3.2 交变电流的描述(提高)同步作业—2020-2021学年【新教材】人教版(2019)高中物理选择性必修第二册(word含答案)

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名称 3.2 交变电流的描述(提高)同步作业—2020-2021学年【新教材】人教版(2019)高中物理选择性必修第二册(word含答案)
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资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2021-04-19 06:13:52

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高中物理选择性必修第二册第三章交变电流
第2节 交变电流的描述(提高)
一、单项选择题
1.如图所示,一矩形金属线圈在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势的图象如u-t图中的正弦曲线所示,则下列说法正确的是(  )
A.t=0时刻,穿过线圈平面的磁通量最小
B.t=3×l0-2s时刻,穿过线圈平面的磁通量变化率最小
C.线圈在磁场中转动的角速度为50πrad/s
D.线圈中感应电动势的表达式为false
2.如图所示,图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系,若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻,则经过false的时间,两电阻消耗的电功之比false为( )
A.false B.false C.false D.false
3.如图甲是小型交流发电机,两磁极间的磁场可视为匀强磁场,一个100匝的矩形线圈(内阻不计)绕垂直于磁场方向的轴OO'匀速转动,某位置开始计时产生的交变电动势图像如图乙所示,已知磁感应强度B=0.1T,则(  )
A.t=0时刻,线圈平面与磁感线平行
B.线圈的面积S为false
C.它可使“220V,60W”的灯泡正常发光,也可使击穿电压为220V的电容器正常工作
D.以此作为电源,每通过1C的电量,消耗的电能为220J
4.边长为a的N匝正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线且与线圈在同一平面内的对称轴匀速转动,转速为n,线圈所围面积内的磁通量Φ随时间t变化的规律如图所示,图像中Φ0为已知.下列说法正确的是( )
A.t1时刻线圈中感应电动势最大
B.t2时刻线圈中感应电流方向发生变化
C.匀强磁场的磁感应强度大小为false
D.线圈中感应电动势的瞬时表达式为e=2nNπΦ0sin2πnt
5.2019年3月14日,中国家电及消费电子博览会在上海盛大开幕,家电展上有些国家家用电器的额定电压和我国是不同的,例如美国家用电器额定电压值为110V.已知某电源输出的交变电压的表达式为false,下列说法正确的是( )
A.用电压表测该电源的电压,其示数为falseV
B.将该电压加在110Ω的电阻两端,则该电阻消耗的电功率为110W
C.交流电的频率为60Hz,电流方向每秒改变60次
D.当false时电压表瞬间示数为0V
6.如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,矩形线圈在磁感应强度为false的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动,线圈的两端经集流环和电刷与一只电阻为10false的灯泡连接,矩形线圈内阻为2false,面积为0. 01m2,发电机正常工作时灯泡中电流i随时间t变化的规律图像如图乙所示。则发电机内矩形线圈匝数为(  )
A.96 B.80 C.48 D.40
7.如图所示,电阻为r的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以某一角速度false匀速转动。t=0时,线圈平面与磁场垂直,各电表均为理想交流电表,则(  )
A.t=0时,线圈中的感应电动势最大
B.1s内电路中的电流方向改变了false次
C.滑片P向下滑动时,电压表的读数变大
D.线圈匀速运动的角速度false变为2倍时,电阻R的电功率也变为2倍
8.如图所示,矩形线圈面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动,外电路电阻为R,当线圈由图示位置转过false的过程中,下列判断正确的是(  )
A.电压表的读数为false
B.通过电阻R的电荷量为q=false
