模型66交變電流模型1..（2023高考湖南卷）某同學自制了一個手搖交流發(fā)電機，如圖所示。大輪與小輪通過皮帶傳動（皮帶不打滑），半徑之比為SKIPIF1<0，小輪與線圈固定在同一轉軸上。線圈是由漆包線繞制而成的邊長為SKIPIF1<0的正方形，共SKIPIF1<0匝，總阻值為SKIPIF1<0。磁體間磁場可視為磁感應強度大小為SKIPIF1<0的勻強磁場。大輪以角速度SKIPIF1<0勻速轉動，帶動小輪及線圈繞轉軸轉動，轉軸與磁場方向垂直。線圈通過導線、滑環(huán)和電刷連接一個阻值恒為SKIPIF1<0的燈泡。假設發(fā)電時燈泡能發(fā)光且工作在額定電壓以內，下列說法正確的是（）A.線圈轉動的角速度為SKIPIF1<0B.燈泡兩端電壓有效值為SKIPIF1<0C.若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為SKIPIF1<0的多匝正方形線圈，則燈泡兩端電壓有效值為SKIPIF1<0D.若僅將小輪半徑變?yōu)樵瓉淼膬杀叮瑒t燈泡變得更亮【參考答案】AC【名師解析】根據(jù)大輪與小輪半徑之比為4?1，由v=ωr可知發(fā)電機線圈轉動的角速度為4ω，A正確；發(fā)電機產生的感應電動勢最大值為Em1=nBL2·4ω，有效值為E1=SKIPIF1<0=SKIPIF1<0，燈泡兩端電壓有效值為U1=E1/2=SKIPIF1<0，B錯誤；若用總長為原來兩倍的相同漆包線繞制成邊長仍為L的多匝正方形線圈，則線圈電阻為2R，匝數(shù)為2n，發(fā)電機產生的感應電動勢最大值為Em2=2nBL2·4ω，有效值為E2=SKIPIF1<0=SKIPIF1<0，燈泡兩端電壓有效值為U2=E2/3=SKIPIF1<0，C正確；若僅將小輪半徑變?yōu)樵瓉淼膬杀叮瑒t發(fā)電機轉速變慢，產生的感應電動勢減小，燈泡變暗，D錯誤。2.（2022年6月浙江選考）風力發(fā)電已成為我國實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途經(jīng)之一。如圖所示，風力發(fā)電機是一種將風能轉化為電能的裝置。某風力發(fā)電機在風速為9m/s時，輸出電功率為405kW，風速在5~10m/s范圍內，轉化效率可視為不變。該風機葉片旋轉一周掃過的面積為A，空氣密度為ρ，風場風速為v，并保持風正面吹向葉片。下列說法正確的是第1第12題圖A．該風力發(fā)電機的輸出電功率與風速成正比 B．單位時間流過面積A的流動空氣動能為SKIPIF1<0C．若每天平均有1.0×108kW的風能資源，則每天發(fā)電量為2.4×109kW·hD．若風場每年有5000h風速在6~10m/s的風能資源，則該發(fā)電機年發(fā)電量至少為6.0×105kW·h【參考答案】D【命題意圖】本題考查動能、效率和流體管狀模型。【解題思路】風力發(fā)電機是將吹進風機葉片空氣的動能轉化為電能，所以該風力發(fā)電機的輸出電功率與風速的三次方成正比，A錯誤；單位時間流過面積A的流動空氣動能為Ek=SKIPIF1<0=SKIPIF1<0，B錯誤；由于風力發(fā)電機效率一定小于1，所以若每天平均有1.0×108kW的風能資源，則每天發(fā)電量一定小于2.4×109kW·h，選項C錯誤；由于風力發(fā)電機的輸出電功率與風速的三次方成正比，根據(jù)題述風力發(fā)電機在風速為9m/s時，輸出電功率為405kW，若風場每年有5000h風速在6~10m/s的風能資源，按照最低風速6m/s計算，則風速為6m/s時，輸出電功率為SKIPIF1<0×405kW=120kW，該發(fā)電機年發(fā)電量至少為5000h×120kW=6.0×105kW·h，選項D正確。