新教材2025版高中物理分層作業(yè)十三交變電流新人教版選擇性必修第二冊

分層作業(yè)(十三)交變電流A級必備學(xué)問基礎(chǔ)練1．一閉合矩形線圈abcd繞垂直于磁感線的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，線圈平面位于圖甲所示的勻強(qiáng)磁場中．通過線圈的磁通量Φ隨時間t的變更規(guī)律如圖乙所示，下列說法正確的是()A．t1、t3時刻通過線圈的磁通量變更率最大B．t1、t3時刻線圈中感應(yīng)電流方向變更C．t2、t4時刻通過線圈的磁通量最大D．t2、t4時刻線圈中感應(yīng)電動勢最小2．已知交變電流的電壓u＝200sinωt(V)，那么交變電流的電壓的峰值與有效值分別為()A．200V，14.1VB．200V，141VC．14.1V，200VD．141V，200V3．(多選)如圖所示是一個正弦式交變電流的i-t圖像，下列說法正確的是()A．周期是0.2s，電流的峰值是10AB．周期是0.15s，電流的峰值是10AC．頻率是5Hz，電流的有效值是7.07AD．頻率是0.2Hz，電流的有效值是5A4．(多選)如圖所示，矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中可以分別繞垂直于磁場方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動．當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到圖示位置與磁場方向平行時()A．線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動時的電流B.線圈繞P1轉(zhuǎn)動時的電動勢小于繞P2轉(zhuǎn)動時的電動勢C．線圈分別繞P1和P2轉(zhuǎn)動時的電流的方向相同，都是a→d→c→bD．線圈繞P1轉(zhuǎn)動時dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動時dc邊受到的安培力5.[2024·河北衡水高二檢測]如圖所示，單匝矩形線圈的一半放在具有志向邊界的勻強(qiáng)磁場中，線圈軸線OO′與磁場邊界重合，線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動，t＝0時刻線圈平面與磁場方向垂直，規(guī)定電流方向沿abcda為正方向，則線圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時間變更的圖像是圖中的()6．[2024·北京朝陽質(zhì)檢]大型發(fā)電機(jī)幾乎都是旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)，如圖所示為其原理簡圖．豎直平面內(nèi)閉合線圈abcd固定不動，磁鐵繞圖中的虛線旋轉(zhuǎn)，線圈中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流．若條形磁鐵以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，且圖示時刻N(yùn)極正在向里轉(zhuǎn)．現(xiàn)以圖示時刻為計時起點(diǎn)，則下列推斷正確的是()A．該發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電流頻率是10HzB．t＝0時線圈中的電流方向為abcdaC．t＝0.5s時線圈中的電流方向發(fā)生變更D．t＝0.5s時線圈中的電流最小B級關(guān)鍵實力提升練7.在勻強(qiáng)磁場中，一正方形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的電動勢隨時間變更的規(guī)律為e＝Emsinωt.假如將線框的邊長變?yōu)樵瓉淼?倍，轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)，其他條件不變，則電動勢隨時間變更的規(guī)律為()A．e′＝EmsinωtB．e′＝2Emsin2ωtC．e′＝Emsineq\f(ω,2)tD．e′＝2Emsineq\f(ω,2)t8.[2024·江蘇聯(lián)考]兩人在赤道上站立，各自手握金屬繩OPO′的一端，繞東西方向的水平軸沿順時針方向勻速搖動金屬繩，搖動周期為T，將金屬繩連入電路，閉合回路如圖所示，取金屬繩在圖示的位置(OPO′在豎直平面內(nèi))時為t＝0時刻，則下列說法正確的是()A．電路中存在周期為T的變更電流B．t＝0時刻，回路磁通量最大，電路中電流最大C．t＝eq\f(T,4)時刻，電流向左通過靈敏電流計D．t＝eq\f(T,2)時刻，回路磁通量最大，電路中電流最大9.如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中有一個“π”形導(dǎo)線框，可繞AB軸轉(zhuǎn)動．