C.电阻R所产生的焦耳热为Q=false
D.当线圈由图示位置转过false时的电流为false
9.如图所示,粗细均匀的单匝等边三角形导线框单位长度的电阻为r,绕着垂直于匀强磁场的轴OO’ 匀速转动,转动的角速度为ω。若线框边长为L,磁感应强度为B,图中所示为t=0时刻线框与磁场平行,则下列说法中正确的是(  )
A.此时线框中的磁通量最大
B.此时a、b两点的电压false
C.若导线框转过90°后开始计时,则产生的交流电的有效值将会变小
D.从t=0时刻起,线框转过90°的时间内,流过线框横截面的平均电荷量false
10.如图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极之间的磁场可视为匀强磁场,一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈内阻为r=1Ω,外接一只演示用的霓虹灯,霓虹灯的电阻为RL=9Ω,霓虹灯的启动、熄灭电压分别为20V、50V(即加在霓虹灯两端的电压的瞬时值大小在18~40V范围内都能发光),不计电路中的其他电阻,则(  )
A.乙图中的电动势随时间变化的图像是从甲图的图示时刻开始计时的
B.该发电机发出的交变电流的电动势的有效值为falseV
C.该发电机发出的交变电流的电动势的平均值为falseV
D.霓虹灯正常使用1min的发光时间为30s
二、多项选择题
11.图甲是一台小型发电机的构造示意图,线圈逆时针转动,产生的电动势e随时间t按照正弦规律变化,如图乙所示。发电机线圈的内电阻不计,外接灯泡的电阻为12Ω。则(  )
A.在t=0.01s时刻,穿过线圈的磁通量为零
B.t=0.01s时,电压表的示数为6V
C.灯泡消耗的电功率为3W
D.若其它条件不变,仅将线圈的转速提高一倍,则线圈电动势的表达式e=falsesin200πt(V)
12.如图所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动,设线圈的两个边长ad和cd分别是L2和L1,线圈的面积则为false,转动的角速度是false,磁场的磁感应强度为B,则( )
A.线圈绕P1转动时的线圈中的感应电动势一直不变
B.线圈绕P1转动,当线圈平面转到与磁场方向平行时线圈中的感应电动势为false
C.线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同,都是a→b→c→d→a
D.当线圈平面转到与磁场方向平行时,绕P1转动的电动势等于绕P2转动时的电动势
13.如图所示,在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期大小为T,转轴O1O2垂直于磁场方向,线圈电阻为2 Ω。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过60°时感应电流为1 A.那么(  )
A.线圈消耗此交流电的电功率为4 W
B.线圈中产生此交流电电流的有效值为2 A
C.线圈中感应电动势的瞬时值表达式为e=false
D.从图示位置开始转过90°的过程中,通过线圈的电量为falseC
14.如图所示,N匝矩形导线框以角速度ω绕对称轴OO′匀速转动,线框面积为S,线框电阻、电感均不计,在OO′左侧有磁感应强度为B的匀强磁场,外电路接有电阻R和理想电流表A,那么可以确定的是(  )
A.从图示时刻起,线框产生的瞬时电动势为e=false
B.电流表的示数I=false
C.R两端电压的有效值false
D.一个周期内R上产生的热量false
15.如图所示,磁极N、S间的磁场看做匀强磁场,磁感应强度为B0,矩形线圈ABCD的面积为S,共n匝,内阻为r,线圈通过滑环与理想电压表V和阻值为R的定值电阻相连,AB边与滑环E相连;CD边与滑环F相连。若线圈正在绕垂直于磁感线的轴OO'以角速度ω逆时针匀速转动,图示位置恰好与磁感线垂直。以下说法正确的是( )
A.线圈在图示位置时,电阻R中的电流方向为自M到N
B.线圈自图示位置开始转过false的过程中,通过电阻R的电量为false
C.线圈转动一周的过程中克服安培力做的功为false
D.线圈在图示位置时电压表的示数为0
三、填空题
16.如图所示为一交变电流随时间变化的图象,则此交变电流的有效值是________A.
17.如图所示,一个边长L=10cm,匝数N=100匝的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动,磁感应强度B=0.50T,角速度ω=10π rad/s,外电路电阻R=4.0Ω,线圈内阻r=1.0Ω.
则线圈转动的周期________,感应电动势的最大值________;线圈由图中所示位置开始计时,感应电动势的瞬时表达式________.
