统考版高考物理一轮复习课时分层作业（三十二）交变电流的产生和描述含答案

这是一份统考版高考物理一轮复习课时分层作业（三十二）交变电流的产生和描述含答案，共6页。试卷主要包含了下列说法正确的是，1 V，0 s时线圈中的感应电动势为0等内容，欢迎下载使用。


基础题组
1.
如图，匀强磁场中，一单匝矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，线框中产生的交变电动势瞬时值随时间变化的规律为e＝20 eq \r(2) sin 100πt (V).下列说法正确的是( )
A．该线框转动的频率是100 Hz
B．该线框产生的交变电动势最大值是20 V
C．t＝0.005 s时刻，线框平面与中性面重合
D．t＝0.05 s时刻，穿过线框的磁通量变化率为0
2．如图所示是一台发电机的结构示意图，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状．M是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M共轴的固定转动轴旋转．磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小近似均匀的磁场．若从图示位置开始计时，当线框绕固定转动轴匀速转动时，下列图象中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是( )
3．[2022·安徽定远模拟]某研究小组成员设计了一个如图所示的电路，已知定值电阻R并联的是一个理想交流电压表，D是理想二极管(正向电阻为零，反向电阻无穷大).在A、B间加一交流电压，瞬时值的表达式为u＝20sin 100πt(V)，则交流电压表示数为( )
A．10 V B．20 V
C．15 V D．14.1 V
4．[2022·聊城模拟]在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量Φ随时间t的变化关系如图所示，已知线圈总电阻为2 Ω，则( )
A．t＝1.0 s时线圈平面平行于磁感线
B．t＝1.5 s时线圈中感应电流为0
C．t＝2.0 s时线圈中的感应电动势为0
D．一个周期内线圈产生的热量为8 J
5．图甲为某品牌共享单车第一代产品，单车的内部有一个小型发电机，通过骑行者的骑行踩踏，不断地给单车里的蓄电池充电，蓄电池再给智能锁供电．单车内小型发电机发电原理可简化为图乙所示，矩形线圈abcd的面积为0.001 m2，共有100匝，线圈总电阻为1 Ω，线圈处于磁感应强度大小为 eq \f(2\r(2),π) T的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO′转动，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路阻值为9 Ω的电阻连接，不计交流电流表的内阻．在外力作用下线圈以10π rad/s的角速度绕轴OO′匀速转动时，下列说法中正确的是( )
A．交流电流表的示数是0.002 A
B．电阻R的发热功率是0.4 W
C．该交流发电机产生的交流电的周期为0.2 s
D．当线圈平面和磁场方向平行时，线圈中的感应电流为零
综合题组
6．甲图所示的正弦交流电通过乙图所示的数字触发器后会输出丙图所示的数字信号，丙图中数字信号对应两种电压状态，分别为0和2.0 V，触发器的转换规则是：交流电压数值小于 eq \f(Um,2) 时输出为0，交流电压数值大于 eq \f(Um,2) 时输出为2.0 V．以下说法正确的是( )
A．丙图中的电压有效值为2.0 V
B．丙图中的电压有效值约为1.6 V
C．丙图中的电压有效值约为1.4 V
D．丙图中的电压有效值约为1.3 V
7．(多选)图甲是一种振动发电装置的示意图，半径为r＝0.1 m、匝数n＝20的线圈位于辐向分布的磁场中，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示).线圈所在位置的磁感应强度的大小均为B＝ eq \f(0.20,π) T，线圈电阻为R1＝0.5 Ω，它的引出线接有R2＝9.5 Ω的小灯泡L.外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示(摩擦等损耗不计)，则( )
