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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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

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
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