最新模擬題1.（2023廣東名校聯(lián)盟大聯(lián)考）如圖所示，匝數(shù)為100的矩形導線圈SKIPIF1<0處于磁感應強度大小為SKIPIF1<0SKIPIF1<0的水平勻強磁場中，線圈的面積為SKIPIF1<0、電阻為SKIPIF1<0。線圈繞垂直于磁場的軸SKIPIF1<0以角速度SKIPIF1<0勻速轉動，通過滑環(huán)與阻值為SKIPIF1<0的電阻R連接，V為理想交流電壓表。下列說法正確的是（）A.通過電阻的交變電流的頻率是SKIPIF1<0B.線圈中產生的感應電動勢的有效值為SKIPIF1<0C.電壓表V的示數(shù)為SKIPIF1<0D.線圈的發(fā)熱功率為SKIPIF1<0【參考答案】BD【名師解析】通過電阻的交變電流的周期SKIPIF1<0通過電阻的交變電流的頻率SKIPIF1<0，A錯誤；線圈中產生的感應電動勢的峰值SKIPIF1<0線圈中產生的感應電動勢的有效值為SKIPIF1<0，B正確；電壓表V的示數(shù)SKIPIF1<0，C錯誤；線圈中的電流的有效值SKIPIF1<0線圈的發(fā)熱功率為SKIPIF1<0，D正確。2.(2023天津一中質檢)圖為發(fā)電機原理圖。邊長為SKIPIF1<0的SKIPIF1<0匝正方形線圈，在磁感應強度為SKIPIF1<0的勻強磁場中，繞垂直于磁場的中心軸做勻速轉動，角速度為SKIPIF1<0，線圈電阻不計，外接電阻SKIPIF1<0和電壓表，下列說法正確的是（）A.從圖示位置開始計時，線框中的感應電動勢的瞬時值表達式為SKIPIF1<0B.若將電阻SKIPIF1<0換成電容器，電容器的耐壓值可以為SKIPIF1<0C.從圖示位置轉過90°流過SKIPIF1<0中的電量SKIPIF1<0D.線框轉一周，外力所做的功為SKIPIF1<0【參考答案】D【名師解析】圖示位置為垂直中性面位置，從圖示位置開始計時，線框中感應電動勢的瞬時值表達式為SKIPIF1<0，故A錯誤；若將電阻SKIPIF1<0換成電容器，電容器的耐壓值考慮最大值，為SKIPIF1<0，故B錯誤；從圖示位置轉過90°流過SKIPIF1<0中的電量SKIPIF1<0，故C錯誤；線框轉一周，外力所做的功就是回路產生的焦耳熱，則SKIPIF1<0，故D正確。3．（2023四川成都樹德中學二診）如圖所示，邊長為L的正方形線圈abcd其匝數(shù)為n，總電阻為r，外電路的電阻為R，ab的中點和cd的中點的連線SKIPIF1<0恰好位于勻強磁場的邊界線上，磁場的磁感應強度為B，若線圈從圖示位置開始，以角速度ω繞SKIPIF1<0軸勻速轉動，則以下判斷中錯誤的是（）A．閉合電路中感應電動勢的瞬時表達式SKIPIF1<0B．在SKIPIF1<0時刻，磁場穿過線圈的磁通量為零，但此時磁通量隨時間變化最快C．從SKIPIF1<0時刻到SKIPIF1<0時刻，電阻R上產生的熱量為SKIPIF1<0D．從SKIPIF1<0時刻到SKIPIF1<0時刻，通過R的電荷量SKIPIF1<0【參考答案】A【名師解析】．由法拉第啊電磁感應定律SKIPIF1<0所以閉合電路中感應電動勢的瞬時表達式為SKIPIF1<0，A錯誤；由題可知SKIPIF1<0刻，線圈轉了90°，此時磁通量為零，此時感應電動勢最大，故此時磁通量隨時間變化最快，B正確；根據(jù)正弦電流的特點，該正弦電壓的有效值為SKIPIF1<0由閉合電路歐姆定律SKIPIF1<0所以由焦耳定律可知，從SKIPIF1<0時刻到SKIPIF1<0時刻，電阻R上產生的熱量為SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0，C正確；根據(jù)電流的定義式SKIPIF1<0由閉合電路歐姆定律SKIPIF1<0法拉第啊電磁感應定律SKIPIF1<0聯(lián)立解得SKIPIF1<0，D正確。