专题04 交变电流的产生与物理量（解释版）-备战期末高二物理

试卷第=page22页，共=sectionpages33页专题04交变电流的产生与物理量一、单选题1．（22-23高二下·黑龙江鸡西·期末）如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线与磁感线垂直。已知匀强磁场的磁感应强度，线圈所围面积，转速12r/min。若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为（）

A． B．C． D．【答案】C【详解】矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，若从中性面计时，感应电动势的瞬时表达式为其中则瞬时表达式为（V）故选C。2．（22-23高二下·陕西安康·期末）有两个电容器的电容分别为和，分别加在峰值一定的交流电源上，在下列各种情况下，通过电容器的电流最大的是（

）A．在上所加交变电流的频率为50Hz B．在上所加交变电流的频率为50HzC．在上所加交变电流的频率为100Hz D．在上所加交变电流的频率为100Hz【答案】C【详解】根据容抗公式可知电容越大，电流频率越大，容抗越小，故在上所加交变电流的频率为100Hz通过电容器的电流最大。故选C。3．（22-23高二下·云南普洱·期末）一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电动势的图像如图所示，则（）

A．当t=0时，穿过线圈的磁通量为0B．当t=0时，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大C．当t=πs时，e有最大值D．t=πs，e=-10V最小，磁通量变化率最小【答案】B【详解】AB．当t=0时，感应电动势为零，线圈处于中性面上，线圈平面与磁感线垂直，此时穿过线圈的磁通量最大，选项A错误，B正确；C．当t=πs时，感应电动势e为零，选项C错误；D．t=πs，e=-10V最大，磁通量变化率最大，选项D错误。故选B。4．（22-23高二下·北京顺义·期中）如图所示，由交流发电机、定值电阻、交流电流表组成闭合路。线圈逆时针方向转动，下列说法正确的是（）A．线圈转动过程边产生感应电动势B．线圈转动到图中位置时感应电流为C．线圈转动一周，电流方向改变两次D．线圈转动到中性面位置时，电路中的电流最大【答案】C【详解】A．线圈转动过程AB、CD边切割磁场线产生感应电动势，选项A错误；B．线圈转动到图中位置时磁通量为零，磁通量变化率最大，感应电流最大，选项B错误；C．线圈转动一周，电流方向改变两次，选项C正确；D．线圈转动到中性面位置时，磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，即电路中的电流为零，选项D错误。故选C。5．（22-23高二下·宁夏银川·阶段练习）一闭合矩形线圈绕垂直于磁感线的固定轴匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量随时间的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（）

A．、时刻通过线圈的磁通量变化率最大B．、时刻线圈中感应电流方向改变C．、时刻线圈中磁通量最大D．、时刻线圈中感应电动势最小【答案】D【详解】AD．根据图乙图像的斜率，可知、时刻通过线圈磁通量的变化率最小为零，根据法拉第电磁感应定律，可知此时线圈中感应电动势最小，为零，故A错误，D正确；BC．线圈通过中性面时，线圈中产生感应电流的方向发生改变。由图乙可知，、时刻，穿过线圈的磁通量最小，线圈位于峰值面，线圈中感应电流的方向不发生改变，故BC错误；故选D。6．（22-23高二下·湖北咸宁·期末）如图甲所示，在匀强磁场中，匝数之比为的两个正方形金属线圈绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图像如图乙中曲线所示，则（）

A．时刻，两线圈均处于垂直于中性面的位置B．线圈转速之比为C．线圈在转动过程中最大磁通量之比为D．线圈在转动过程中最大磁通量之比为【答案】D【详解】A．t=0时刻，两线圈感应电动势均为零，故两线圈均处于中性面的位置，选项A错误；B．由图线可知，两线圈的周期之比Ta:Tb=2:3根据可知a、b对应的线圈转速之比为3:2，选项B错误；CD．根据则选项C错误，D正确。故选D。7．（22-23高二下·四川乐山·期末）某交流电源电压的瞬时值表达式为，下列判断正确的是（）A．该交流电压的频率为50HzB．用交流电压表测量该交流电压时，其示数为10VC．把标有“10V2W”的小灯泡接在此电源上，小灯泡会被烧坏D．把标有“10V1.0F”的电容器接在此电源上，电容器一定不会被击穿【答案】B【详解】A．由得该交流电压的频率故A错误；B．该交流电压的有效值用交流电压表测量值为交流电压的有效值，其示数为10V，故B正确；C．该交流电压的有效值为10V，把标有“10V2W”的小灯泡接在此电源上，小灯泡不会被烧坏。故C错误；D．把标有“10V1.0F”的电容器接在此电源上，若电压峰值大于电容器耐压值，会被击穿。故D错误。故选B。多选题8．（22-23高二下·内蒙古赤峰·期末）某正弦式交变电流i随时间t变化的图象如图所示。关于此交变电流，下列说法正确的是（）

