粤教版高二物理选修32精编题第2章 章末分层突破 Word版含答案.docx
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粤教版高二物理选修32精编题第2章章末分层突破Word版含答案
章末分层突破
①垂直
②Emsinωt
③Emcosωt
④nBSω
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨无关⑩增大
⑪减小⑫==
⑬=⑭I2n2+I3n3+…
⑮I2r线
交变电流的四值对比
物理含义
重要关系
适用情况
瞬时值
交变电流某一时刻的值
e=Emsinωt
i=Imsinωt
计算线圈某一时刻的受力情况
最大值
最大的瞬时值
Em=NBSω
Im=
确定用电器的耐压值
有效值
跟交变电流的热效应等效的恒定电流值
E=
U=
I=
(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)
(2)交流电表的测量值
(3)电气设备标注的额定电压、额定电流
(4)保险丝的熔断电流
平均值
交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值
=n
=
计算通过电路截面的电荷量
如图21所示,一个半径为r的半圆形线圈,以直径ab为轴匀速转动,转速为n,ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场,磁感应强度为B.M和N是两个集流环,负载电阻为R,线圈、电流表和连接导线的电阻不计.求:
图21
(1)从图示位置起转过转的时间内负载电阻R上产生的热量;
(2)从图示位置起转过转的时间内通过负载电阻R的电荷量;
(3)电流表的示数.【导学号:
97192103】
【解析】 线圈绕轴匀速转动时,在电路中产生如图所示的交变电流.
此交变电动势的最大值为
Em=BSω=B··2πn=π2Bnr2.
(1)在线圈从图示位置转过转的时间内,电动势的有效值为E==
电阻R上产生的热量
Q=·=.
(2)在线圈从图示位置转过转的时间内,电动势的平均值为=.
通过R的电荷量q=·Δt=·Δt==.
(3)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E′,由有效值的定义得·=T
解得E′=
故电流表的示数为I==.
【答案】
(1)
(2) (3)
有一个10匝正方形线框,边长为20cm,线框总电阻为1Ω,线框绕OO′轴以10πrad/s的角速度匀速转动,如图22所示,垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T.求:
图22
(1)该线框产生的交变电流的电动势最大值、电流最大值分别是多少?
(2)线框从图示位置转过60°时,感应电动势的瞬时值是多大?
(3)写出感应电动势随时间变化的表达式.
【解析】
(1)交变电流电动势最大值为Em=nBSω=10×0.5×0.22×10πV=6.28V,
电流的最大值为Im==A=6.28A.
(2)线框转过60°时,感应电动势e=Emsin60°=5.44V.
(3)由于线框转动是从中性面开始计时的,所以瞬时值表达式为e=Emsinωt=6.28sin10πt(V).
【答案】
(1)6.28V 6.28A
(2)5.44V
(3)e=6.28sin10πt(V)
理想变压器的分析
1.电压思路
变压器原、副线圈的电压之比为=;当变压器有多个副线圈时===…
2.功率思路
理想变压器的输入、输出功率为P入=P出,即P1=P2;当变压器有多个副线圈时,P1=P2+P3+…
3.电流思路
由I=知,当变压器有多个副线圈时n1I1=n2I2+n3I3+…,对只有一个副线圈的变压器才有=.
4.制约思路(变压器动态问题)
(1)电压制约
当变压器原、副线圈的匝数比()一定时,输出电压U2由输入电压决定,即U2=.
(2)电流制约
当变压器原、副线圈的匝数比一定,且输入电压U1确定时,原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定,即I1=,可简述为“副制约原”.
(3)负载制约
①变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定,P2=P负1+P负2+…
②变压器副线圈中的电流I2由用户负载电阻R2确定,I2=.
③总功率P总=P线+P2.
图23甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关.原线圈接正弦交变电源,输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示.现将S1接1、S2闭合,此时L2正常发光.下列说法正确的是( )
甲 乙
图23
A.输入电压u的表达式u=20sin(50πt)V
B.只断开S2后,L1、L2均正常发光
C.只断开S2后,原线圈的输入功率增大
D.若S1换接到2后,R消耗的电功率为0.8W
【解析】 由图象可知Um=20V,T=0.02s,故ω==100πrad/s,即输入电压u的表达式u=20sin(100πt)V,所以A项错误;断开S2后两灯泡串联,总电压仍为4V,所以L1、L2均不能正常发光,B项错误;根据P入=P出=可知断开S2后R增大,P入变小,C项错误;若S1接2,由P=可得P=W=0.8W,故答案为D.
