专题11.1 交变电流的产生和描述（练）（解析版）

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1、专题11.1 交变电流的产生和描述1. （河北省秦皇岛一中2019届期末）一边长为L的正方形单匝线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转动，线框中产生的感应电动势e随时间t的变化情况如图所示。已知匀强磁场的磁感应强度为B，则结合图中所给信息可判定()At1时刻穿过线框的磁通量为BL2Bt2时刻穿过线框的磁通量为零Ct3时刻穿过线框的磁通量变化率为零D线框转动的角速度为【答案】D【解析】t1时刻，感应电动势最大，穿过线框的磁通量应为零，A错误；t2时刻，穿过线框的磁通量最大，为mBL2，B错误；t3时刻，感应电动势最大，则磁通量变化率也最大，C错误；交变电流的最大值为EmBL2，则，D正确。2（辽宁省鞍山

2、一中2019届质检）一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动。在转动过程中，线框中的最大磁通量为m，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是()A当磁通量为零时，感应电动势也为零B当磁通量减小时，感应电动势也减小C当磁通量等于0.5m时，感应电动势等于0.5EmD角速度等于【答案】D【解析】根据正弦式交变电流的产生及其变化规律，当磁通量最大时，感应电动势为零；当磁通量减小时，感应电动势在增大，磁通量减为零时，感应电动势最大，由此可知A、B项错误；设从线框位于中性面开始计时，则有eEmsin t，式中EmBS，因mBS，故角速度，D项正确；设e0.5Em，则解出t，此时BScos

3、 BSm，所以C项错误。3（湖南省湘潭一中2019届期中）如图甲所示，在匀强磁场中，两个匝数相同的正方形金属线圈分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势e随时间t变化的图象如图乙中曲线a、b所示，则()甲乙At0时刻，两线圈均处于垂直于中性面的位置Ba、b对应的线圈转速之比为23Ca、b对应的两线圈面积之比为11D若只改变两线圈的形状(匝数不变)，则两线圈电动势的有效值之比一定不变【答案】C【解析】t0时刻，两线圈感应电动势均为零，故两线圈均处于中性面的位置，选项A错误；由图线可知，两线圈的周期之比TaTb23；故根据n可知a、b对应的线圈转速之比为32，选项B错误；根据

4、EmNBS，；则，选项C正确；若只改变两线圈的形状(匝数不变)，则两线圈的面积可能要变化，故感应电动势的最大值可能要变化，电动势的有效值之比可能变化，选项D错误。4（江苏省无锡一中2019届期末）理想变压器原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u随时间t变化的规律如图所示，原、副线圈匝数比n1n2100，副线圈只接入一个R10 的电阻，则()A与电阻R并联的电压表示数为3.11 VB流过电阻R的电流最大值为0.311 AC变压器的输入功率为0.484 WD一个周期内，电阻R上产生的热量为9.68103 J【答案】BCD【解析】由题图知，变压器原线圈两端电压的有效值为220 V，由知，电压表的示数为

5、2.2 V，A错误；流过R的最大电流Im0.311 A，B正确；电流有效值为0.22 A，R消耗的功率PU2I2.20.22 W0.484 W，C正确；一个周期内R产生的热量QI2RT9.68103 J，D正确。5. （河南省开封一中2019届调研）如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界)。则线框内产生的感应电流的有效值为()A.BC.D.【答案】D【解析】线框的转动周期为T，而线框转动一周只有的时间内有感应电流，此时感应电流的大小为I，根据电流的热效应有RIRT，解得I有，故

6、D正确。6（山西省晋城一中2019届期中）如图甲所示为一交变电压随时间变化的图象，每个周期内，前二分之一周期电压恒定，后二分之一周期电压按正弦规律变化。若将此交流电连接成如图乙所示的电路，电阻R阻值为100 ，则()甲乙A理想电压表读数为100 VB理想电流表读数为0.75 AC电阻R消耗的电功率为56 WD电阻R在100秒内产生的热量为5 625 J【答案】BD【解析】根据电流的热效应，一个周期内产生的热量QT，解得U75 V，A错误；电流表读数I0.75 A，B正确；电阻R消耗的电功率PI2R56.25 W，C错误；在100秒内产生的热量QPt5 625 J，D正确。7. （湖北省武汉二中