18.如图所示,单匝矩形线框面积为false,电阻为false,处于水平方向匀强磁场中,磁感应强度为false.线框可以绕着false边以角速度false匀速运动,当线框转至如图位置时为计时起点,
(1)线框中感应电动势的最大值false__________.
(2)线框中感应电流的瞬时值表达式为__________.
(3)线框从此位置开始转过false的过程中,通过线框的电量false__________.
(4)一个周期内线框中产生的热量false__________.
四、解答题
19.如图所示,矩形线圈abcd的匝数为N=100匝,线圈ab的边长为L1=0.2m,bc的边长为L2=0.25m,在磁感应强度为B=0.4T的匀强磁场中,绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴匀速转动,转动的角速度ω=100falserad/s,若线圈自身电阻为r=1Ω,负载电阻R=9Ω。设由图示位置开始计时,求:
(1)穿过线圈平面的最大磁通量;
(2)线圈产生的交变电动势的瞬时值表达式;
(3)1min时间内电阻R上产生的焦耳热Q。
20.如图(甲)为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴false按如图所示方向匀速转动,线圈的匝数false、电阻false,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻false,与R并联的交流电压表为理想电表。在false时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量false随时间t按图(乙)所示正弦规律变化。(取false)求:
(1)交流发电机产生的电动势的最大值;
(2)从false时刻开始计时,线圈转过false时线圈中感应电流瞬时值及回路中的电流方向;
(3)电路中交流电压表的示数;
(4)从图示位置转过false,整个回路的焦耳热?
21.如图,正方形线圈abcd绕对称轴OO′在匀强磁场中匀速转动,转速n=falser/min。已知ab=ad=10cm,匝数N=1000,磁感应强度B=10T,图示位置线圈平面与磁感线平行。线圈总电阻r=4Ω,外接电阻R=12Ω,交流电压表为理想表,求:
(1)从如图位置开始计时,写出感应电流瞬时值表达式;
(2)交流电压表的示数;
(3)从如图位置开始,转过60°的过程中通过线圈某横截面的电量;
(4)线圈转动一周外力做的功。
参考答案
一、单项选择题
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
C
C
B
C
B
A
C
B
D
D
二、多项选择题
11
12
13
14
15
BC
BD
AD
ABC
BC
三、填空题
16.false
17.0.2s 15.7V e=15.7cos10πt
18.(1)false (2)false (3)false (4)false
四、解答题
19.(1)0.02Wb;(2)e= 200falsecos100falset(V);(3)2.16×105J
【解析】
(1)穿过线圈平面的最大磁通量Φm=BS=0.02Wb
(2)感应电动势的最大值Em=NBSω=200falseV
t=0时线圈平面与磁感线平行,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式为
e=Emcosωt=200falsecos100falset(V)
(3)电动势有效值false
电流有效值false
则1分钟时间内电阻R上产生的焦耳热Q的大小Q=I2Rt=2.16×105J
20.(1)200V;(2)1A,电流方向abcda;(3)false;(4)3.14J
【解析】
(1)由false-t图线可知:falsem=2.0×10-2Wb,T=6.28×10-2s
角速度为false
所以 false
(2)产生的感应电动势的瞬时表达式为e=200cos100tV
感应电流的瞬时表达式为
false
i=2cos60°=1A
电流方向abcda;
(3)电动势的有效值false
由闭合电路的欧姆定律,电路中电流的有效值为false
交流电压表的示数为false
(4)转过90°的时间false
整个回路中产生的焦耳热为Q=I2(R+r)t=3.14J
21.(1)false;(2)false;(3)false;(4)false
【解析】
(1)因为false
电动势最大值
false
false
则瞬时值表达式false
(2)电压表示数false
(3) 从如图位置开始,转过60°的过程中通过线圈某横截面的电量
false
(4)转动一周产生的热量false
则根据能量守恒得,线圈转动一周外力做的功false