基礎(chǔ)題組
1.
如圖，勻強磁場中，一單匝矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，線框中產(chǎn)生的交變電動勢瞬時值隨時間變化的規(guī)律為e＝20 eq \r(2) sin 100πt (V).下列說法正確的是( )
A．該線框轉(zhuǎn)動的頻率是100 Hz
B．該線框產(chǎn)生的交變電動勢最大值是20 V
C．t＝0.005 s時刻，線框平面與中性面重合
D．t＝0.05 s時刻，穿過線框的磁通量變化率為0
2．如圖所示是一臺發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖，其中N、S是永久磁鐵的兩個磁極，它們的表面呈半圓柱面形狀．M是圓柱形鐵芯，它與磁極的柱面共軸，鐵芯上有一矩形線框，可繞與鐵芯M共軸的固定轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)．磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑、大小近似均勻的磁場．若從圖示位置開始計時，當(dāng)線框繞固定轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動時，下列圖象中能正確反映線框中感應(yīng)電動勢e隨時間t變化規(guī)律的是( )
3．[2022·安徽定遠模擬]某研究小組成員設(shè)計了一個如圖所示的電路，已知定值電阻R并聯(lián)的是一個理想交流電壓表，D是理想二極管(正向電阻為零，反向電阻無窮大).在A、B間加一交流電壓，瞬時值的表達式為u＝20sin 100πt(V)，則交流電壓表示數(shù)為( )
A．10 V B．20 V
C．15 V D．14.1 V
4．[2022·聊城模擬]在勻強磁場中，一個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，穿過該線圈的磁通量Φ隨時間t的變化關(guān)系如圖所示，已知線圈總電阻為2 Ω，則( )
A．t＝1.0 s時線圈平面平行于磁感線
B．t＝1.5 s時線圈中感應(yīng)電流為0
C．t＝2.0 s時線圈中的感應(yīng)電動勢為0
D．一個周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量為8 J
5．圖甲為某品牌共享單車第一代產(chǎn)品，單車的內(nèi)部有一個小型發(fā)電機，通過騎行者的騎行踩踏，不斷地給單車?yán)锏男铍姵爻潆?，蓄電池再給智能鎖供電．單車內(nèi)小型發(fā)電機發(fā)電原理可簡化為圖乙所示，矩形線圈abcd的面積為0.001 m2，共有100匝，線圈總電阻為1 Ω，線圈處于磁感應(yīng)強度大小為 eq \f(2\r(2),π) T的勻強磁場中，可繞與磁場方向垂直的固定對稱軸OO′轉(zhuǎn)動，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路阻值為9 Ω的電阻連接，不計交流電流表的內(nèi)阻．在外力作用下線圈以10π rad/s的角速度繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動時，下列說法中正確的是( )
A．交流電流表的示數(shù)是0.002 A
B．電阻R的發(fā)熱功率是0.4 W
C．該交流發(fā)電機產(chǎn)生的交流電的周期為0.2 s
D．當(dāng)線圈平面和磁場方向平行時，線圈中的感應(yīng)電流為零
綜合題組
6．甲圖所示的正弦交流電通過乙圖所示的數(shù)字觸發(fā)器后會輸出丙圖所示的數(shù)字信號，丙圖中數(shù)字信號對應(yīng)兩種電壓狀態(tài)，分別為0和2.0 V，觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換規(guī)則是：交流電壓數(shù)值小于 eq \f(Um,2) 時輸出為0，交流電壓數(shù)值大于 eq \f(Um,2) 時輸出為2.0 V．以下說法正確的是( )
A．丙圖中的電壓有效值為2.0 V
B．丙圖中的電壓有效值約為1.6 V
C．丙圖中的電壓有效值約為1.4 V
D．丙圖中的電壓有效值約為1.3 V
7．(多選)圖甲是一種振動發(fā)電裝置的示意圖，半徑為r＝0.1 m、匝數(shù)n＝20的線圈位于輻向分布的磁場中，磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右視圖如圖乙所示).線圈所在位置的磁感應(yīng)強度的大小均為B＝ eq \f(0.20,π) T，線圈電阻為R1＝0.5 Ω，它的引出線接有R2＝9.5 Ω的小燈泡L.外力推動線圈框架的P端，使線圈沿軸線做往復(fù)運動，線圈運動速度v隨時間t變化的規(guī)律如圖丙所示(摩擦等損耗不計)，則( )
A．小燈泡中電流的峰值為0.16 A
B．小燈泡中電流的有效值為0.16 A
