2022-2023版高中物理 第三章 電磁感應章末整合學案 新人教版選修1 -1

2022-2023版高中物理 第三章 電磁感應章末整合學案 新人教版選修1 -1一、電磁感應現(xiàn)象及其應用1.判斷有無感應電流的方法分析是否產(chǎn)生感應電流，關鍵就是要分析穿過閉合線圈的磁通量是否變化，而分析磁通量是否有變化，關鍵要知道磁感線是如何分布的.所以在做這類題時應注意：(1)熟記條形磁鐵、蹄形磁鐵、直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管內(nèi)外磁感線分布情況是解決問題的基礎.(2)學會找特殊位置并分析其變化.2.感應電動勢的大小取決于穿過電路的磁通量的變化率，而與的大小、的大小沒有必然的聯(lián)系，與電路的電阻R也無關.(1)當回路有n匝線圈時，感應電動勢的表達式應為En.(2)公式En一般用來計算t時間內(nèi)的平均感應電動勢.例1如圖31所示，在垂直于紙面范圍足夠大的勻強磁場中，有一個矩形線圈abcd，線圈平面與磁場垂直，O1O2和O3O4都是線圈的對稱軸，應使線圈怎樣運動才能使其中產(chǎn)生感應電流( )圖31A.向左平動 B.向右平動C.繞O1O2轉(zhuǎn)動 D.向上或向下平動答案C解析只要穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中就會產(chǎn)生感應電流.當線圈向左、向右、向上、向下等方向平動時線圈的磁通量均不變，不會產(chǎn)生感應電流，選項A、B、D錯誤；當線圈繞O1O2轉(zhuǎn)動時穿過線圈的磁通量變化，會產(chǎn)生感應電流，選項C正確.變式訓練1當線圈中的磁通量發(fā)生變化時，則()A.線圈中一定有感應電流B.線圈中一定有感應電動勢C.感應電動勢的大小與線圈的電阻無關D.磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應電動勢越大答案BCD解析當線圈中磁通量發(fā)生變化時，線圈中一定有感應電動勢，若線圈閉合，則有感應電流.由法拉第電磁感應定律En知，感應電動勢的大小與線圈匝數(shù)和磁通量變化率有關，與線圈的電阻無關.二、交變電流的描述1. 正弦式電流的圖象圖32Im、Um分別是電流、電壓的最大值，叫做交流的峰值.T為周期，周期和頻率的關系為T或f.2.交變電流的表達式：uUmsin tiImsin t式中3.正弦式電流的有效值和峰值之間的關系：Ie0.707 ImUe0.707 Um在各種使用交變電流的電器設備上，所標注的額定電壓、額定電流值，都是交流的有效值.4. 交流能夠通過電容器：電容器能夠“隔直流，通交流”.例2一交流電壓隨時間變化的規(guī)律如圖33所示，該交流電壓的有效值和頻率分別是()圖33A.14.14 V，100 Hz B.10 V，100 HzC.14.14 V，50 Hz D.10 V，50 Hz答案D解析根據(jù)圖象可知電壓的最大值是14.14 V，周期T0.02 s，其電壓的有效值Ue V10 V；頻率f Hz50 Hz，選項D正確.變式訓練2如圖34所示電路，以下結論正確的是()圖34A.a、b若接直流電，燈泡不亮B.a、b若接直流電，燈泡也可發(fā)光C.a、b若接交流電，燈泡發(fā)光，燈泡和電容器都有電荷通過D.a、b若接交流電，燈泡發(fā)光，電容器中無電荷通過答案AD解析電容器有“通交流，隔直流”的作用，故a、b內(nèi)接直流電時，燈泡不亮，A正確，B錯誤；接交流電時，燈泡亮，但電路中電流的形成源于電容器的不斷充電、放電，并沒有電荷通過電容器，C錯誤，D正確.三、變壓器中的常用關系1. 輸入電壓決定輸出電壓，.2. 輸出功率決定輸入功率，即P入P出.例3一輸入電壓為220 V，輸出電壓為36 V的變壓器副線圈燒壞，為獲知此變壓器原、副線圈匝數(shù)，某同學拆下燒壞的副線圈，用絕緣導線在鐵芯上新繞了5匝線圈，如圖35所示，然后將原線圈接到220 V交流電源上，測得新繞線圈的端電壓為1 V，按理想變壓器分析，該變壓器燒壞前的原、副線圈匝數(shù)分別為()圖35A.1 100，36 B.1 100，180C.2 200，180 D.2 200，360答案B解析由公式可知，n11 100匝；，n2180匝.故B正確.