2024-2025學(xué)年高二物理選擇性必修第二冊（粵教版）第3章 交變電流 分層作業(yè)15 交變電流規(guī)律的應(yīng)用

分層作業(yè)15交變電流規(guī)律的應(yīng)用A組必備知識(shí)基礎(chǔ)練1.下列交變電流的圖像,其中能正確反映我國居民日常生活所用交變電流的是()2.(多選)一個(gè)矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖像如圖所示,則下列說法正確的是()A.t=0.01s時(shí)刻,Φ的變化率達(dá)最大B.t=0.02s時(shí)刻,感應(yīng)電動(dòng)勢達(dá)到最大C.t=0.03s時(shí)刻,感應(yīng)電動(dòng)勢為零D.每當(dāng)Φ變換方向時(shí),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢都為最大3.(多選)在勻強(qiáng)磁場中,一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),穿過該線圈的磁通量隨時(shí)間按圖示正弦規(guī)律變化.設(shè)線圈總電阻為2Ω,則()A.t=0時(shí),線圈平面平行于磁感線B.t=1s時(shí),線圈中的電流改變方向C.t=1.5s時(shí),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢最大D.一個(gè)周期內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為8π2J4.如圖甲所示,矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的中心軸OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng),從圖示位置開始計(jì)時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢e隨時(shí)間t的變化曲線如圖乙所示.若線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍,而其他條件保持不變,從圖示位置轉(zhuǎn)過90°開始計(jì)時(shí),則能正確反映線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢e隨時(shí)間t的變化規(guī)律的圖像是()5.面積均為S的兩個(gè)電阻相同的線圈,分別放在如圖甲、乙所示的磁場中,甲圖中是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場,線圈在磁場中以周期T繞垂直磁場方向的OO'軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),乙圖中勻強(qiáng)磁場變化規(guī)律為B=B0cos2πTt,從圖示位置開始計(jì)時(shí),則(A.兩線圈的磁通量變化規(guī)律相同B.兩線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢達(dá)到最大值的時(shí)刻不同C.經(jīng)相同的時(shí)間t(t>T),兩線圈產(chǎn)生的熱量不同D.從此時(shí)刻起,經(jīng)過T4時(shí)間,6.一個(gè)矩形線圈的匝數(shù)為N,線圈面積為S,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以角速度ω繞所在平面內(nèi)垂直磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),開始時(shí),線圈平面與磁場平行.對于它產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢,下列說法正確的是()A.瞬時(shí)值表達(dá)式為e=NBSωsinωtB.有效值為22NBSC.平均值為22NBSD.頻率為2πω7.如圖所示,在勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)內(nèi)阻r=3Ω、面積S=0.02m2的半圓形導(dǎo)線框可繞OO'軸旋轉(zhuǎn).已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=52πT.線框以ω=100πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),且通過電刷給“6V、12W”(1)若從圖示位置開始計(jì)時(shí),求線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式.(2)從圖示位置開始,線框轉(zhuǎn)過90°的過程中,流過導(dǎo)線橫截面的電荷量是多少?該電荷量與線框轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢是否有關(guān)?B組關(guān)鍵能力提升練8.一只矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),穿過線圈的磁通量隨時(shí)間變化的圖像如圖甲所示,則下列說法正確的是()A.t=0時(shí)刻,線圈平面與中性面垂直B.t=0.01s時(shí)刻,Φ的變化率達(dá)到最大C.t=0.02s時(shí)刻,感應(yīng)電動(dòng)勢達(dá)到最大D.該線圈相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢圖像如圖乙所示9.將阻值為5Ω的電阻接到內(nèi)阻不計(jì)的交流電源上,電源電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示.下列說法正確的是()A.電路中交變電流的頻率為0.25HzB.通過電阻的電流為2AC.電阻消耗的電功率為2.5WD.用交流電壓表測得電阻兩端的電壓是5V10.一邊長為L的正方形單匝線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場的固定軸轉(zhuǎn)動(dòng),線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢e隨時(shí)間t的變化情況如圖所示.已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則結(jié)合圖中所給信息可判定()A.t1時(shí)刻穿過線框的磁通量為BL2B.t2時(shí)刻穿過線框的磁通量為零C.t3時(shí)刻穿過線框的磁通量變化率為零D.線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為E11.如圖所示,abcd為一邊長為L、匝數(shù)為N的正方形閉合線圈,繞對稱軸OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng),角速度為ω.空間中只有OO'左側(cè)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.若閉合線圈的總電阻為R,則()A.線圈中電動(dòng)勢的有效值為22NBL2B.線圈中電動(dòng)勢的最大值為12NBL2C.在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過程中,有一半時(shí)間沒有電流D.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖中所處的位置時(shí),穿過線圈的磁通量為12NBL12.(2024廣東階段練習(xí))海浪發(fā)電是一種應(yīng)用前景廣闊的新能源技術(shù),海浪通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)線圈在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)從而發(fā)電,實(shí)現(xiàn)海浪動(dòng)能向電能的轉(zhuǎn)化.