A．频率为100Hz B．周期为0.02sC．电流的有效值为14.1A D．电流的最大值为14.1A【答案】BD【详解】AB．由图可知周期为频率为故A错误，B正确；CD．由图可知电流的最大值为电流的有效值为故C错误，D正确。故选BD。9．（22-23高二上·黑龙江哈尔滨·期末）在匀强磁场中，一闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化，则（）A．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的感应电动势为零B．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的电流改变方向C．时，线圈平面与磁场方向垂直，线圈中的感应电动势为零D．时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的磁通量的变化率最大【答案】CD【详解】ABD．根据题意，由图可知，、、时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，则线圈平面与磁场方向平行，线圈中的感应电动势最大，感应电流最大，电流方向不发生改变，故AB错误，D正确；C．根据题意，由图可知，时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，则线圈平面与磁场方向垂直，线圈中的感应电动势为零，故C正确。故选CD。10．（22-23高二下·天津红桥·期末）如图甲中所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量随时间t变化的规律如图乙所示，下列论述正确的是（）

A．时刻线圈中感应电动势为零B．时刻导线ad的速度方向跟磁感线垂直C．时刻线圈平面与中性面垂直D．、时刻线圈中感应电流方向相同【答案】AB【详解】A．根据图乙可知，时刻穿过线圈的磁通量的变化率为0，即时刻线圈中感应电动势为零，故A正确；B．根据图乙可知，时刻穿过线圈的磁通量为0，即线圈平面与磁场平行，此时导线ad的速度方向跟磁感线垂直，故B正确；C．根据图乙可知，时刻穿过线圈的磁通量为最大值，此时线圈平面与磁场垂直，即线圈处于中性面，故C错误；D．图像中，图线切线的斜率的绝对值表示感应电动势的大小，斜率的正负表示电动势的方向，根据图乙可知、时刻图线切线斜率的绝对值相等，一正一负，可知、时刻线圈中感应电动势方向相反，即、时刻线圈中感应电流方向相反，故D错误。故选AB。11．（22-23高二下·福建漳州·期末）图甲是交流发电机的示意图。两磁极之间产生的磁场可近似为匀强磁场。矩形线圈ABCD在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈ABCD通过金属滑环K、L及两个导体电刷E、F与外电路连接。从t＝0时刻开始计时，交流发电机产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。则（）

A．t＝0时刻，线圈位置如图甲所示B．t＝0时刻，电流表示数为22AC．t＝0时刻，穿过线圈的磁通量为零D．线圈中产生交变电流的瞬时值表达式为A【答案】BC【详解】AC．时刻，电路中的感应电流最大，线圈ABCD的磁通量变化最快，此时穿过线圈的磁通量为零，线圈位于与中性面垂直的位置，A错误，C正确；B．时刻，电流表的示数为感应电流的有效值，即B正确；D．由图乙可知故线圈中产生交变电流的瞬时值表达式为D错误。故选BC。12．（22-23高二下·山东威海·期末）图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕着垂直于磁场方向的轴匀速转动。线圈的匝数匝、电阻，线圈的两端与的电阻连接，电流表为理想电表，熔断器电阻忽略不计。从时刻开始计时，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按如图乙所示的规律变化。下列说法正确的是（）

A．时，电流表示数为零B．时，线圈中磁通量的变化率为零C．通过熔断器的电流为D．从到，通过R的电荷量为【答案】BD【详解】A．电流表测的是电流的有效值，发电机工作过程中，任何时间下电流表的示数均为其产生电流的有效值，故A错误；B．在图像中，图线的斜率表示磁通量的变化率，而根据图乙可知，时，图像的斜率为零，即线圈中磁通量的变化率为零，故B正确；C．根据图乙可知，时，线圈中磁通量最大，即线圈此时处于中性面位置处，因此线圈转动过程中产生的是正弦式交流电，其电动势的最大值为电压的有效值为根据闭合电路的欧姆定律可得其电流的有效值为故C错误；D．根据从到，其磁通量的变化量则可得从到，通过R的电荷量为故D正确。故选BD。三、填空题13．（22-23高二下·福建泉州·期末）图甲为小型交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，线圈的匝数、总电阻，线圈的两端与阻值为的电阻连接，交流电压表为理想电表，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图乙所示正弦规律变化，时刻，线圈平面与磁场方向平行，此时交流发电机产生的电动势瞬时值V，交流电压表的读数为V。