A．小灯泡中电流的峰值为0.16 A
B．小灯泡中电流的有效值为0.16 A
C．电压表的示数约为1.5 V
D．t＝0.1 s时外力的大小为0.128 N
课时分层作业（三十二） 交变电流的产生和描述
1．解析：根据题述线框中产生的交变电动势瞬时值随时间变化的规律为e＝20 eq \r(2) sin 100πt （V），可知2πf＝100π，解得该线框转动的频率f＝50 Hz，选项A错误；该线框产生的交变电动势最大值是20 eq \r(2) V，有效值为20 V，选项B错误；t＝0.005 s时刻，线框中产生的交变电动势瞬时值为e1＝20 eq \r(2) sin 0.5π（V）＝20 eq \r(2) V，此时线框平面与中性面垂直，选项C错误；t＝0.05 s时刻，线框中产生的交变电动势瞬时值为e2＝20 eq \r(2) sin 5π（V）＝0，可知此时穿过线框的磁通量变化率为0，线框平面与中性面重合，选项D正确．
答案：D
2．解析：因发电机的两个磁极N、S呈半圆柱面形状，磁极间的磁感线如图所示，即呈辐向分布，磁感应强度的大小不变，仅方向发生改变，故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小不变，线框越过空隙后，由于线框切割磁感线方向发生变化，所以感应电动势的方向发生变化，综上所述，D正确．
答案：D
3．解析：二极管具有单向导电性，使得半个周期内R通路，另半个周期内R断路．设交流电压表示数为U，则一个周期内的电阻发热为：Q＝ eq \f(U2,R) T＝ eq \f(1,2) × eq \f(（\f(20,\r(2))）2,R) T，解得：U＝10 V．故A正确，B、C、D错误，故选A.
答案：A
4．解析：t＝1.0 s时磁通量最大，线圈平面垂直于磁感线，而非平行于磁感线，故A错误；t＝1.5 s时磁通量变化率最大，线圈中感应电流不为0，故B错误；t＝2.0 s时线圈的磁通量变化率为零，故感应电动势为0，故C正确；一个周期内线圈产生的热量Q＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(Em,\r(2)))) eq \s\up12(2) eq \f(T,R) ，同时Em＝nBSω＝nΦm eq \f(2π,T) ，解得热量为8π2 J，故D错误．
答案：C
5．解析：线圈产生的最大感应电动势为Em＝NBSω＝100× eq \f(2\r(2),π) ×0.001×10π V＝2 eq \r(2) V，有效值为E＝ eq \f(Em,\r(2)) ＝2 V，根据闭合电路的欧姆定律可知，I＝ eq \f(E,R＋r) ＝ eq \f(2,9＋1) A＝0.2 A，电阻R产生的热功率为P＝I2R＝0.36 W，故A、B错误．交流电的周期T＝ eq \f(2π,ω) ＝0.2 s，故C正确．当线圈平面和磁场方向平行时，线圈中的感应电流最大，故D错误．故选C.
答案：C
6．解析：本题考查交变电流的瞬时值和交变电流图象问题．正弦交变电流的交流电压数值 eq \f(Um,2) 对应于正弦的30°，对应的时间为 eq \f(T,12) ，如图甲所示，则一个周期内电压小于 eq \f(Um,2) 的时间为 eq \f(T,3) ，对应于题图丙一个周期电压为2 V的时间为 eq \f(2T,3) ，如图乙所示，根据有效值的定义可得 eq \f(U eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,R) × eq \f(2T,3) ＝ eq \f(U2,R) T，将U1＝2 V代入，解得U＝1.63 V，即电压有效值约为1.6 V，B正确．
答案：B
7．解析：由题意及法拉第电磁感应定律知道，线圈在磁场中做往复运动，产生的感应电动势的大小符合正弦曲线变化规律，线圈中的感应电动势的峰值为Em＝nBlv＝nB·2πrv，故小灯泡中电流的峰值为Im＝ eq \f(Em,R1＋R2) ＝ eq \f(20×\f(0.20,π)×2π×0.1×2,9.5＋0.5) A＝0.16 A，选项A正确，B错误；电压表示数为U＝ eq \f(Im,\r(2)) ·R2≈1.07 V，选项C错误；当t＝0.1 s也就是 eq \f(T,4) 时，外力的大小为F＝nB·2πrIm＝0.128 N，选项D正确．
答案：AD