十一-2011.05.25交变电流电磁场电磁波

来源:互联网 编辑: 张倩 手机版

2011届高考物理二轮总复习专题过关检测

) 交变电流 电磁场 电磁波

(时间:90分钟 满分:100分)

一、选择题(本题包括10小题,共40分.每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,错选或不选的得0分)

1.某电路中电场随时间变化的图象如图13-1所示,能发射电磁波的电场是哪一种(  )

图13-1

解析:周期性变化的电场才能产生周期性变化的磁场,均匀变化的电场产生稳定的磁场,振荡的电场产生同频率振荡的磁场.故只有选项D对.

答案:D

2.关于电磁波与声波,下列说法正确的是(  )

A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质

B.由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大

C.由空气进入水中时,电磁波波长变小,声波波长变大

D.电磁波和声波在介质中的传播速度,都是由介质决定的,与频率无关

解析:可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析,选项A、B均与事实相符,所以选项A、B正确.根据,电磁波波速变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,所以选项C正确.电磁波在介质中的速度与介质有关,也与频率有关,在同一种介质中,频率越大,波速越小,所以选项D错误.

答案:ABC

3.某空间出现了如图13-2所示的一组闭合的电场线,这可能是(  )

图13-2

A.沿AB方向磁场在迅速减弱

B.沿AB方向磁场在迅速增加

C.沿BA方向磁场在迅速增加

D.沿BA方向磁场在迅速减弱

解析:根据电磁感应,闭合回路中的磁通量变化时,使闭合回路中产生感应电流,该电流可用楞次定律判断.根据麦克斯韦电磁场理论,闭合回路中产生感应电流,是因为闭合回路中受到了电场力的作用,而变化的磁场产生电场,与是否存在闭合回路没有关系,故空间内磁场变化产生的电场方向,仍然可用楞次定律判断,四指环绕方向即为感应电场的方向,由此可知A、C正确.

答案:AC

4.如图13-3所示,在闭合铁芯上绕着两个线圈M和P,线圈P与电流表构成闭合回路.若在t1至t2这段时间内,观察到通过电流表的电流方向自上向下(即由c经电流表至d),则可以判断出线圈M两端的电势差uab随时间t的变化情况可能是图13-4中的(  )

图13-3

图13-4

解析:对A图,uab不变,A表中无电流,对B图,uab均匀增大,由安培定则知,M中有向上增强的磁场,P中有向下增加的磁通量,又由楞次定律和安培定则知,A表中电流方向由d经电流表至c,故A、B错,同理分析得C、D正确.

答案:CD

5.如图13-5所示,把电阻R、电感线圈L、电容器C分别串联一个灯泡后并联在电路中.接入交流电源后,三盏灯亮度相同.若保持交流电源的电压不变,使交变电流的频率减小,则下列判断正确的是(  )

图13-5

A.灯泡L1将变暗 B.灯泡L2将变暗 C.灯泡L3将变暗 D.灯泡亮度都不变

解析:当交变电流的频率减小时,R不变,电感线圈感抗减小,电容器容抗增大,则灯泡L3亮度不变,L2变暗,L1变亮,故B正确.

答案:B

6.如图13-6所示,理想变压器有三个线圈A、B、C,其中B、C的匝数分别为n2、n3,电压表的示数为U,电流表的示数为I,L1、L2是完全相同的灯泡,根据以上条件可以计算出的物理量是(  )

图13-6

A.线圈A的匝数

B.灯L2两端的电压

C.变压器的输入功率

D.通过灯L1的电流

解析:由题意知线圈B两端的电压为U,设线圈C两端的电压为UC,则,所以,B正确;通过L2的电流为I,则可以求出L2的电阻,L2与L1的电阻相同,所以可求出通过L1的电流,D正确;根据以上数据可以求出L1、L2的功率,可得变压器总的输出功率,它也等于变压器的输入功率,C正确;根据题意无法求出线圈A的匝数,A错.