變式訓練3如圖36所示是一調(diào)壓變壓器原理圖，如將它做升壓變壓器使用，則()圖36A.將交流電源接在a、b端，用電器接在c、d端B.將交流電源接在c、d端，用電器接在a、b端C.將交流電源接在a、c端，用電器接在b、d端D.若要進一步升壓，應使P逆時針方向旋轉(zhuǎn)答案B解析根據(jù)變壓器中電壓關系可知，要升壓就必須提高匝數(shù)，即要保證輸出端的匝數(shù)多于輸入端的匝數(shù)，由此可知電源應接于c、d間.P順時針轉(zhuǎn)動，原線圈匝數(shù)變少，可進一步升壓.章末檢測(三)一、單項選擇題1.有一臺使用交變電流的電冰箱上標有額定電壓為“220 V”字樣，這“220 V”是指()A.交變電流電壓的瞬時值 B.交變電流電壓的最大值C.交變電流電壓的平均值 D.交變電流電壓的有效值答案D解析在各種使用交變電流的電器設備上，所標注的額定電壓值、額定電流值都是交變電流的有效值，故選項D正確.2.下圖中能產(chǎn)生感應電流的是()答案B解析A項線圈在運動過程中磁通量不變化，D項線圈在運動過程中磁通量始終為零，C項不是閉合線圈，故只有B項產(chǎn)生感應電流.3.穿過一個電阻為1 的單匝閉合線圈的磁通量始終是每秒鐘均勻地減少2 Wb，則()A.線圈中的感應電動勢一定是每秒減少2 VB.線圈中的感應電動勢一定是2 VC.線圈中的感應電流一定是每秒減少2 AD.線圈中的感應電流不一定是2 A答案B解析E V2 V，B正確，A錯誤；I A2 A，故C、D錯誤.4.下列說法正確的是()A.電視機銘牌上所標的“額定電壓220V”指的是交流電壓的峰值B.交流發(fā)電機是利用電磁感應的原理來工作的C.在遠距離輸電中，采用高壓輸電的目的是為了增大輸電線路中的電流D.在高壓輸電中要用到變壓器，變壓器的鐵芯中會產(chǎn)生感應電流渦流，但這種渦流不會有熱效應答案B解析電視機銘牌上所標的“額定電壓220 V”指的是交流電壓的有效值，選項A錯誤；交流發(fā)電機是利用電磁感應的原理來工作的，選項B正確；在遠距離輸電中，采用高壓輸電的目的是為了減小輸電線路中的電流，選項C錯誤；在高壓輸電中要用到變壓器，變壓器的鐵芯中會產(chǎn)生感應電流渦流，這種渦流有熱效應，選項D錯誤.5.如圖37所示，L是一個帶鐵芯的線圈，R為純電阻，兩條支路直流電阻值相等，那么在接通和斷開開關的瞬間，電流表的讀數(shù)的大小關系是()圖37A.I1<I2，I1>I2 B.I1<I2，I1I2C.I1>I2，I1I2 D.I1I2，I1<I2答案B解析接通時，由于L中的自感作用阻礙其所在支路電流的增大，因而I2>I1；斷開時，R、A2、A1、L構成一串聯(lián)電路，串聯(lián)電路電流相等，因而I1I2.6.如圖38所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n231，原線圈接一電源，此時電流表A1的示數(shù)為12 mA，則電流表A2的示數(shù)為( )圖38A.4 mA B.36 mAC.0 D.無法確定答案C解析變壓器是根據(jù)電磁感應的原理工作的，它只能改變交流電壓，不能改變直流電壓，此題中的原線圈接的是直流電源，所以副線圈中沒有感應電動勢，沒有感應電流，電流表A2的示數(shù)為零.二、多項選擇題7.下列器具的工作原理與渦流有關的是()A.家用電磁爐B.家用微波爐C.變壓器的鐵芯用多塊相互絕緣硅鋼片疊加在一起D.風扇轉(zhuǎn)動時扇葉與空氣摩擦發(fā)熱答案AC解析電磁爐是利用高頻磁場產(chǎn)生渦流來加熱食物的，故選項A正確；變壓器的鐵芯不用一塊鋼，是為了防止渦流損耗電能并燒毀變壓器，多塊硅鋼片彼此絕緣，有效地減小了渦流，選項C正確；家用微波爐是利用微波加熱食物和渦流無關，B錯誤；電風扇轉(zhuǎn)動時與空氣摩擦發(fā)熱，是通過摩擦將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，D錯誤.8.某正弦交流電的圖象如圖39所示，則由圖象可知()圖39A.該交流電的頻率為0.02 HzB.該交流電的有效值為14.14 AC.該交流電的瞬時值表達式為i20sin(0.02t) AD.在t時刻，該交流的大小與其有效值相等答案BD解析由圖可知T0.02 s，故A、C錯誤；因和I，可知B、D正確.9.