第13章　交变电流　传感器 第1讲　交变电流的产生及其描述--2027全国版高考物理第一轮(含解析)

2027全国版高考物理第一轮
第1讲　交变电流的产生及其描述
基础对点练
题组一　交变电流的产生及其变化规律
1.(2026江西吉安模拟)图甲→乙→丙→丁→戊描述的过程是交流发电机发电的示意图。线圈的ab边连在金属滑环K上,cd边连在金属滑环L上,用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。下列说法正确的是(　　)
甲
乙
丙
丁
戊
A.图甲中,线圈平面与磁感线垂直,磁通量变化率最大
B.从图乙开始计时,线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imsin ωt
C.当线圈转到图丙位置时,感应电流最小,且感应电流方向改变
D.当线圈转到图丁位置时,感应电动势最大,cd边感应电流方向为c→d
2.(2025河南安阳模拟)如图甲所示,abcd为100匝的正方形闭合金属线圈,边长为L,线圈整体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'匀速转动。图乙是在匀速转动过程中穿过该线圈的磁通量随时间按正弦规律变化的图像,则下列说法正确的是(　　)
甲
乙
A.线圈产生的最大电动势为0.05π V
B.若线圈边长L=0.1 m,则磁感应强度大小为0.5 T
C.t=0.5 s时感应电动势最小
D.t=1.0 s时线圈中的电流改变方向
3.(多选)(2026福建莆田期末)有“海上充电宝”之称的南鲲号是一个利用海浪发电的大型海上电站,如图所示,其发电原理为海浪带动浪板上下摆动,从而驱动发电机转子转动,其中浪板和转子的链接装置使转子只能单方向转动。图示时刻线圈平面与磁场方向平行,若转子带动线圈逆时针转动并向外输出电流,则下列说法正确的是(　　)
A.线圈转动到图示的位置时感应电流最大
B.线圈转动到图示的位置时电流方向发生变化
C.线圈产生的电动势大小与海浪波动的频率无关
D.线圈转动到图示的位置时a端电势高于b端电势
4.(多选)(2026北京房山考试)一台交流发电机的示意图如图甲所示,其产生的电流i随时间t的变化关系如图乙所示。下列说法正确的是(　　)
甲
乙
A.t=0时穿过线圈的磁通量最小
B.该交变电流的频率为50 Hz
C.该交变电流的电流瞬时值表达式为i=2cos(5πt) A
D.发电机负载上1 Ω的定值电阻1 min内产生的热量为60 J
题组二　交变电流“四值”的理解和计算
5.(2026广东湛江月考)通过一阻值R=10 Ω的电阻的交变电流如图所示,其周期为0.8 s。电阻两端电压的有效值为(　　)
A. V B. V
C.5 V D.8 V
6.(2026山东开学考试)如图所示,在平面直角坐标系xOy的第Ⅰ象限和第Ⅳ象限存在方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,第Ⅱ象限存在方向垂直于纸面向外、磁感应强度大小也为B的匀强磁场。一半径为L、电阻为R、圆心角为60°的扇形闭合线圈在纸面内绕O点逆时针匀速转动,角速度为ω,t=0时,半径OA与x轴重合。线圈转动一周的过程中产生的感应电流的有效值为(　　)
A. B.
C. D.
综合提升练
7.(2025江苏苏州三模)如图所示,电阻为r的金属直角线框abcd放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,a、b两点连线与磁场垂直,ab、cd长均为l,bc长为2l,定值电阻阻值为R。线框绕ad连线以角速度ω匀速转动,从图示位置开始计时,bc边垂直于纸面向外运动,则(　　)
A.线框每转一圈,回路电流方向改变一次
B.定值电阻两端的电压为2Bl2ω
C.线框内电流方向为dcba
D.周期内通过R的电荷量为
8.(2026天津南开模拟)如图所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的电动势的图像如图乙中曲线a、b所示,则下列说法不正确的是(　　)
甲
乙
A.两次t=0时刻线圈平面与磁场方向垂直
B.曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3
C.曲线a对应的电动势频率为25 Hz
D.曲线b对应的电动势有效值为5 V
培优拔高练
