2024版新教材高考物理全程一轮总复习课时分层作业48交变电流的产生和描述

这是一份2024版新教材高考物理全程一轮总复习课时分层作业48交变电流的产生和描述，共7页。试卷主要包含了解析等内容，欢迎下载使用。

1．[人教版选择性必修二P49图3.1－3改编]位于磁场中的甲、乙两个矩形金属线框可绕各自的轴转动，两根导线将两个线框按如图所示方式连接．现用外力使甲线框沿顺时针方向转动．某时刻甲、乙线框恰处于如图所示的位置．设此时乙线框的ab边受到的安培力为F，则( )
A．F向上，乙线框表示电动机的工作原理
B．F向上，乙线框表示发电机的工作原理
C．F向下，乙线框表示电动机的工作原理
D．F向下，乙线框表示发电机的工作原理
2．某台家用柴油发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流．现在该发电机出现了故障，转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半，则它产生的交变电动势随时间变化的图像是图中的( )
3．[2023·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2Ω，则( )
A．t＝1.0s时线圈平面平行于磁感线
B．t＝1.5s时线圈中感应电流为0
C．t＝2.0s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8J
4．[2023·河南商丘九校联考]矩形线圈在匀强磁场中转动，产生交流电动势的瞬时值为e＝220eq \r(2)sin100πt(V)，则下列说法中正确的是( )
A．当t＝0时，线圈平面与中性面垂直
B．当t＝eq \f(1,200)s时，穿过线圈的磁通量等于零
C．该交流电不能击穿标注为“300V 5μF”的电容器
D．若转速n提高一倍，其他条件不变，则电动势的变化规律将变为e＝440eq \r(2)sin100πt(V)
5.
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，下列图像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( )
6．如图甲所示，将阻值为R＝5Ω的电阻接到内阻不计的正弦交变电源上，电流随时间变化的规律如图乙所示，电压表、电流表均为理想电表，下列说法正确的是( )
A．电压表两端读数为2.5V
B．电阻R消耗的电功率为1.25W
C．若此交变电流由一矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生，如图丙所示，当线圈的转速提升一倍时，电流表的示数为1A
D．图乙交变电流与图丁所示的电流比较，接同一电阻的发热功率之比为1∶2
7．[2023·重庆模拟]在图乙所示的电路中，通入图甲所示的交变电流，此交变电流的每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定．电阻R的阻值为12Ω，电表均为理想电表．下列判断正确的是( )
A．电压表的示数为6eq \r(2)V
B．该交变电流的电压有效值为4eq \r(3)V
C．电阻R一个周期内产生的热量一定大于9J
D.电流表的示数为0.5A
8．(多选)如图甲所示，标有“220V 40W”的灯泡和标有“20μF 360V”的电容器并联到交流电源上，V为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙中正弦曲线所示，闭合开关S.下列判断正确的是( )
A．电容器会被击穿
B．交流电源的输出电压的有效值为220V
C．t＝eq \f(T,2)时刻，V的示数为零
D．t＝eq \f(T,2)时刻，通过灯泡的电流为零
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9．[2023·浙江绍兴月考]如图所示为振动手电筒的示意图，通过摇晃手电筒使磁铁与线圈发生相对运动来给储电器充电，储电器再给LED灯泡供电．一般来回摇晃手电筒的平均作用力约为2.0N，平均速度约为0.85m/s，机械能的四分之三可以转化成LED灯泡正常发光时的电能．已知LED灯泡正常发光的电压为3.1V，电流为32mA.下列说法正确的是( )
A．摇晃过程线圈磁通量保持不变
B．LED灯泡的电阻约为1000Ω
C．摇晃手电筒的机械功率约0.1W
D．手电筒摇晃1min，灯泡约可正常发光13min
10.
(多选)如图所示，虚线OO′左侧有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，凸形线框abcdefgh以虚线OO′为轴，以角速度ω匀速转动，abch是边长为L的正方形，defg是边长为eq \f(1,2)L的正方形，线框的总电阻为R，从图示位置开始计时，则( )
A．在t＝0时刻，线框中的感应电流最大
B．在转过90°的过程中，线框中感应电流的瞬时值i随时间t变化的规律为i＝eq \f(BL2ωsinωt,R)
C．线框中感应电流的最大值为Imax＝eq \f(BL2ω,R)
D．线框转过60°时的瞬时电动势为eq \f(BL2ω,2)
11.[2023·济南模拟]一半径为a的半圆形单匝闭合线框，其总电阻为r，空间中存有方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场．某时刻在外力驱动下，线框开始绕其水平放置的直径以角速度ω匀速转动(左侧观察顺时针转动).t时刻线框恰好转动至如图所示的竖直平面，下列说法正确的是( )
A．线框匀速转动一周的过程中外力做功为W＝eq \f(π3B2a4ω,4r)
B．从t时刻开始计时，感应电动势的表达式为e＝eq \f(πBωa2,2)sinωtV
C．线框从t时刻转到水平位置的过程中电路中的电荷量为q＝eq \f(\r(2)π2Ba2,8r)
D．设N点电势为零，t时刻M点电势为φM＝－eq \f(Bπωa2,4)
课时分层作业（四十八）
1．解析：甲线框沿顺时针方向转动，根据右手定则可知，此时从上向下看，电流为顺时针方向，故乙线框中电流从a流向b，根据左手定则可知，ab边受到的安培力F向下，乙线框是在安培力作用下运动的，表示电动机的工作原理，故C正确，A、B、D错误．
答案：C
2．解析：转子转速为正常时的一半，根据ω＝2πn＝eq \f(2π,T)知，周期变为正常时的2倍，根据Em＝NBSω知，最大值变为正常时的一半，结合我国电网交变电流的实际情况可知，B正确．
答案：B
3．解析：t＝1.0s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＝1.5s时磁通量变化率最大，线圈中感应电流不为0，故B错误；t＝2.0s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 \f(Em,\r(2))）2eq \f(T,R)，同时Em＝nBSω＝nΦmeq \f(2π,T)，解得热量为8π2J，故D错误．
答案：C
4．解析：t＝0时，电动势为零，此时磁通量最大，线圈平面与磁感线垂直，线圈平面与中性面重合，选项A错误；当t＝eq \f(1,200)s时，e＝220eq \r(2)·sin（100π×eq \f(1,200)）V＝220eq \r(2)V，电动势最大，磁通量为零，线圈平面与中性面垂直，选项B正确；300V是电容器允许的最高电压，而该交流电最大电压是220eq \r(2)V≈311V>300V，所以此交流电可以击穿标注为“300V 5μF”的电容器，选项C错误；当转速n提高一倍时，由ω＝2πn，Em＝NBSω，可知ω增加一倍，则电动势的变化规律将变为e＝440eq \r(2)sin200πt（V），选项D错误．
答案：B
5.