【答案】 D
用一理想变压器给负载供电,变压器输入端的电压不变,如图24所示.开始时开关S是断开的.现将开关S闭合,则图中所有交流电表的示数以及输入功率的变化情况是( )【导学号:
97192104】
图24
A.V1、V2的示数不变,A1的示数增大,A2的示数减小,P入增大
B.V1、V2的示数不变,A1、A2的示数增大,P入增大
C.V1、V2的示数不变,A1、A2的示数减小,P入减小
D.V1的示数不变,V2的示数增大,A1的示数减小,A2的示数增大,P入减小
【解析】 电压表V1的示数由输入电压决定,电压表V2的示数由输入电压U1(大小等于电压表V1的示数)和匝数比n1/n2决定,电流表A2的示数由输出电压U2(大小等于电压表V2的示数)和负载电阻R负决定;电流表A1的示数即I1由变压器的匝数比n2/n1和输出电流I2决定;P入随P出而变化,由P出决定.因输入电压不变,所以电压表V1的示数不变.据公式U2=n2U1/n1,可知U2也不变,即电压表V2的示数不变.又根据I2=U2/R负知,S闭合后R负减小,故I2增大,电流表A2的示数增大.输入电流I1随输出电流I2增大而增大,故电流表A1的示数增大.因P出=U2I2,故P出增大,P入随P出变化,故P入也增大.可见本题的正确选项为B.
【答案】 B
变压器的动态分析
1.根据题意弄清变量与不变量.
2.弄清变压器动态变化的决定关系.
(1)原线圈与副线圈电压的决定关系.
(2)输入功率与输出功率的决定关系.
(3)原线圈与副线圈电流的决定关系.
远距离输电问题
1.输电示意图(如图25所示)
图25
2.正确理解几个基本关系
(1)功率关系:
P1=P2,P2=P损+P3,P3=P4.
(2)电压关系:
=,U2=U线+U3,=.
(3)电流关系:
=,I2=I线=I3,=.
(4)输电电流:
I线===.
(5)输电导线上损耗的电功率:
P损=P2-P3=IR线==U线I线.
(6)输电导线上的电压损失:
U线=I线·R线=U2-U3.
3.处理思路
(1)根据具体问题画出输电线路示意图.
(2)研究三个回路,分析其中的已知量、可求量、待求量.
(3)研究两个变压器,分析其中的已知量、可求量、待求量.
(4)确定求解思路,根据回路及变压器上的电压、电流、功率关系列式求解.
(多选)如图26为远距离输送交流电的示意图,变压器均为理想变压器.随着用户负载增多,发电机F达到额定功率时,降压变压器输出功率仍然不足,用户的用电器不能正常工作.那么,在发电机以额定功率工作的情况下,为了适当提高用户的用电功率,可采取的措施是( )
图26
A.适当减小输电线的电阻r
B.适当提高
C.适当提高的同时,降低
D.适当降低的同时,提高
【解析】 当发电机输出功率一定时,为使远距离用户得到更多的功率,需减小输电线上的功率损失,根据ΔP=I2r,可以减小输电线的电阻r,A正确;也可以通过提高输电电压,减小输送电流,即提高,这样使线圈n3两端电压变大,为使用户的用电器正常工作需要适当降低,C正确.
【答案】 AC
1.一含有理想变压器的电路如图27所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω,
为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定.当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为( )
【导学号:
97192105】
图27
A.2 B.3
C.4D.5
【解析】 设原、副线圈的匝数比为k,根据变压器匝数比与电流成反比的关系,则原线圈电流为I时,副线圈电流为kI;原线圈电流为4I时,副线圈电流为4kI.根据变压器的输入功率等于输出功率得
UI-I2R1=(kI)2(R2+R3)
4UI-(4I)2R1=(4kI)2R2
联立两式代入数据解得k=3,选项B正确.
【答案】 B
2.(多选)如图28所示,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时,两灯泡均能正常发光.下列说法正确的是( )
图28
A.原、副线圈匝数比为9∶1
B.原、副线圈匝数比为1∶9
C.此时a和b的电功率之比为9∶1
D.此时a和b的电功率之比为1∶9
【解析】 设灯泡的额定电压为U0,输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光,则变压器原线圈的电压为9U0,变压器原、副线圈的匝数比为9∶1,选项A正确,选项B错误;由9U0Ia=U0Ib得,流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍,根据P=UI,a、b灯泡的电功率之比为1∶9,选项C错误,选项D正确.