某科技小組設(shè)計(jì)了一發(fā)電模型,其原理圖如圖甲所示,N匝正方形閉合線圈處在垂直線圈平面的組合磁場中,組合磁場是由兩方向相反的勻強(qiáng)磁場組成的,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,線圈和磁場的寬度均為L,設(shè)線圈的總電阻為R,總質(zhì)量為m,線圈在海浪的帶動(dòng)下上、下運(yùn)動(dòng)切割磁感線且線圈在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)超出磁場范圍,其運(yùn)動(dòng)的速度—時(shí)間圖像如圖乙所示.線圈處于平衡位置時(shí),線圈的中線恰好與組合磁場中的中線重疊.求:(1)運(yùn)動(dòng)過程中,該線圈產(chǎn)生的最大感應(yīng)電流;(2)在理想條件下,該線圈的發(fā)熱功率.13.如圖甲所示,一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置,線圈的兩端接一只小燈泡,在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場.已知線圈的匝數(shù)n=100,總電阻r=1.0Ω,所圍成矩形的面積S=0.040m2,小燈泡的電阻R=9.0Ω,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按如圖乙所示的規(guī)律變化,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值的表達(dá)式為e=nBmS2πTcos2πTt,其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值,T為磁場變化的周期,(1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值;(2)小燈泡消耗的電功率;(3)在磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的0~T4時(shí)間內(nèi),通過小燈泡的電荷量答案：1.C我國居民日常生活所用交變電壓的有效值為220V,頻率為50Hz,周期為0.02s,故選C.2.ADt=0.01s及t=0.03s時(shí),Φ=0,但ΔΦΔt最大,所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大,A正確,C錯(cuò)誤;t=0.02s時(shí),Φ最大,但ΔΦΔt=0,感應(yīng)電動(dòng)勢為零,B錯(cuò)誤;每當(dāng)Φ變換方向時(shí),Δ3.ADt=0時(shí),磁通量為零,故線圈平行于磁感線,故A正確;t=1s時(shí),由題圖可知,磁通量為零,磁通量變化率最大,此時(shí)斜率方向不變,感應(yīng)電流方向不變,故B錯(cuò)誤;當(dāng)t=1.5s時(shí),磁通量最大但磁通量變化率為零,感應(yīng)電動(dòng)勢為0,故C錯(cuò)誤;由題圖可知,有效值E=22Em=22nΦmω=22πV,在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)熱Q=E2RT=8π2J,4.A由題圖乙知,周期T=4s,感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值Em=1V,而感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值的表達(dá)式Em=NBSω=NBS·2πT,若僅把線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?倍,則周期T'變?yōu)樵瓉淼?2,即T'=2s,而感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值Em'變?yōu)樵瓉淼?倍,即Em'=2V,所以選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤;從圖示位置轉(zhuǎn)過90°開始計(jì)時(shí),也就是t=0時(shí)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢應(yīng)為0,所以選項(xiàng)A正確5.A題圖甲中磁通量的變化規(guī)律為Φ甲=B0Scos2πTt,題圖乙中磁通量的變化規(guī)律為Φ乙=B0Scos2πTt.由于兩線圈的磁通量變化規(guī)律相同,則兩線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的變化規(guī)律相同,達(dá)到最大值的時(shí)刻也相同,有效值E也相同,又因兩線圈電阻相同,所以Q=E2Rt也相同,經(jīng)過T4時(shí)間,通過兩線圈橫截面的電荷量q=6.B開始時(shí),線圈平面與磁場平行,則e=NBSωcosωt,故A錯(cuò)誤;最大值為Em=NBSω,則有效值為22NBSω,故B正確;平均值應(yīng)用E=NΔΦΔt求得,故C錯(cuò)誤;頻率為f=ω27.答案(1)e=102cos100πt(V)(2)260πC解析(1)線框轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值Em=BSω=102V則感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式e=Emcosωt=102cos100πt(V).(2)線框轉(zhuǎn)過90°過程中,產(chǎn)生的平均電動(dòng)勢E=燈泡電阻R=U02P0故流過的電荷量q=ER+r·該電荷量與線框轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢無關(guān).8.B由Φ-t圖像知,在t=0時(shí),Φ最大,即線圈處于中性面位置,此時(shí)e=0,故A、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤;由Φ-t圖像知T=0.04s,在t=0.01s時(shí),Φ=0,ΔΦΔt最大,e最大,則B項(xiàng)正確;在t=0.02s時(shí),Φ最大,ΔΦΔt=0,9.C電路中交變電流的頻率f=1T=25Hz,A錯(cuò)誤;通過電阻的電流應(yīng)為有效值I=ER=552A=22A,用交流電壓表測得電阻兩端的電壓是522V,B、D錯(cuò)誤;電阻消耗的電功率P=I10.Dt1時(shí)刻,感應(yīng)電動(dòng)勢最大,穿過線框的磁通量應(yīng)為零,A錯(cuò)誤;t2時(shí)刻,穿過線框的磁通量最大,為Φm=BL2,B錯(cuò)誤;t3時(shí)刻,感應(yīng)電動(dòng)勢最大,則磁通量變化率也最大,C錯(cuò)誤;交變電流的最大值為Em=BL2ω,則ω=EmBL11.B線圈中電動(dòng)勢的最大值Em=12NBL2ω,有效值E=Em2=24NBL2ω,故A錯(cuò)誤,B正確.在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中,線圈始終有一半在磁場中運(yùn)動(dòng),故線圈中始終有電流通過,故C錯(cuò)誤.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖中所示位置時(shí),穿過線圈的磁通量為1212.答案(1)2NBLv0R(2解析(1)當(dāng)線圈達(dá)到最大速度v0時(shí),線圈中感應(yīng)電流最大,最大感應(yīng)電動(dòng)勢Em=2NBLv0最大感應(yīng)電流Im=E解得回路中最大感應(yīng)電流Im=2NBL(2)由于線圈切割磁感線的時(shí)候,速度隨時(shí)間呈正弦規(guī)律變化,感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流也隨時(shí)間呈正弦規(guī)律變化,電流有效值I有效=I該線圈的發(fā)熱功率P=I有效解得P=2N1