【答案】200【详解】[1]时刻，线圈平面与磁场方向平行，此时穿过线圈的磁通量为0，磁通量变化率最大，电动势最大，则此时交流发电机产生的电动势瞬时值[2]电动势有效值为交流电压表的读数为14．（22-23高二下·上海杨浦·期末）如图，矩形线框ABCD的匝数为N，面积为S，线框所处磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为B，线框从图示位置（即线框平面与磁感线垂直的位置）开始绕轴以恒定的角速度沿逆时针方向转动，线框通过两个电刷与外电路连接。外电路中理想变压器原、副线圈的匝数比为，定值电阻、的阻值均为R，忽略线框及导线电阻。则矩形线框转动半圈的过程中，通过电阻的电荷量为。矩形线框连续转动时，矩形线框的输出功率为。

【答案】【详解】[1]矩形线框转动时产生的感应电动势的最大值为有效值为定值电阻两端的电压等于理想变压器的输入电压，即流过定值电阻的电流为矩形线框转动半圈的过程中，通过电阻的电荷量为[2]矩形线框转动时产生的感应电动势的最大值为有效值为定值电阻两端的电压等于理想变压器的输入电压，即定值电阻消耗的功率为由理想变压器工作原理可得定值电阻消耗的功率为故矩形线框的输出功率为15．（22-23高二下·青海西宁·期末）如图所示为一交变电流随时间变化的关系图，其中每个周期的后半周期的图象为半个周期的正弦曲线，则该交流电的有效值为A

【答案】【详解】[1]设该交流电电流的有效值为，则当其通过定值电阻时，根据电流的热效应可得代入数据解得16．（22-23高二下·青海西宁·期末）如图所示，线圈的面积是，共100匝；线圈电阻为，外接电阻，匀强磁场的磁感强度为，当线圈以300r/min的转速匀速转动时，则可得：

（1）若线圈经过图示位置时开始计时，那么线圈中感应电动势的瞬时值表达式为V。（2）电路中，电流表的示数是A和电压表的示数是V。（3）线圈从图示位置开始转过过程中，流经R的电荷量是C。【答案】【详解】（1）[1]线圈转动的角速度为线圈产生的最大电动势为线圈在图示位置即为中性面所在位置，线圈转动过程中产生的交流电满足正弦函数，则可得其感应电动势的瞬时值表达式为（2）[2]电动势的有效值为根据闭合电路的欧姆定律可得线圈所在回路中的电流为[3]根据串联电路的分压原理可得电压表的示数为（3）[4]根据，，联立可得代入数据解得四、解答题17．（22-23高二下·河南焦作·期末）如图所示，匝数匝的矩形线圈，线圈总电阻，边长为，。外电路电阻，匀强磁场磁感应强度的大小，线圈绕垂直于磁感线的轴以角速度匀速转动。试求：（1）电路中感应电动势的最大值；（2）从此位置开始转过的过程中，通过电阻的电荷量；（3）在时间内上消耗的电能。（取）

【答案】（1）；（2）0.1C；（3）67500J【详解】（1）感应电动势的最大值为（2）从此位置开始转过的过程中，平均感应电动势为平均电流通过电阻的电荷量（3）感应电动势的有效值为感应电流的有效值为1min内上消耗的电能18．（22-23高二下·北京通州·期末）如图所示，在水平方向的匀强磁场中，正方形闭合线圈绕竖直轴匀速转动，线圈通过滑环和电刷与一个电阻R和一个理想交流电压表相连接。已知磁场的磁感应强度。线圈匝数匝，边长，线圈电阻，线圈转动的角速度，电阻，求：（1）线圈转到与磁场平行时，线圈中的电动势E；（2）交流电压表的示数U。

【答案】（1）；（2）【详解】（1）线圈转到与磁场平行时，线圈中的电动势为最大值，则有（2）电动势有效值为交流电压表的示数为有效值，则有19．（22-23高二下·山东威海·期末）如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图。其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，线圈的匝数，电阻，线圈的两端经集流环与电阻连接，电阻，与并联的交流电压表为理想电表。在时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间按图乙所示正弦规律变化。求：（1）写出交变电流瞬时值表达式；（2）经过周期时，电路中电压表的示数；（3）上的热功率。（4）从计时开始，线圈转过过程中，通过外电阻的电荷量是多少？