4.（2023湖南新高考教研聯(lián)盟第二次聯(lián)考）如圖所示，有一矩形線圈abcd的面積為S，匝數(shù)為N，電阻為r，繞SKIPIF1<0軸在水平方向的磁感應強度為B的勻強磁場中以角速度SKIPIF1<0逆時針做勻速轉動，從圖示位置開始計時。矩形線圈通過滑環(huán)接一可調電阻R，圖中電流表A和電壓表V的讀數(shù)分別為I和U。下列判斷正確的是（）A.矩形線圈產生的感應電動勢的瞬時值表達式為SKIPIF1<0B.矩形線圈經(jīng)過圖示位置時，線圈中的電流方向為a→b→c→d→aC.矩形線圈從圖示位置轉過SKIPIF1<0時，電壓表的讀數(shù)為0D.可變電阻R取不同值時，I、U的乘積IU的值可能相等【參考答案】.ABD【名師解析】感應電動勢最大值為SKIPIF1<0，從圖示位置開始計時瞬時值表達式SKIPIF1<0，A正確；圖示位置時根據(jù)右手定則知電流方向為SKIPIF1<0，B正確；電壓表示數(shù)為有效值，不隨瞬時值變化，C錯誤；根據(jù)輸出功率與電阻關系知SKIPIF1<0正確。故詵SKIPIF1<0。5.（2023年廣東廣州一模）某小組用如圖a所示的風速儀研究交流電，風杯在風力作用下帶動與其連在一起的永磁鐵轉動；某一風速時，線圈中產生的交變電流如圖b所示，已知風杯轉速與風速成正比，則（）A.該交變電流的周期為SKIPIF1<0B.該交變電流的峰值為SKIPIF1<0C.風速增大，產生的交變電流周期增大D.風速增大，產生的交變電流峰值增大【參考答案】D【名師解析】從圖像可以看出該交變電流的周期為SKIPIF1<0，A錯誤；結合圖像可知該交變電流的峰值為SKIPIF1<0，B錯誤；已知風杯轉速與風速成正比，風速增大，風杯轉速就越大，由SKIPIF1<0知產生的交變電流周期減小，C錯誤；已知風杯轉速與風速成正比，風速增大，風杯轉速就越大，由SKIPIF1<0可知產生的交變電流峰值增大，D正確。.6.（2023湖南邵陽二模）發(fā)電機的結構示意圖如圖所示，正方形金屬框SKIPIF1<0通過兩半圓形金屬環(huán)及導線與電阻SKIPIF1<0構成一閉合回路，在勻強磁場中以恒定角速度繞SKIPIF1<0軸轉動，下列關于通過金屬框的磁通量SKIPIF1<0及通過電阻SKIPIF1<0的電流i隨時間SKIPIF1<0變化的圖像可能正確的是（）A. B.C. D.【參考答案】AD【名師解析】當金屬框在勻強磁場中以恒定角速度繞SKIPIF1<0軸轉動時，通過的磁通量和產生的感應電流大小和方向都隨時間周期性變化。．當線框從經(jīng)過中性面開始計時，磁通量隨時間余弦規(guī)律變化；當線框從垂直于中性面開始計時磁通量隨時間正弦規(guī)律變化，A正確，B錯誤；當線框從經(jīng)過中性面開始計時，線框中的電流隨時間正弦規(guī)律變化；金屬框通過兩半圓形金屬環(huán)及導線與電阻R構成一閉合回路，由楞次定律知通過電阻R的電流方向不變，都是向左通過，C錯誤，D正確。。7.（2023浙江臺州部分重點高中聯(lián)考）一矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸線勻速轉動時產生正弦式交變電流，其電動勢的變化規(guī)律如圖甲中的線a所示，用此線圈給圖乙電路供電，發(fā)現(xiàn)三個完全相同的燈泡亮度均相同。當調整線圈轉速后，電動勢的變化規(guī)律如圖甲中的線b所示，以下說法正確的是（）A.