2026年高考物理一轮复习专项练习 考点42 交变电流的产生与描述（含解析）

考点42 交变电流的产生与描述
1.(多选)电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过90°时，线圈中 ( )
A.电流最小
B.电流最大
C.电流方向由 P 指向 Q
D.电流方向由 Q 指向 P
2.如图所示，N匝正方形闭合金属线圈 abcd边长为L，线圈处于磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴OO'以角速度ω匀速转动，ab边距轴∠4。线圈中感应电动势的有效值为 ( )
A. NBL ω
3.将阻值为50 Ω的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.该交流电的频率为100 Hz
B.通过电阻电流的峰值为0.2A
C.电阻在1秒内消耗的电能为1 J
D.电阻两端电压表达式为 sin(100πt) V
4.在如图所示电路中接入正弦交流电，灯泡L 的电阻是灯泡L 的2倍。假设两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大。闭合开关S，灯泡 L 、L 的电功率之比 P ：P 为 ( )
A.2:1 B.1:1 C.1:2 D.1:4
5.(多选)一台发电机在产生正弦式电流。如果发电机电动势峰值为 ，线圈匀速转动的角速度为ω=314 rad/s。如果这个发电机的外电路只有电阻元件，总电阻为2kΩ，线圈内阻不计，从中性面开始计时。则下列说法正确的是 ( )
A.电动势瞬时表达式为e=400 sin 314t V
B.电路中电流的峰值为
C.1 s内电流方向改变50次
D.若发电机转速加倍，则外电阻在相同的时间内产生的热量变为原来的4倍
6.(2022 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v不同的两线圈,n >n ,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
7.(2024河北卷)R 、R 为两个完全相同的定值电阻，R 两端的电压随时间周期性变化的规律如图1所示(三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的 倍)，R 两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示，则两电阻在一个周期T内产生的热量之比Q ：Q 为 ( )
A.2:3 B.4:3 D.5:4
8.(2024山东卷)如图甲所示,在-d≤x≤d,-d≤y≤d的区域中存在垂直 Oxy平面向里、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域)，边长为2d 的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为 ( )
9.(多选)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4：1，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 L 的正方形，共n匝，总阻值为 R。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为 B 的匀强磁场。大轮以角速度ω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 R 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4ω
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L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
1BD 图示位置磁极再转过90°时，磁场方向竖直向下，线圈平面与中性面垂直，此时电流最大；再根据右手定则，PQ相对磁极向左切割磁感线，判断出电流方向由 Q 指向 P。故选B、D。
2B 根据交流电产生原理，可知正方形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的电流为正弦交流电，则线圈中感应电动势的有效值 故选B。
3D 由题图可知，该交变电流的周期为T=0.02s，频率 A错误；由欧姆定律可得流过电阻电流的峰值为 B 错误；流过电阻的电流有效值为 由焦耳定律得，该电阻1s内消耗的电能 ，C错误；由电阻两端电压随时间的变化规律知，电阻两端电压表达式为u=10 sin(100πt) V,D正确。
4C 关键点拨 根据二极管的单向导电性画出等效电路图，将有效值代入功率公式计算，正弦交流电半个周期内的有效值与一个周期内有效值相同。
解题思路 设电源电压有效值为 U，在交流电一个周期内，电源上方电势高时的半个周期，电流方向为逆时针，流过上面的二极管和灯泡L ，此时L 被短路，下面的二极管断路，如图甲所示；电源下方电势高时的半个周期，电流方向为顺时针，流过下面的二极管和灯泡L ，此时L 被短路，上面的二极管断路，如图乙所示。经上述分析可知，在一个完整周期内，两个灯泡有电流通过的时间相等，都为半个周期，则电压有效值相等，根据 可得P :P =1:2,C正确。
5AD 由交流电的变化规律得，从中性面开始计时时，电动势的瞬时表达式为e= Em sinωt=400 sin 314t V,故 A 正确;由闭合电路欧姆定律得电路中电流的峰值为 故B错误；交流电的频率为 电流在一个周期内方向改变2次，则1s内电流方向改变100次，故C错误；电动势的最大值为 若发电机转速加倍，则电动势的最大值变为原来的2倍，则线圈产生的电动势的有效值变为原来的2倍，由 可知功率变为原来的4倍，则外电阻在相同的时间内产生的热量变为原来的4倍，故D正确。
6B
7B
8.C 改变磁场前，根据图像可知e=E sinωt，改变磁场后，根据图丙可知， 时开始产生电动势，代入上式可得 ，则线圈转过π/3时开始切割磁感线，由于线圈的旋转半径是d，则磁场在 区域，故选C。
9. AC 大轮和小轮通过皮带传动，皮带不打滑，则大轮和小轮边缘的线速度大小相等，即ω·4r=ω'r，解得小轮及线圈转动的角速度 ，A正确；线圈中产生的感应电动势的最大值 则感应电动势的有效值 由闭合电路欧姆定律可知灯泡两端电压的有效值 B错误；若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为L的多匝正方形线圈，则线圈中产生的感应电动势的最大值. 感应电动势的有效值 由闭合电路欧姆定律可知灯泡两端电压的有效值 C正确；若仅将小轮半径变为原来的两倍，则小轮及线圈转动的角速度减小，感应电动势减小，灯泡变暗，D错误。