高考物理一轮突破训练 第十三章 交变电流电磁场电磁波含详细解析.docx
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高考物理一轮突破训练第十三章交变电流电磁场电磁波含详细解析
第十三章交变电流电磁场电磁波
一、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分）
1.图甲、乙所示分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化.下列法说正确的是（）
A.图甲表示交流电，图乙表示直流电
B.两种电压的有效值相等
C.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=311sin100πtV
D.图甲所示电压经匝数比为10：
1的变压器变压后，频率变为原来的
解析：
因大小和方向均随时间做周期性变化的电流为交流电，故图乙电压表示的也为交流电，A错误；由图象知，相同时刻U1>U2,故B错误；由图甲知，该交流电压是正弦交流电压，Um=311V,T=2×10-2s,则瞬时值u=Umsin
tV=311sin100πtV,故C正确；因变压器变压后输入电压与输出电压的频率相同，故D错误.
答案：
C
2.汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油——空气混合气要靠火花塞点燃，但是汽车蓄电池的电压只有12V,不能在火花塞中产生火花，为此设计了如图所示的点火装置，这个装置的核心是一个变压器，它的初级线圈通过开关连到蓄电池上，次级线圈接到火花塞的两端，开关由机械自动控制.做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，这样就能在火花塞中产生火花了.下列说法正确的是（）
A.该设计方案不可行，因为蓄电池提供的是直流电，变压器不能改变直流电电压
B.该设计方案可行，因为变压器能将直流电改变为交流电
C.该设计方案可行，因为通过变压器初级线圈是变化的电流，可以通过变压器发生互感现象
D.该变压器一定是升压变压器
答案：
CD
3.如图所示，一个匝数为10的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，周期为T.若把万用电表的选择开关拨到交流电压挡，测得a\,b两点间的电压为20.0V，则可知：
从中性面开始计时，当t=T/8时，穿过线圈的磁通量的变化率约为（）
A.1.41Wb/sB.2.0Wb/s
C.14.1Wb/sD.20.0Wb/s
解析：
由于电压表测量的是交变电流有效值，由此可以计算出交变电压的最大值为
Em=
E=20
V
交变电压的瞬时表达式为:
e=20
sin
t
当t=T/8时的瞬时值为：
e=20V
由法拉第电磁感应定律知，对应该时刻磁通量的变化率为
=2.0Wb/s，故选项B是正确的.
答案：
B
4.如图甲所示，一理想变压器的原、副线圈分别为ab\,cd.原线圈中通有如图乙所示的正弦式交流电，规定原线圈中由a到b为电流的正方向，则下列说法中错误的是（）
A.在t=
时刻，铁芯中磁通量为零
B.在t=
时刻，副线圈两端c、d间电压最大
C.在t=
时刻，副线圈c端电势低于d端电势
D.在t=
T时刻，副线圈两端c\,d间电压最大
解析：
由乙图可知，在t=
时，ab中电流减小为零时，铁芯中磁通量为零，而磁通量变化率为最大，所以c\,d间电压最大，由楞次定律可知,c端电势低于d端电势，在t=
T时，c\,d间电压为零.
答案：
D
5.理想变压器如图所示，原线圈匝数n1=1000匝，两副线圈匝数分别为n2=600匝，n3=200匝，当原线圈两端接在220V的交流电源上时，原线圈上电流为2A，通过R2的电流为1A，则通过R3的电流为（）
A.10AB.7AC.3AD.1A
解析：
如果套用公式
得
×2A=10A，错选A项.这是因乱套公式而造成的错误.其错误原因是变流比公式是根据P入=P出推导出来的，
，只适用于一个副线圈的情况.本题正确解答是由变压比公式可得
U2=
·U1=132V
U3=
·U1=44V
由电功率相等有I1U1=I2U2+I3U3
解得I3=7A
答案：
B
6.如图所示，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n.原线圈接正弦交流电压U，输出端接有一个交流电流表和一个电动机.电动机线圈电阻为R.当输入端接通电源后，电流表读数为I，电动机带动一重物匀速上升.下列判断正确的是（）
A.电动机两端电压为IR
B.电动机消耗的功率为I2R
C.原线圈中的电流为nI
D.变压器的输入功率为
解析：
电动机两端电压为
，故电动机消耗的功率为
，即为变压器的输入功率，原线圈中的电流I0=I/n.
