高中物理沪科版（2020）选修第二册第二节 交变电流练习

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广东省茂名市高考物理2021-2022模拟题知识点分类汇编-07电磁感应、交变电流 一、单选题1．（2022·广东·统考模拟预测）如图（a）所示，导体棒甲、导轨、硬金属环乙构成闭合回路，硬金属环丙放在乙的正中央，导棒甲在匀强磁场中向右做加速运动；把导棒甲和磁场去掉，如图（b）所示在导轨的两端加上电源，下列说法正确的是（　　）A．对图（a），乙丙两金属环的电流方向相同B．对图（a），丙有扩张的趋势C．对图（b），若电源是直流电源，则丙没有电能生成D．对图（b），若电源是正弦交流电，则每个周期内乙丙的排斥时间为半个周期2．（2022·广东茂名·统考二模）疫情期间，为确保社区居家隔离观察人员管控技防措施有效发挥作用，工作人员启用了如图所示的门磁系统，强磁棒固定在门框上，线圈和发射系统固定在房门上，当房门关闭时穿过线圈的磁通量最大，当线圈中出现一定强度的电压、电流信号时，自动触发后面的信号发射系统，远程向后台发出报警信号，下列说法中正确的是（　　）A．门磁系统的工作原理是利用了电流的磁效应B．当房门缓慢打开时门线圈中电压、电流较小C．房门不动时，线圈中会产生恒定的电流D．将强磁棒与线圈和发射系统交换位置后不能起到报警的作用3．（2022·广东茂名·统考二模）在如图所示的竖直平面内，在水平线M的下方有足够大的匀强磁场，一个等腰三角形金属线框顶点C与MN重合，线框由静止释放；沿轴线DC方向竖直加速落入磁场中。从释放到线框完全进入磁场过程中，下列表述正确的是（　　）A．线框中有感应电流，方向逆时针（正视）B．线框中产生的感应电动势逐渐增大C．线框做匀加速直线运动D．线框完全进入磁场后产生的感应电流最大4．（2022·广东茂名·二模）如图所示，上下开口、内壁光滑的金属管和塑料管竖直放置。小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部。则关于小磁块，下列说法正确的是（　　）A．小磁块下落时间长的管是塑料管B．在两个下落过程中的机械能都守恒C．小磁块在下落时间短的管中做自由落体运动D．小磁块落至底部时速度大小相等5．（2021·广东茂名·统考二模）如图（甲）所示理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=2：1，其原线圈接交流发电机，负载是两个相同的用电器。交流发电机内矩形线圈内阻为1Ω，当线圈以某一转速转动时发电机输出电压如图乙所示。下列说法正确的是（　　）A．此时电压表V示数100VB．闭合开关S，电流表示数为原来的2倍C．线圈转速增为原来2倍，其他不变，则副线圈电流频率为原来的2倍D．线圈转速增为原来2倍，其他不变，则电压表示数小于原来的2倍6．（2022·山东·校联考模拟预测）如图所示，理想变压器的原线圈串联一个电阻R0，并接入电压有效值不变的正弦交流电源；两个副线圈分别接电阻R1和电阻R2，图中电流表为理想电流表。开始时开关S断开，则开关S闭合后（　　）A．电流表的示数变大B．电流表的示数变小C．原线圈两端的电压变大D．原线圈两端的电压不变7．（2022·广东茂名·统考模拟预测）手机无线充电技术越来越普及，图甲是某款手机无线充电装置，其工作原理如图乙所示。当ab间接入如图丙所示的正弦交变电流后，受电线圈中产生电流实现给手机充电。这时手机两端的ef间电压为5V，充电电流为2A。若把装置线圈视为理想变压器，二极管视为理想元件，则下列说法正确的是（　　）A．t=0.01s时电流表示数为0B．