曲線a、b對應的線圈角速度之比為SKIPIF1<0B.SKIPIF1<0時刻，線圈平面恰好與磁場方向平行C轉速調整后，L2燈泡最亮D.轉速調整后，三個燈泡的亮度仍然相同【參考答案】：AC【名師解析】．曲線a的周期T1=0.04s，曲線b的周期T2=0.06s，所以轉速之比SKIPIF1<0，故A正確；t=0時刻，電動勢為0，說明線圈平面恰好與磁場方向垂直，故B錯誤；轉速調整后，交流電的頻率降低了，所以線圈的電感對交流電的阻礙減小了，電容對交流電的阻礙增大了，而電阻對交流電的阻礙不變，所以燈泡L2最亮，L3最暗，即三個燈泡的亮度各不相同，故C正確，D錯誤。8.（2023廣東實驗中學三模）在同一勻強磁場中，兩個相同矩形金屬線圈a、b分別繞線圈平面內且與磁場垂直的軸勻速轉動，產生的電動勢隨時間變化的圖象如圖所示，則（）A.線圈a的轉速是b的3倍B.線圈b產生的電動勢最大值為10VC.t＝0.01s時，線圈a恰好經(jīng)過中性面D.t＝0.03s時，線圈b恰好經(jīng)過中性面【參考答案】BD【名師解析】由圖可知SKIPIF1<0，根據(jù)周期與轉速成反比可知線圈a、b的轉速之比為3：2，故A錯誤；由于最大感應電動勢為SKIPIF1<0由圖像可知，a線圈最大感應電動勢為15V，則b線圈最感應電動勢為10V，故B正確；由圖像可知，t＝0.01s時，線圈a中感應電動勢最大，則此時線圈a位于垂直中性面位置，故C錯誤；t＝0.03s時，線圈b中感應電動勢為0，則此時線圈b恰好經(jīng)過中性面，故D正確。。9.（2023湖北荊州高二期末）如圖所示，N=50匝的矩形線圈abcd，ab邊長SKIPIF1<0=20cm，bc邊長SKIPIF1<0=25cm，放在磁感應強度B=0.4T的勻強磁場中，外力使線圈繞垂直于磁感線且通過線圈中線的OO′軸以SKIPIF1<0r/min的轉速逆時針勻速轉動，線圈的電阻r=1SKIPIF1<0，外電阻R=9SKIPIF1<0（其余電阻不計）。t=0時線圈平面與磁感線垂直，ab邊通過內金屬環(huán)與電刷相連，cd邊通過外金屬環(huán)與電刷相連，電流表和電壓表可看成理想電表，則（）A.從t=0時刻再轉過90°角，線圈中電流將改變方向B.電流表的讀數(shù)為10AC.電壓表的讀數(shù)為45SKIPIF1<0VD.通過線圈電流的瞬時表達式i=10sinl00t（A）【參考答案】CD【名師解析】從t=0時刻再轉過90°角，線圈處于與中性面垂直的位置，電流不改變方向。故A錯誤；根據(jù)角速度與轉速的關系式，可得SKIPIF1<0線圈中產生的感應電動勢的最大值為SKIPIF1<0根據(jù)閉合電路歐姆定律，有SKIPIF1<0電流表的讀數(shù)為SKIPIF1<0，故B錯誤；電壓表的讀數(shù)為SKIPIF1<0，故C正確；通過線圈電流的瞬時表達式為i=10sinl00t（A），故D正確。10.（14分）(2023山東聊城期末)如圖所示，為一交流發(fā)電機和外接負載的示意圖，發(fā)電機電樞為n=200匝的正方形線圈，邊長L=20cm。線圈繞OO'軸在磁感強度B=0.5T的磁場中以角速度ω=10rad/s轉動，已知線圈電阻r=2Ω，外電路負載電阻R=6Ω，不計一切摩擦。試求：（1）由圖示位置開始計時，轉動過程中感應電動勢的瞬時表達式；（2）由圖示位置轉過60°角的過程中產生的平均感應電動勢及通過電阻的電荷量（結果可以根式表示）；（3）正方形線圈轉一周的過程中電阻R產生的焦耳熱。【參考答案】.