如圖310所示，矩形線圈與磁場垂直，且一半在勻強磁場內(nèi)一半在勻強磁場外，下述過程中使線圈產(chǎn)生感應電流的是( )圖310A.以bc邊為軸轉(zhuǎn)動90° B.以ad邊為軸轉(zhuǎn)動90°C.將線圈向下平移 D.將線圈向上平移答案AB解析以bc邊為軸轉(zhuǎn)動90°和以ad為軸轉(zhuǎn)動90°的過程，穿過矩形線圈中的磁通量都發(fā)生變化，而將線圈上、下平移時，穿過矩形線圈的磁通量不變，根據(jù)產(chǎn)生感應電流的條件可知選項A、B正確，C、D錯誤.10.一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1n2115.原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓u如圖311所示，副線圈僅接入一個10 的電阻.則()圖311A.流過電阻的電流是20 AB.與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 VC.經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6×104 JD.變壓器的輸入功率是1×103 W答案CD解析原線圈中電壓的有效值是220 V，由變壓比知副線圈中電壓為100 V，流過電阻的電流是10 A，故輸入功率為1×103 W；與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 V；經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6×104 J.選項C、D正確，A、B錯誤.三、填空和實驗題11.一正弦交變電流的電流i隨時間t變化的規(guī)律如圖312 所示.由圖312可知：圖312(1)該交變電流的有效值為_ A.(2)該交變電流的頻率為_ Hz.(3)該交變電流的瞬時值表達式為i_ A.(4)若該交變電流通過阻值R40 的白熾燈，則電燈消耗的功率是_ W.答案(1)5(2)25(3)10sin (50t)(4)2 000解析由圖象可知該交變電流的最大值為10 A，周期為4×102 s，則其有效值為5 A，頻率為25 Hz，角速度50 rad/s，其瞬時值表達式為i10sin(50t)A，當其通過R40 的白熾燈時，PI2R2 000 W.12.如圖313所示，閉合線框的質(zhì)量可忽略不計，將它從圖示位置勻速拉出勻強磁場.若第一次用0.3 s時間拉出，通過導線截面的電荷量為q1，第二次用0.9 s時間拉出，通過導線截面的電荷量為q2，則q1q2_.圖313答案11解析本題中盡管兩次拉線框的時間不同，速度不同，但兩次磁通量的變化相同，即12，根據(jù)q·t·t·t可知，電荷量與拉出的時間無關，故q1q211.四、計算題13.某線圈共200匝，1 s時磁通量為0.5 Wb，1.2 s時增加為0.6 Wb，求這段時間內(nèi)線圈中的感應電動勢.答案100 V解析0.6 Wb0.5 Wb0.1 Wbt1.2 s1 s0.2 s由法拉第電磁感應定律得En200× V100 V .14.電路兩端的交流電壓是uUmsin 314t，在t0.005 s時電壓的值為10 V，則接在電路兩端的電壓表讀數(shù)為多少？答案7.07 V解析交流電表的讀數(shù)應是交流電的有效值.由題意，在t0.005 s時電壓是10 V，代入表達式10 VUmsin(314×0.005)解得：Um10 V，所以有效值U V7.07 V.15.如圖314所示，交變電流通過R2 的電阻，圖314(1)分別寫出它的有效值、周期、頻率；(2)計算在R上產(chǎn)生的功率.答案(1)3.535 A0.4 s2.5 Hz(2)25 W解析(1)由圖可知，正弦交流電的有效值I3.535 A，周期T0.4 s，頻率f2.5 Hz；(2)由公式PI2R25 W.16.如圖315所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1n221，原線圈接200 V交流電源，副線圈接額定功率為20 W的燈泡L，燈泡正常發(fā)光，當電源電壓降為180 V時，求燈泡實際消耗功率與其額定功率之比？(燈光電阻不隨溫度變化)圖315答案解析由得U2U1×200 V100 V而U2U1×180 V90 V所以功率之比.