7、2019届期末）如图所示，N匝矩形导线框在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO匀速转动，线框面积为S，线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想电流表A和二极管D。电流表的示数为I，二极管D具有单向导电性，即正向电阻为零，反向电阻无穷大。下列说法正确的是()A导线框转动的角速度为B导线框转动的角速度为C导线框转到图示位置时，线框中的磁通量最大，瞬时电动势为零D导线框转到图示位置时，线框中的磁通量最大，瞬时电动势最大【答案】AC【解析】导线框产生的最大感应电动势EmNBS；根据二极管的特点可知，在一个周期内有半个周期回路中有电流，根据交流电电流的热效应可知2RI2RT，解得，故A正确，B错误；

8、导线框转到图示位置时，导线框位于中性面处，导线框中的磁通量最大，瞬时电动势为零，故C正确，D错误。8（黑龙江省鸡西一中2019届期中）一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动在转动过程中，线框中的最大磁通量为m，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是()A当磁通量为零时，感应电动势也为零B当磁通量减小时，感应电动势也减小C当磁通量等于0.5m时，感应电动势等于0.5EmD角速度等于【答案】D【解析】根据正弦式交变电流的产生及其变化规律，当磁通量最大时，感应电动势为零；当磁通量减小时，感应电动势在增大，磁通量减为零时，感应电动势最大，由此可知A、B项错误；设从线框位于中性面开始

9、计时，则有eEmsin t，式中EmBS，因mBS，故角速度，D项正确；设e0.5Em，则解出t，此时BScosBSm，C项错误9（浙江省温州二中2019届期末）如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO匀速转动，从图示位置开始计时，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示若线圈的转速变为原来的2倍，而其他条件保持不变，从图示位置转过90开始计时，则能正确反映线圈中产生的电动势e随时间t的变化规律的图象是()【答案】A【解析】由题图乙知，周期T4 s，感应电动势的最大值Em1 V，而感应电动势的最大值的表达式EmNBSNBS.若仅把线圈的转速变为原来的2倍，则周期T变为原

10、来的，即T2 s，而感应电动势的最大值Em变为原来的2倍，即Em2 V，所以选项B、C错误；从图示位置转过90开始计时，也就是t0时线圈中产生的感应电动势应为0，所以选项A正确，D错误10. （浙江省台州一中2019届期末）小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO，线圈绕OO匀速转动，如图所示矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压()A峰值是e0B峰值是2e0C有效值是Ne0 D有效值是Ne0【答案】D【解析】因每匝矩形线圈ab边和cd边产生的电动势的最大值都是e0，每匝中ab和c

11、d串联，故每匝线圈产生的电动势的最大值为2e0.N匝线圈串联，整个线圈中感应电动势的最大值为2Ne0，因线圈中产生的是正弦交流电，则发电机输出电压的有效值ENe0，故选项D正确 11（湖北省鄂州一中2019届模拟）如图甲所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO以角速度逆时针匀速转动若以线圈平面与磁场夹角45时(如图乙)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正则如图所示的四个选项图中正确的是()【答案】D【解析】矩形线圈绕垂直于匀强磁场的转轴匀速转动产生正弦式交变电流，在开始计时(t0)时线圈为题图乙所示的位置，据右手定则判断电流为负方向，首先排除A、B选项

12、；若在题图甲所示的位置，感应电流为负向的峰值，可见t0的时刻交变电流处于负半轴且再经到达中性面位置，或者0，瞬时值表达式iImsin(t0)，所以0Imsin，t，故D选项正确12（吉林省长春实验中学2019届模拟）如图所示为一交流电压随时间变化的图象每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定根据图中数据可得，此交流电压的有效值为()A7.5 VB8 VC2 VD3 V【答案】C【解析】根据电流的热效应有T，解得U2(60 V)2，所以U2 V，C项正确13. （福建省厦门一中2019届模拟）如图所示，在xOy直角坐标系中的第二象限有垂直坐标平面向里的匀强磁场，第四象

13、限有垂直坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小均为B.直角扇形导线框半径为L、总电阻为R，在坐标平面内绕坐标原点O以角速度逆时针匀速转动线框从图中所示位置开始转动一周的过程中，线框内感应电流的有效值是()AI BICI0 DI【答案】B【解析】从图示位置转过90的过程中，即在0时间内，线框中的感应电动势为EBL2，感应电流沿顺时针方向；在转过90至180的过程中，即在时间内，线框中的感应电动势仍为EBL2，感应电流沿逆时针方向；在转过180至270的过程中，即在时间内，线框中的感应电动势仍为EBL2，感应电流沿逆时针方向；在转过270至360的过程中，即在T时间内，线框中的感应电动势仍为EB

