新教材2025版高中物理分層作業(yè)十四交變電流的描述新人教版選擇性必修第二冊(cè)

分層作業(yè)(十四)交變電流的描述A級(jí)必備學(xué)問(wèn)基礎(chǔ)練1．[2024·河北滄州高二檢測(cè)]如圖所示，為一線圈中產(chǎn)生的溝通電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變更的狀況，下列說(shuō)法中正確的是()A．電動(dòng)勢(shì)的有效值為1VB．電動(dòng)勢(shì)的最大值為eq\r(2)VC．頻率為0.2HzD．周期為0.2s2．[2024·陜西榆林高二檢測(cè)]利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢詫⒄沂浇蛔冸妷旱牟ㄐ谓厝ヒ话耄@種方法稱為半波整流．某探討小組的同學(xué)通過(guò)半波整流得到如圖所示的脈動(dòng)電壓圖像，由圖可知()A．該電壓的周期為2sB．該電壓的頻率為0.02HzC．電壓的有效值為10eq\r(2)VD．電壓的有效值為20V3．[2024·遼寧卷]如圖所示，N匝正方形閉合金屬線圈abcd邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，線圈處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，圍著與磁場(chǎng)垂直且與線圈共面的軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，ab邊距軸eq\f(L,4).線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為()A．NBL2ωB．eq\f(\r(2),2)NBL2ωC．eq\f(1,2)NBL2ωD．eq\f(\r(2),4)NBL2ω4.溝通發(fā)電機(jī)線圈電阻r＝1Ω，用電器電阻R＝9Ω，電壓表示數(shù)為9V，如圖所示，那么該溝通發(fā)電機(jī)()A．電動(dòng)勢(shì)的峰值為10VB．電動(dòng)勢(shì)的有效值為9VC．溝通發(fā)電機(jī)的線圈通過(guò)中性面時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為10eq\r(2)VD．溝通發(fā)電機(jī)的線圈自中性面轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為eq\f(20\r(2),π)V5．(多選)如圖甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式溝通發(fā)電機(jī)的原理圖，其矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的兩端經(jīng)金屬滑環(huán)和電刷與阻值為R＝10Ω的電阻連接，與電阻R并聯(lián)的溝通電壓表為志向電表，示數(shù)是10V.圖乙是穿過(guò)矩形線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t變更的圖像，線圈電阻忽視不計(jì)，則下列說(shuō)法正確的是()A．電阻R上的電功率為10WB．0.02s時(shí)R兩端的電壓瞬時(shí)值為零C．R兩端的電壓u隨時(shí)間t變更的規(guī)律是u＝14.1cos100πt(V)D．通過(guò)R的電流i隨時(shí)間t變更的規(guī)律是i＝cos100πt(A)6．在水平方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)正方形閉合線圈繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，已知線圈的匝數(shù)為N＝100匝，邊長(zhǎng)為20cm，電阻為10Ω，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率f＝50Hz，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T，求：(1)外力驅(qū)動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的功率；(2)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至線圈平面與中性面的夾角為30°時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流的大?。?3)線圈由中性面轉(zhuǎn)至與中性面成60°角的過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量．B級(jí)關(guān)鍵實(shí)力提升練7.一個(gè)匝數(shù)為100匝，電阻為0.5Ω的閉合線圈處于某一磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面，從某時(shí)刻起穿過(guò)線圈的磁通量按如圖所示規(guī)律變更．則線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為()A．5eq\r(2)AB．2eq\r(5)AC．6AD．5A8．[2024·山東濟(jì)南高二學(xué)情診斷]如圖甲所示，匝數(shù)為100匝、總電阻為1Ω的線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．R1阻值為29Ω，R2、R3阻值均為100Ω，電表均為志向電表，穿過(guò)線圈的磁通量Φ隨時(shí)間t的變更如圖乙所示，π取3.14，則()A．t＝1.57×10－2s時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為400eq\r(2)VB．開(kāi)關(guān)S閉合前，電壓表的示數(shù)為eq\f(40\r(2),13)VC．閉合開(kāi)關(guān)S，電流表A示數(shù)減小D．閉合開(kāi)關(guān)S，電壓表V示數(shù)增大9．[2024·浙江舟山高二檢測(cè)]如圖為某同學(xué)設(shè)計(jì)的一種發(fā)電裝置．在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場(chǎng)區(qū)域的圓心角α均為eq\f(4,9)π，磁場(chǎng)均沿半徑方向．N匝矩形線圈以abcd的邊長(zhǎng)ab＝cd＝L，bc＝ad＝2L.線圈以角速度ω繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，bc和ad邊同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)．在磁場(chǎng)中，兩條邊所經(jīng)過(guò)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向始終與兩邊的運(yùn)動(dòng)方向垂直．線圈的總電阻為r，外接電阻為R.則()A．矩形線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流方向變更一次B．從圖示位置起先計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝2NBL2ωsinωtC．線圈切割磁感線時(shí)，bc邊所受安培力的大小F＝eq\f(4NB2L3ω,r＋R)D．