送电线圈和受电线圈的匝数比n1：n2=44：1C．送电线圈和受电线圈的匝数比n1：n2=22：1D．若充电器线圈中通以恒定电流，则手机线圈中也将产生恒定电流8．（2022·广东茂名·模拟预测）在图甲所示电路中，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10:1，电阻R1、R2的阻值分别为5Ω、6Ω，电压表和电流表均为理想电表。若接在变压器原线圈的输入端的电压如图乙所示（为正弦曲线的一部分），则下列说法正确的是（　　）A．电压表的示数为25.1V B．电流表的示数为1AC．变压器的输入功率为11W D．变压器的输出功率为11W9．（2022·广东茂名·二模）如图所示，KLMN是一个竖直的矩形导线框，全部处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，MN边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度ω匀速转动。在MN边与磁场方向的夹角达到30°的时刻（图示位置），导线框中产生的瞬时电动势e的大小和线框此时电流的方向分别为（已知线框按俯视的逆时针方向转动）（  ）A．BSω，电流方向为KNMLK B．BSω，电流方向为KNMLKC．BSω，电流方向为KLMNK D．BSω，电流方向为KLMNK 二、多选题10．（2022·广东茂名·统考模拟预测）磁悬浮列车是高速低耗交通工具，如图甲所示。它的驱动系统可简化为如图乙所示的物理模型。固定在列车底部的正方形金属线框的边长为L，匝数为N，总电阻为R；水平长直轨道间各边长为L的正方形区域内都存在匀强磁场，磁场的磁感应强度大小均为B、相邻区域的磁场方向相反。当磁场以速度v匀速向右运动时，可驱动停在轨道上的列车，不能忽略列车受到的阻力，以下说法正确的是（　　）A．列车的最大速度小于vB．列车的最大速度为v，列车运动的方向与磁场运动的方向相反C．列车相对磁场位移为L的过程中通过线框的电荷量为D．列车速度为v′时线框受到的安培力大小为11．（2022·广东茂名·统考二模）如图甲所示为市面上的一款自发电无线门铃，按下按键，按键将推动永磁铁运动（平面运动如图乙所示），即能产生电能供给发射器部件（接线圈两端，图中没有画出）正常工作。松开按键后，在弹簧的作用下按键将恢复原位。关于按压按键和松开按键反弹过程中，下列说法正确的是（　　）A．连续按压和松开按键过程，线圈中一定产生交变电流B．按压和松开按键过程，线圈中都产生感应电动势C．按住门铃按键保持不动，线圈中一直保持有感应电流D．按键反弹过程，弹簧的弹性势能部分转化为电能12．（2022·广东茂名·统考一模）由不同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形单匝闭合线圈，静止在光滑水平面上且与磁场左边界的距离相等，两线圈的质量相等，导线的横截面积甲是乙的2倍，甲的电阻率是乙的2倍。现同时对它们施加水平向右的恒力F，使它们由静止开始水平向右运动，一段时间后进入方向垂直于水平面的匀强磁场区域，磁场的左边界与线圈右边平行，如图所示。在线圈右边进入磁场后且左边进入磁场前，正确的是（　　）A．甲和乙都可能做加速运动B．甲和乙都可能做减速运动C．甲加速运动，乙减速运动D．甲、乙刚进入磁场时线圈中的电流相等13．（2022·广东茂名·模拟预测）如图，MN和PQ是两根互相平行、竖直放置的光滑金属导轨，导轨足够长，电阻不计，匀强磁场垂直导轨平面向里。金属杆ab垂直导轨放置，与导轨始终良好接触，金属杆具有一定的质量和电阻。