新教材2024-2025學(xué)年高中物理第3章交變電流與遠(yuǎn)距離輸電第2節(jié)交變電流的產(chǎn)生分層作業(yè)魯科版選擇性必修第二冊

第2節(jié)交變電流的產(chǎn)生A級必備學(xué)問基礎(chǔ)練1.(多選)某小型發(fā)電機產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為e=50sin100πtV。對此電動勢,下列表述正確的有()A.最大值是502V B.頻率是100HzC.有效值是252V D.周期是0.02s2.矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,從中性面起先轉(zhuǎn)動180°角的過程中,平均感應(yīng)電動勢和最大感應(yīng)電動勢之比為()A.π2 B.2C.2π D.π3.溝通發(fā)電機在工作時電動勢為e=Emsinωt,若將發(fā)電機的轉(zhuǎn)速提高一倍,同時將電樞所圍面積減小一半,其他條件不變,則其電動勢變?yōu)?)A.e'=Emsinωt2B.e'=2EmsinωtC.e'=Emsin2ωt D.e'=Em2sin24.線框在勻強磁場中繞OO'軸勻速轉(zhuǎn)動(由上向下看是逆時針方向),當(dāng)轉(zhuǎn)到如圖所示位置時,磁通量和感應(yīng)電動勢大小的改變狀況是()A.磁通量和感應(yīng)電動勢都在變大B.磁通量和感應(yīng)電動勢都在變小C.磁通量在變小,感應(yīng)電動勢在變大D.磁通量在變大,感應(yīng)電動勢在變小5.(多選)一矩形金屬線圈,繞垂直磁場方向的轉(zhuǎn)軸在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e隨時間t改變的規(guī)律如圖所示,下列說法正確的是()A.此交變電流的頻率為10HzB.此感應(yīng)電動勢的有效值為2VC.t=0.1s時,線圈平面與磁場方向垂直D.在線圈平面與磁場方向成30°角時,感應(yīng)電動勢的大小為1V6.(多選)圖甲、乙分別表示兩種電壓的波形,其中甲電壓按正弦規(guī)律改變。下列說法正確的是()A.甲表示交變電流,乙表示直流電流B.兩種電壓的有效值相等C.甲電壓的瞬時值表達(dá)式為u=311sin100πtVD.甲交變電流的有效值比乙交變電流的有效值大7.如圖甲所示,矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的中心軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,從某時刻起先計時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e隨時間t的改變圖像如圖乙所示,若外接電阻R=70Ω,線圈電阻r=10Ω,求:(1)線圈的角速度;(2)通過線圈的最大電流;(3)電壓表的示數(shù)。B級關(guān)鍵實力提升練8.(2024福建莆田第一中學(xué)期末)如圖為溝通發(fā)電機的示意圖,矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,發(fā)電機的電動勢隨時間的改變規(guī)律為e=311sin100πt(V)。下列說法正確的是()A.此交變電流的頻率為100HzB.此溝通電動勢的有效值為311VC.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到圖示位置時產(chǎn)生的電動勢最大D.當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)到圖示位置時磁通量的改變率為零9.(多選)在勻強磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖甲所示,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢隨時間改變的規(guī)律如圖乙所示,則下列說法正確的是()A.t=0.01s時穿過線框的磁通量最小B.該線圈轉(zhuǎn)動的角速度大小為πrad/sC.該感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=222sin100πtVD.線框平面與中性面的夾角為45°時,電動勢瞬時值為22V10.有一10匝正方形線框,邊長為20cm,線框總電阻為1Ω,線框繞OO'軸以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動,如圖所示,垂直于線框平面對里的勻強磁場的磁感應(yīng)強度為0.5T。該線框產(chǎn)生的交變電流電動勢最大值為V、電流最大值為A;線框從圖示位置轉(zhuǎn)過60°時,感應(yīng)電動勢的瞬時值為V。(3=1.732)