答案:BCD

7.某同学在研究电容、电感对恒定电流与交变电流的影响时,采用了如图13-7所示的电路,其中L1、L2是两个完全相同的灯泡,已知把开关置于3、4时,电路与交流电源接通,稳定后的两个灯泡发光亮度相同,则该同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是(  )

图13-7

A.当开关置于1、2时,稳定后L1、L2两个灯泡均发光且亮度相同

B.当开关置于1、2时,稳定后L1、L2两个灯泡均发光,且L1比L2亮

C.当开关置于3、4时,稳定后,若只增加交变电流的频率,则L1变暗,L2变亮

D.在开关置于3、4的瞬间,L2立即发光,而L1亮度慢慢增大

解析:当开关置于1、2时,稳定后因电容器隔直流,故电路断开,L2不发光,A、B错误;在开关置于3、4的瞬间,电容器通交流,L2立即发光,由于电感的自感作用,L1亮度慢慢增大,D正确.当开关置于3、4稳定后,增加交变电流频率,容抗减小,感抗增大,L1变暗,L2变亮,C正确.

答案:CD

8.如图13-8所示,理想变压器初级线圈的匝数为n1,次级线圈的匝数为n2,初级线圈的两端a、b接正弦交流电源,电压表V的示数为220 V,负载电阻R=44 Ω,电流表A1的示数为0.20 A.下列判断中正确的是(  )

图13-8

A.初级线圈和次级线圈的匝数比为2∶1

B.初级线圈和次级线圈的匝数比为5∶1

C.电流表A2的示数为1.0 A

D.电流表A2的示数为0.4 A

解析:对于理想变压器,P1=U1I1=220×0.20 W=44 W,则负载电阻消耗的功率P2=P1=44 W,据故B正确.A2的读数故C正确.

答案:BC

9.某理想变压器原、副线圈的匝数比为55∶9,原线圈所接电源电压按图示规律变化,副线圈接有一灯泡,此时灯泡消耗的功率为40 W,则下列判断正确的是(  )

图13-9

A.副线圈两端输出的电压为

B.原线圈中电流表的示数约为0.18 A

C.变压器的输入、输出功率之比为55∶9

D.原线圈两端电压的瞬时值表达式为u=220sin100πt(V)

解析:根据变压器的原、副线圈的电压之比等于匝数之比,故副线圈两端输出的电压为,A错;根据理想变压器知P1=P2,故有,B选项正确,C错;原线圈两端电压的瞬时值表达式为,D错.只有B选项正确.

答案:B

10.利用如图13-10所示的电流互感器可以测量被测电路中的大电流,若互感器原、副线圈的匝数比n1∶n2=1∶100,交流电流表A的示数是50 mA,则(  )

图13-10

A.被测电路的电流有效值为0.5 A

B.被测电路的电流平均值为0.5 A

C.被测电路的电流最大值为

D.原副线圈中的电流同时达到最大值

解析:交流电流表示数为副线圈中电流的有效值,即I2=50 mA=0.05 A,根据得,I1=5 A,A、B均错误;原线圈(被测电路)中电流的最大值,C项正确;原线圈中电流最大时,线圈中磁通量的变化率等于零,此时副线圈中的电流最小;原线圈中电流等于0时,磁通量的变化率最大,副线圈中电流最大.所以原、副线圈电流有相位差,故不能同时达到最大值,D项错误.

答案:C

二、问答与计算(本题包括6小题,共60分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题目,答案中必须明确写出数值和单位)

11.(8分)在“练习使用示波器”实验中,某同学欲按要求先在荧光屏上调出亮斑,为此,他进行了如下操作:首先将辉度调节旋钮逆时针转到底,竖直位移和水平位移旋钮转到某位置,将衰减调节旋钮置于1 000挡,扫描范围旋钮置于“外x挡”.然后打开电源开关(指示灯亮),过2 min后,顺时针旋转辉度调节旋钮,结果屏上始终无亮斑出现(示波器完好).那么,他应再调节什么旋钮才有可能在屏上出现亮斑?

答案:竖直位移旋钮和水平位移旋钮.

12.(12分)交流发电机的原理如图13-11甲所示,闭合的矩形线圈放在匀强磁场中,绕OO′轴匀速转动,在线圈中产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示,已知线圈的电阻为R=2.0 Ω,求:

图13-11

(1)通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值是多少?

(2)矩形线圈转动的周期是多少?

(3)线圈电阻上产生的电热功率是多少?

(4)保持线圈匀速运动,1 min内外界对线圈做的功是多少?

解析:(1)由It图可知通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值Im=2.0 A.

(2)矩形线圈转动的周期T=4.0×10-3 s.

(3)由有效值线圈电阻上产生的电热功率为

(4)外界对线圈做功转化成电能再转化成电热,1分钟内外界对线圈做的功W=Pt=240 J.

