专题66 交变电流模型-2024高考物理二轮复习80模型最新模拟题专项训练

这是一份专题66 交变电流模型-2024高考物理二轮复习80模型最新模拟题专项训练，文件包含模型66交变电流模型原卷版-2024高考物理二轮复习80模型最新模拟题专项训练docx、模型66交变电流模型解析版-2024高考物理二轮复习80模型最新模拟题专项训练docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共28页， 欢迎下载使用。

一、以核心和主干知识为重点。构建知识结构体系，确定每一个专题的内容，在教学中突出知识的内在联系与综合。
二、注重情景与过程的理解与分析。善于构建物理模型，明确题目考查的目的，恰当运用所学知识解决问题：情景是考查物理知识的载体。
三、加强能力的提升与解题技巧的归纳总结。学生能力的提升要通过对知识的不同角度、不同层面的训练来实现。
四、精选训练题目，使训练具有实效性、针对性。
五、把握高考热点、重点和难点。
2024高考物理二轮复习80热点模型
最新高考题模拟题专项训练
模型66 交变电流模型
最新高考题
1.. （2023高考湖南卷）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，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的正方形，共匝，总阻值为。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为的匀强磁场。 大轮以角速度匀速转动，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
B. 灯泡两端电压有效值为
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
【参考答案】AC
【名师解析】根据大轮与小轮半径之比为4׃1，由v=ωr可知发电机线圈转动的角速度为4ω，A正确；发电机产生的感应电动势最大值为Em1=nBL2·4ω，有效值为E1==，灯泡两端电压有效值为U1=E1/2=，B错误；若用总长为原来两倍的相同漆包线绕制成边长仍为L的多匝正方形线圈，则线圈电阻为2R，匝数为2n，发电机产生的感应电动势最大值为Em2=2nBL2·4ω，有效值为E2==，灯泡两端电压有效值为U2=E2/3=，C正确；若仅将小轮半径变为原来的两倍，则发电机转速变慢，产生的感应电动势减小，灯泡变暗，D错误。
2. （2022年6月浙江选考）风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途经之一。如图所示，风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为9m/s时，输出电功率为405kW，风速在5~10m/s范围内，转化效率可视为不变。该风机叶片旋转一周扫过的面积为A，空气密度为ρ，风场风速为v，并保持风正面吹向叶片。下列说法正确的是
第12题图
A．该风力发电机的输出电功率与风速成正比
B．单位时间流过面积A的流动空气动能为
C．若每天平均有1.0×108kW的风能资源，则每天发电量为2.4×109kW·h
D．若风场每年有5000h风速在6~10m/s的风能资源，则该发电机年发电量至少为6.0×105kW·h
【参考答案】D
【命题意图】本题考查动能、效率和流体管状模型。
【解题思路】
风力发电机是将吹进风机叶片空气的动能转化为电能，所以该风力发电机的输出电功率与风速的三次方成正比，A错误；单位时间流过面积A的流动空气动能为Ek==，B错误；由于风力发电机效率一定小于1，所以若每天平均有1.0×108kW的风能资源，则每天发电量一定小于2.4×109kW·h，选项C错误；由于风力发电机的输出电功率与风速的三次方成正比，根据题述风力发电机在风速为9m/s时，输出电功率为405kW，若风场每年有5000h风速在6~10m/s的风能资源，按照最低风速6m/s计算，则风速为6m/s时，输出电功率为×405kW=120kW，该发电机年发电量至少为5000h×120kW=6.0×105kW·h，选项D正确。
最新模拟题
1. （2023广东名校联盟大联考）如图所示，匝数为100的矩形导线圈处于磁感应强度大小为的水平匀强磁场中，线圈的面积为、电阻为。线圈绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动，通过滑环与阻值为的电阻R连接，V为理想交流电压表。下列说法正确的是（ ）
A. 通过电阻的交变电流的频率是
B. 线圈中产生的感应电动势的有效值为
C. 电压表V的示数为