【答案】（1）（2）；（3）180W；（4）0.017C【详解】（1）由图乙知，周期T=2π×10-2s电动势的最大值Em=nBSω=200V电流最大值交变电流瞬时值表达式（2）电路中电压表的示数为电阻R两端电压的有效值，则解得（3）R上的热功率P=I2R=180W（4）线圈从图示位置转过的过程中，流过电阻R的电荷量一、单选题1．（22-23高二下·安徽滁州·期末）图甲为某交流发电机示意图。装置中两磁极之间产生的磁场可近似为水平方向的匀强磁场，线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动。从图示位置开始计时，线圈中产生的交变电流随时间变化的规律如图乙所示。下列判断正确的是（）

A．该交变电流的有效值为B．该交变电流瞬时值表达式为C．时穿过线画磁通量为0D．若线圈转动的角速度增大为原来的2倍，则感应电动势的有效值变为原来的倍【答案】C【详解】A．根据正余弦交变电流最大值与有效值的关系可知该交变电流的有效值为3A，故A错误；B．该交变电流的周期为频率瞬时值表达式为故B错误；C．时感应电流最大，穿过线圈磁通量为0，故C正确；D．感应电动势的最大值为若线圈转动的角速度增大为原来的2倍，则感应电动势的有效值变为原来的2倍，故D错误；故选C。2．（22-23高二下·广东广州·期末）一台小型发电机与电压表V、小灯泡按图甲所示电路连接，发电机产生的感应电动势随时间变化的规律如图乙所示。发电机线圈电阻不能忽略，则（）

A．在时，线圈磁通量为0B．电压表V的示数为36VC．发电机产生的感应电动势的表达式为D．1s内流过小灯泡的电流方向改变50次【答案】D【详解】A．由题意可知，当时，发电机产生的电动势为零，由交变电流的产生规律可知，当线圈平面与中性面平行时，其线圈的电动势为零，即此时线圈平面与中性面平行，此时线圈的磁通量最大，故A项错误；B．电压表的示数为交变电流的有效值，由题图可知，该发电机产生的为正弦式交变电流，由题意可知，电动机的有效值为但是因为发电机线圈电阻不能忽略，由题图可知，电压表在测量发电机两端的电压。所以其电压表的示数应该小于36V，故B项错误；C．由题图结合交变电流的产生可知其，瞬时值表达式为由题图可知，其最大值为其周期为其角速度为综上所述为故C项错误；D．由之前的分析可知，周期为，则其频率为一个周期内电流的方向变化两次，所以1s内流过小灯泡的电流方向改变50次，故D项正确。故选D。3．（22-23高二下·江苏盐城·期末）交流发电机的示意图如图所示，线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动。在图示位置，下列说法正确的是（

）

A．穿过线圈的磁通量变化率最小 B．线圈中电流方向将发生改变C．线圈中电流最大，方向为 D．穿过线圈的磁通量最大【答案】C【详解】AD．在图示位置，线圈平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量为零，穿过线圈的磁通量变化率最大，故AD错误；B．当线圈在中性面时，线圈平面与磁场垂直，线圈中电流方向将发生改变，故B错误；C．由右手定则可知线圈中电流最大，方向为，故C正确。故选C。4．（22-23高二下·浙江绍兴·期末）手摇式交流发电机结构如图所示，灯泡L与交流电流表A串联后通过电刷、滑环与矩形线圈相连。摇动手柄，使线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO'逆时针匀速转动，从时刻开始，线圈中的磁通量变化如图乙所示，下列说法正确的是（  ）

A．时刻线圈中电流最大 B．时刻通过电流表的电流改变方向C．时刻线圈所在平面和磁场平行 D．线圈转速变快，交流电周期将变大【答案】B【详解】A．时刻线圈中磁通量最大，磁通量变化率为0，电流为0，故A错误；BC．时刻线圈位于中性面，线圈所在平面和磁场垂直，通过电流表的电流改变方向，故B正确，C错误；D．线圈转速变快，交流电频率变大，周期变小，故D错误。故选B。5．（22-23高二下·宁夏银川·期末）单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变化的规律如图所示，则（）

A．线圈中D时刻磁通量的变化率最大B．线圈在0.1s时有最大的感应电动势C．线圈中0时刻与0.1s时刻电流的方向相同D．线圈中0到D时间内平均感应电动势为0.314V【答案】B【详解】A．线圈中D时刻磁通量最大，但磁通量的变化率最小，故A错误；B．曲线斜率的绝对值等于磁通量的变化率，因此线圈在0.1s时有最大的感应电动势，故B正确；C．线圈中0时刻的磁通量变化率为正值，0.1s时刻的磁通量变化率为负值，因此两个时刻的电流的方向相反，故C错误；D．线圈中0到D时间内平均感应电动势为故D错误。故选B。6．（22-23高二下·山东泰安·期末）一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定转轴匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t的变化规律如图所示。下列说法中正确的是（）