【答案】 AD
3.一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上,如图29所示.设副线圈回路中电阻两端的电压为U.原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则( )
图29
A.U=66V,k=B.U=22V,k=
C.U=66V,k=D.U=22V,k=
【解析】 设原线圈中电流为I,由=知副线圈中的电流I2=3I,由题意知副线圈中电阻两端的电压U=3IR,则原线圈回路中R两端的电压U′=IR=,原线圈两端的电压U1=3U,由闭合电路中电压关系可知U1+U′=220V,即+3U=220V,U=66V,原线圈回路中电阻消耗的功率P1=I2R,副线圈回路中电阻消耗的功率P2=(3I)2R,=k==,选项A正确.
【答案】 A
4.(多选)如图210所示,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面.现使线框M、N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则( )
图210
A.两导线框中均会产生正弦交流电
B.两导线框中感应电流的周期都等于T
C.在t=时,两导线框中产生的感应电动势相等
D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等
【解析】 两导线框匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变,选项A错误;导线框的转动周期为T,则感应电流的周期也为T,选项B正确;在t=时,切割磁感线的有效长度相同,两导线框中产生的感应电动势相等,选项C正确;M导线框中一直有感应电流,N导线框中只有一半时间内有感应电流,所以两导线框的电阻相等时,感应电流的有效值不相等,选项D错误.
【答案】 BC
5.(多选)如图211所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表,副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节,在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑动触头,在原线圈上加一电压为U的正弦交流电,则( )【导学号:
97192106】
图211
A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变大
B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变小
C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变大
D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变小
【解析】 保持Q的位置不动,则U2不变,将P向上滑动时,R接入电路的电阻变大,根据I2=知,I2变小,由=得I1也变小,即电流表读数变小,选项A错误,选项B正确;保持P的位置不动,将Q向上滑动时,U2变大,则根据P2=知副线圈输出功率变大,由P1=P2知,变压器原线圈输入功率P1变大,而P1=I1U,输入电压U一定,故I1变大,即电流表读数变大,选项C正确,选项D错误.
【答案】 BC
6.图212为气流加热装置的示意图,使用电阻丝加热导气管,视变压器为理想变压器.原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变,调节触头P,使输出电压有效值由220V降至110V.调节前后( )
图212
A.副线圈中的电流比为1∶2
B.副线圈输出功率比为2∶1
C.副线圈的接入匝数比为2∶1
D.原线圈输入功率比为1∶2
【解析】 根据欧姆定律I=,U2由220V降至110V,副线圈上的电流变为原来的,即调节前后,副线圈上电流之比为2∶1,选项A错误;根据P=UI知,U、I均变为原来的时,副线圈上输出的功率变为原来的,即调节前后副线圈的输出功率之比为4∶1,选项B错误;根据理想变压器电压与匝数的关系=,当U2由220V降至110V时,n2变为原来的,即调节前后副线圈接入的匝数比为2∶1,选项C正确;根据理想变压器P入=P出,所以原线圈输入功率等于副线圈的输出功率,即调节前后原线圈输入功率之比为4∶1,选项D错误.
【答案】 C
7.(多选)如图213所示,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2.原线圈通过一理想电流表Ⓐ接正弦交流电源,一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端.假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大.用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd,则( )
【导学号:
97192107】
图213
A.Uab∶Ucd=n1∶n2
B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数变小
C.负载电阻的阻值越小,cd间的电压Ucd越大
D.将二极管短路,电流表的读数加倍
【解析】 变压器的变压比=,其中U1、U2是变压器原、副线圈两端的电压.U1=Uab,由于二极管的单向导电特性,Ucd≠U2,选项A错误;增大负载电阻R的阻值,负载的电功率减小,由于P入=P出,且P入=I1Uab,所以原线圈上的电流I1减小,即电流表的读数变小,选项B正确;c、d端的电压由输入电压Uab决定,负载电阻R的阻值变小时,Ucd不变,选项C错误;根据变压器上的能量关系有E输入=E输出,在一个周期T的时间内,二极管未短路时有UabI1T=·+0(U为副线圈两端的电压),二极管短路时有UabI2T=T,由以上两式得I2=2I1,选项D正确.
【答案】 BD
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