交流电、电磁场和电磁波--2011届高三物理教案及练习题1

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1、2011届高三物理一轮复习教学案及跟踪训练 第一单元 交变电流 第1课时 交流电的产生及描述 要点一 交变电流的产生及变化规律 1.（2009通州模拟）某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动,产生交变 电流的图象如图所示,由图中信息可以判断 （ ） A.在A和C时刻线圈处于中性面位置 B.在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零 C.从AD时刻线圈转过的角度为2 D.若从OD时刻历时0.02 s,则在1 s内交变电流的方向改变100次 答案 D 要点二 描述交流电的物理量 2.如图所示,交流发电机转子有n匝线圈,每匝线圈所围面积为S,匀强磁场的磁感 应强度为B,线圈匀速转动的角速度为 ,线圈内阻

2、为r,外电路电阻为R.当线圈 由图中实线位置匀速转动90到达虚线位置过程中,求: （1）通过R的电荷量q为多少？ （2）R上产生的电热Q R 为多少？ （3）外力做的功W为多少？ 答案 （1） （2） （3） r R nBS 2 2 2 2 ) ( 4 r R R S B n ) ( 4 2 2 2 r R S B n 题型1 求交流电的有效值 【例1】如图所示表示交变电流的电流随时间变化的图象 ,此交变电流的有效值 是 （ ） A.5 A B.5 A 2 C.3.5 A D.3.5 A 2 答案 B题型2 交流电图象的应用 【例2】如图所示,为某交变电动势随时间变化的图象,从图象中可知交变电

3、动 势的峰值为 V,周期T是 s,交变电动势变化最快的时刻是 ,穿 过产生此电动势的线圈的磁通量变化最快的时刻是 ,若 此交流线圈共100匝,则穿过此线圈的最大磁通量是 Wb. 答案 310 210 -2（n=1,2,3） （n=0,1,2,3） 110 -2 2 nT T n 4 1 2 题型3 生活物理 【例3】曾经流行过一种自行车,它有能向车头灯供电的小型交流发电机,如图甲为其结构 示意图.图中N、S是一对固定的磁极,abcd为固定转轴上的矩形线框,转轴过bc边中点, 与ab边平行,它的一端有一半径r 0 =1.0 cm的摩擦小轮,小轮与自行车车轮的边缘相接触,如 图乙所示.当车轮转动时

4、,因摩擦而带动小轮转动,从而使线框在磁极间转动.设线框由 N=800 匝导线圈组成,每匝线圈的面积S=20 cm 2 ,磁极间的磁场可视作匀强磁场,磁感应强度 B=0.010 T,自行车车轮的半径R 1 =35 cm,小齿轮的半径R 2 =4.0 cm,大齿轮的半径R 3 =10.0 cm.现从静止开始使大齿轮加速转动,问大齿轮的角速度为多大时才能使发电机输出电压 的有效值U=3.2 V?（假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动） 答案 3.2 rad/s 1.一个边长为6 cm的正方形金属线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,电阻为 0.36.磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示,则线框

5、中感应电流的有效值为 （ ）A. 10 -5 A B. 10 -5 A C. 10 -5 A D. 2 6 2 2 10 -5 A 2 2 3 答案 B 2.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/s C.14.1 Wb/s D.20.0 Wb/s 答案 B 3.如图所示为演示用的手摇发电机模型,匀强磁场磁感应强度B=0.5 T,线圈匝数 n=50,每

6、匝线圈面积0.48 m 2 ,转速150 r/min,在匀速转动过程中,从图示位置线 圈转过90开始计时. （1）写出交变感应电动势瞬时值的表达式. （2）画出e-t图线. 答案 （1）e=188sin 5t V （2）见下图 4.如图所示,矩形线框匝数n=250匝,ab=12 cm,ad=10 cm,线框置于B= T的匀 2 强磁场中,绕垂直于磁场的轴OO以120 r/min的转速匀速转动,线框通过滑环 与外电路相连,外电路接有R=12的电阻及一只发光电压和熄灭电压都为12 V的氖泡L.求: （1）当S接e时,电流表读数为多少?R的热功率为多大?10 min内外力对线框做功多少? （2）当S

7、接f时,氖泡闪光频率为多大?通电10 min,氖泡发光总时间为多少?（线框电阻 不计） 答案 （1）1.41 A 24 W 1.4410 4J （2）4 Hz 400 s第2 课时 交变电流综合问题 电感和电容对交流电的作 用 要点一 交变电流综合问题 1.如图所示,线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,电容器两极板水平放置.在两极 板间,不计重力的带正电粒子Q在t=0时由静止释放,若两板间距足够宽,则下列运动可能 的是 （ ） A.若t=0时,线圈平面与磁场垂直,粒子一定能到达极板 B.若t=0时,线圈平面与磁场平行,粒子在两极间往复运动 C.若t=0时,线圈平面与磁场垂直,粒子在两极间

8、往复运动 D.若t=0时,线圈平面与磁场平行,粒子一定能到达极板 答案 AB 要点二 电感和电容对交变电流的作用 2.如图所示,三个灯泡是相同的,而且耐压足够,电源内阻忽略.当单刀双掷 开关S接A时, 三个灯亮度相同,那S接B时 （ ） A.三个灯亮度相同 B.甲灯最亮,丙灯不 亮 C.甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮 D.只有丙灯不亮,乙灯最亮 答案 D 题型1 交变电流的电路问题 【例1】如图所示线圈面积为0.05 m 2 ,共100匝,线圈总电阻为r=1,外电阻R=9,线圈处于B= T的匀强磁场中.当线圈绕OO以转速n=300 r/min匀速转动时,求: 2 （1）若从线圈处于中性面开始计时