D. 线圈的发热功率为
【参考答案】BD
【名师解析】
通过电阻的交变电流的周期
通过电阻的交变电流的频率，A错误；
线圈中产生的感应电动势的峰值
线圈中产生的感应电动势的有效值为，B正确；
电压表V的示数，C错误；
线圈中的电流的有效值
线圈的发热功率为 ，D正确。
2. (2023天津一中质检)图为发电机原理图。边长为的匝正方形线圈，在磁感应强度为的匀强磁场中，绕垂直于磁场的中心轴做匀速转动，角速度为，线圈电阻不计，外接电阻和电压表，下列说法正确的是（ ）
A. 从图示位置开始计时，线框中的感应电动势的瞬时值表达式为
B. 若将电阻换成电容器，电容器的耐压值可以为
C. 从图示位置转过90°流过中的电量
D. 线框转一周，外力所做的功为
【参考答案】D
【名师解析】
图示位置为垂直中性面位置，从图示位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值表达式为
，故A错误；
若将电阻换成电容器，电容器的耐压值考虑最大值，为，故B错误；
从图示位置转过90°流过中的电量 ，故C错误；
线框转一周，外力所做的功就是回路产生的焦耳热，则
，故D正确。
3．（2023四川成都树德中学二诊）如图所示，边长为L的正方形线圈abcd其匝数为n，总电阻为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绕轴匀速转动，则以下判断中错误的是（ ）
A．闭合电路中感应电动势的瞬时表达式
B．在时刻，磁场穿过线圈的磁通量为零，但此时磁通量随时间变化最快
C．从时刻到时刻，电阻R上产生的热量为
D．从时刻到时刻，通过R的电荷量
【参考答案】A
【名师解析】．由法拉第啊电磁感应定律
所以闭合电路中感应电动势的瞬时表达式为 ，A错误；
由题可知 刻，线圈转了90°，此时磁通量为零，此时感应电动势最大，故此时磁通量随时间变化最快，B正确；
根据正弦电流的特点，该正弦电压的有效值为
由闭合电路欧姆定律
所以由焦耳定律可知，从时刻到时刻，电阻R上产生的热量为
解得 ，C正确；
根据电流的定义式
由闭合电路欧姆定律
法拉第啊电磁感应定律
联立解得 ，D正确。
4. （2023湖南新高考教研联盟第二次联考）如图所示，有一矩形线圈abcd的面积为S，匝数为N，电阻为r，绕轴在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度逆时针做匀速转动，从图示位置开始计时。矩形线圈通过滑环接一可调电阻R，图中电流表A和电压表V的读数分别为I和U。下列判断正确的是（ ）
A.矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为
B.矩形线圈经过图示位置时，线圈中的电流方向为a→b→c→d→a
C.矩形线圈从图示位置转过时，电压表的读数为0
D.可变电阻R取不同值时，I、U的乘积IU的值可能相等
【参考答案】.ABD
【名师解析】感应电动势最大值为，从图示位置开始计时瞬时值表达式，A正确；图示位置时根据右手定则知电流方向为，B正确；电压表示数为有效值，不随瞬时值变化，C错误；根据输出功率与电阻关系知正确。故诜。
5. （2023年广东广州一模）某小组用如图a所示的风速仪研究交流电，风杯在风力作用下带动与其连在一起的永磁铁转动；某一风速时，线圈中产生的交变电流如图b所示，已知风杯转速与风速成正比，则（ ）
A. 该交变电流的周期为
B. 该交变电流的峰值为
C. 风速增大，产生的交变电流周期增大
D. 风速增大，产生的交变电流峰值增大
【参考答案】D
【名师解析】
从图像可以看出该交变电流的周期为，A错误；
结合图像可知该交变电流的峰值为，B错误；
已知风杯转速与风速成正比，风速增大，风杯转速就越大，由
知产生的交变电流周期减小，C错误；
已知风杯转速与风速成正比，风速增大，风杯转速就越大，由
可知产生的交变电流峰值增大，D正确。
. 6. （2023湖南邵阳二模）发电机的结构示意图如图所示，正方形金属框通过两半圆形金属环及导线与电阻构成一闭合回路，在匀强磁场中以恒定角速度绕轴转动，下列关于通过金属框的磁通量及通过电阻的电流i随时间变化的图像可能正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【参考答案】AD
【名师解析】
当金属框在匀强磁场中以恒定角速度绕轴转动时，通过的磁通量和产生的感应电流大小和方向都随时间周期性变化。．当线框从经过中性面开始计时，磁通量随时间余弦规律变化；当线框从垂直于中性面开始计时磁通量随时间正弦规律变化，A正确，B错误；当线框从经过中性面开始计时，线框中的电流随时间正弦规律变化；金属框通过两半圆形金属环及导线与电阻R构成一闭合回路，由楞次定律知通过电阻R的电流方向不变，都是向左通过，C错误，D正确。