A．t1时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大B．t2时刻通过线圈的磁通量为0C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D．每当电流方向变化时，线圈平面就会与中性面垂直【答案】C【详解】A．t1时刻感应电动势达到最大，因此线圈在垂直磁场方向的分速度最大，即线圈平面平行于磁场方向，因此，t1时刻的线圈磁通量为0，即最小。故A错误；B．t2时刻感应电动势为0，说明线圈在垂直磁场方向的分速度为0，即线圈平面垂直于磁场方向，因此，t2时刻通过线圈的磁通量为最大，故B错误；C．t3时刻的感应电动势绝对值最大，所以t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大，故C正确；D．每当电流方向变化时即感应电动势为0的时候，线圈就在中性面上，故D错误；故选C。二、多选题7．（22-23高二下·云南文山·期末）如图甲所示的电路，已知电阻R1＝R2＝R，和R1并联的D是理想二极管（正向电阻可视为零，反向电阻为无穷大），在A、B之间加一个如图乙所示的交变电压（电压为正值时，UAB>0），由此可知（）

A．在A、B之间所加交变电压的周期为2sB．在A、B之间所加的交变电压的瞬时值表达式为u＝20sin100πt(V)C．加在R1上电压的有效值为10VD．加在R2上电压的有效值为5V【答案】BD【详解】A．由图乙可得交变电压的周期为T=0.02s故A错误；B．电压的最大值为交变电压的瞬时值表达式为（V）故B正确；C．交变电压有效值为当电源在正半轴，A点电势高于B点电势时，二极管导通，即R1被短路，此时电压为0；当电源在负半轴，B点电势高于A点电势时，二极管截止，R1，R2串联，此时R1上电压为根据“热相等”原则可得解得加在R1上电压的有效值为故C错误；D．当电源在正半轴，A点电势高于B点电势时，二极管导，通即R1被短路，R2电压为电源电压，即电源在负半轴，B点电势高于A点电势时，二极管截止，R1，R2串联，此时R1上电压为根据“热相等”原则可得解得加在R2上电压的有效值为故D正确。故选BD。8．（22-23高二下·湖南·期末）如图甲，某型号的发电机产生的电动势e随时间t呈正弦规律变化，发电机线圈电阻为。将一个电阻为的小灯泡接入其中，并且与一个理想电压表并联，如图乙。不考虑小灯泡电阻随温度的变化，下列说法正确的是（）

A．电压表示数为220V B．小灯泡消耗的功率为440WC．电路中的电流方向每秒改变100次 D．发电机线圈每秒产生的焦耳热40J【答案】CD【详解】A．由图甲可知，电动势的有效值为220V，由闭合电路欧姆定律可得电路中的电流为输出电压有效值则电压表示数为200V，A错误；B．由电功率公式可得小灯泡消耗的功率为B错误；C．由图甲可知，交流电的周期为T=2×10−2s，可知电路中的电流方向每一个周期改变2次，可得每秒改变100次，C正确；D．由焦耳定律可得发电机线圈每秒钟发热D正确。故选CD。9．（22-23高二下·陕西西安·期末）如图所示，面积为、电阻为的单匝矩形闭合导线框处于磁感应强度为的垂直纸面向里的匀强磁场中（边右侧没有磁场）。若线框从图示位置开始绕与边重合的竖直固定轴以角速度开始匀速转动，则线框旋转一周的过程中，下列说法正确的是（）

A．线框中感应电动势的最大值为B．线框中感应电动势的有效值为C．线框中感应电流的有效值为D．从图示位置开始转过的过程中，通过导线某横截面的电荷量为【答案】BD【详解】A．根据题意可知，线框中感应电动势的最大值为故A错误；BC．设电动势的有效值为，由电流的热效应有解得线框中感应电流的有效值为故C错误，B正确；D．线框转过后，此时线框的有效面积为根据、和可得故D正确。故选BD。10．（22-23高二下·江西宜春·期末）如图所示的LC振荡电路中，某时刻电容器上下极板带电情况和线圈L中的磁场方向如图，则此时（

）．

A．磁场能正转化为电场能 B．电容器两端电压正在减小C．线圈中的自感电动势在增大 D．增大电容器的电容，振荡频率将减小【答案】BD【详解】AB．线圈中存在如图所示的磁场方向时，电路中存在逆时针的电流，所以此时电容器正在放电，电场能转化为磁场能，电容器极板上的电荷量减小，电容器两端电压减小，故A错误，B正