（14分）（1）SKIPIF1<0 （2）SKIPIF1<0，SKIPIF1<0 （3）SKIPIF1<0【名師解析】：（1）該交流電的峰值SKIPIF1<0①開始位置與磁感線平行，瞬時值表達式SKIPIF1<0②解得，由圖示位置開始轉動過程中感應電動勢的瞬時值表達式為SKIPIF1<0③（2）轉60°角的過程中產生的平均感應電動勢大小SKIPIF1<0④其中SKIPIF1<0⑤SKIPIF1<0⑥解得，由圖示位置轉過60°角的過程中產生的平均感應電動勢為SKIPIF1<0⑦由閉合電路的歐姆定律得SKIPIF1<0⑧通過電阻R中流過的電量為SKIPIF1<0⑨解得SKIPIF1<0⑩（3）轉動過程中，交流電的有效值為SKIPIF1<0?由閉合電路歐姆定律可得，感應電流SKIPIF1<0由焦耳定律可得電阻R產生的焦耳熱為SKIPIF1<0?SKIPIF1<0?解得SKIPIF1<0?評分標準：①~?式，每式1分1．（2023山東聊城三模）.如圖所示為實驗室使用的旋轉磁極式發(fā)電機模型，線圈SKIPIF1<0的匝數(shù)SKIPIF1<0，內阻SKIPIF1<0，輸出端與理想變壓器的原線圈相連，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為SKIPIF1<0，副線圈外接電阻SKIPIF1<0。轉動磁極，線圈SKIPIF1<0的磁通量的變化規(guī)律為SKIPIF1<0，閉合S，電阻R的功率為（）A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0 C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<0【參考答案】A【名師解析】由磁通量的變化規(guī)律SKIPIF1<0可知磁通量的最大值為SKIPIF1<0轉動的角速度為SKIPIF1<0則線圈產生的電動勢最大值為SKIPIF1<0則線圈產生電動勢有效值為SKIPIF1<0設原線圈的電流為SKIPIF1<0，根據(jù)能量守恒有SKIPIF1<0根據(jù)變壓器副線圈電流與匝數(shù)關系有SKIPIF1<0聯(lián)立解得SKIPIF1<0電阻R的功率為SKIPIF1<0故選A。6.（2023江蘇南京市中華中學一模）如圖甲和乙，是某手動發(fā)電的電筒的發(fā)電機的兩個截面示意圖。推動手柄使線圈a沿軸線往復運動，線圈a中產生的感應電動勢隨時間按正弦規(guī)律變化，如圖丙所示。線圈a連接一原、副線圈匝數(shù)比為SKIPIF1<0的理想變壓器，其輸出端給兩個額定電流均為0.5A的燈泡供電，兩燈泡恰好正常發(fā)光，線圈a及導線電阻不計，則（）A.線圈a中電流的有效值為0.5A B.燈泡的電阻為2ΩC.發(fā)電機輸出功率為SKIPIF1<0 D.變壓器輸出電流的頻率為1.25Hz【參考答案】A【名師解析】由兩燈泡恰好正常發(fā)光可得副線圈端的輸出電流為SKIPIF1<0再由變壓器規(guī)律SKIPIF1<0可得線圈a中的電流有效值I1為0.5A，故A正確；B．由圖丙可得變壓器輸入電壓有效值為SKIPIF1<0再由變壓器規(guī)律SKIPIF1<0可得副線圈輸出電壓SKIPIF1<0所以燈泡的電阻SKIPIF1<0故B錯誤；C．發(fā)電機輸出功率為SKIPIF1<0故C錯誤；由圖丙可知變壓器輸入電壓的頻率為SKIPIF1<0所以變壓器輸出電流的頻率也為2.5Hz，故D錯誤。4.（2023江西上饒二模）風力發(fā)電為2022年卡塔爾世界杯供應綠色電能，其簡化模型如圖所示，某次發(fā)電過程中風輪機葉片做勻速圓周運動，轉速為n，葉片通過轉軸帶動面積為S、匝數(shù)為N的發(fā)電機線圈轉動，產生的交變電流經(jīng)過理想變壓器升壓后，輸出電壓最大值為SKI