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2025人教版新教材物理高考第一轮
第十三章 交变电流 传感器
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.(2024浙江嘉兴模拟)交流发电机发电过程的示意图如图所示,装置中两磁极之间产生的
磁场可近似为匀强磁场,为了便于观察,图中只画了一匝线圈,线圈的AB边和CD边分别连
接在滑环上,线圈在匀速转动过程中,下列说法正确的是( )
A.转到图甲位置时,通过线圈的磁通量为0,此位置为中性面
B.转到图乙位置时,线圈中电流方向发生改变
C.转到图丙位置时,CD边切割磁感线,产生感应电流方向为D→C
D.转到图丁位置时,线圈中的磁通量最大,磁通量的变化率最大
2.(2023湖南长沙二模)矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。若轴线右侧没有磁场
(磁场具有理想边界),如图所示。设abcda方向为感应电流的正方向。从图示位置开始一
个周期内线圈感应电流随时间变化的图像,正确的是( )题组二 描述交变电流的物理量
3.(多选)如图甲所示,标有“220 V 40 W”的电灯和标有“20 μF 300 V”的电容器并联
接到交流电源上,V为交流电压表。交流电源的输出电压如图乙所示,闭合开关S,下列判
断正确的是( )
T
A.t= 时刻,V的示数为零
2
B.电灯恰正常发光
C.电容器有可能被击穿
D.交流电压表V的示数保持110√2 V不变
4.(2021浙江卷)如图所示,虚线是正弦式交变电流的图像,实线是另一交变电流的图像,它
们的周期T和最大值U 相同,则实线所对应的交变电流的有效值U满足( )
m
A.U=U B.U=√2U
m m
2 2
C.U>√2U D.U<√2U
m m
2 2
5.如图所示电路,电阻R 与电阻R 串联接在交变电源上,且R =R =10 Ω,正弦式交变电流
1 2 1 2
的表达式为u=20√2sin 100πt V,R 和理想二极管D(正向电阻为零,反向电阻为无穷大)并
1
联,则R 的电功率为( )
2A.10 W B.15 W
C.25 W D.30 W
综合提升练
6.(2022广东卷)下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,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
1 2
连接阻值为R的电阻,转子是中心在O点的条形磁体,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.(多选)(2023山东济南质检)一台小型发电机结构示意图如图所示,线圈绕垂直匀强磁场
方向的轴匀速转动,通过电刷接有一盏灯泡。已知线圈匝数为N,内阻为r,转动的周期为T,
灯泡的电阻为9r,电压表的示数为U。从图示位置开始计时,下列说法正确的是( )
T UT
A.从开始计时到t= 过程中,通过灯泡的电荷量为
4 36r
T U2T
B.从开始计时到t= 过程中,灯泡消耗的电能为
2 18r2π
C.线圈产生的电动势瞬时值表达式为e=√2Ucos t
T
5√2UT
D.线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为
9N π
8.(多选)(2023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3√2nBL2ω
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
4√2nBL2ω
端电压有效值为
3
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
第十三章 交变电流 传感器
第1讲 交变电流的产生及其描述
1.B 解析 转到图甲位置时,磁场与线圈平行,线圈的磁通量为0,中性面为磁通量最大位
置,因此图甲不是中性面位置,A错误;转到图乙位置时,即线圈为中性面位置,此时线圈中
电流方向发生改变,B 正确;转到图丙位置时,由右手定则可得,CD 边感应电流方向为
C→D,C错误;转到图丁位置时,线圈中的磁通量最大,磁通量变化率为零,D错误。
T
2.A 解析 从题图示位置开始,在0~ 时间内,磁通量减小,原磁场方向向里,由楞次定律
4
“增反减同”可知,感应电流的磁场方向向里,产生的感应电流的方向为abcda,即与电流
BSω
规定的正方向相同,且产生的感应电流的大小随时间按正弦规律变化,有i= sin ωt;在
R
T T
~ 时间内,磁通量增大,原磁场方向向里,由楞次定律“增反减同”可知,感应电流的磁
4 2
场方向向外,因线圈的位置也发生了变化,所以产生的感应电流的方向还是abcda,即与电
流规定的正方向相同,结合题中选项可知,A正确,B、C、D错误。
3.BC 解析 交流电压表V的示数应是电压的有效值220 V,A、D错误;电压的有效值恰
等于电灯的额定电压,电灯正常发光,B正确;电压的峰值220√2 V≈311 V,大于电容器的耐
压值,故电容器有可能被击穿,C正确。
4.D 解析 因虚线是正弦式交变电流的图像,则该交变电流的有效值为 U =
有效值
U √2U ,由图可知,在任意时刻,实线所代表的交变电流的瞬时值都不大于虚线表示的
m= m
√2 2
正弦式交变电流的瞬时值,则实线所代表的交变电流的有效值小于虚线表示的正弦式交
变电流的有效值,则U<√2U ,故选D。
m
2
5.C 解析 由题图可知,当电流从A流入时,R 被短路,则此时R 上电压有效值U =U =20
1 2 2 m
√2
U
V,当电流从B流入时,R 、R 串联,则R 两端电压有效值U '= 2=10 V,设在一个周期内R
1 2 2 2 2
2两端的电压有效值为 U,则U '2 T U 2 T U2·T,解得 U=5 V,则有 P=U2 250
2 · + 2 · = √10 =
R 2 R 2 R R 10
2 2 2 2
W=25 W,故C正确。
6.B 解析 根据E=nBωS,因n >n ,故两线圈内电动势的最大值不相等,电动势的有效值不
1 2
相等,两电阻消耗的电功率不相等,选项A、D错误。条形磁体转动的周期即为线圈内交
变电流的周期,故两线圈内交变电流的频率相等,选项B正确。题图所示位置,匝数为n 的
1
线圈磁通量最大,感应电动势最小;匝数为n 的线圈磁通量最小,感应电动势最大,选项C
2
错误。
9r 10 10√2
7.BD 解析 由题意可知 U= E,得 E= U,最大感应电动势 E = U,又
r+9r 9 max 9
2π 10√2UT 5√2UT T
E =NBSω=NBS· ,得NBS= = ,从开始计时到t= 过程中,通过灯泡的电
m T 2×9π 9π 4
N ΔΦ NBS 5√2UT √2UT U
荷量q= = = = ,A错误;电路中的电流 I= ,则从开始计时到 t=
10r 10r 9π×10r 18πr 9r
T过程中,灯泡消耗的电能 E'=I2×9r×T U2 ×9r×T U2T,B正确;线圈产生的电动势瞬
= =
2 2 81r2 2 18r
10√2 2π
时值表达式e=E cos ωt= Ucos t,C错误;线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的
max 9 T
5√2UT
最大值Φ =BS= ,D正确。
max
9N π
8.AC 解析 当大轮以角速度ω匀速转动时,因为两轮线速度大小相等,所以小轮的角速
度为4ω,即线圈转动的角速度为4ω,A正确;E =4nBL2ω,其有效值为E=E =2 nBL2ω,灯
m m √2
√2
1
泡两端电压的有效值为U= E=√2nBL2ω,B错误;若漆包线的长度变为原来的两倍,则漆包
2
线的电阻变为原来的两倍,线圈匝数变为原来的两倍,线圈产生的电动势变为原来的两倍,
1 4√2nBL2ω
灯泡两端电压有效值U'= E'= ,C正确;若将小轮半径变为原来的两倍,则小轮
3 3
转动的角速度减小,线圈产生的电动势减小,灯泡变暗,D错误。
