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章末过关检测(时间:60分钟,满分:100分)一、选择题(本题共10小题,每小题6分,共60分,1～6小题为单项选择题,7～10小题为多项选择题) 1．小型手摇发电机线圈共N 匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO′,线圈绕OO′匀速转动,如图所示．矩形线圈ab 边和cd 边产生的感应电动势的最大值都为e 0,不计线圈电阻,则发电机输出电压( )A ．峰值是e 0B ．峰值是2e 0C ．有效值是22Ne 0 D ．有效值是2Ne 0解析:由题意可知,线圈ab 边和cd 边产生的感应电动势的最大值都为e 0,因此对单匝矩形线圈总电动势最大值为2e 0,又因为发电机线圈共N 匝,所以发电机线圈中总电动势最大值为2Ne 0,根据闭合电路欧姆定律可知,在不计线圈内阻时,输出电压的峰值等于感应电动势的最大值,即其峰值为2Ne 0,故A 、B 错误；又由题意可知,若从图示位置开始计时,发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流,由其有效值与峰值的关系可知,U ＝U m2,即U ＝2Ne 0,故C 错误,D 正确． 答案:D2．将阻值为5 Ω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 HzB ．通过电阻的电流为 2 AC ．电阻消耗的电功率为2.5 WD ．用交流电压表测得电阻两端电压为5 V解析:由题意可知此交变电流为正弦式交变电流,其有效电动势E ＝U m2＝52V,电阻消耗的功率P ＝E2R ＝2.5 W,故C 正确；通过R 的电流I ＝E R ＝22A,故B 错误；此刻交变电流的频率f ＝25 Hz,故A 错误；电压表所测电压为有效电压,应为52V,故D 错误．答案:C3．如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n 1∶n 2＝1∶3,次级回路中接入三个均标有“36 V 40 W”的灯泡,且均正常发光,那么,标有“36 V 40 W”的灯泡A( )A ．也正常发光B ．将被烧毁C ．比另三个灯泡暗D ．无法确定解析:理想变压器的电压之比等于匝数之比,由次级回路中三个均标有“36 V 40 W”的灯泡能正常发光,可知副线圈两端电压U 2＝36×3 V＝108 V,所以原线圈两端电压U 1＝n 1n 2U 2＝36 V,灯泡A 与原线圈并联,两端电压也为36 V,能正常发光．答案:A4．采用220 kV 高压向远方的城市输电．当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减小为原来的14,输电电压应变为( )A ．55 kVB ．110 kVC ．440 kVD ．880 kV解析:输电功率P ＝UI,U 为输电电压,I 为输电线路中的电流,输电线路损失的功率为P 损＝I 2R,R 为输电线路的电阻,即P 损＝(P U )2R.当输电功率一定时,输电线路损失的功率为原来的14,则输电电压为原来的2倍,即440 kV,故选项C 正确．答案:C5.如图所示,矩形线圈的面积为S,匝数为N,线圈电阻为r,在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动,外电路的电阻为R.在线圈由图示位置转过90°的过程中,下列说法中正确的是( )A ．磁通量的变化量ΔΦ＝NBSB ．通过电阻R 的电荷量q ＝BSωR ＋rC ．电阻R 上产生的焦耳热Q ＝(NBSω)22RD ．电阻R 上产生的焦耳热Q ＝(NBS )2ωRπ4(R ＋r )2解析:线圈由图示位置转过90°,磁通量变化量ΔΦ＝BS,故选项A 错误；通过电阻R 的电荷量q ＝NΔΦR ＋r ,故选项B 错误；感应电动势最大值E m ＝NBSω,转动时间t ＝T 4＝π2ω,所以Q ＝I 2Rt ＝[E m 2(R ＋r )]2·Rt＝(NBS )2ωRπ4(R ＋r )2,故选项C 错误,选项D 正确．答案:D6．某住宅区的应急供电系统,由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成．发电机中矩形线圈所围的面积为S,匝数为N,电阻不计．它可绕水平轴OO′在磁感应强度为B 的水平匀强磁场中以角速度ω匀速转动．矩形线圈通过滑环连接降压变压器,滑动触头P 上下移动时可改变输出电压,R 0表示输电线的电阻．以线圈平面与磁场平行时为计时起点,下列判断正确的是( )A ．若发电机线圈某时刻处于图示位置,变压器原线圈的电流瞬时值最小B ．发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e ＝NBSωcos ωtC ．当用户数目增多时,为使用户电压保持不变,滑动触头P 应向下滑动D ．当滑动触头P 向下移动时,变压器原线圈两端的电压将升高解析:若发电机线圈某时刻处于图示位置,磁通量变化最快,感应电动势最大,最大值为NBSω,变压器原线圈的电流瞬时值最大,发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e ＝NBSωcos ωt ,选项B 正确,A 错误；当用户数目增多时,总电流增大,输电线上的电势降落得多,为使用户电压保持不变,滑动触头P 应向上滑动才能增大变压器的输出电压,选项C 错误；滑动触头P 向下或向上移动,变压器原线圈两端的电压都不变,选项D 错误．答案:B7．如图所示,变频交变电源的频率可在20 Hz 到20 kHz 之间调节,在某一频率时,A 1、A 2两只灯泡的炽热程度相同．则下列说法中正确的是( )A ．如果将频率增大,A 1炽热程度减弱、A 2炽热程度加强B ．如果将频率增大,A 1炽热程度加强、A 2炽热程度减弱C ．