1、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=311sin100t VD.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U
2、1U2,故B错误；由图甲知，该交流电压是正弦交流电压，Um=311 V,T=210-2 s,则瞬时值u=Umsin t V=311sin100t V,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：C2.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12 V,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
3、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：CD3.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20.0 V，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.1.41 Wb/s B.2.0 Wb/sC.14.1 Wb/s D.20.0 Wb/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
4、的最大值为Em= E=20V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=20 V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：B4.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
5、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：D5.理想变压器如图所示，原线圈匝数n1=1 000匝，两副线圈匝数分别为n2=600匝，n3=200匝，当原线圈两端接在220 V的交流电源上时，原线圈上电流为2 A，通过R2的电流为1 A，则通过R3的电流为()A.10 A B.7 A C.3 A D.1 A解析：如果套用公式得2 A=10 A，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=132 VU3=U1=44 V由电
6、功率相等有I1U1=I2U2+I3U3解得I3=7 A答案：B6.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IRB.电动机消耗的功率为I2RC.原线圈中的电流为nID.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：D7.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
7、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：C8.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.0t1 B.t1t2 C.t2t3 D.t3t4解析：在0t1时间内，电流i由cd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
8、的电流方向由ab，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t1t2时间内，在t3t4时间内ab棒所受安培力向右.在t2t3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：AC9.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220 V，指示灯两端电压为220 V.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：C10.如图所示，有一矩形线圈，面积为S
9、，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=NBSB.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=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=NBS,E=，电阻R产生的焦耳热Q=I2R，所以选项C项错.q= t=，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.
10、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“220 V，40 W”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220 V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0250 V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
11、，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“220 V，40 W”白炽灯串联在220 V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（4648均可）答案：（1）见解析图（2）见解析（3）4712.(10分）黑光灯是利用物理方法灭蛾杀虫的一种环保型设
12、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20 W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71014Hz的紫光，求黑光灯每秒钟向外辐射多少个该频率的光子.(h=6.610-34Js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220 V的交流电压变成高压，高压电网相邻两极间距离为0.5 cm，已知空气在常温常压下的击穿电压为6 220 V/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=200.050.46 J=4.610-1 JE=h
13、=6. 610-3471014 J=4.6210-19 Jn=Eh=1.01018个.（2）Um=U有= 220 V=311 V极板间空气击穿电压U=6 2200. 5V=3 110 V.答案：(1)1.010-18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220 V的市电上，向额定电压为1.8104 V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12 mA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10 mA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、
14、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=12 mA时，I1即为熔断电流.代入数据得I1=0.98 A；（2）设副线圈中的电流I2=10 mA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=I2U2,代入数据得P1=180 W.答案：(1)0.98 A(2)180 W14.（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
15、的最大值为Em=NBa，故线圈中电流的有效值为I=Im/=Em/R=NBa2/( R)，线圈转过90角的时间为t=T/4=/2，所以在转动过程中产生的热量Q=I2Rt=N2B2a4/(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=2NBa2/, =/R=2NBa2/(R)所以流过导体截面的电量为Q=t=NBa2/R答案：(1)N2B2a4/(4R)(2)NB2a2/R15.(10分）如图所示，边长为0.5 m的正方形线框ABCD绕AB边在磁感应强度为0.4 T的匀强磁场中匀速转动，AB边与磁场方向垂直，转速为50 r/s.求：(1)感应电动势的最大值；来源:高考资
16、源网(2)转动过程中，当穿过线圈平面的磁通量为0.05 Wb时，感应电动势的瞬时值.解析：（1）Em=BS=BS2n=0.40.52250 V=31.4 V.（2）设从图示位置开始计时，则e=31.4sin100t V=mcos100t=0.1cos100tWb又因=0.05 Wb代入得cos100t=所以e=31.4V=27.2 V答案：(1)31.4 V(2)27.2 V16.(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=3 m/s的速度流入水轮机后以v2=1 m/s的速度流出，流出水位比流入的水位低10 m，水流量为Q
17、=10 m3/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240 V，用户需电压220 V，输电线路中能量损失为5%，输电线电阻为，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%=Qtgh+Qt(-75%代入数据，得Ek=78104t则发电机的输出电能：E电=Ek80%=624103t发电机的输出功率：P0=E电/t=624 kW.（2）发电机的输出电流为I1= A=2 600 A输电线路损失P=P05%=31.2103 W输电电流由焦耳定律得=P/R，得I2=43.3 A则升压变压器原副线圈匝数比n1:n2=I2:I1=433:26 000.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-P=592.8103W输出电流I3= A=2 694.5 A所以用户降压变压器原副线圈匝数比n3:n4=I3:I2=26 945:433.答案：(1)624 Kw (2)433:26 000 26 945:33
