交流电、电磁场和电磁波届高三物理教案及练习题1_高三物理电磁场习题

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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A～D时刻线圈转过的角度为2 π

D.若从O～D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QR为多少？（3）外力做的功W为多少？

nBSπn2B2S2Rπn2B2S2答案（1）（2）（3）

Rr4(Rr)4(Rr)2

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.52 A C.3.52 A 答案 B

B.5 A D.3.5 A

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 2×10-

2nT2n1T（n=0,1,2,3„）

（n=1,2,3„）421×10

-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r0=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,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,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R1=35 cm,小齿轮的半径R2=4.0 cm,大齿轮的半径R3=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）

2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0.36Ω.磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示,则线框中感应电流的有效值为（）

A.2×1010-5-5 A

B.6×10

A

C.2-5

×10A 2 D.322×A

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

（）

D.20.0 Wb/s A.1.41 Wb/s 答案 B

B.2.0 Wb/s C.14.1 Wb/s 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,每匝线圈面积0.48 m,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 5πt 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 π2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=12Ω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 1.44×10 J

4（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

亮

C.甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮

答案 D

B.甲灯最亮,丙灯不

D.只有丙灯不亮,乙灯最亮

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,共100匝,线圈总电阻为r=1Ω,外电阻R=9Ω,线圈

处于B=2 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: π（1）若从线圈处于中性面开始计时,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 10πt V（3）2 C π（2）52A 452V

（4）100 J

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1.6×10 m/s.电子的电荷量e=1.60×107

C,质量m=0.91×10

kg.若在偏转电极上加u= 220sin 100πt 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r0=1.00 cm,线圈有n=800匝,线圈框横截面积S=20 cm,总电阻R1=40Ω.旋转磁极的磁感应强度B=0.010 T,车头灯电阻R2=10Ω.当车轮转动的角速度=8 rad/s时求:

2（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L1和L2,接到如图所示的电路中,灯L1与电容器串联,灯L2与电感线圈串联,当a、b处接电压最大值Um、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L1的亮度高于灯L2的亮度,新电源的电压最大值和频率可能是

（）

A.最大值仍为Um,而频率大于f C.最大值大于Um,而频率仍为f 答案 A

2.如图所示,“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,B.最大值仍为Um,而频率小于f D.最大值小于Um,而频率仍为f

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

C.乙扬声器是高音扬声器

答案 BC

3.如图所示,一个被x轴与曲线方程y=0.2sin

10πx m所围的空间中存在着匀强磁场.磁场方3

B.甲扬声器是低音扬声器 D.乙扬声器是低音扬声器

向垂直纸面向里,磁感应强度B=0.2 T.正方形金属线框的边长是0.40 m,电阻是0.1Ω,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

34.如图所示,在真空中速度v0=6.4×10 m/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=91sin100πt V,若不计电子间的相互作用,电子电荷量 e=1.6×10-19 C,电子质量m=9.1×10

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Im,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=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I1、I2、I3的大小关系是 A.I1=I2=I3

Im2

Im2

（）

D.以上均不ImB.I

C.I >

（）

B.I1>I2>I3

C.I2>I1>I3 D.I3>I1>I2 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=1Ω,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=100πrad/s的角速度匀速转动,外接电阻R=9Ω,以图示时刻开始计时, 则（）

B.t=0时线圈中磁通量变化率最大 A.电动势瞬时值为160πsin100π V

C.t= s时线圈中感应电动势最大 A

答案 BC 12

D.交变电流的有效值是82π

4.如图所示,一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,在转动过程中,线框中的最大磁通量为Φm,最大感应电动势为Em,下列说法正确的是（）A.当磁通量为零时,感应电动势也为零 B.当磁通量减小时,感应电动势在减小

C.当磁通量等于0.5Φm时,感应电动势等于0.5Em D.角速度等于答案 D

5.（2009·安阳月考）收录机等小型家用电器所用的稳压电源,是将220 V的正弦交流电变为稳定的直流电的装置,其中的关键部分是整流电路.有一种整流电路可以将正弦交流电变成如图所示的脉动直流电（每半个周期Em Φm都按正弦规律变化）,则该脉动直流电电流的有效值为（）A.82A 答案 B

6.将阻值为5Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上,电源电动势随时间变化的规律如图所示.下列说法正确的是（）