9、,写出电动势的瞬时表达式. （2）两电表的示数. （3）线圈转过180的过程中,通过电阻的电荷量. （4）线圈匀速转一圈产生的总热量. 答案 （1）e=100sin 10t V （2）5 A 45 V 2 2 （3） C （4）100 J 2 题型2 带电粒子在交变电场中运动 【例2】如图是示波管的示意图.竖直偏转电极的极板长l=4 cm,板间距离d=1 cm,板右端 距荧光屏L=18 cm.（水平偏转电极上不加电压,没有画出）电子沿中心线进入竖直偏转 电场的速度是1.610 7m/s.电子的电荷量e=1.6010 -19 C,质量m=0.9110 -30 kg.若 在偏转电极上加u= 220

10、sin 100t V的交变电压,在荧光屏的竖直坐标轴上能观测 到多长的线段? 答案 10 cm 题型3 生活物理 【例3】如图所示是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图,转轴的一端装有一 对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮.电枢线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转 动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦交变电流,给车头灯供电.已知自行 车车轮半径r=35 cm,摩擦小轮半径r 0 =1.00 cm,线圈有n=800匝,线圈框横截面积S=20 cm 2 ,总电阻R 1 =40.旋转磁极的磁感应强度B=0.010 T,车头灯电阻R 2 =10.当车轮转动 的角速度 =8 ra

11、d/s时求: （1）发电机磁极转动的角速度. （2）车头灯中电流的有效值. 答案 （1）280 rad/s （2）64 mA 1.两个相同的灯泡L 1 和L 2 ,接到如图所示的电路中,灯L 1 与电容器串联,灯L 2 与电感线圈串 联,当a、b处接电压最大值U m 、频率为f的正弦交流电源时,两灯都发光,且亮 度相同.更换一个新的正弦交流电源后,灯L 1 的亮度高于灯L 2 的亮度,新电源的 电压最大值和频率可能是 （ ） A.最大值仍为U m ,而频率大于f B.最大值仍为U m ,而频率小于f C.最大值大于U m ,而频率仍为f D.最大值小于U m ,而频率仍为f 答案 A 2.如图

12、所示,“二分频”音箱内有两个不同口径的扬声器,它们的固有频率分别处 于高音、低音频段,分别称为高音扬声器和低音扬声器.音箱要将扩音机送来的 含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来,送往相应的扬声器,以便 使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频的机械振动.图为音箱的电路简化图, 高、低频混合电流由a、b端输入,L是线圈,C是电容器,则 （ ） A.甲扬声器是高音扬声器 B.甲扬声器是低音扬声器 C.乙扬声器是高音扬声器 D.乙扬声器是低音扬声器 答案 BC 3.如图所示,一个被x轴与曲线方程y=0.2sin x m所围的空间中存在着匀强磁场.磁场 3 10 方向垂直纸面向里,磁感应

13、强度B=0.2 T.正方形金属线框的边长是0.40 m,电阻是0.1,它 的一条边与x轴重合.在拉力F的作用下,线框以10 m/s的速度水平向右匀速运动.试求: （1）拉力F的最大功率是多少?（2）拉力F要做多少功才能把线框拉过磁场区? 答案 （1）1.6 W （2）0.048 J 4.如图所示,在真空中速度v 0 =6.410 3m/s的电子束连续射入两平行板之间,板 长L=12 cm,板间距离d=0.5 cm,两板不带电时,电子束将沿两板之间的中线做 直线运动.在两板之间加一交变电压u=91sin100t V,若不计电子间的相互作用,电子电 荷量 e=1.610 -19 C,电子质量m=9

14、.110 -31 kg,不计电子打在极板上对两极电压的 影响. （1）在图中画出电子束可能出现的区域.（画斜线表示,要求有推理和计算过程） （2）如果以两极板刚加上交变电压时开始计时（t=0）,则何时进入交变电场的电子打在 极板上具有最大的动能? 答案 （1）见右图 （2） （0.005+0.01n）s（n=0,1,2,） 1.如图所示的交变电流,最大值为I m ,周期为T,则下列有关该交变电流的有效值I, 判断正确的是 （ ） A.I= B.I D.以上均不 2 m I 2 m I 2 m I 正确 答案 B 2.如图所示,把电阻R、电感线圈L、电容器C并联接到一交流电源上,三个 电流表的示

15、数相同.若保持电源电压大小不变,而将频率减小,则三个电流 表的示数I 1 、I 2 、I 3 的大小关系是 （ ） A.I 1 =I 2 =I 3 B.I 1 I 2 I 3 C.I 2 I 1 I 3 D.I 3 I 1 I 2 答案 C 3.如图所示,交流发电机的矩形线圈边长ab=cd=0.4 m,ad=bc=0.2 m,线圈匝数 N=100,电阻r=1,线圈在磁感应强度B=0.2 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的 轴以 =100rad/s的角速度匀速转动,外接电阻R=9,以图示时刻开始计时, 则 （ ）A.电动势瞬时值为160sin100 V B.t=0时线圈中磁通量变化率最大 C.t= s时线圈中感应电动势最大 D.交变电流的有效值是8 2 1 2 A 答