新教材2024-2025学年高中物理第3章交变电流与远距离输电第2节交变电流的产生分层作业鲁科版选择性必修第二册

第2节交变电流的产生A级必备学问基础练1.(多选)某小型发电机产生的感应电动势为e=50sin100πtV。对此电动势,下列表述正确的有()A.最大值是502V B.频率是100HzC.有效值是252V D.周期是0.02s2.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,从中性面起先转动180°角的过程中,平均感应电动势和最大感应电动势之比为()A.π2 B.2C.2π D.π3.沟通发电机在工作时电动势为e=Emsinωt,若将发电机的转速提高一倍,同时将电枢所围面积减小一半,其他条件不变,则其电动势变为()A.e'=Emsinωt2B.e'=2EmsinωtC.e'=Emsin2ωt D.e'=Em2sin24.线框在匀强磁场中绕OO'轴匀速转动(由上向下看是逆时针方向),当转到如图所示位置时,磁通量和感应电动势大小的改变状况是()A.磁通量和感应电动势都在变大B.磁通量和感应电动势都在变小C.磁通量在变小,感应电动势在变大D.磁通量在变大,感应电动势在变小5.(多选)一矩形金属线圈,绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动,线圈中产生的感应电动势e随时间t改变的规律如图所示,下列说法正确的是()A.此交变电流的频率为10HzB.此感应电动势的有效值为2VC.t=0.1s时,线圈平面与磁场方向垂直D.在线圈平面与磁场方向成30°角时,感应电动势的大小为1V6.(多选)图甲、乙分别表示两种电压的波形,其中甲电压按正弦规律改变。下列说法正确的是()A.甲表示交变电流,乙表示直流电流B.两种电压的有效值相等C.甲电压的瞬时值表达式为u=311sin100πtVD.甲交变电流的有效值比乙交变电流的有效值大7.如图甲所示,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO'匀速转动,从某时刻起先计时,产生的感应电动势e随时间t的改变图像如图乙所示,若外接电阻R=70Ω,线圈电阻r=10Ω,求:(1)线圈的角速度;(2)通过线圈的最大电流;(3)电压表的示数。B级关键实力提升练8.(2024福建莆田第一中学期末)如图为沟通发电机的示意图,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动,发电机的电动势随时间的改变规律为e=311sin100πt(V)。下列说法正确的是()A.此交变电流的频率为100HzB.此沟通电动势的有效值为311VC.当线圈平面转到图示位置时产生的电动势最大D.当线圈平面转到图示位置时磁通量的改变率为零9.(多选)在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动,如图甲所示,产生的感应电动势随时间改变的规律如图乙所示,则下列说法正确的是()A.t=0.01s时穿过线框的磁通量最小B.该线圈转动的角速度大小为πrad/sC.该感应电动势的瞬时值表达式为e=222sin100πtVD.线框平面与中性面的夹角为45°时,电动势瞬时值为22V10.有一10匝正方形线框,边长为20cm,线框总电阻为1Ω,线框绕OO'轴以10πrad/s的角速度匀速转动,如图所示,垂直于线框平面对里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T。该线框产生的交变电流电动势最大值为V、电流最大值为A;线框从图示位置转过60°时,感应电动势的瞬时值为V。(3=1.732)

11.如图所示,边长分别为10cm和20cm的矩形线圈,匝数为100,阻值为5Ω,在匀强磁场中绕垂直磁场方向的OO'轴匀速转动,已知匀强磁场的磁感应强度B=325πT,线圈转动的角速度为ω=100π(1)开关S断开时,求志向电压表的示数。(2)开关S闭合时,电阻正常工作,求电阻的额定功率。12.在水平方向的匀强磁场中,有一个正方形闭合线圈绕垂直于磁感线的轴匀速转动,已知线圈的匝数为N=100,边长为20cm,电阻为10Ω,转动频率f=50Hz,磁场的磁感应强度为0.5T,求:(1)外力驱动线圈转动的功率;(2)当线圈转至线圈平面与中性面的夹角为30°时,线圈产生的感应电动势及感应电流的大小;(3)线圈由中性面转至与中性面成30°角的过程中,通过导线横截面的电荷量。

第2节交变电流的产生1.CD由感应电动势的表达式可知,电动势的最大值Em=50V,则有效值E=Em2=252V,周期T=2πω=0.02s,频率2.B线圈从中性面转过180°角过程中,磁通量的改变为ΔΦ=Φ2-Φ1=BS-(-BS)=2BS,平均感应电动势E=NΔΦΔt=2NBSπ3.C本题考查沟通电压的瞬时值表达式e=Emsinωt,而Em=NBSω,当ω加倍而S减半时,Em不变,故C正确。4.D由题图,设线框平面与中性面夹角为θ,则有Φ=Φmcosθ,e=Emsinθ,因为θ角变小,所以磁通量变大,感应电动势变小,故D正确。5.BC由图像知周期T=0.2s,所以频率f=5Hz,A错误;由图像可知,感应电动势的最大值为2V,有效值为E=22V=2V,故B正确;由图可知,t=0.1s时,感应电动势为0,所以线圈平面与磁场方向垂直,故C正确;在线圈平面与磁场方向成30°时,感应电动势的大小e=2sin60°V=36.CD题图中两电压的大小和方向都随时间周期性改变,甲、乙都表示交变电流,A错误。有效值E=Em7.解析(1)由题图乙知,交变电流的周期T=4×10-2s线圈转动的角速度ω=2πT=2π(2)由题图乙知,线圈产生的感应电动势的最大值Em=100V则线圈的最大电流Im=Emr+R=(3)线圈产生的感应电动势的有效值E=Em2=1002电压表的示数U=Er+R·R=50210+70×答案(1)50πrad/s(2)1.25A(3)61.9V8.D此交变电流的频率f=ω2π=100π2π9.CD由图像知t=0.01s时,感应电动势为零,则穿过线框的磁通量最大,故A错误;该线圈转动的角速度大小为ω=2πT=100πrad/s,故B错误;当t=0时,电动势为零,线圈平面与磁场方向垂直,故该感应电动势的瞬时值表达式为e=Emsinωt=222sin100πtV,故C正确;线框平面与中性面的夹角为45°时,电动势瞬时值为e=Emsin45°10.解析交变电流电动势最大值为Em=nBSω=10×0.5×0.22×10πV=6.28V,电流最大值为Im=EmR=6.281A=6.28A。线框从图示位置转过60°时,感应电动势答案6.286.285.4411.解析(1)若以线圈处于中性面位置起先计时,则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωsinωt代入数据得e=1202sin100πtV开关S断开时,志向电压表示数为UV=22Em(2)开关S闭合时,电阻正常工作,通过电阻的电流为I=UV所以电阻额定功率是P=I2R=540W。答案(1)120V(2)540W12.解析(1)线圈中产生的感应电动势的最大值为Em=NBSω=100×0.5×0.22×2π×50V=628V,感应电动势的有效值为E=Em2=3142V,外力驱动线圈转动的功率与线圈中交变电流的功率相等,即P外=E2R=(3142)(2)当线圈转至线圈平面与中性面的夹角为30°时,线圈产生的感应电