江苏版高考物理一轮复习课时分层作业32交变电流的产生及描述含答案

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题组一 交变电流的产生及变化规律
1．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，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示。若外接电阻的阻值R＝9 Ω，线圈的电阻r＝1 Ω，则下列说法正确的是( )
甲 乙
A．线圈转速为100 π rad/s
B．0.01 s末穿过线圈的磁通量最大
C．通过线圈的最大电流为10 A
D．电压表的示数为90 V
2．(2022·江苏南京航空航天大学附属高级中学高三开学考试)发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形金属框，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其他电阻不计，图乙中的Um为已知量。在金属框转动一周的过程中( )
甲 乙
A．框内电流方向不变
B．电动势的有效值为eq \f(1,2)Um
C．流过电阻的电荷量为eq \f(4BL2,R)
D．电阻产生的焦耳热为eq \f(πUmBL2,2R)
题组二 有效值的理解与计算
3.如图所示，一半径为L的导体圆环位于纸面内，O为圆心。环内两个圆心角为90°且关于O中心对称的扇形区域内分布有匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为B、方向相反且均与纸面垂直。导体杆OM可绕O转动，M端通过滑动触点与圆环良好接触，在圆心和圆环间连有电阻R，不计圆环和导体杆的电阻，当杆OM以恒定角速度ω逆时针转动时，理想电流表A的示数为( )
A.eq \f(\r(2)BL2ω,4R) B．eq \f(BL2ω,4R)
C.eq \f(\r(2)BL2ω,2R) D．eq \f(BL2ω,2R)
4．(2023·锡山高中高三模拟)一内阻值为R的电动机接到如图甲所示的正弦交流电源上，另一内阻值为eq \f(1,2)R的电动机接到如图乙所示的正弦交流电源上。已知两电动机的输出效率相同，则在相同时间内，两电动机产生的电热之比Q1∶Q2为( )
甲 乙
A．2∶1 B．4∶1
C．1∶2 D．1∶4
题组三 交变电流“四值”的理解和应用
5．一台小型发电机与计算机相连接，计算机能将发电机产生的电动势随时间变化的图像记录下来，如图甲所示，让线圈在匀强磁场中以不同的转速匀速转动，计算机记录了两次不同转速所产生正弦交流电的图像如图乙所示。则关于发电机先后两次的转速之比na∶nb，交流电b的最大值正确的是( )
甲 乙
A．3∶2，eq \f(10\r(2),3) V B．3∶2，eq \f(20,3) V
C．2∶3，eq \f(10\r(2),3) V D．2∶3，eq \f(20,3) V
6．如图所示，甲为小型旋转电枢式交流发电机，电阻为r＝2 Ω的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与右侧电路连接，右侧电路中滑动变阻器R的最大阻值为R0＝4 Ω，滑动片P位于滑动变阻器中点，定值电阻R1＝7 Ω，R2＝2 Ω，其他电阻不计。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，闭合开关S。线圈转动过程中理想交流电压表示数是10 V，图乙是矩形线圈磁通量随时间t变化的图像。则下列说法正确的是( )
甲 乙
A．电阻R2上的热功率为0.5 W
B．0.02 s时滑动变阻器R两端的电压瞬时值为零
C．线圈产生的电压随时间变化的规律是
e＝10eq \r(2)cs 100πt(V)
D．线圈从零时刻转动到t＝eq \f(1,600) s的过程中，通过R1的电荷量为eq \f(1,200π) C
7．(2023·海门中学高考模拟)如图甲，10匝完全相同的线圈abcd整体在匀强磁场中绕MN轴匀速转动，单匝线圈上产生的电动势随时间变化规律如图乙所示，单匝线圈内阻r＝0.1 Ω，定值电阻R＝9 Ω。下列说法正确的是( )
甲 乙
A．t＝0.05 s时穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化最慢