14、L2，感应电流沿顺时针方向根据有效值的定义知I.B项正确14. （安徽省合肥一中2019届模拟）如图所示，电路中的电阻的阻值为R100 ，电流表为理想电流表，在a、b之间接入电压U220sin 100t(V)的交流电源，则()A电流表的示数为2.2 ABt0.01 s时，电流表的示数为零C若产生该交流电的发电机的线框转速提高一倍，其他条件不变，则电流表的示数也增大一倍D若将电阻换成200 ，则电源的输出功率变为原来的两倍【答案】AC【解析】根据U220sin 100 t(V)可知，电压的最大值为Um220 V，有效值为U220 V，电流的有效值为I A2.2 A，电流表测量电流的有效值，即电流

15、表的示数为2.2 A，故A正确；因为电流表显示的是有效值，不随时间变化，所以t0.01 s时，电流表的示数为2.2 A，故B错误；若产生该交流电的发电机的线框转速提高一倍，其他条件不变，由EmnBS知，电动势的最大值增大一倍，由闭合电路欧姆定律知，电路中电流增大一倍，则电流表的示数也增大一倍，故C正确；若将电阻换成200 ，由P可知，U不变，电源的输出功率变为原来的一半，故D错误。15（吉林省白城一中2019届模拟）如图甲所示电路，已知电阻R1R2R，和R1并联的D是理想二极管(正向电阻可视为零，反向电阻为无穷大)，在A、B之间加一个如图乙所示的交变电压(电压为正值时，UAB0)。由此可知()

16、甲乙A在A、B之间所加的交变电压的周期为2 sB在A、B之间所加的交变电压的瞬时值表达式为u20sin 50t(V)C加在R1上电压的有效值为10 VD加在R2上电压的有效值为5 V【答案】D【解析】由图象可得交流电的周期T0.02 s，故A错误；电压最大值为Um20 V，交变电压的瞬时值表达式为uUmsin t20sin t(V)20sin 100t(V)，故B错误；因为是交流电，所以应该分两种情况考虑：当A点电势高于B点电势时二极管导通即R1被短路，R2电压为电源电压 V20 V；当B点电势高于A点电势时二极管截止，R1、R2串联分压，即对R1有T，解得U15 V，对R2有：T，解得U25

17、 V，故C错误，D正确。16. （江西省景德镇一中2019届模拟）如图所示为某小型交流发电机的示意图，其矩形线圈abcd的面积为S0.03 m2，共有10匝，线圈总电阻为r1 ，线圈处于磁感应强度大小为 T的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO转动，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路电阻R9 的连接。在外力作用下线圈以10 rad/s绕轴OO匀速转动时，下列说法中正确的是()A电阻R的发热功率是3.6 WB交流电流表的示数是0.6 AC用该交流发电机给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔一定为0.02 sD如果将电阻R换成标有“6 V3 W”字样的小灯泡，小灯泡能正常工作【答

18、案】B【解析】感应电动势最大值EmnBS10100.03 V6 V，电动势有效值E6 V；电路中的电流I A0.6 A，则交流电流表的示数是0.6 A，选项B正确；电阻R的发热功率是PRI2R3.24 W，选项A错误；交流电的周期T s0.2 s，则用该交流发电机给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔一定为0.2 s，选项C错误；如果将电阻R换成标有“6 V3 W”字样的小灯泡，灯泡的电阻RL 12 ，灯泡两端的电压ULRL12 V5.54 V，故小灯泡不能正常工作，选项D错误。17（安徽省阜阳一中2019届模拟）有一种自行车，它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如图甲所示；图

19、中N、S是一对固定的磁极，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电关于此装置，下列说法正确的是()A自行车匀速行驶时线圈中产生的是交流电B小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关C知道摩擦轮和后轮的半径，就可以知道后轮转一周的时间里摩擦轮转动的圈数D线圈匝数越多，穿过线圈的磁通量的变化率越大【答案】AC【解析】摩擦轮带动线圈在磁场中绕垂直于磁感线的轴转动，产生交流电，故A正确；行驶速度会影响感应电动势的大小，所以影响灯泡的亮度，故B错误；摩擦轮和后轮属于皮带传动，具