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，但方向发生改变，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
6．解析：由题图可知，电流的最大值为Im＝0.5A，则R两端电压的最大值为Um＝Im·R＝0.5×5V＝2.5V，有效值为U＝1.25eq \r(2)V＝1.77V，A错误；R上的电功率为P＝UI＝eq \f(U2,R)＝eq \f(（1.25\r(2)）2,5)W＝0.625W，B错误；线圈的转速提升一倍，电流也提升一倍，则电流的最大值变为1A，有效值变为eq \f(\r(2),2)A，则电流表读数为eq \f(\r(2),2)A，C错误；由有效值的概念可得，题图丁的有效值为0.5A，则题图乙与题图丁的有效值之比为1∶eq \r(2)，根据P＝I2R可知，发热功率之比为1∶2，D正确．
答案：D
7．解析：根据有效值的定义，在一个周期内，由焦耳定律得eq \f(（\f(6\r(2)V,\r(2))）2,R)×1s＋eq \f(（6V）2,R)×2s＝eq \f(U2,R)×3s，可得电压有效值U＝6V，电压表示数为有效值，故A、B错误；热量必须根据有效值进行计算，则Q＝eq \f(U2,R)T＝9J，故C错误；电流表示数也为有效值，则I＝eq \f(U,R)＝0.5A，故D正确．
答案：D
8．解析：交流电的最大值为220eq \r(2)V≈311V，小于电容器的击穿电压，故电容器不会被击穿，故A错误；由乙图可知，交流电压的最大值为220eq \r(2)V，有效值为eq \f(220\r(2),\r(2))V＝220V，故B正确；电压表的示数为有效值，电压表的示数为220V，故C错误；t＝eq \f(T,2)时刻，灯泡两端电压的瞬时值为0，通过灯泡的电流的瞬时值为0，故D正确，故选B、D.
答案：BD
9．解析：摇晃过程中，磁铁与线圈相对位置发生变化，线圈内磁通量改变，产生感应电流给储电器充电，A错误；灯泡电阻为R＝eq \f(U,I)＝eq \f(3.1,0.032)Ω＝96.875Ω，B错误；摇晃手电筒的机械功率约P＝Fv＝2×0.85W＝1.7W，C错误；灯泡的电功率为P灯＝UI＝3.1×0.032W＝0.0992W，手电筒摇晃1min，灯泡可正常发光的时间约为t＝eq \f(W,P灯)＝eq \f(1.7×60×\f(3,4),0.0992)s≈13min，D正确．
答案：D
10．解析：从图示位置开始计时，在转过90°的过程中，线框中产生的感应电动势的瞬时值为e＝BL2ωsinωt，感应电流的瞬时值为i＝eq \f(e,R)＝eq \f(BL2ωsinωt,R)，故t＝0时刻，I＝0，线框中感应电流的最大值为Imax＝eq \f(BL2ω,R)，选项A错误，B、C正确；线框转过60°时的瞬时电动势为e＝BL2ωsineq \f(π,3)＝eq \f(\r(3),2)BL2ω，故选项D错误．
答案：BC
11．解析：根据法拉第电磁感应定律有，线框中产生感应电动势的有效值为E有＝eq \f(Em,\r(2))＝eq \f(\r(2),2)NBSω＝eq \f(\r(2),4)πa2Bω，则线框匀速转动一周的过程中线框中产生的焦耳热为Q＝eq \f(E eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(有)) ,r)T，T＝eq \f(2π,ω)，联立解得Q＝eq \f(π3B2a4ω,4r)，线框匀速转动一周的过程中外力做功等于线框中产生的焦耳热，即W＝Q＝eq \f(π3B2a4ω,4r)，故A正确；t时刻开始计时，线框中产生的感应电动势的表达式为e＝Emcsωt＝eq \f(πBωa2,2)csωtV，故B错误；线框从t时刻转到水平位置的过程中电路中的电荷量为q＝eq \f(ΔΦ,r)＝eq \f(BΔS,r)＝eq \f(\f(1,2)Bπa2,r)＝eq \f(Bπa2,2r)，故C错误；设N点电势为零，t时刻M点电势为φM＝－eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(πa,πa＋2a)))·e＝－eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(πa,πa＋2a)))·eq \f(πBωa2,2)·cs0＝－eq \f(π2Bωa2,2（π＋2）)，故D错误．
答案：A