答案：
D
7.当频率增大时，机械波和电磁波在各自传播介质中的传播速度（真空中）将（）
A.机械波速度增大，电磁波速度不变
B.机械波速度不变，电磁波速度增大
C.两者速度都不变
D.两者速度都增大
解析：
机械波的波速是由介质决定的，所以当频率增大时机械波的速度不变.而电磁波的传播速度是电磁场的速度，所以也不变.故C选项正确.
答案：
C
8.如图甲所示，矩形金属导轨水平放置，导轨上跨接一金属棒ab，与导轨构成闭合回路，并能在导轨上自由滑动，在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中通以如图乙所示的交变电流，规定电流方向自c向d为正，则ab棒受到向左的安培力的作用时间是（）
A.0→t1B.t1→t2C.t2→t3D.t3→t4
解析：
在0→t1时间内，电流i由c→d且逐渐增大，由安培定则及楞次定律可判定：
闭合回路中的磁场方向垂直纸面向里，金属棒ab中的电流方向由a→b，再由左手定则可判断出，此时ab棒所受安培力向左，选项A正确.同理可判断出t1→t2时间内，在t3→t4时间内ab棒所受安培力向右.在t2→t3时间内ab棒所受安培力向左，所以本题正确答案为A、C.
答案：
AC
9.如图为“热得快”热水器电路图和简易图.现接通电源，发现该热水器没有发热，并且热水器上的指示灯也不亮，现用交流电压表测得热水器A、B两端的电压为220V，指示灯两端电压为220V.该热水器的问题在于（）
A.连接热水器和电源之间的导线断开
B.连接电阻丝与指示灯的导线发生了短路
C.电阻丝熔断，同时指示灯烧毁
D.同时发生了以上各种情况
答案：
C
10.如图所示，有一矩形线圈，面积为S，匝数为N，整个线圈的电阻为r,在磁感应强度为B的磁场中，绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电阻为R，当线圈由图示位置转过90°的过程中，下列说法正确的是（）
A.磁通量的变化量为ΔΦ=NBS
B.平均感应电动势为E=
C.电阻R所产生的焦耳热为
D.通过电阻R的电荷量为q=
[来源:
高考资源网KS5U.COM]
解析：
磁通量的变化量ΔΦ=BS（与匝数无关），所以A项错.
＝N
=N·
，所以选项B正确.
因产生的是正弦交流电，所以Em=NBSω,E=
，
电阻R产生的焦耳热Q=I2R·
，所以选项C项错.
q=
Δt=
，所以选项D正确.
答案：
BD
二、非选择题（本题共6小题，共60分.按题目要求作答.解答题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，答案中必须明确写出数值和单位）.
11.（10分）为了测定和描绘“220V，40W”白炽灯灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电.调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈L绕在闭合的环形铁芯上，输入端接在220V交流电源的火线与零线间，输出端有一个滑动触头P，移动它的位置，就可以使输出电压在0～250V之间连续变化，如图甲画出的是调压变压器的电路符号.实验室内备有交流电压表，交流电流表，滑动变阻器，开关，导线等实验器材.
（1）在图甲中完成实验电路图.
（2）说明按你的实验电路图进行测量，如果电表内阻的影响不能忽略，在电压较高段与电压较低段相比较，哪段误差更大？
为什么？
（3）如果根据测量结果作出的伏安特性曲线如图乙，根据图线确定，把两个完全相同的“220V，40W”白炽灯串联在220V交流电源的火线与零线间，这两只电灯消耗的总功率是____W.
解析：
（1）如图所示，开关应接在火线上，电流表内接和外接都可以.
（2）如果采用电流表外接法，电压较高误差更大,因为电压越高，灯丝电阻越大，由于电压表分流而造成的误差太大；如果采用电流表内接法，电压表较低段误差更大，因为电压越小，灯丝电阻越小，由于电流表分压造成的误差越大.
（3）47（46～48均可）
答案：
（1）见解析图
（2）见解析（3）47
12.（10分）黑光灯是利用物理方法灭蛾杀虫的一种环保型设备，它发出的紫色光能够引诱害虫飞近黑光灯，然后被黑光灯周围的交流高压电网“击毙”.