11.如圖所示,邊長分別為10cm和20cm的矩形線圈,匝數(shù)為100,阻值為5Ω,在勻強磁場中繞垂直磁場方向的OO'軸勻速轉(zhuǎn)動,已知勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=325πT,線圈轉(zhuǎn)動的角速度為ω=100π(1)開關(guān)S斷開時,求志向電壓表的示數(shù)。(2)開關(guān)S閉合時,電阻正常工作,求電阻的額定功率。12.在水平方向的勻強磁場中,有一個正方形閉合線圈繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動,已知線圈的匝數(shù)為N=100,邊長為20cm,電阻為10Ω,轉(zhuǎn)動頻率f=50Hz,磁場的磁感應(yīng)強度為0.5T,求:(1)外力驅(qū)動線圈轉(zhuǎn)動的功率;(2)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至線圈平面與中性面的夾角為30°時,線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流的大小;(3)線圈由中性面轉(zhuǎn)至與中性面成30°角的過程中,通過導(dǎo)線橫截面的電荷量。

第2節(jié)交變電流的產(chǎn)生1.CD由感應(yīng)電動勢的表達(dá)式可知,電動勢的最大值Em=50V,則有效值E=Em2=252V,周期T=2πω=0.02s,頻率2.B線圈從中性面轉(zhuǎn)過180°角過程中,磁通量的改變?yōu)棣う?Φ2-Φ1=BS-(-BS)=2BS,平均感應(yīng)電動勢E=NΔΦΔt=2NBSπ3.C本題考查溝通電壓的瞬時值表達(dá)式e=Emsinωt,而Em=NBSω,當(dāng)ω加倍而S減半時,Em不變,故C正確。4.D由題圖,設(shè)線框平面與中性面夾角為θ,則有Φ=Φmcosθ,e=Emsinθ,因為θ角變小,所以磁通量變大,感應(yīng)電動勢變小,故D正確。5.BC由圖像知周期T=0.2s,所以頻率f=5Hz,A錯誤;由圖像可知,感應(yīng)電動勢的最大值為2V,有效值為E=22V=2V,故B正確;由圖可知,t=0.1s時,感應(yīng)電動勢為0,所以線圈平面與磁場方向垂直,故C正確;在線圈平面與磁場方向成30°時,感應(yīng)電動勢的大小e=2sin60°V=36.CD題圖中兩電壓的大小和方向都隨時間周期性改變,甲、乙都表示交變電流,A錯誤。有效值E=Em7.解析(1)由題圖乙知,交變電流的周期T=4×10-2s線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω=2πT=2π(2)由題圖乙知,線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值Em=100V則線圈的最大電流Im=Emr+R=(3)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的有效值E=Em2=1002電壓表的示數(shù)U=Er+R·R=50210+70×答案(1)50πrad/s(2)1.25A(3)61.9V8.D此交變電流的頻率f=ω2π=100π2π9.CD由圖像知t=0.01s時,感應(yīng)電動勢為零,則穿過線框的磁通量最大,故A錯誤;該線圈轉(zhuǎn)動的角速度大小為ω=2πT=100πrad/s,故B錯誤;當(dāng)t=0時,電動勢為零,線圈平面與磁場方向垂直,故該感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=Emsinωt=222sin100πtV,故C正確;線框平面與中性面的夾角為45°時,電動勢瞬時值為e=Emsin45°10.解析交變電流電動勢最大值為Em=nBSω=10×0.5×0.22×10πV=6.28V,電流最大值為Im=EmR=6.281A=6.28A。線框從圖示位置轉(zhuǎn)過60°時,感應(yīng)電動勢答案6.286.285.4411.解析(1)若以線圈處于中性面位置起先計時,則線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=NBSωsinωt代入數(shù)據(jù)得e=1202sin100πtV開關(guān)S斷開時,志向電壓表示數(shù)為UV=22Em(2)開關(guān)S閉合時,電阻正常工作,通過電阻的電流為I=UV所以電阻額定功率是P=I2R=540W。答案(1)120V(2)540W12.解析(1)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為Em=NBSω=100×0.5×0.22×2π×50V=628V,感應(yīng)電動勢的有效值為E=Em2=3142V,外力驅(qū)動線圈轉(zhuǎn)動的功率與線圈中交變電流的功率相等,即P外=E2R=(3142)(2)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至線圈平面與中性面的夾角為30°時,線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電