开始时，将开关S断开，让金属杆ab由静止开始自由下落，经过一段时间，再将开关S闭合，从闭合开关S开始计时，取竖直向下为正方向，则金属杆运动的动能EK、加速度a、所受到的安培力，及电流表的示数，随时间t变化的图象可能是A． B． C． D．14．（2021·广东茂名·统考二模）如图所示，等边三角形金属线框abc放在光滑绝缘水平面上，边长为L，线框的电阻为R，质量为m。有界匀强磁场垂直于水平桌面向下，磁感应强度大小为B，磁场边界MN、PQ间距大于L，开始时ab边与磁场边界MN平行，给金属框一个垂直MN向右、大小为的初速度，线框穿过磁场后的速度大小为，则在线框进磁场的过程中（　　）A．线框受到的安培力垂直于B．通过线框截面的电量为C．线框中产生的焦耳热大于D．克服安培力做功等于15．（2021·广东茂名·统考二模）如图所示，导体棒沿两平行金属导轨从图中位置以速度v向右匀速通过一正方形abcd磁场区域，ac垂直于导轨且平行于导体棒，ac右侧的磁感应强度是左侧的2倍且方向相反，导轨和导体棒的电阻均不计，下列关于导体棒中感应电流和所受安培力随时间变化的图象正确的是（规定电流从M经R到N为正方向，安培力向左为正方向）（　　）A． B．C． D．16．（2021·广东茂名·统考二模）如图甲所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为3：1，、、、为四只规格均为“8V、2W”的灯泡，各电表均为理想交流电表，定值电阻。输入端交变电压u随时间t变化的图象如图乙所示，四只灯泡均正常发光，则（　　）A．电压u的瞬时值表达式为B．电压表的示数为33VC．电流表的示数为1AD．定值电阻17．（2022·广东茂名·统考二模）某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机（内阻不计）输出的正弦交流电压的有效值为250V，发电机通过升压变压器和降压变压器向用户供电。已知输电线的总电阻。降压变压器的原、副线圈匝数之比，降压变压器的副线圈与阻值的电阻及电压表组成闭合电路，理想电压表的示数为220V。变压器均视为理想变压器，则下列说法正确的是（　　）A．通过的电流的有效值为5AB．升压变压器的原、副线圈匝数之比C．输电线电阻两端电压的最大值为D．发电机的输出功率等于消耗的功率18．（2022·广东茂名·统考模拟预测）某风力发电机简易模型图。在风力作用下，风叶通过转轴带动条型磁铁转动，在线圈L中产生感应电动势的瞬时表达式 ，将线圈L与一电阻R相连（未画出），则（　　）A．磁铁转到图示位置时，线圈L中的磁通量最大B．线圈L中感应电动势的有效值为44VC．风叶每转动一圈，电阻R中电流方向改变两次D．风叶转速不变，增大R的阻值，则电阻R上消耗的功率一定增大19．（2022·广东茂名·统考一模）无线充电技术已经逐渐应用于智能手机上，手机无线充电器的原理类似于理想变压器，由发射器和接收器组成，分别有一发射线圈和接收线圈，简化模型如图所示，已知发射、接收线圈匝数比，EF端输入电流，下列说法正确的是（　　）A．发射线圈的输入功率等于接收线圈的输出功率B．端输入的交变电流方向每秒变化50次C．接收线圈两端输出电流的有效值为D．接收线圈两端输出电流的有效值为 三、解答题20．（2022·广东茂名·统考二模）如图甲是法拉第发明的铜盘发电机，也是人类历史上第一台发电机。利用这个发电机给平行金属板电容器供电，如图乙。已知铜盘的半径为，加在盘下侧的匀强磁场磁感应强度为，铜盘按如图所示的方向以角速度匀速转动。电容器每块平行板长度为d，板间距离也为d，板间加垂直纸面向内、磁感应强度为的匀强磁场。