B．图甲中交流电压表的示数是9 V
C．此交变电流的周期是0.2 s，线圈转动的角速度是5π rad/s
D．线圈从图示位置转过45°，电压表的示数为10 V
8．图甲为兴趣小组制作的无线充电装置中受电线圈示意图，已知线圈匝数n＝100匝、电阻r＝1 Ω、横截面积S＝1.5×10－3 m2，外接电阻R＝7 Ω。线圈处在平行于线圈轴线的磁场中，磁场的磁感应强度随时间变化如图乙所示，设磁场的正方向水平向左，则( )
甲 乙
A．在t＝0.005 s时通过电阻R的电流大小为0
B．在t＝0.005 s时通过电阻R的电流方向由a流向b
C．在0～0.01 s内通过电阻R的电荷量q＝1.5×10－3 C
D．在0.02～0.03 s内电阻R产生的焦耳热为Q＝1.8×10－3 J
9.如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B，若线圈从图示位置开始，以角速度ω绕OO′轴匀速转动，则以下判断正确的是( )
A．图示位置线圈中的感应电动势最大为Em＝BL2ω
B．从图示位置开始计时，闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝eq \f(1,2)BL2ωcs ωt
C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为q＝eq \f(2BL2,R＋r)
D．线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为Q＝eq \f(πB2ωL4R,4R＋r2)
10．如图甲所示，将阻值为R＝5 Ω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( )
甲 乙 丙 丁
A．电压表两端读数为2.5 V
B．电阻R消耗的电功率为1.25 W
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1 A
D．图乙交变电流与图丁所示电流比较，接同一电阻的发热功率之比为1∶2
11．单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.eq \f(T,2)时刻线框平面与中性面垂直
B．线框的感应电动势平均值为eq \f(\r(2)πΦm,T)
C．线框转一周外力所做的功为eq \f(2π2Φ\\al(2,m),RT)
D．从t＝0到t＝eq \f(T,4)过程中线框的平均感应电动势为eq \f(πΦm,T)
12.如图所示，正方形线圈abcd的边长L＝0.3 m，线圈电阻为R＝1 Ω。直线OO′与ad边相距eq \f(2,3)L，过OO′且垂直纸面的竖直平面右侧有磁感应强度B＝1 T的匀强磁场，方向垂直纸面向里。线圈以OO′为轴匀速转动，角速度ω＝20 rad/s，以图示位置为计时起点。则( )
A．线圈中产生的交流电瞬时值表达式为u＝0.6cs 20t
B．流过ab边的电流方向保持不变
C．当t＝eq \f(π,20) s时，穿过线圈的磁通量为0.06 Wb
D．从t＝0到t＝eq \f(π,40) s，穿过线圈磁通量的变化量大小为0.06 Wb
13．(2022·清江中学高三开学考试)如图所示，两根间距为20eq \r(2) cm的无限长光滑金属导轨，电阻不计，其左端连接一阻值为10 Ω的定值电阻，两导轨之间存在着磁感应强度为1 T的匀强磁场，磁场边界虚线均为正弦曲线的一部分，一根接入电路中的电阻为10 Ω的光滑导体棒，在外力作用下以10 m/s的速度匀速向右运动(接触电阻不计)，交流电压表和交流电流表均为理想电表，则( )
A．回路中产生的是正弦式交变电流
B．电压表的示数是2 V
C．导体棒运动到图示虚线位置时，电流表示数为零
D．导体棒上消耗的热功率为0.2 W
14.如图所示，一个长为2L、宽为L的矩形线框，电阻为R，放在绝缘的水平面上，处于竖直向下的磁场中。在t＝0到t＝eq \f(π,ω)时间内，磁感应强度B不断增大，其变化率eq \f(ΔB,Δt)随时间t的变化关系式为eq \f(ΔB,Δt)＝ksin ωt(k>0)，求：
(1)t＝eq \f(π,2ω)时，回路中的感应电动势的大小E和感应电流的方向；
(2)线框的发热功率P；
(3)某段时间内，回路中通过的电量q，求穿过线框的磁通量的变化量ΔΦ。