。
7. （2023浙江台州部分重点高中联考）一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴线匀速转动时产生正弦式交变电流，其电动势的变化规律如图甲中的线a所示，用此线圈给图乙电路供电，发现三个完全相同的灯泡亮度均相同。当调整线圈转速后，电动势的变化规律如图甲中的线b所示，以下说法正确的是（ ）
A. 曲线a、b对应的线圈角速度之比为
B. 时刻，线圈平面恰好与磁场方向平行
C 转速调整后，L2灯泡最亮
D. 转速调整后，三个灯泡的亮度仍然相同
【参考答案】：AC
【名师解析】．曲线a的周期T1=0.04s，曲线b的周期T2=0.06s，所以转速之比
，故A正确；
t=0时刻，电动势为0，说明线圈平面恰好与磁场方向垂直，故B错误；
转速调整后，交流电的频率降低了，所以线圈的电感对交流电的阻碍减小了，电容对交流电的阻碍增大了，而电阻对交流电的阻碍不变，所以灯泡L2最亮，L3最暗，即三个灯泡的亮度各不相同，故C正确，D错误。
8. （2023广东实验中学三模） 在同一匀强磁场中，两个相同矩形金属线圈a、b分别绕线圈平面内且与磁场垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的图象如图所示，则（ ）
A. 线圈a的转速是b的3倍
B. 线圈b产生的电动势最大值为10V
C. t＝0.01s时，线圈a恰好经过中性面
D. t＝0.03s时，线圈b恰好经过中性面
【参考答案】BD
【名师解析】
由图可知 ，根据周期与转速成反比可知线圈a、b的转速之比为3：2，故A错误；
由于最大感应电动势为
由图像可知，a线圈最大感应电动势为15V，则b线圈最感应电动势为10V， 故B正确；
由图像可知，t＝0.01s时，线圈a中感应电动势最大，则此时线圈a位于垂直中性面位置，故C错误；
t＝0.03s时，线圈b中感应电动势为0，则此时线圈b恰好经过中性面，故D正确。
。
9.（2023湖北荆州高二期末） 如图所示，N=50匝的矩形线圈abcd，ab边长=20cm，bc边长=25cm，放在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以r/min的转速逆时针匀速转动，线圈的电阻r=1，外电阻R=9（其余电阻不计）。t=0时线圈平面与磁感线垂直，ab边通过内金属环与电刷相连，cd边通过外金属环与电刷相连，电流表和电压表可看成理想电表，则（ ）
A. 从t=0时刻再转过90°角，线圈中电流将改变方向
B. 电流表的读数为10A
C. 电压表的读数为45V
D. 通过线圈电流的瞬时表达式i=10sinl00t（A）
【参考答案】CD
【名师解析】
从t=0时刻再转过90°角，线圈处于与中性面垂直的位置，电流不改变方向。故A错误；
根据角速度与转速的关系式，可得
线圈中产生的感应电动势的最大值为
根据闭合电路欧姆定律，有
电流表的读数为，故B错误；
电压表的读数为，故C正确；
通过线圈电流的瞬时表达式为i=10sinl00t（A），故D正确。
10.（14分）(2023山东聊城期末)如图所示，为一交流发电机和外接负载的示意图，发电机电枢为n=200匝的正方形线圈，边长L=20cm。线圈绕OO'轴在磁感强度B=0.5T的磁场中以角速度ω=10rad/s转动，已知线圈电阻r=2Ω，外电路负载电阻R=6Ω，不计一切摩擦。试求：
（1）由图示位置开始计时，转动过程中感应电动势的瞬时表达式；
（2）由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势及通过电阻的电荷量（结果可以根式表示）；
（3）正方形线圈转一周的过程中电阻R产生的焦耳热。
【参考答案】.（14分）（1）
（2），（3）
【名师解析】：（1）该交流电的峰值①
开始位置与磁感线平行，瞬时值表达式②
解得，由图示位置开始转动过程中感应电动势的瞬时值表达式为
③
（2）转60°角的过程中产生的平均感应电动势大小④
其中⑤
⑥
解得，由图示位置转过60°角的过程中产生的平均感应电动势为⑦
由闭合电路的欧姆定律得⑧
通过电阻R中流过的电量为⑨
解得⑩
（3）转动过程中，交流电的有效值为⑪
由闭合电路欧姆定律可得，感应电流
由焦耳定律可得电阻R产生的焦耳热为⑫
⑬
解得⑭
评分标准：①~⑭式，每式1分
1．（2023山东聊城三模）. 如图所示为实验室使用的旋转磁极式发电机模型，线圈的匝数，内阻，输出端与理想变压器的原线圈相连，理想变压器原、副线圈的匝数比为，副线圈外接电阻。转动磁极，线圈的磁通量的变化规律为，闭合S，电阻R的功率为（ ）