求：（1）平行板电容器C板带何种电荷；（2）将铜盘匀速转动简化为一根始终在匀强磁场中绕中心铜轴匀速转动、长度为圆盘半径的导体棒，则铜盘匀速转动产生的感应电动势；（3）若有一带负电的小球从电容器两板中间水平向右射入，在复合场中做匀速圆周运动又恰好从极板右侧射出，则射入的速度为多大。21．（2022·广东·模拟预测）如图，一轻质绝缘转轴由半径分别为2R和R的两个圆柱体组成，其中大圆柱体的两底面边缘镶有圆形金属导线，两圆导线之间连接着4根电阻为r，质量为m，长度为l的细导体棒a、b、c、d，导体棒在圆柱面上水平分布且间隔均匀。一足够长轻绳一端固定在小圆柱体上并紧密缠绕，另一端连接一质量为3m的重锤。整个转轴可绕着水平轴线OO＇自由转动，在大圆柱的扇区内分布着垂直轴线OO＇向外辐射的磁场，距离O点2R处的磁感应强度大小均为B（如图乙所示），不计导线电阻和质量，不计一切摩擦。求：(1)重锤下落至图乙时刻，导体棒a中的电流方向（从图乙看）；(2)重锤下落过程中能达到的最大速度vm；(3)重锤达到最大速度时细绳突然断裂，转轴还能转过的角度θ（用弧度表示）。
参考答案：1．D【详解】A．根据右手定则判断可知，图（a）中金属环乙中感应电流方向沿顺时针方向。根据安培定则可知，穿过金属丙的磁通量垂直纸面向里增加，则根据楞次定律判断可知，金属环丙中感应电流方向沿逆时针方向，故A错误；B．由于图（a）中乙丙两金属环的电流方向相反，则根据同向电流相互吸引，反向电流相互排斥可知，图（a）中金属环丙有收缩的趋势，故B错误；C．在导轨的两端加上电源瞬间，金属环丙中的磁通量会突然增大，则金属环丙中也会产生感应电流，故C错误；D．正弦交流电在每个周期内有半个周期电流在增强，半个周期电流在减弱，则金属环乙产生的磁场有半个周期在增强，半个周期在减弱，根据楞次定律判断可知，乙丙两金属环的电流在半个周期内方向相同，半个周期内方向相反。所以每个周期内乙丙的排斥时间为半个周期，故D正确。故选D。2．B【详解】A．门磁系统的工作原理是利用了电磁感应原理，故A错误；B．当房门缓慢打开时，门线圈中的磁通量变化的比较慢，则产生的感应电动势较小，感应电流也较小，故B正确；C．房门不动时，线圈中磁通量不发生变化，则不会产生感应电流，故C错误；D．将强磁棒与线圈和发射系统交换位置后，开关门都会使线圈中磁通量发生变化，则都会产生感应电流，都能起报警的作用，故D错误。故选B。3．B【详解】A．线框进入匀强磁场，磁通量逐渐增大，闭合金属线框有感应电流产生，由楞次定律或右手定则可知感应电流方向为顺时针方向，A项错误；B．有效切割长度逐渐增大，感应电动势逐渐增大，B项正确；C．因线圈所受安培力方向与重力方向相反，根据随速度的增加，故加速度逐渐减小，线框做加速度逐渐减少的加速运动，C项错误；D．线框完全进入磁场后，磁通量保持不变，变化率为零，故感应电流为零，D项错误。故选B。4．C【详解】AC．当小磁块在光滑的金属管中下落时，由于穿过金属管的磁通量变化，导致金属管产生感应电流，从而产生安培阻力，而对于塑料管内小磁块没有任何阻力，在做自由落体运动，所以在金属管中小磁块受到安培阻力，则在金属中的下落时间比在塑料管中的长，故A错误，C正确；B．在塑料管中下落时机械能守恒；在金属管中下落时机械能减小，选项B错误；D．在塑料管中下落时加速度较大，则小磁块落至底部时速度较大，选项D错误。故选C。5．C【详解】A．变压器初级电压有效值为次级电压有效值为则此时电压表V示数77.8V，选项A错误；B．闭合开关S，变压器次级电流变大，则初级电流变大，通过发电机电流变大，发电机内阻上电压变大，则输出电压减小，则变压器次级电压减小，则次级电流并不是原来的2倍，电流表示数也不是原来的2倍，选项B错误；C．