为均匀辐向磁场。固定不动的线圈与磁铁共轴且始终处于辐向磁场内，线圈所处的磁感应强度大小，线圈匝数匝，直径，电阻。线圈上下两端点a、b通过导线与外部一理想二极管D和阻值的电阻构成闭合回路（如图3）。在外力F的驱动下，磁铁在竖直方向做简谐运动，若取竖直向上为正，初始平衡位置为原点，其振动方程。已知磁铁最大速率，当弹簧形变量为x时，其弹性势能。不考虑空气阻力、线圈的自感和其它电阻，计算时取10。求 (1)时，线圈中产生电动势的大小及电流的大小； (2)0~1s内，电阻R上产生的热量Q； (3)0~0.02s内，通过电阻的电荷量q； (4)0.01s~0.015s内，外力F做的功W。 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 C C D B B D B BC AC BC BC 12． 垂直 50 13． 50 1.1 uR＝311cos100πt（V） 14．(1) (2) 【详解】（1）由图乙得磁感应强度B随时间变化的表达式 则穿过线圈磁通量 可知磁通量最大值为 线圈中感应电动势的最大值 （2）电动势有效值为 则时间内线圈中产生的焦耳热 联立解得 15．（1）电流方向为DCBAD；（2）；（3） 【详解】（1）根据右手定则可判断如图所示位置线圈中的电流方向为DCBAD。 （2）线圈中感应电动势的最大值 从中性面开始计时电动势的瞬时值表达式为 （3）矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦交变电流，电阻两端电压的有效值 经过电流通过电阻产生的焦耳热 解得 16．(1)， (2) (3) (4) 【详解】（1）由振动方程可知，时刻磁铁位于平衡位置且以速度向上，线圈中产生电动势的大小为 此时线圈相对磁体向下运动，由右手定则判断图乙中电流方向为顺时针，即由b端流出。由于理想二极管成反向截止状态，故电流大小为 （2）流过R的电流在一个周期内如图所示 电流最大值为 根据有效值定义可得 解得电流有效值为 则0~1s内，电阻R上产生的热量为 （3）由振动方程可知周期为 前0.02s内，仅在0.005s到0.015s有电流通过电阻R，则有 （4）0.01s~0.015s内，磁铁由平衡位置向最大负位移运动，受力如图所示 由动能定理得 磁场力做功 又，， 联立解得外力F做的功为 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $