2020版高中物理第三章电磁感应章末整合学案新人教版选修1-1

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第三章 电磁感应 章末整合 一、电磁感应现象及其应用 ‎1.判断有无感应电流的方法 分析是否产生感应电流，关键就是要分析穿过闭合线圈的磁通量是否变化，而分析磁通量是否有变化，关键要知道磁感线是如何分布的.所以在做这类题时应注意：‎ ‎(1)熟记条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管内外磁感线分布情况是解决问题的基础.‎ ‎(2)学会找特殊位置并分析其变化.‎ ‎2.感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率，而与Φ的大小、ΔΦ 11‎ 的大小没有必然的联系，与电路的电阻R也无关.‎ ‎(1)当回路有n匝线圈时，感应电动势的表达式应为E＝n.‎ ‎(2)公式E＝n一般用来计算Δt时间内的平均感应电动势.‎ 例1　如图3－1所示，在垂直于纸面范围足够大的匀强磁场中，有一个矩形线圈abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2和O3O4都是线圈的对称轴，应使线圈怎样运动才能使其中产生感应电流(　　 )‎ 图3－1‎ A.向左平动 B.向右平动 C.绕O1O2转动 D.向上或向下平动 答案　C 解析　只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就会产生感应电流.当线圈向左、向右、向上、向下等方向平动时线圈的磁通量均不变，不会产生感应电流，选项A、B、D错误；当线圈绕O1O2转动时穿过线圈的磁通量变化，会产生感应电流，选项C正确.‎ 变式训练1　当线圈中的磁通量发生变化时，则(　　)‎ A.线圈中一定有感应电流 B.线圈中一定有感应电动势 C.感应电动势的大小与线圈的电阻无关 D.磁通量变化越快，产生的感应电动势越大 答案　BCD 解析　当线圈中磁通量发生变化时，线圈中一定有感应电动势，若线圈闭合，则有感应电流.由法拉第电磁感应定律E＝n知，感应电动势的大小与线圈匝数和磁通量变化率有关，与线圈的电阻无关.‎ 二、交变电流的描述 ‎1. 正弦式电流的图象 11‎ 图3－2‎ Im、Um分别是电流、电压的最大值，叫做交流的峰值.‎ T为周期，周期和频率的关系为T＝或f＝.‎ ‎2.交变电流的表达式：u＝Umsin ωt　i＝Imsin ωt 式中ω＝ ‎3.正弦式电流的有效值和峰值之间的关系：‎ Ie＝≈0.707 Im Ue＝≈0.707 Um 在各种使用交变电流的电器设备上，所标注的额定电压、额定电流值，都是交流的有效值.‎ ‎4. 交流能够通过电容器：电容器能够“隔直流，通交流”.‎ 例2　一交流电压随时间变化的规律如图3－3所示，该交流电压的有效值和频率分别是(　　)‎ 图3－3‎ A.14.14‎‎ V，100 Hz B.10 V，100 Hz C.14.14 V，50 Hz D.10 V，50 Hz 答案　D 解析　根据图象可知电压的最大值是14.14 V，周期T＝0.02 s，其电压的有效值Ue＝＝‎ 11‎ eq f(14.14,r(2)) V＝10 V；频率f＝＝ Hz＝50 Hz，选项D正确.‎ 变式训练2　如图3－4所示电路，以下结论正确的是(　　)‎ 图3－4‎ A.a、b若接直流电，灯泡不亮 B.a、b若接直流电，灯泡也可发光 C.a、b若接交流电，灯泡发光，灯泡和电容器都有电荷通过 D.a、b若接交流电，灯泡发光，电容器中无电荷通过 答案　AD 解析　电容器有“通交流，隔直流”的作用，故a、b内接直流电时，灯泡不亮，A正确，B错误；接交流电时，灯泡亮，但电路中电流的形成源于电容器的不断充电、放电，并没有电荷通过电容器，C错误，D正确.‎ 三、变压器中的常用关系 ‎1. 输入电压决定输出电压，＝.‎ ‎2. 输出功率决定输入功率，即P入＝P出.‎ 例3　一输入电压为220 V，输出电压为36 V的变压器副线圈烧坏，为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了5匝线圈，如图3－5所示，然后将原线圈接到220 V交流电源上，测得新绕线圈的端电压为1 V，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为(　　)‎ 图3－5‎ A.1 100，36 B.1 100，180‎ C.2 200，180 D.2 200，360‎ 答案　B 解析　由公式＝可知，＝，‎ 11‎ n1＝1 100匝；＝，n2＝180匝.故B正确.‎ 变式训练3　如图3－6所示是一调压变压器原理图，如将它做升压变压器使用，则(　　)‎ 图3－6‎ A.将交流电源接在a、b端，用电器接在c、d端 B.将交流电源接在c、d端，用电器接在a、b端 C.将交流电源接在a、c端，用电器接在b、d端 D.若要进一步升压，应使P逆时针方向旋转 答案　B 解析　根据变压器中电压关系＝可知，要升压就必须提高匝数，即要保证输出端的匝数多于输入端的匝数，由此可知电源应接于c、d间.P顺时针转动，原线圈匝数变少，可进一步升压.‎ 章末检测(三)‎ 一、单项选择题 ‎1.有一台使用交变电流的电冰箱上标有额定电压为“220 V”字样，这“220 V”是指(　　)‎ A.交变电流电压的瞬时值 B.交变电流电压的最大值 C.交变电流电压的平均值 D.交变电流电压的有效值 答案　D 解析　在各种使用交变电流的电器设备上，所标注的额定电压值、额定电流值都是交变电流的有效值，故选项D正确.‎ ‎2.下图中能产生感应电流的是(　　)‎ 答案　B 11‎ 解析　A项线圈在运动过程中磁通量不变化，D项线圈在运动过程中磁通量始终为零，C项不是闭合线圈，故只有B项产生感应电流.‎ ‎3.穿过一个电阻为1 Ω的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减少2 Wb，则(　　)‎ A.线圈中的感应电动势一定是每秒减少2 V B.线圈中的感应电动势一定是2 V C.线圈中的感应电流一定是每秒减少‎2 A D.线圈中的感应电流不一定是‎2 A 答案　B 解析　E＝＝ V＝2 V，B正确，A错误；I＝＝ A＝‎2 A，故C、D错误.‎ ‎4.下列说法正确的是(　　)‎ A.电视机铭牌上所标的“额定电压220V”指的是交流电压的峰值 B.交流发电机是利用电磁感应的原理来工作的 C.在远距离输电中，采用高压输电的目的是为了增大输电线路中的电流 D.在高压输电中要用到变压器，变压器的铁芯中会产生感应电流——涡流，但这种涡流不会有热效应 答案　B 解析　电视机铭牌上所标的“额定电压220 V”指的是交流电压的有效值，选项A错误；交流发电机是利用电磁感应的原理来工作的，选项B正确；在远距离输电中，采用高压输电的目的是为了减小输电线路中的电流，选项C错误；在高压输电中要用到变压器，变压器的铁芯中会产生感应电流——涡流，这种涡流有热效应，选项D错误.‎ ‎5.如图3－7所示，L是一个带铁芯的线圈，R为纯电阻，两条支路直流电阻值相等，那么在接通和断开开关的瞬间，电流表的读数的大小关系是(　　)‎ 图3－7‎ A.I1I2′ B.I1I2，I1′＝I2′ D.I1＝I2，I1′I1；断开时，R、A2、A1、L构成一串联电路，串联电路电流相等，因而I1′＝I2′.‎ ‎6.如图3－8所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝3∶1，原线圈接一电源，此时电流表A1的示数为12 mA，则电流表A2的示数为(　　 )‎ 图3－8‎ A.4 mA B.36 mA C.0 D.无法确定 答案　C 解析　变压器是根据电磁感应的原理工作的，它只能改变交流电压，不能改变直流电压，此题中的原线圈接的是直流电源，所以副线圈中没有感应电动势，没有感应电流，电流表A2的示数为零.‎ 二、多项选择题 ‎7.下列器具的工作原理与涡流有关的是(　　)‎ A.家用电磁炉 B.家用微波炉 C.变压器的铁芯用多块相互绝缘硅钢片叠加在一起 D.风扇转动时扇叶与空气摩擦发热 答案　AC 解析　电磁炉是利用高频磁场产生涡流来加热食物的，故选项A正确；变压器的铁芯不用一块钢，是为了防止涡流损耗电能并烧毁变压器，多块硅钢片彼此绝缘，有效地减小了涡流，选项C正确；家用微波炉是利用微波加热食物和涡流无关，B错误；电风扇转动时与空气摩擦发热，是通过摩擦将机械能转化为内能，D错误.‎ ‎8.某正弦交流电的图象如图3－9所示，则由图象可知(　　)‎ 图3－9‎ 11‎ A.该交流电的频率为0.02 Hz B.该交流电的有效值为‎14.14 A C.该交流电的瞬时值表达式为i＝20sin(0.02t) A D.在t＝时刻，该交流的大小与其有效值相等 答案　BD 解析　由图可知T＝0.02 s，故A、C错误；因ω＝和I＝，可知B、D正确.‎ ‎9.如图3－10所示，矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场内一半在匀强磁场外，下述过程中使线圈产生感应电流的是(　　 )‎ 图3－10‎ A.以bc边为轴转动90° B.以ad边为轴转动90°‎ C.将线圈向下平移 D.将线圈向上平移 答案　AB 解析　以bc边为轴转动90°和以ad为轴转动90°的过程，穿过矩形线圈中的磁通量都发生变化，而将线圈上、下平移时，穿过矩形线圈的磁通量不变，根据产生感应电流的条件可知选项A、B正确，C、D错误.‎ ‎10.一理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶5.原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图3－11所示，副线圈仅接入一个10 Ω的电阻.则(　　)‎ 图3－11‎ A.流过电阻的电流是‎20 A B.与电阻并联的电压表的示数是100 V C.经过1分钟电阻发出的热量是6×104 J D.变压器的输入功率是1×103 W 答案　CD 11‎ 解析　原线圈中电压的有效值是220 V，由变压比知副线圈中电压为100 V，流过电阻的电流是‎10 A，故输入功率为1×103 W；与电阻并联的电压表的示数是100 V；经过1分钟电阻发出的热量是6×104 J.选项C、D正确，A、B错误.‎ 三、填空和实验题 ‎11.一正弦交变电流的电流i随时间t变化的规律如图3－12 所示.由图3－12可知：‎ 图3－12‎ ‎(1)该交变电流的有效值为________ A.‎ ‎(2)该交变电流的频率为________ Hz.‎ ‎(3)该交变电流的瞬时值表达式为i＝________ A.‎ ‎(4)若该交变电流通过阻值R＝40 Ω的白炽灯，则电灯消耗的功率是________ W.‎ 答案　(1)5　(2)25　(3)10sin (50πt)　(4)2 000‎ 解析　由图象可知该交变电流的最大值为‎10 A，‎ 周期为4×10－2 s，则其有效值为‎5 A，‎ 频率为25 Hz，角速度ω＝＝50π rad/s，‎ 其瞬时值表达式为i＝10sin(50πt)A，‎ 当其通过R＝40 Ω的白炽灯时，P＝I2R＝2 000 W.‎ ‎12.如图3－13所示，闭合线框的质量可忽略不计，将它从图示位置匀速拉出匀强磁场.若第一次用0.3 s时间拉出，通过导线截面的电荷量为q1，第二次用0.9 s时间拉出，通过导线截面的电荷量为q2，则q1∶q2＝________.‎ 图3－13‎ 答案　1∶1‎ 解析　本题中尽管两次拉线框的时间不同，速度不同，但两次磁通量的变化相同，‎ 即ΔΦ1＝ΔΦ2，‎ 11‎ 根据q＝·t＝·t ‎＝·t＝可知，‎ 电荷量与拉出的时间无关，‎ 故q1∶q2＝1∶1.‎ 四、计算题 ‎13.某线圈共200匝，1 s时磁通量为0.5 Wb，1.2 s时增加为0.6 Wb，求这段时间内线圈中的感应电动势.‎ 答案　100 V 解析　ΔΦ＝0.6 Wb－0.5 Wb＝0.1 Wb Δt＝1.2 s－1 s＝0.2 s 由法拉第电磁感应定律得 E＝n＝200× V＝100 V .‎ ‎14.电路两端的交流电压是u＝Umsin 314t，在t＝0.005 s时电压的值为10 V，则接在电路两端的电压表读数为多少？‎ 答案　7.07 V 解析　交流电表的读数应是交流电的有效值.‎ 由题意，在t＝0.005 s时电压是10 V，‎ 代入表达式10 V＝Umsin(314×0.005)解得：‎ Um＝10 V，‎ 所以有效值U＝＝ V≈7.07 V.‎ ‎15.如图3－14所示，交变电流通过R＝2 Ω的电阻，‎ 图3－14‎ ‎(1)分别写出它的有效值、周期、频率；‎ ‎(2)计算在R上产生的功率.‎ 11‎ 答案　(1)‎3.535 A　0.4 s　2.5 Hz　(2)25 W 解析　(1)由图可知，正弦交流电的有效值 I＝＝‎3.535 A，‎ 周期T＝0.4 s，‎ 频率f＝2.5 Hz；‎ ‎(2)由公式P＝I2R＝25 W.‎ ‎16.如图3－15所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2＝2∶1，原线圈接200 V交流电源，副线圈接额定功率为20 W的灯泡L，灯泡正常发光，当电源电压降为180 V时，求灯泡实际消耗功率与其额定功率之比？(灯光电阻不随温度变化)‎ 图3－15‎ 答案　 解析　由＝得 U2＝U1＝×200 V＝100 V 而U2′＝U1′＝×180 V＝90 V 所以功率之比＝＝＝＝.‎ 11‎