线圈转速增为原来2倍，其他不变，则交流电的频率变为原来的2倍，变压器不改变交流电的频率，则副线圈电流频率为原来的2倍，选项C正确；D．根据设初级电流为I，则初级电压次级电压次级电流为2I，则联立解得电压表读数则线圈转速增为原来2倍，其他不变，则角速度ω变为原来的2倍，则电压表示数等于原来的2倍，选项D错误。故选C。6．B【详解】AB．开关S闭合后，假设电流表的示数不变或变大，由理想变压器功率关系和电压关系可，得可知通过原线圈的电流I0变大，原线圈两端的电压减小，由可知电阻两端的电压变小，通过电阻的电流变小，假设不成立，选项A错误，B正确；CD．由于通过电阻的电流变小，因此电阻两端的电压变小，原线圈两端的电压减小，选项C、D均错误。故选B。7．C【详解】A．电流表测量的是电路的有效值一直有示数，故A错误；BC．由丙图知，送电线圈电压有效值为220V，因为有二极管在受电线圈路中阻止反向电流通过，由得受电线圈电压有效值为匝数与电压成正比，得故B错误，C正确；D．若充电器线圈中通以恒定电流，不发生电磁感应现象，则受电线圈中不会有感应电流出现，故D错误。故选C。8．D【详解】A．根据电流的热效应，有得根据可得副线圈两端的电压的有效值（电压表的示数）为故A错误；B．副线圈中电流为根据电流表示数为故B错误；C．变压器的输入功率为故C错误；D．变压器的输出功率为故D正确。故选D。9．B【详解】MN边与磁场方向成时，感应电动势为由右手定则可知电流方向为KNMLK。故选B。10．AD【详解】A．列车的最大速度如果等于v，磁场与线圈之间无相对速度，线圈中无感应电流产生，则不会产生安培力，A正确；B．根据右手定则，当磁场向右运动时，在图示位置时，线圈中产生顺时针方向的感应电流，根据左手定则可知，线圈受到向右的安培力作用而使列车向右运动，即列车运动的方向与磁场运动的方向相同， B错误；C．根据C错误；D．列车速度为v＇时线柜中产生的感应电动势受到的安培力大小为D正确。故选AD。11．BD【详解】A．连续按压和松开按键过程不能保证线圈中磁通量一定是周期性变化的，故不一定产生交变电流，A项错误；B．按压和松开按键过程，永久磁铁通过铁芯形成闭合磁路，线圈中磁通量发生变化，线圈中都产生感应电动势，B项正确；C．按住门铃按键不动，穿过线圈的磁通量保持不变，感应电动势和感应电流为零，C项错误；D．由能量守恒定律可知按键反弹过程，弹簧的弹性势能减小，克服磁场力做功并转化为电能，也有部分能量转化为其他形式的能，D项正确。故选BD。12．ABD【详解】对甲和乙由电阻定律得所以两者电阻相等，又因为两线圈的质量相等，同时对它们施加水平向右的恒力F，使它们由静止开始水平向右运动，所以线圈右边进入磁场时两者速度相同，设边长为L，则进入磁场后解得即两者进入磁场时电流相等且所受安培力相同，但无法确定安培力和恒力F的大小关系，所以甲和乙都可能做加速运动、匀速运动、减速运动。故选ABD。13．BC【详解】闭合开关时，金属棒受到向下的重力以及向上的安培力，若重力与安培力相等，即mg=BIL=金属杆做匀速直线运动。速度不变，则动能、安培力、感应电流都不变，加速度为零。若安培力小于重力，则加速度的方向向下，做加速运动，加速运动的过程中，安培力增大，则加速度减小，做加速度逐渐减小的加速运动，当重力与安培力相等时，做匀速直线运动，则a－t图象是斜率逐渐减小的曲线，因为所以Ek－t图象是一条斜率减小的曲线。安培力为F－t图线先是一条斜率逐渐减小的曲线，之后恒定不变，因为所以I－t图象先是一条斜率逐渐减小的的曲线，当金属杆匀速时，电流恒定不变，但t=0时金属杆有速度，所以t=0时电流不等于零。若安培力大于重力，则加速度的方向向上，做减速运动，减速运动的过程中，安培力减小，做加速度逐渐减小的减速运动，当重力与安培力相等时，做匀速直线运动。