已知勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(5\r(2),π)T，線框相鄰兩邊相互垂直，其中CD邊長為20cm，CE、DF長均為10cm，角速度為100πrad/s.若從圖示CEFD平面平行磁場位置起先計時：(1)寫出線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式；(2)求出由圖示位置轉(zhuǎn)過30°過程中線框產(chǎn)生的平均電動勢；(3)作出線框中感應(yīng)電動勢隨時間變更的e-t圖像．分層作業(yè)(十三)交變電流1．解析：t1、t3時刻通過線圈的磁通量Φ最大，磁通量變更率為零，此時感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流均為零，線圈中感應(yīng)電流方向變更．A錯誤，B正確；t2、t4時刻通過線圈的磁通量為零，磁通量的變更率最大，即感應(yīng)電動勢最大，C、D錯誤．答案：B2．解析：依據(jù)u＝Umsinωt可知，交變電流的電壓的峰值為200V，則有效值U＝eq\f(Um,\r(2))＝eq\f(200,\r(2))V＝100eq\r(2)V＝141V，B正確．答案：B3．解析：由題圖可知，交變電流的周期是0.2s，頻率f＝eq\f(1,T)＝5Hz，電流的峰值是10A，有效值I＝eq\f(10,\r(2))A＝7.07A，A、C正確．答案：AC4．解析：產(chǎn)生交變電流的條件是軸和磁感線垂直，與軸的位置和線圈形態(tài)無關(guān)，線圈abcd分別繞軸P1、P2轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)到圖示位置時產(chǎn)生的電動勢E＝NBSω，由I＝eq\f(E,R總)可知，此時I相等，故A正確，B錯誤；由右手定則可知，電流方向為a→d→c→b，故C正確；dc邊受到的安培力F＝IldcB，故F一樣大，D錯誤．答案：AC5．解析：圖示時刻后瞬間，由楞次定律推斷出線圈中感應(yīng)電流方向為a→d→c→b→a，為負(fù)方向，在轉(zhuǎn)過eq\f(1,4)周過程中，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢表達(dá)式為e＝Emsinωt＝BSωsinωt，S是線圈面積的一半，則感應(yīng)電流的表達(dá)式為i＝－eq\f(e,R)＝－eq\f(BSωsinωt,R)＝－Imsinωt，經(jīng)分析，轉(zhuǎn)過eq\f(1,4)周以后，仍符合i＝－Imsinωt形式，故C正確．答案：C6．解析：條形磁鐵以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，則該溝通電的頻率f＝eq\f(ω,2π)＝5Hz，故A錯誤；由題圖可知，在t＝0時刻穿過線圈的磁通量為0，結(jié)合溝通電產(chǎn)生的特點(diǎn)可知，t＝0時刻該溝通電的瞬時值最大，由題圖可知下一時刻穿過線圈的磁通量的方向向里，由楞次定律可知，此時線圈中的電流方向為abcda，故B正確；該溝通電的周期T＝eq\f(1,f)＝0.2s，當(dāng)t＝0.5s＝2.5T時，線圈中的電流方向與起先時的方向相反，電流值仍舊為最大值，不會變更方向，故C、D錯誤．答案：B7．解析：線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值Em＝NBSω＝NBL2ω，將線框的邊長變?yōu)樵瓉淼?倍，轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)后，電動勢的最大值變?yōu)?Em，則電動勢隨時間變更的規(guī)律為e′＝2Emsineq\f(ω,2)t，D正確．答案：D8．解析：用類比法分析，如線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生周期性變更的電流，所以這個電路中存在周期為T的變更電流，故A正確；在赤道上，地磁場方向為由南指向北，則t＝0時刻，回路磁通量最大，電路中電流最小為0，故B錯誤；t＝eq\f(T,4)時刻，金屬繩第一次經(jīng)過水平位置，這個過程回路中磁通量減小，由楞次定律可知，感應(yīng)電流方向向右通過靈敏電流計，故C錯誤；t＝eq\f(T,2)時刻，回路磁通量變更率最小，電路中電流最小，為0，故D錯誤．答案：A9．解析：(1)線框轉(zhuǎn)動，起先計時的位置為線框平面與磁感線平行的位置，CD邊長l1＝20cm，CE、DF邊長l2＝10cm，在t時刻線框轉(zhuǎn)過的角度為ωt，此時刻e＝BSωcosωt.其中B＝eq\f(5\r(2),π)T，S＝l1×l2＝0.1×0.2m2＝0.02m2，故線框感應(yīng)電動勢瞬時值表達(dá)式e＝eq\f(5\r(2),π)×0.02×100πcos100πt(V)＝10eq\r(2)cos100πt(V).(2)線框由題圖所示位置轉(zhuǎn)過30°的過程中ΔΦ＝eq