外接電阻上電流的有效值I′＝eq\f(4NBL2ω,3（r＋R）)分層作業(yè)(十四)交變電流的描述1．解析：由圖像可知電動(dòng)勢(shì)的峰值為1V，有效值為eq\f(\r(2),2)V；周期為0.2s，頻率為eq\f(1,T)＝5Hz，故D正確．答案：D2．解析：由題圖可知，該電壓的周期為T＝2×10－2s，頻率為f＝eq\f(1,T)＝50Hz，故A、B錯(cuò)誤；設(shè)電壓的有效值為U，依據(jù)電流的熱效應(yīng)，有eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(20\r(2),\r(2))V))\s\up12(2),R)×eq\f(T,2)＝eq\f(U2,R)×T，可解得電壓的有效值為U＝10eq\r(2)V，故C正確，D錯(cuò)誤．答案：C3．解析：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值與轉(zhuǎn)軸位置無(wú)關(guān)，Em＝NBSω＝NBL2ω，有效值為E＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\f(\r(2),2)NBL2ω，選項(xiàng)B正確．答案：B4．解析：A、B錯(cuò)：因電壓表示數(shù)為9V，所以電路中的電流I＝eq\f(9,9)A＝1A，故電動(dòng)勢(shì)的有效值E＝I(r＋R)＝10V，其最大值Em＝eq\r(2)E＝10eq\r(2)V．C錯(cuò)：線圈通過(guò)中性面時(shí)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為0.D對(duì)：從中性面轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中，平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eq\o(E,\s\up6(－))＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝neq\f(|Φ2－Φ1|,Δt)＝neq\f(|0－BS|,\f(π,2ω))＝eq\f(2nBSω,π)，又nBSω＝10eq\r(2)V，故eq\o(E,\s\up6(－))＝eq\f(20\r(2),π)V.答案：D5．解析：A對(duì)：依據(jù)公式P＝eq\f(U2,R)，得P＝eq\f(102,10)W＝10W．B錯(cuò)：由圖乙可知，0.02s時(shí)通過(guò)線圈的磁通量為零，電動(dòng)勢(shì)最大，R兩端的電壓瞬時(shí)值為10eq\r(2)V．C對(duì)：由圖乙可知，T＝0.02s時(shí)電動(dòng)勢(shì)為最大值Em＝10eq\r(2)V，ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，又因?yàn)榇私蛔冸娏魇菑拇怪庇谥行悦嫫鹣扔?jì)時(shí)的，所以R兩端的電壓u隨時(shí)間t變更的規(guī)律是u＝14.1cos100πt(V).D錯(cuò)：依據(jù)i＝eq\f(u,R)得，通過(guò)R的電流i隨時(shí)間t變更的規(guī)律是i＝1.41cos100πt(A).答案：AC6．解析：(1)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝NBSω＝100×0.5×(0.2)2×2π×50V＝628V，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值為E＝eq\f(Em,\r(2))＝314eq\r(2)V，外力驅(qū)動(dòng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的功率與線圈中交變電流的功率相等，即P外＝eq\f(E2,R)≈1.97×104W.(2)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至線圈平面與中性面的夾角為30°時(shí)，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為e＝Emsin30°＝314V，感應(yīng)電流的瞬時(shí)值為i＝eq\f(e,R)＝eq\f(314,10)A＝31.4A.(3)在線圈由中性面轉(zhuǎn)過(guò)60°的過(guò)程中，線圈中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為eq\o(E,\s\up6(－))＝Neq\f(ΔΦ,Δt)，平均感應(yīng)電流為eq\o(I,\s\up6(－))＝Neq\f(ΔΦ,RΔt)，故通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量為q＝eq\o(I,\s\up6(－))Δt＝Neq\f(ΔΦ,R)＝eq\f(NBl2（1－cos60°）,R)＝0.1C.答案：(1)1.97×104W(2)314V31.4A(3)0.1C7．解析：0～1s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝100×0.01V＝1V，1～1.2s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝100×eq\f(0.01,0.2)V＝5V，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q＝Q1＋Q2＝eq\f(Eeq\o\al(2,1),R)t1＋eq\f(Eeq\o\al(2,2),R)t2＝12J，依據(jù)交變電流有效值的定義Q＝I2Rt＝12J，得I＝2eq\r(5)A．選項(xiàng)B正確．答案：B8．解析：由題圖乙可知Φm＝2eq\r(2)×10－2Wb，ω＝eq\f(2π,T)＝200rad/s，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝nΦmωcosωt＝400eq\r(2)cos200t(V)，t＝1.57×10－2s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e＝400eq\r(2)cos200×1.57×10－2V＝－400eq\r(2)V，A錯(cuò)誤；開(kāi)關(guān)S閉合前，電壓表測(cè)量的是R2兩端的電壓，依據(jù)電壓的安排規(guī)律得U2＝eq\f(R2,r＋R1＋R2)U＝eq\f(100,130)×eq\f(400\r(2),\r(2))V＝eq\f(4000,13)V，B錯(cuò)誤；閉合開(kāi)關(guān)S，外電阻減小，干路電流增大，內(nèi)電壓增大，外電壓減小，因?yàn)镽1兩端的電壓增大，所以電壓表V示數(shù)減小，電流表A示數(shù)減小，C正確，D錯(cuò)誤．答案：C9．解析：矩形線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，電流方向變更兩次．A錯(cuò)誤；兩條邊所經(jīng)過(guò)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B.方向始終與兩邊的運(yùn)動(dòng)方向垂直，線圈切割磁感線時(shí)．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不變，故B錯(cuò)誤；線圈切割磁感線時(shí)，bc、ad邊的運(yùn)動(dòng)速度為v＝ω×eq