9.(2025湖南长沙模拟预测)如图所示,光滑的长直金属杆与一个形状为正弦函数图像的漆包线通过小金属环连接成闭合回路。金属杆、小金属环电阻不计,漆包线电阻为R,a、b间距离为2L,导线构成的正弦图形顶部和底部到杆的距离都是d,在导线和金属杆所在平面内有两个方向相反的有界匀强磁场区域,磁场区域的宽度均为L,磁感应强度大小均为B。t=0时刻导线在水平外力F作用下从O点开始以速度v匀速穿过磁场,直到导线全部离开磁场区域,在此过程中,下列说法正确的是(　　)
A.整个过程中感应电流的方向会改变两次
B.外力F的最大值为Fm=
C.回路中产生的交变电流的电压有效值为
D.整个过程中水平外力F所做的功为
答案：
1.C　解析 图甲中,线圈在中性面位置,故穿过线圈的磁通量最大,磁通量变化率为0,A错误;从线圈在中性面位置开始计时的表达式才是i=Imsin ωt,B错误;当线圈转到图丙所示位置时,线圈在中性面位置,故穿过线圈的磁通量最大,产生的感应电流最小为零,电流方向将改变,C正确;当线圈转到图丁位置时,穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变化率最大,故感应电动势最大,cd边感应电流方向为d→c,D错误。
2.C　解析 线圈产生的最大电动势为Em=NBSω=5π V,故A错误;若线圈边长L=0.1 m,则由BS=0.05 Wb,解得B=5 T,故B错误;t=0.5 s时,线圈处在中性面上,磁通量变化率最小,所以感应电动势最小,故C正确;t=1.0 s时,图像斜率正负值不变,所以线圈中的电流不改变方向,故D错误。
3.AD　解析 线圈转动到题图所示的位置时,穿过线圈的磁通量为0,该位置与中性面垂直,线圈经过中性面时,电流方向发生变化,经过与中性面垂直位置时,感应电流最大,则线圈转动到题图所示的位置时电流方向不发生变化,且感应电流最大,A正确,B错误;由线圈产生的电动势峰值表达式Em=NBSω可知,线圈产生的电动势大小与海浪波动的频率有关,C错误;线圈转动到题图所示的位置时,根据右手定则可知线圈内部电流方向由b 流向a,电源内部电流从低电势流向高电势,则a 端电势高于b 端电势,D正确。
4.AC　解析 t=0时流过线圈的电流最大,此时穿过线圈的磁通量变化率最大,磁通量最小,A正确;由图乙可知,该交变电流的周期为T=0.4 s,频率为f==2.5 Hz,B错误;该交变电流的表达式为i=imcos(ωt) A,其中im=2 A,ω= rad/s=5π rad/s,联立可得i=2cos(5πt) A,C正确;交变电流的有效值i有==2 A,则发电机负载上1 Ω的定值电阻1 min内产生的热量为Q=Rt=22×1×60 J=240 J,D错误。
5.B　解析 根据电流的热效应计算电流的有效值,可得R·R·=I2RT,可得流过电阻的电流的有效值I= A,电阻两端电压的有效值为U=IR= V,故选B。
6.A　解析 半径OC切割磁感线产生的感应电动势为E0=,只有半径OC切割磁感线产生的感应电流为I0=,根据有效值的定义,有(2I0)2R×R×R×RT,所以I效=I0=,故选A。
7.D　解析 每当线圈经过线圈平面与磁场垂直位置时电流方向改变一次,则线框每转一圈,回路电流方向改变两次,A错误;感应电动势的最大值Em=B·2l·ωl=2Bωl2,定值电阻两端的电压为U=,B错误;线框在转动过程中,bc边切割磁感线的方向在不断变化,所以产生的是交变电流,线框中通过电流的方向在不断变化,C错误;周期内通过R的电荷量为q=Δt=Δt=,D正确。
8.B　解析 两次t=0时刻线圈的电动势的瞬时值均为零,因此线圈平面均与磁场方向垂直,A正确;图中曲线a、b对应的周期分别为0.04 s和0.06 s,周期之比为2∶3,根据T=,可得线圈转速之比na∶nb=3∶2,B错误;曲线a对应的周期为Ta=0.04 s,根据T=,解得fa=25 Hz,C正确;曲线a对应的电动势最大值Eam=NBS·=15 V,曲线b对应的电动势最大值Ebm=NBS·,解得Ebm=10 V,曲线b对应的电动势有效值为 V=5 V,D正确。
9.B　解析 闭合回路切割磁感线,规定电流沿金属杆由b到a为正方向,在0~时间内,切割的有效长度为dsin ωt,产生的电动势大小e=Bdvsin ωt,在时间内,切割的有效长度为3dsin ωt,产生的电动势大小为3e,再根据右手定则,得全过程回路中电流I=和时间关系的图像如图所示,可知电流方向改变4次,A错误;t=或者t=时,安培力最大,此时有效长度l=3d,Im=,则Fm=BIml=,B正确;在0~时间内有效值I1=,在时间内有效值I2=,对全过程由焦耳定律有=I2R,得全过程电流的有效值I=,电压有效值U=IR=,C错误;水平外力F做的功等于克服安培力做的功,即产生的焦耳热,得W=I2R,D错误。
8