(能力提高练) 第一节 交变电流的产生和描述-2023年高考物理一轮系统复习学思用

【能力提高练】  第一节 交变电流的产生和描述

1．(2022•高考广东卷)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，，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

【解析】  AD．根据，两线圈中磁通量的变化率相等，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，可知，两电阻的电功率也不相等，选项AD错误；

B．因两线圈放在同一个旋转磁铁的旁边，则两线圈产生的交流电的频率相等，选项B正确；

C．当磁铁的磁极到达线圈附近时，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，选项C错误；故选B。

【答案】  B

2．(多选)(2022•辽宁省沈阳市第二中学高三(下)四模)如图所示，用材料和粗细相同的导线绕成的单匝正三角形线圈甲､乙固定在同一水平面内，边长之比为3：1，线圈所在空间存在与线圈平面垂直的匀强磁场，磁感应强度B随时间t的变化关系为，下列说法正确的是(　　)

A．线圈甲､乙中产生的交变电流频率之比为3：1

B．线圈甲､乙中产生的交变电流频率之比为1：1

C．在时间内，线圈甲､乙中产生的焦耳热之比为 9：1

D．在时间内，线圈甲､乙中产生的焦耳热之比为27：1

【解析】  AB．根据法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生的是余弦式电流，产生的电动势随时间变化的规律为，线圈甲､乙中产生的交变电流频率之比为1：1，故A错误，B正确；

CD．线圈中产生的焦耳热为，则，由于正三角形线圈边长之比为3：1，所以t相同时，线圈甲、乙中产生的焦耳热之比为27：1，故D正确，C错误。故选BD。

【答案】  BD

3．(2022•辽宁省部分重点中学协作体高三(下)模拟)线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动，线圈匝数、面积，产生的交变电动势的图像如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．时刻线圈平面与中性面平行

B．穿过线圈的磁通量最大值为

C．在时间内，穿过线圈的磁通量在减少

D．在时间内，线圈中感应电动势的平均值为0

【解析】  A．时刻感应电动势最大，磁通量最小，且为零，所以线圈平面与中性面垂直，故A错误；

B．电动势的最大值为，解得穿过线圈的磁通量最大值为，故B错误；

C．在时间内，感应电动势力不断减少，最后为零，则磁通量不断增加，最后达到最大，故C错误；

D．在时间内，，根据，可得平均电动势等于零，故D正确。故选D。

【答案】  D

4．(2022•四川省成都石室中学高三(下)二模)如图所示电路中，电源电压u＝311sin100πt(V)，A、B间接有“220 V　440 W”的电暖宝、“220 V　220 W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝．下列说法正确的是

A．交流电压表的示数为311 V

B．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3 A

C．抽油烟机正常工作1 min消耗的电能为1.32×104 J

D．电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍

【解析】  A、交流电压表的示数为有效值，故A错误；

B、由公式P=UI知电路要正常工作，干路中电流为，所以保险丝的额定电流不能小于3A，故B错误；

C、1min抽油烟机消耗的电能为，故C正确；

D、电暖宝是纯电阻，而抽油烟机是非纯电阻，电暖宝发热功率不是抽油烟机发热功率的2倍，故D错误；故选C．

【答案】  C

5．(多选)(2022•黑龙江省哈六中五模)海洋中蕴藏着巨大的能量，利用海洋的波浪可以发电。在我国南海上有一浮桶式波浪发电灯塔，其原理示意图如图(甲)所示，浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，浮桶内置线圈随波浪相对磁体沿竖直方向运动，且始终处于磁场中。该线圈与阻值R＝15 Ω的灯泡相连，浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(图中阴影部分)，如图(乙)所示，其内为产生磁场的磁体，与浮桶内侧面的缝隙忽略不计；匝数N＝200的线圈所在处辐射磁场的磁感应强度B＝0.2 T，线圈直径D＝0.4 m，电阻r＝1 Ω。取重力加速度g＝10 m/s2，π2≈10。若浮桶随波浪上下运动的速度可表示为v＝0.4πsinπt(m/s)，则下列说法正确的是(　　)

A．波浪发电产生电动势e的瞬时值表达式为e＝64sinπt(V)

B．灯泡中电流i的瞬时值表达式为i＝sinπt(A)

C．灯泡的电功率为120 W

D．灯泡两端电压的有效值为30V

【解析】  AB．线圈在磁场中切割磁感线，产生电动势最大值为，其中，联立解得，则波浪发电产生电动势e的瞬时值表达式为，根据闭合电路欧姆定律有，故A正确，B错误；

C．灯泡电流的有效值为，则灯泡的功率为，故C正确；

D．灯泡两端电压的有效值为，故D正确。故选ACD。

【答案】  ACD

6．(2022•福建师范大学附属中学高三(下)开学考试)如图所示，电阻为r的单匝矩形线圈面积为S，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动。匀强磁场的磁感应强度为B，时刻线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，则(　　)

A．滑片P下滑时，电压表的读数不变

B．图示位置线圈中的感应电动势最大

C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为

D．1s内流过R的电流方向改变次

【解析】  A．滑片P下滑时，外电阻增大，总电阻增大，而感应电动势的有效值不变，所以总电流减小，故内电压减小，所以外电压增大，即电压表的读数变大，故A错误；

B．图示位置穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为零，故B错误；

C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为，故C正确；

D．一个周期内线圈2次通过中性面，电流方向改变2次，交流电的频率为，所以1s内流过R的电流方向改变次，故D错误。故选C。

【答案】  C

7．(2022•四川成都市高三(下)二模)风速测速仪的简易装置如图所示，其工作原理是：风吹动风杯，风杯通过转轴带动永磁铁转动，电流测量装置则可显示感应线圈产生的电流i随时间t变化的图像，从而实现测量实时风速。若风速一定时，风杯的转动周期为T，则下列图像可能正确的是(　　)

A．                  B．

C．                    D．

【解析】  线圈在磁场中转动会产生交流电，根据相对运动可知，磁体即磁体产生的磁场对线圈转动也会产生交流电，转动的周期即为交流电的周期，转动的转速与交流电的最大值有关。由于永磁铁的转动，线圈垂直与磁场方向切割磁感线，线圈中将产生正弦或余弦的交流电，故电流i随时间t变化的图像可能正确的是D。ABC错误，D正确。故选D。

【答案】  D

8．(2022•河南洛阳市高三(下)二模)图甲为风力发电的简易模型。在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁体转动，磁铁下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速一定时，传感器显示如图乙所示，则(　　)

A．磁铁的转速为

B．线圈两端电压的有效值为

C．交变电流的电压表达式为

D．该交变电流可以直接加在击穿电压为的电容器上

【解析】  A．电流的周期为T=0.4s，故磁体的转速为n=2.5r/s，故A错误；

B．通过乙图可知电压的最大值为12V，故有效值，故B错误；

C．周期T=0.4s，故ω=5πrad/s，故电压的表达式为u=12sin5πt(V)，故C正确；

D．电容器的击穿电压为交流电的最大值，而交流电的最大值大于电容器的击穿电压，故不能加在击穿电压为的电容器上，故D错误。故选C。

【答案】  C

9．(2022•福建省漳州一中高三(下)第五次阶段考)如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为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。则线圈转动的角速度为__________rad/s，在0.02s时刻电流表的读数为__________A。

【解析】  [1]由图乙可知交流电的周期为，则线圈转动的角速度为

[2] 由图乙可知交流电的最大值为，由于电流表的示数为有效值，故示数为

【答案】   ①    ②10