（1）一只20W的黑光灯正常工作时，约有5%的能量转化为光能，光能中约有46%是频率为7×1014Hz的紫光，求黑光灯每秒钟向外辐射多少个该频率的光子.（h=6.6×10-34J·s保留两位有效数字）
（2）如图所示是高压电网的工作电路.高压电网是利用变压器将有效值为220V的交流电压变成高压，高压电网相邻两极间距离为0.5cm，已知空气在常温常压下的击穿电压为6220V/cm，为防止空气被击穿而造成短路，变压器的初、次级线圈匝数比不得超过多少？
解析：
（1）E=20×0.05×0.46J=4.6×10-1J
E′=hν=6.6×10-34×7×1014J=4.62×10-19J
n=Ehν=1.0×1018个.
（2）Um=
U有=
×220V=311V
极板间空气击穿电压U=6220×0.5V=3110V
.
答案：
（1）1.0×10-18个
（2）
13.（10分）如图所示，一个变压器（可视为理想变压器）的原线圈接在220V的市电上，向额定电压为1.8×104V的霓虹灯供电，使它正常发光，为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12mA时，熔丝就断.
（1）熔丝的熔断电流是多大？
（2）当副线圈电路中电流为10mA时，变压器的输入功率是多大？
解析：
（1）设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有I1U1=I2U2，当I2=12mA时，I1即为熔断电流.代入数据得I1=0.98A；
（2）设副线圈中的电流I2′=10mA时，变压器的输入功率为P1，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有P1=I2′U2,代入数据得P1=180W.
答案：
（1）0.98A
（2）180W
14.（10分）边长为a的N匝正方形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，以角速度ω绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈的电阻为R.
（1）求线圈从中性面开始转过90°角的过程中产生的热量；
（2）求线圈从中性面开始转过90°角的过程中，通过导线截面的电量.
解析：
（1）线圈中感应电动势的最大值为Em=NBa２ω，故线圈中电流的有效值为I=Im/
=Em/
R=NBa2ω/（
R），线圈转过90°角的时间为t=T/4=π/2ω，所以在转动过程中产生的热量Q=I2Rt=πN2B2a4ω/（4R）
（2）线圈转过90°角的过程中，感应电动势和感应电流的平均值分别为
=N
=2NBa2ω/π,
=
/R=2NBa2ω/（πR）
所以流过导体截面的电量为Q=
t=NBa2/R
答案：
（1）πN2B2a4ω/（4R）
（2）NB2a2/R
15.（10分）如图所示，边长为0.5m的正方形线框ABCD绕AB边在磁感应强度为0.4T的匀强磁场中匀速转动，AB边与磁场方向垂直，转速为50r/s.求：
（1）感应电动势的最大值；[来源:
高考资源网]
（2）转动过程中，当穿过线圈平面的磁通量为0.05Wb时，感应电动势的瞬时值.
解析：
（1）Em=BSω=BS·2πn
=0.4×0.52×2π×50V=31.4V.
（2）设从图示位置开始计时，则
e=31.4sin100πtV①
Φ=Φmcos100πt
=0.1cos100πtWb②
又因Φ=0.05Wb代入②得
cos100πt=
所以e=31.4×
V=27.2V
答案：
（1）31.4V
（2）27.2V
16.（10分）为了减少因火电站中煤的燃烧对大气的污染而大力发展水电站.三峡水利工程中某一水电站发电机组设计为：
水以v1=3m/s的速度流入水轮机后以v2=1m/s的速度流出，流出水位比流入的水位低10m，水流量为Q=10m3/s，水轮机效率为75%，发电机效率为80%，求：
（1）发电机组的输出电功率是多少？
（2）如果发电机输出电压为240V，用户需电压220V，输电线路中能量损失为5%，输电线电阻为
Ω，那么所需升、降变压器的原副线圈匝数比分别是多少？
解析：
（1）水轮机获得的机械能为
Ek=［mgh+
m（
-
）］×75%
=［Qtρgh+
Qtρ（
-
］×75%
代入数据，得Ek=78×104t
则发电机的输出电能：
E电=Ek×80%=624×103t
发电机的输出功率：
P0=E电/t=624kW.
（2）发电机的输出电流为
I1=
A=2600A
输电线路损失ΔP=P0×5%=31.2×103W
输电电流由焦耳定律得
=ΔP/R，得I2=43.3A
则升压变压器原副线圈匝数比
n1:
n2=I2:
I1=433:
26000.
用户端降压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率
P=P0-ΔP=592.8×103W
输出电流I3=
A=2694.5A
所以用户降压变压器原副线圈匝数比
n3:
n4=I3:
I2=26945:
433.
答案：
（1）624Kw
（2）433:
2600026945:
33
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