高考物理二轮总复习交变电流电磁场电磁波 9页

2011 届高考物理二轮总复习专题过关检测　 (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 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 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 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 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 U C,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. 2 3 n n U UC = Un nUC 2 3= 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 得 则 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(　　) , 2 2 2 R UP = 44V,V444422 =×== RPU ,544 220 2 1 2 1 === U U n n 1A,A44 442 2 === R UI 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 V236 VUn nU 361 1 2 2 == AU PI 18.0 1 1 1 ≈= )(100sin2220 Vtu π= A25 1 2 2 1 n n I I = A252 1lm == II 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 则 由降压变压器变压关系: 得 , 2 mII = .42 2 2 WRIRIP m === 24AA622220 40 3 =××=⋅= nU PI R , 4 3 4 3 n n U U = V880 4 34 3 == n nUU 由降压变压器变流关系: 得 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， , 3 4 3 2 n n I I = A6 3 34 2 == n InI , 2 1 2 1 n n U U = , 1 2 2 1 n n I I = %.97%1005424 5280%1005424 64022 =×=×××== J J P P 出 有效η Tπ5 1 1m/sm/s1.0 10.0 1 ==v A2.01 1 == 总R EI .A4.02 2 == 总R EI (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 0.8N.N1.024.02.050 =××××= ππF 25 22 =I .64.025 16825 22 WWWRIP ==×==出 ,2cos2 tVTTSnBe m ππ= 4~0 T V.0.82 m m == T SnBE π A80.0m m =+= rR EI A240.02/m == II t BnSE ∆ ∆= 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. 甲 (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 乙 P 输出=UI 线′可得 trR BnS rR EI ∆+ ∆=+= )( C.100.4 3−×=+ ∆=∆= rR BnStIQ AAR PI 610 %49000 =×== 线 线 线 VVI PU 15006 9000 2 === 线 输出 3 1 1500 500 2 1 2 1 === V V U U n n 11 72 220V V1440 4 3 4 3 === U U n n 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 (签名档 http://www.fzlso.com/ ) 18AA500 9000' === U PI 输出 线