20、有相同的线速度，如果知道了半径关系，就能知道角速度关系，也就能知道转速关系，故C正确；线圈匝数不影响穿过线圈的磁通量的变化率的大小，故D错误18（广东省汕头一中2019届模拟）如图所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系则()A两种形式的交变电流最大值相同B两种形式的交变电流有效值之比为1C两种形式的交变电流周期之比为23D若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min的时间，两电阻消耗的电能之比为13【答案】AD【解析】由题图甲和题图乙分别表示的正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系图象可知，两种形式的交变电流最大值都是1 A，选项A正确；题图甲表示

21、的正弦脉冲波周期为0.06 s，题图乙表示的方波的周期为0.04 s，两种形式的交变电流周期之比为32，选项C错误；设正弦脉冲波的电流有效值为I1，根据有效值的定义，前周期和后周期的有效值都为 A，根据有效值的定义有RRIRT，解得I1 A题图乙表示的方波交变电流大小不变，其有效值(跟交变电流的热效应等效的恒定电流值)等于最大值，I21 A两种形式的交变电流有效值之比为I1I21，选项B错误；由WUItI2Rt可知，若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min的时间，两电阻消耗的电能之比W甲W乙II13，选项D正确19（山东省东营一中2019届模拟）如图甲所示，在匀强磁场中，一矩

22、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，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则()A两次t0时刻线圈平面均与中性面重合B曲线a、b对应的线圈转速之比为23C曲线a表示的交变电动势频率为25 HzD曲线b表示的交变电动势有效值为10 V【答案】AC【解析】从图象可知，两次转动都是从中性面开始计时的，故A正确；从图象可知，曲线a、b对应的线圈转动的周期之比为23，则转速之比为32，故B错误；由图象可知曲线a的周期Ta4102 s，则曲线a表示的交变电动势频率fa25 Hz，故C正确；交变电动势的最大值EmnBS，则曲线a、b表示的交变电动势的峰值之比为EmaEmbab3

23、2，即EmbEma10 V，故曲线b表示的交变电动势的有效值为E有 V5 V，D错误20. （广东省梅州一中2019届模拟）如图所示的正方形线框abcd边长为L，每边电阻均为r，在垂直于纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度匀速转动，c、d两点与一阻值为r的电阻相连，各表均可视为理想电表，导线电阻不计，则下列说法中正确的是()A线框abcd产生的电流为交变电流B当S断开时，电压表的示数为零C当S断开时，电压表的示数为BL2D当S闭合时，电流表的示数为【答案】ACD【解析】线框abcd绕着垂直于磁场的转轴匀速转动，故产生的电流为交变电流，故A项正确；产生的交流电的电动势最大值为Em

24、BL2，有效值为E，当S断开时，电压表测量的电压为cd间的电压，故UEBL2，故B项错误，C项正确；S闭合时，电路总电阻为3r，ab中电流为I BL2，电流表读数为 BL2，故D项正确1.(2018全国卷)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示则Q方：Q正等于()A1 B1 C12 D21【答案】D【解析】由有效值概念知，一个周期内产生热量Q方T，Q正TTT，故知，Q方Q正21.2(2017天津卷)在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动

25、，穿过该线圈的磁通量随时间按图所示正弦规律变化设线圈总电阻为2 ，则()At0时，线圈平面平行于磁感线Bt1 s时，线圈中的电流改变方向Ct1.5 s时，线圈中的感应电动势最大D一个周期内，线圈产生的热量为82J【答案】AD【解析】t0时，穿过线圈的磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，故A正确；每经过一次中性面(线圈平面垂直于磁感线，磁通量有最大值)电流的方向改变一次，t1 s时，磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，故B错误；t1.5 s时，磁通量有最大值，但磁通量的变化率为零，根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为零，故C错误；感应电动势的最大值EmNBSNm4 V，有效值E2 V，一个

26、周期内线圈产生的热量QT82 J，故D正确3(2014天津卷)如图甲所示，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，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则()A两次t0时刻线圈平面均与中性面重合B曲线a、b对应的线圈转速之比为23C曲线a表示的交变电动势频率为25 HzD曲线b表示的交变电动势有效值为10 V【答案】AC【解析】由题图乙知t0时两次转动产生的瞬时电动势都等于零，故选项A正确由图乙知两次转动所产生的交变电动势的周期之比TaTb23，再由周期与转速的关系n得nanb32，故选项B错误因Ta4102 s，故fa25 Hz，选项C正确因Ema15 V，而EmNBS，故EmbEma10 V，Eb5 V，选项D错误