专题3.1 交变电流的产生及变化规律-2022-2023学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第二册）（原卷版）

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专题 3.1 交变电流的产生及变化规律

【人教版】

【题型 1 装置】..................................................................................................................................

【题型 2 图像】..................................................................................................................................

【题型 3 表达式】..............................................................................................................................

【题型 4 含有二极管的问题】..........................................................................................................

【题型 5 中性面的认识】..................................................................................................................

【题型 6 装置、图像、表达式综合】..............................................................................................

【题型 1 装置】

【例 1】如图所示，线圈 ABCD 匝数 n＝10，面积 S＝0.4 m2，边界 MN(与线圈的 AB 边重

合)右侧存在磁感应强度 B＝ T的匀强磁场，若线圈从图示位置开始绕 AB 边以 ω＝10π

rad/s 的角速度匀速转动。则以下说法正确的是(　　)

A.线圈产生的是正弦交流电

B.线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为 40 V

C.线圈转动 s时瞬时感应电动势为 40 V

D.线圈产生的感应电动势的有效值为 40 V

【变式 1-1】贯彻新发展理念，我国风力发电发展迅猛，2020 年我国风力发电量高达 4 000

亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线

圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为 0.20 T，线圈的匝数

为100、面积为 0.5 m2，电阻为 0.6 Ω，若磁体转动的角速度为 90 rad/s，线圈中产生的感应

电流为 50 A。求：

(1)线圈中感应电动势的有效值 E；

(2)线圈的输出功率 P。

【变式 1-2】如图所示，矩形线圈处在磁感应强度大小为 B、方向水平向右的匀强磁场中，

线圈通过电刷与定值电阻 R及理想电流表相连接，线圈绕中心轴线 OO′ 以恒定的角速度 ω

匀速转动，t＝0时刻线圈位于与磁场平行的位置。已知线圈的匝数为 n、面积为 S、阻值为

r。则下列说法正确的是(　　)

A.t＝0时刻流过电阻 R的电流方向向左

B.线圈中感应电动势的瞬时表达式为 e＝nBSωsin ωt

C.线圈转动的过程中，电阻 R两端的电压为

D.从t＝0时刻起，线圈转过 60°时电阻 R两端的电压为

【变式 1-3】（多选）如图所示为一台小型发电机结构示意图，线圈绕垂直匀强磁场方向的

轴匀速转动，通过电刷接有一盏小灯泡。已知线圈匝数为 N，内阻为 r，转动的周期为 T，

小灯泡的电阻为 9r，电压表的示数为 U。从图示位置开始计时，下列说法中正确的是(

)

A.从开始计时到 t＝过程中，通过灯泡的电荷量为

B.从开始计时到 t＝过程中，灯泡消耗的电能为

C.线圈产生的电动势瞬时值表达式为 e＝Ucos t

D.线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为

【题型 2 图像】

【例 2】(多选)如图所示，图线 a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图

像，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图像如图线 b所示。以下关于这两个正弦

交流电的说法正确的是(　 )

A．在图中 t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零

B．线圈先后两次转速之比为 3∶2

C．交流电 a的瞬时值表达式为 u＝10sin(5πt)V

D．交流电 b的最大值为 V

【变式 2-1】(多选)如图甲所示，为新能源电动汽车的无线充电原理图，M为匝数 n＝50 匝、

电阻 r＝1.0 Ω 的受电线圈，N为送电线圈。当送电线圈 N接交变电流后，在受电线圈内产

生了与线圈平面垂直的磁场，其磁通量 Ф随时间 t变化的规律如图乙所示。下列说法正确

是(　 )

A．受电线圈产生的电动势的有效值为 10 V

B．在 t1时刻，受电线圈产生的电动势为 20 V

C．在 t1～t2时间内，通过受电线圈的电荷量为 4×10－2 C

D．在 t1～t2时间内，通过受电线圈的电荷量为 2×10－2 C

【变式 2-2】一正弦式交变电流的 it 图像如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．在 t＝0.4 s 时电流改变方向

B．该交变电流的周期为 0.5 s

C．该交变电流的表达式为 i＝2cos 5πt A

D．该交变电流的有效值为 A

【变式 2-3】(多选)一矩形金属线圈，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈

中产生的感应电动势 e随时间 t变化的规律如图所示，下列说法中正确的是(　　)

A.此交流电的频率为 10 Hz

B.此感应电动势的有效值为 V

C.t＝0.1 s 时，线圈平面与磁场方向垂直

D.在线圈平面与磁场方向成 30°时，感应电动势的大小为 1 V

【题型 3 表达式】

【例 3】一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的电动势 e＝200·sin 100πt(V)，下列说法正确

的是(　 )

A．该交变电流的频率是 100 Hz

B．当 t＝0时，线圈平面恰好与中性面垂直

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