【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第3章2.正弦交變電流的描述分層作業(yè)習題

第三章分層作業(yè)17正弦交變電流的描述A級必備知識基礎練1.家庭電路中交流電壓隨時間變化的規(guī)律為u=2202sin100πtV,則該電壓的()A.最大值是220V B.有效值是220VC.周期是100s D.頻率是100Hz2.一個單匝閉合線框在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的正弦式交變電流的波形圖如圖所示,若只將線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍,則()A.峰值變?yōu)?0AB.周期變?yōu)?.4sC.轉(zhuǎn)速變?yōu)?00r/sD.提高轉(zhuǎn)速前,在t=0.05s到t=0.1s時間內(nèi),穿過線圈的磁通量逐漸增大3.(2023河北邯鄲高二期末)某一正弦交變電流的輸出電流與時間的關系圖像如圖所示,則該輸出電流的有效值為()A.10A B.52AC.102A D.5A4.利用可控硅可任意調(diào)節(jié)燈的亮度或電風扇轉(zhuǎn)速,具有體積小、效率高的優(yōu)勢。一個經(jīng)過雙向可控硅電子元件調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓與時間的關系圖像如圖所示,正弦式交變電流的每個半周期中,前面一半被截去,則現(xiàn)在電燈上電壓的有效值為()A.Um B.UC.Um225.一電阻接到方波交流電源上,在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方;若該電阻接到正弦交流電源上,在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正,該電阻上電壓的峰值均為u0,周期均為T,如圖所示,則Q方∶Q正等于()A.1∶2 B.2∶1C.1∶2 D.2∶16.(2023湖北高二統(tǒng)考期末)如圖甲所示,邊長為10cm的100匝正方形線框在勻強磁場中,繞垂直于磁場的軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,線框中的磁通量隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,則下列說法正確的是()A.t=1s時刻,線圈中的電流方向發(fā)生改變B.勻強磁場的磁感應強度大小為0.02TC.線框轉(zhuǎn)動的角速度為π2D.線框中感應電動勢的最大值為2πV7.(2023河南南陽高二期末)如圖所示,一個單匝矩形閉合導線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動周期為T0,線圈產(chǎn)生的電動勢的最大值為Em,則()A.線圈轉(zhuǎn)動過程中,穿過線圈的磁通量的最大值為2B.線圈轉(zhuǎn)動過程中,磁通量變化率的最大值為EmC.線圈產(chǎn)生的電動勢的有效值為2EmD.經(jīng)過T0的時間,通過線圈電流的方向改變1次8.(2023河北唐山開灤第二中學期末)若甲、乙圖中的U0、T所表示的電壓、周期值是相同的,一定值電阻接到如圖甲所示的正弦交流電源上,消耗的電功率為P1;若該電阻接到如圖乙所示的方波交流電源上,消耗的電功率為P2。兩個完全相同的電熱器分別通以如圖丙、丁所示的交變電流(丙圖曲線為正弦曲線的一部分),在一段相同且較長時間內(nèi),它們的發(fā)熱量之比為4∶1,電流的峰值之比為I1∶I2,則()A.P1∶P2=1∶5I1∶I2=4∶1B.P1∶P2=1∶5I1∶I2=9∶2C.P1∶P2=3∶17I1∶I2=9∶2D.P1∶P2=3∶17I1∶I2=4∶1B級關鍵能力提升練9.(多選)(2023陜西渭南模擬)一臺小型發(fā)電機構造示意圖如圖甲所示,線圈逆時針轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的電動勢隨時間按正弦規(guī)律變化,圖像如圖乙所示。發(fā)電機線圈內(nèi)阻為1.0Ω,外接燈泡的電阻為4.0Ω,則()A.在t=0.005s的時刻,穿過線圈的磁通量最大B.通過燈泡的電流為0.8AC.電壓表的示數(shù)為4VD.前0.01s內(nèi)通過燈泡消耗的電能為0.04J10.(2023浙江溫州高二期末)如圖所示,水平間距為L,半徑為r的二分之一光滑圓弧導軌,bb'為導軌最低位置,aa'與cc'為最高位置且等高,右側(cè)連接阻值為R的電阻,圓弧導軌所在區(qū)域有磁感應強度為B、方向豎直向上的勻強磁場?，F(xiàn)有一根金屬棒在外力的作用下以速度v0從aa'沿導軌做勻速圓周運動至cc'處,金屬棒與導軌始終接觸良好,金屬棒與導軌的電阻均不計,則該過程中()A.