A. B. C. D.
【参考答案】A
【名师解析】
由磁通量的变化规律
可知磁通量的最大值为
转动的角速度为
则线圈产生的电动势最大值为
则线圈产生电动势有效值为
设原线圈的电流为，根据能量守恒有
根据变压器副线圈电流与匝数关系有
联立解得
电阻R的功率为
故选A。
6. （2023江苏南京市中华中学一模）如图甲和乙，是某手动发电的电筒的发电机的两个截面示意图。推动手柄使线圈a沿轴线往复运动，线圈a中产生的感应电动势随时间按正弦规律变化，如图丙所示。线圈a连接一原、副线圈匝数比为的理想变压器，其输出端给两个额定电流均为0.5A的灯泡供电，两灯泡恰好正常发光，线圈a及导线电阻不计，则（ ）
A. 线圈a中电流的有效值为0.5AB. 灯泡的电阻为2Ω
C. 发电机输出功率为D. 变压器输出电流的频率为1.25Hz
【参考答案】A
【名师解析】
由两灯泡恰好正常发光可得副线圈端的输出电流为
再由变压器规律
可得线圈a中的电流有效值I1为0.5A，故A正确；
B．由图丙可得变压器输入电压有效值为
再由变压器规律
可得副线圈输出电压
所以灯泡的电阻
故B错误；
C．发电机输出功率为
故C错误；
由图丙可知变压器输入电压的频率为
所以变压器输出电流的频率也为2.5Hz，故D错误。
4. （2023江西上饶二模）风力发电为2022年卡塔尔世界杯供应绿色电能，其简化模型如图所示，某次发电过程中风轮机叶片做匀速圆周运动，转速为n，叶片通过转轴带动面积为S、匝数为N的发电机线圈转动，产生的交变电流经过理想变压器升压后，输出电压最大值为。已知匀强磁场的磁感应强度为B，图中电压表为理想交流电压表，忽略发电机线圈电阻，图中发电机线圈刚好垂直于磁场，题中物理量单位均为国际单位，则（ ）
A. 线圈位于图示位置时，交流电压表的示数为零
B. 线圈位于图示位置时，交流电压表的示数为
C. 变压器原、副线圈的匝数比为
D. 变压器原、副线圈的匝数比为
【参考答案】C
【名师解析】
交流电压表的示数为有效值，线圈产生电动势的最大值
交流电压表的示数为
故AB错误；
变压器原、副线圈的匝数比为
故C正确，D错误。
1. （2023湖南衡阳二模）电流i随时间变化的关系如下图，它的有效值是（ ）
A. 10AB. C. D. 20A
【参考答案】A
【名师解析】
根据有效值的定义，可得（7）2R×1+（6）2R×1+（3）2R×1=R×3
解得，A正确。
5. （2023河北九师联盟质检）如图甲、乙所示分别是A、B两种交流电的i－t关系图像，则A、B两种交流电的有效值之比为（ ）
A. B. C. D.
【参考答案】A
【名师解析】
设A、B两种交流电的有效值分别为、，由交流电有效值的定义及题图数据有
解得 ，
比较可得 ，A正确。