C．電壓表的示數(shù)約為1.5 V
D．t＝0.1 s時外力的大小為0.128 N
課時分層作業(yè)（三十二） 交變電流的產(chǎn)生和描述
1．解析：根據(jù)題述線框中產(chǎn)生的交變電動勢瞬時值隨時間變化的規(guī)律為e＝20 eq \r(2) sin 100πt （V），可知2πf＝100π，解得該線框轉(zhuǎn)動的頻率f＝50 Hz，選項A錯誤；該線框產(chǎn)生的交變電動勢最大值是20 eq \r(2) V，有效值為20 V，選項B錯誤；t＝0.005 s時刻，線框中產(chǎn)生的交變電動勢瞬時值為e1＝20 eq \r(2) sin 0.5π（V）＝20 eq \r(2) V，此時線框平面與中性面垂直，選項C錯誤；t＝0.05 s時刻，線框中產(chǎn)生的交變電動勢瞬時值為e2＝20 eq \r(2) sin 5π（V）＝0，可知此時穿過線框的磁通量變化率為0，線框平面與中性面重合，選項D正確．
答案：D
2．解析：因發(fā)電機的兩個磁極N、S呈半圓柱面形狀，磁極間的磁感線如圖所示，即呈輻向分布，磁感應(yīng)強度的大小不變，僅方向發(fā)生改變，故線框在磁場中轉(zhuǎn)動時垂直切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小不變，線框越過空隙后，由于線框切割磁感線方向發(fā)生變化，所以感應(yīng)電動勢的方向發(fā)生變化，綜上所述，D正確．
答案：D
3．解析：二極管具有單向?qū)щ娦?，使得半個周期內(nèi)R通路，另半個周期內(nèi)R斷路．設(shè)交流電壓表示數(shù)為U，則一個周期內(nèi)的電阻發(fā)熱為：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正確，B、C、D錯誤，故選A.
答案：A
4．解析：t＝1.0 s時磁通量最大，線圈平面垂直于磁感線，而非平行于磁感線，故A錯誤；t＝1.5 s時磁通量變化率最大，線圈中感應(yīng)電流不為0，故B錯誤；t＝2.0 s時線圈的磁通量變化率為零，故感應(yīng)電動勢為0，故C正確；一個周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量Q＝ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(Em,\r(2)))) eq \s\up12(2) eq \f(T,R) ，同時Em＝nBSω＝nΦm eq \f(2π,T) ，解得熱量為8π2 J，故D錯誤．
答案：C
5．解析：線圈產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢為Em＝NBSω＝100× eq \f(2\r(2),π) ×0.001×10π V＝2 eq \r(2) V，有效值為E＝ eq \f(Em,\r(2)) ＝2 V，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知，I＝ eq \f(E,R＋r) ＝ eq \f(2,9＋1) A＝0.2 A，電阻R產(chǎn)生的熱功率為P＝I2R＝0.36 W，故A、B錯誤．交流電的周期T＝ eq \f(2π,ω) ＝0.2 s，故C正確．當(dāng)線圈平面和磁場方向平行時，線圈中的感應(yīng)電流最大，故D錯誤．故選C.
答案：C
6．解析：本題考查交變電流的瞬時值和交變電流圖象問題．正弦交變電流的交流電壓數(shù)值 eq \f(Um,2) 對應(yīng)于正弦的30°，對應(yīng)的時間為 eq \f(T,12) ，如圖甲所示，則一個周期內(nèi)電壓小于 eq \f(Um,2) 的時間為 eq \f(T,3) ，對應(yīng)于題圖丙一個周期電壓為2 V的時間為 eq \f(2T,3) ，如圖乙所示，根據(jù)有效值的定義可得 eq \f(U eq \\al(\s\up1(2),\s\d1(1)) ,R) × eq \f(2T,3) ＝ eq \f(U2,R) T，將U1＝2 V代入，解得U＝1.63 V，即電壓有效值約為1.6 V，B正確．
答案：B
7．解析：由題意及法拉第電磁感應(yīng)定律知道，線圈在磁場中做往復(fù)運動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小符合正弦曲線變化規(guī)律，線圈中的感應(yīng)電動勢的峰值為Em＝nBlv＝nB·2πrv，故小燈泡中電流的峰值為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，選項A正確，B錯誤；電壓表示數(shù)為U＝ eq \f(Im,\r(2)) ·R2≈1.07 V，選項C錯誤；當(dāng)t＝0.1 s也就是 eq \f(T,4) 時，外力的大小為F＝nB·2πrIm＝0.128 N，選項D正確．
答案：AD

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