A.电路中交变电流的频率为0.25 Hz C.电阻消耗的电功率为2.5 W 压是5 V 答案 C

7.如图（甲）所示，为电热毯的电路图，电热丝接在u=311sin 100πt V的电源上，电热毯

B.42A

C.22A

D.2A

B.通过电阻的电流为2A

D.用交流电压表测得电阻两端的电

被加热到一定温度后，通过装置P使输入电压变为图（乙）所示的波形，从而进入保温状态，若电热丝电阻保持不变，此时交流电压表的读数是（）

A.110 V 答案 B

8.如图甲所示电路,电阻R的阻值为50Ω,在ab间加上图乙所示的正弦交流电,则下面说法中错误的是 ．．（）

B.156 V

C.220 V

D.311 V

A.交流电压的有效值为100 V B.电流表示数为2 A

C.产生该交流电的线圈在磁场中转动的角速度为3.14 rad/s

D.如果产生该交流电的线圈转速提高一倍,则电流表的示数也增大一倍 答案 C

9.一个闭合的矩形线圈放在匀强磁场中,并且可绕垂直于磁场的轴匀速转动,角速度为时,线圈中产生的交变电动势的最大值为E0,周期为T0,外力提供的功率为P0.若使线圈转动的角速度变为2,线圈中产生的交变电动势的最大值为E,周期为T,外力提供的功率为P.则E、T

和

P的大

小

为

（）

A.E=2E0,T=T0,P=2P0 C.E=2E0,T=T0,P=2P0 答案 D

10.将硬导线中间一段折成不封闭的正方形,每边长为l,它在磁感应强度为B、方 1

2B.E=E0,T=T0,P=2P0

1212

D.E=2E0,T=T0,P=4P0

向如图的匀强磁场中匀速转动,转速为n.导线在a、b两处通过电刷与外电路连接,外电路接有额定功率为P的小灯泡并正常发光,电路中除灯泡外,其余部分的电阻不计,灯泡的（）

电

阻

应

为

(2πl2nB)2A.P答案 B

2(πl2nB)2B.P

(l2nB)2C.2P

(l2nB)2D.P11.如图所示为一个小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈的长度 ab=0.25 m,宽度bc=0.20 m,共有n=100匝,总电阻r=1.0Ω,可绕与磁场方 向垂直的轴OO′转动.线圈处于磁感应强度B=0.40 T的匀强磁场中,与线 圈两端相连的金属滑环上接一个“3.0 V,1.8 W”的灯泡.当线圈以角速度 匀速转动时,小灯泡消耗的功率恰好为1.8 W.则:（1）推导发电机线圈产生感应电动势的最大值的表达式Em=nBS（其中S表示线圈的面积）.（2）求线圈转动的角速度.（3）线圈以上述角速度转动100周过程中发电机产生的电能.答案（1）线圈平面与磁场方向平行时产生感应电动势最大,设ab边的线速度为v,该边产生的感应电动势为E1=BLabv

与此同时,线圈的cd边也在切割磁感线,产生的感应电动势E2=BLcdv,线圈产生的总感应电动势为Em=n（E1+E2）,因为Lab=Lcd,所以Em=n·2BLabv 线速度v=·Lbc,故Em=nBLab·Lbcω 而S=LabLcd(S为线圈的面积),Em=nBS.（2）2.5 rad/s（3）5.43×10 J

21212.（2009·泰安月考）如图所示,间距为L的光滑平行金属导轨,水平地放置在 竖直方向的磁感应强度为B的匀强磁场中,一端接阻值是R的电阻.一电阻是R0, 质量为m的导体棒放置在导轨上,在外力F作用下从t=0的时刻开始运动,其速度随时间的变化规律是v=vmsinωt,不计导轨电阻.求:（1）安培力Fi与时间t的关系式.（2）从t=0到t=π时间内外力F所做的功.2

答案（1）Fi=B2L2vm1πB2L2m2sint（2）mvm2 RR024(RR0)13.真空中足够大的两个相互平行的金属板a、b之间距离为d,两极之间的电压Uab=Ua-Ub,按图所示规律变化,其周期为T,在t=0时刻一带正电的粒子仅在电场力作用下,由a板从静止开始向b板运动,并于t=nT（n为自然数）时刻恰好到达b板.（1）求当该粒子的位移为多大时,速度第一次达到最大?速度的最大值是多少?（2）若该粒子在t=T/6时刻才从a板开始运动,并且以粒子开始运动为计时起点,求粒子经过同样长的时间（nT）,将运动到离a板多远的地方?（3）若该粒子在t=T/6时刻才从a板开始运动,求粒子经过多长时间才能到达b板? 答案（1）d2d

nnT（2）

d12（3）（3n-T（n=0,1,2,3,„）336