答案:(1)2.0 A (2)4.0×10-3 s (3)4 W (4)240 J

13.(9分)有一台内阻为1 Ω的发电机,供给一学校照明用电,如图13-12所示.升压变压器原、副线圈匝数比为1∶4,降压变压器原、副线圈匝数比为4∶1,输电线的总电阻为4 Ω.全校共有22个班,每班有“220 V 40 W”灯6盏,若保证全部电灯正常发光,则

图13-12

(1)发电机的电动势为多大?

(2)发电机的输出功率为多大?

(3)输电效率为多少?

解析:(1)由题意知U4=220 V

由降压变压器变压关系:

由降压变压器变流关系:

又因为U2=U3+I2R=880 V+6×4 V=904 V

由升压变压器变压关系:得U1=226 V

由升压变压器变流关系:得I1=24 A

所以:

(1)发电机的电动势:E=U1+I1r=250 V.

(2)发电机的输出功率P出=EI1-I12r=5 424 W.

(3)输电的效率

答案:(1)250 V (2)5 424 W (3)97%

14.(9分)如图13-13甲所示是一种振动发电装置,它的结构由一个半径为r=0.1 m的50匝的线圈套在辐形永久磁铁槽上组成,假设磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(如图乙).线圈运动区域内磁感应强度B的大小均为,方向不变,线圈的总电阻为2 Ω,它的引出线接有8 Ω的电珠L,外力推动线圈的P端,使线圈做往复运动,便有电流通过电珠,当线圈向右的位移随时间变化的规律如图丙所示时(x取向右为正).

图13-13

(1)画出通过电珠L的电流图象(规定从L→b为正方向);

(2)在0.1 s~0.15 s内推动线圈运动过程中的作用力;

(3)求该发电机的输出功率(其他损耗不计).

解析:(1)在0 s~0.1 s内:感应电动势E1=nBLv1

L=2πr,

在0.1 s~0.15 s内:v2=2 m/s,E2=nBLv2,

(2)因为外力匀速推动线圈,所以有:F=F安=nBI2L=nBI2·2πr,

(3)电流的有效值为I,则有:

I2R×0.15=0.22R×0.1+0.42R×0.05

所以

答案:(1)略 (2)0.8 N (3)0.64 W

15.(12分)如图13-14甲所示,一固定的矩形导体线圈水平放置,线圈的两端接一只小灯泡,在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n=100匝,电阻r=1.0 Ω,所围成矩形的面积S=0.040 m2,小灯泡的电阻R=9.0 Ω,磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化,线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为其中Bm为磁感应强度的最大值,T为磁场变化的周期.忽略灯丝电阻随温度的变化,求:

图13-14

(1)线圈中产生感应电动势的最大值;

(2)小灯泡消耗的电功率;

(3)在磁感应强度变化的的时间内,通过小灯泡的电荷量.

解析:(1)因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同,所以由图象可知,线圈中产生交变电流的周期为T=3.14×10-2 s

所以线圈中感应电动势的最大值为

(2)根据欧姆定律,电路中电流的最大值为

通过小灯泡电流的有效值为

小灯泡消耗的电功率为P=I2R=2.88 W.

(3)在磁感应强度变化的0~T/4内,线圈中感应电动势的平均值

通过灯泡的平均电流

通过灯泡的电荷量

答案:(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×10-3 C

16.(10分)某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站,发电机输出功率为9 kW,输出电压为500 V,输电线的总电阻为10 Ω,允许线路损耗的功率为输出功率的4%.求:

(1)村民和村办小企业需要220 V电压时,所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少?(不计变压器的损耗)

(2)若不用变压器而由发电机直接输送,村民和村办小企业得到的电压和功率是多少?

解析:建立如图甲所示的远距离输电模型,要求变压器原、副线圈的匝数比,先要知道原、副线圈两端的电压之比.本题可以线路上损耗的功率为突破口,先求出输电线上的电流I线,再根据输出功率求出U2,然后再求出U3.

(1)由线路损耗的功率P线=I线2R线可得

又因为P输出=U2I线,所以

U3=U2-I线R线=(1 500-6×10) V=1 440 V

根据理想变压器规律

所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别是1∶3和72∶11.

(2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图乙所示),由

P输出=UI线′可得

所以线路损耗的功率

P线=I线′2R线=182×10 W=3 240 W

用户得到的电压

U用户=U-I线′R线=(500-18×10) V=320 V

用户得到的功率

P用户=P输出-P线=(9 000-3 240) W=5 760 W.

答案:(1)1∶3 72∶11 (2)320 V 5 760 W

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