經(jīng)過最低位置bb'處時,通過電阻R的電流最小B.經(jīng)過最低位置bb'處時,通過金屬棒的電流方向為b'→bC.通過電阻R的電荷量為2D.電阻R上產(chǎn)生的熱量為π11.(多選)(2023吉林白城高二期末)如圖所示,在磁感應強度為B、方向水平向右的勻強磁場中有一矩形線圈,面積為S、匝數(shù)為N、內(nèi)阻為r,繞垂直磁感線的對稱軸OO'以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,從圖示位置轉(zhuǎn)90°的過程中,下列說法正確的是()A.通過電阻R的電荷量Q=2B.通過電阻R的電荷量Q=NBSC.從圖示位置開始計時,則感應電動勢隨時間變化的規(guī)律為e=NBSsinωtD.外力做功的平均功率P=N12.如圖所示,矩形裸導線框長邊的長度為2L,短邊的長度為L,在兩個短邊上均接有電阻R,其余部分電阻不計,導線框一長邊與x軸重合,左端的坐標x=0,線框處在一垂直于線框平面的磁場中,磁感應強度滿足關系式B=B0sinπx2L。一光滑導體棒AB與短邊平行且與長邊接觸良好,電阻也是R。開始時導體棒處于x=0處,之后在沿x軸方向的力F作用下做速度為v的勻速運動。求導體棒AB從x=0到x=2L的過程中力F

參考答案分層作業(yè)17正弦交變電流的描述1.B解析根據(jù)交流電壓隨時間變化的瞬時電壓表達式為u=2202sin100tV,可知該電壓的最大值為Um=2202V,正弦交流電壓的有效值為U=Um2=220V,故A錯誤,B正確;根據(jù)瞬時表達式可知ω=100πrad/s,可得周期為T=2πω=0.02s,頻率為2.A解析由題圖可知周期為0.2s,轉(zhuǎn)速n=ω2π=5r/s,轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍后,n'=2n=10r/s,故C錯誤;由ω=2πn可知,角速度變?yōu)樵瓉淼?倍,由T=2πω可知,周期變?yōu)樵瓉淼囊话?即0.1s,故B錯誤;由Em=BSω可知,峰值變?yōu)樵瓉淼?倍,即峰值變?yōu)?0A,故A正確;由題圖可知,提高轉(zhuǎn)速前,在t=0.05s到3.B解析根據(jù)有效值的定義正弦交變電流有效值為I=Im2=54.B解析由圖像可知,一個周期內(nèi),正弦式交變電流被截去了一半,通過電阻時產(chǎn)生的焦耳熱只有完整正弦式交變電流的一半,據(jù)電流的熱效應可得Um22R×5.D解析由有效值概念知,一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q方=u02R·T2+u02R·T26.D解析由題圖分析可知,t=1s時刻,線框平面與中性面垂直,而交變電流是在中性面位置電流的方向發(fā)生改變,故A錯誤;由Φm=BL2,解得B=2T,故B錯誤;線框轉(zhuǎn)動的角度ω=2πT=πrad/s,故C錯誤;線框中感應電動勢的最大值Em=NBSω=NΦm7.B解析由公式Em=BSω,ω=2πT0,可求出磁通量的最大值Φm=BS=EmT02π,故A錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應定律表達式E=ΔΦΔt,可確定磁通量變化率的最大值8.A解析甲圖所示交變電流的電壓有效值為U甲=U02,乙圖所示電壓的有效值滿足U乙2RT=(2U0)2R·T2+U02R·T2,解得U乙=102U0,又P1=U甲2R,P2=U乙2R,則有P1∶P2=1∶5,丙圖所示交變電流的有效值滿足I丙2RT=I122R·T29.CD解析在t=0.005s的時刻,感應電動勢最大,此時穿過線圈的磁通量為零,A錯誤;電動勢有效值E=522V=5V,通過燈泡的電流為I=ER+r=54+1A=1A,B錯誤;電壓表的示數(shù)為U=IR=4V,C正確;前0.01s內(nèi)通過燈泡消耗的電能為10.C解析金屬棒從位置aa'運動到軌道最低bb'處的過程中,水平分速度即有效切割速度逐漸增大,由E=BLv可知金屬棒產(chǎn)生的感應電動勢增大,則通過R的電流大小逐漸增大;金屬棒從軌道最低位置bb'運動到cc'處的過程中,水平分速度即有效切割速度逐漸減小,由E=BLv可知金屬棒產(chǎn)生的感應電動勢減小,則通過R的電流大小逐漸減小,故經(jīng)過最低位置bb'處時,通過電阻R的電流最大,故A錯誤;由右手定則可知,經(jīng)過最低位置bb'處時,通過金屬棒的電流方向為b→b',故B錯誤;通過電阻R的電荷量為q=IΔt=ERΔt=ΔΦR=2BLrR,故C正確;金屬棒做勻速圓周運動,切割磁感線的有效速度為v=v0cosθ=v0cosωt,θ是金屬棒的速度與水平方向的夾角,則金屬棒產(chǎn)生的感應電動勢為E=BLv0cosωt,則回路中產(chǎn)生正弦式交變電流,可得感應電動勢的最大值為Em=BLv0,有效值為E=22Em=22BLv11.BD解析求流過電阻的電荷量要用平均值I=NΔΦΔt(R+r),磁通量的變化量為ΔΦ=BS,