安培力为所以F－t图象是斜率逐渐减小的曲线，当匀速运动时，安培力不再减小，此时安培力等于重力，故AD错误，BC正确。故选BC。14．ABC【详解】A．线框进磁场的过程中，受到的安培力阻碍线框与磁场的相对运动，因此安培力的方向与速度方向相反，垂直于，故A正确；B．根据电量的公式故B正确；CD．由题意知,线框穿过磁场过程中,产生的焦耳热线框进磁场过程中的速度大于出磁场过程中的速度，因此进磁场过程中线框克服安培力做功大于出磁场过程中克服安培力做功，所以线框进磁场过程中产生的焦耳热（克服安培力做功）大于，故C正确，D错误。故选ABC。15．AC【详解】AB．根据右手定则，开始时感应电流方向为正，大小均匀增加，运动到正方形的对角线的右侧，由于B增大为原来的2倍，感应电流突变为原来的2倍，由于B的方向反向，感应电流方向变化，为负值，选项A正确，B错误；CD．感应电流均匀变化，切割的有效长度均匀变化，根据F=BIL，安培力大小与时间呈二次函数变化，根据楞次定律的广义表述，安培力方向不变，选项C正确，D错误；故选AC。16．BD【详解】A．由图乙可得则电压的瞬时值表达式为选项A错误；C．四只灯泡均正常发光，流过灯泡的电流大小为流过副线圈的电流为由可得流过原线圈的电流为选项C错误；C．输入端电压电压表的示数即原线圈两端的电压为选项B正确；D．由可得副线圈两端的电压为且解得选项D正确。故选BD。17．AC【详解】A．根据闭合电路欧姆定律可得，降压变压器副线圈的电流为根据变压器的电流关系有可得，输送电流为则过的电流的有效值为5A，故A正确；B．根据变压器的电压关系有可得，降压变压器的输入电压为输电线上的损坏电压为则升压变压器的输出电压为则根据变压器的电压关系可得，升压变压器的原、副线圈匝数之比为故B错误；C．输电线电阻两端电压的最大值为故C正确；D．根据能量守恒可知，发电机的输出功率等于消耗的功率与输电线电阻的损耗功率之和，故D错误。故选AC。18．AC【详解】A．根据磁通量的定义可知图示位置时，线圈L中的磁通量最大，A正确；B．根据B错误；C．根据中性面的知识可知，发电机电枢单个线圈转至中性面时其感应电动势为0，感应电流为0，经过中性面时电流方向改变一次，因此，风叶每转动一圈时，都将经过两次中性面，因此电流方向将改变两次，C正确；D．电阻R上消耗的功率风叶转速不变，感应电动势不变，当 时，电阻R上的功率最大，因不知线圈内阻r和R的关系，增大R的阻值，则电阻R上消耗的功率不一定增大，D错误。故选AC。19．AC【详解】A．理想变压器原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，故A正确；B．由题意得因为正弦式交流电每个周期内电流方向改变两次，故每秒变化100次，故B错误；CD．由表达式得原线圈电流的有效值为由于所以接收线圈两端输出电流的有效值为故C正确，D错误。故选AC。20．（1）正电；（2）；（3）【详解】（1）依题意，由右手定则判断可知，C板电势高，带正电。（2）根据法拉第电磁感应定律经过一段时间，导体棒扫过得面积取n=1匝，可得（3）对带负电小球，在复合场中竖直方向平衡联立可得合力即为洛仑兹力带电小球恰能从右板边缘射出，如图所示，由几何关系可得可得21．(1)由右手定则判断可得a棒中的感应电流方向为垂直纸面向里；(2)；(3)【详解】(1)由右手定则判断可得a棒中的感应电流方向为垂直纸面向里；(2)当重锤下落速度最大时，为匀速下落状态，此时重力对重锤的功率等于导体棒克服安培力的功率，即又有，可得感应电流为联立解得(3)安培力的冲量等于4个导体棒切向动量的变化量，则平均感应电流为弧长为联立解得