如果将频率减小,A 1炽热程度减弱、A 2炽热程度加强D ．如果将频率减小,A 1炽热程度加强、A 2炽热程度减弱解析:某一频率时,两只灯泡炽热程度相同,可知两灯泡消耗的功率相同,频率增大时,感抗增大,而容抗减小,故通过A 1的电流增大,通过A 2的电流减小,故B 项正确；同理可得C 项正确,故选B 、C.答案:BC8．如图所示的电路中,有一自耦变压器,左侧并联一个理想交流电压表V 1后接在稳定的交流电源上,右侧串联灯泡L 和滑动变阻器R,R 上并联一个理想交流电压表V 2.下列说法正确的是( )A ．若F 不动,滑片P 向上滑动时,V 1示数不变,V 2示数变小B ．若F 不动,滑片P 向上滑动时,灯泡L 消耗的功率变小C ．若P 不动,滑片F 向上移动时,V 1、V 2的示数均变大D ．若P 不动,滑片F 向上移动时,灯泡L 消耗的功率变大解析:V 1测的是原线圈的输入电压,其示数始终不变,C 错误；若F 不动,副线圈的输出电压不变,滑片P 向上滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值变小,又因为灯泡L 与滑动变阻器串联,故V 2示数变小,灯泡L 两端的电压变大,灯泡L 消耗的功率变大,A 正确,B 错误；若P 不动,滑片F 向上移动时,副线圈的输出电压增大,加在灯泡L 和滑动变阻器两端的电压均增大,故灯泡L 消耗的功率变大,V 2的示数变大,D 正确．答案:AD9．图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N 、S 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,为交流电流表．线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示,以下判断正确的是( )A ．电流表的示数为10 AB ．线圈转动的角速度为50π rad/sC ．0.01 s 时线圈平面与磁场方向平行D ．0.02 s 时电阻R 中电流的方向自右向左解析:本题考查了交变电流的产生和变化规律．解题的关键是要把图象和运动过程结合起来．由图象可知,电流的有效值为 10 A,转动的角速度ω＝2πT＝100π rad/s ,A 正确,B 错误；t ＝0.01 s 时,产生的感应电流最大,故线圈平面与磁场方向平行,C 正确；由右手定则可知0.02 s 时电流的方向由左向右流过电阻,D 错误．答案:AC10．在如图所示的远距离输电电路图中,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变,随着发电厂输出功率的增大,下列说法中正确的有( )A ．升压变压器的输出电压增大B ．降压变压器的输出电压增大C ．输电线上损耗的功率增大D ．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大解析:由题意可知升压变压器的输入电压不变,则输出电压不变,A 错误；在电能输出过程中有I ＝PU ,U 线＝IR 线,U 3＝U 2－U 线,因P 变大,I 变大,所以U 线变大,降压变压器原线圈电压U 3变小,则降压变压器的输出电压变小,B 错误；由P 损＝(P U )2R 线,因P 变大,所以P 损变大,C 正确；根据P 损P ＝(P U )2R 线P ＝PR 线U 2,因P 变大,所以比值变大,D 正确．答案:CD二、非选择题(本题共3小题,共40分,解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤,有数值计算的要注明单位)11．(12分)发电机的转子是匝数为100匝、边长为20 cm 的正方形线圈,将它置于磁感应强度B ＝0.05 T 的匀强磁场中,绕着垂直于磁感线方向的轴以ω＝100π rad/s 的角速度转动,当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时,线圈和外电路的总电阻R ＝10 Ω.(1)写出交变电流瞬时值表达式；(2)线圈从计时开始,转过π3过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？解析:(1)感应电动势的最大值为 E m ＝nBSω＝20π V ,I m ＝E mR＝2π A ,由于从线圈平面与磁场方向垂直位置开始计时,因此瞬时值用正弦表示,i ＝2πsin 100πt A. (2)线圈从计时开始,转过π3的过程中,通过某一截面的电荷量应该用平均值来计算q ＝It ＝n ΔΦΔtR Δt＝nΔΦR,ΔΦ＝BS －BScos π3＝12BS,代入电荷量方程得q ＝nBS 2R ＝1×10－2C.答案:(1)i ＝2πsin 100πt A (2)1×10－2C12．(14分)如图所示,理想变压器原线圈中输入电压U 1＝3 300 V,副线圈两端电压U 2为220 V,输出端连有完全相同的两个灯泡L 1和L 2,绕过铁芯的导线所接的电压表V 的示数U ＝2 V ．问:(1)原线圈n 1等于多少匝？(2)当开关S 断开时,电流表A 2的示数I 2＝5 A ．则电流表A 1的示数I 1为多少？ (3)当开关S 闭合时,电流表A 1的示数I 1′等于多少？ 解析:(1)由电压与变压器匝数的关系可得: U 1n 1＝U 2n 2＝U,则n 1＝1 650 匝． (2)当开关S 断开时,有: U 1I 1＝U 2I 2,I 1＝U 2I 2U 1＝13A(3)当开关S 断开时,有:R 1＝U 2I 2＝44 Ω.当开关S 闭合时,设副线圈总电阻为R′,有R′＝R 12＝22 Ω,副线圈中的总电流为I 2′＝U 2R′＝10 A ．由U 1I 1′＝U 2I 2′可知,I 1′＝U 2I 2′U 1＝23A. 答案:(1)1 650 匝 (2)13 A (3)23A13．(14分)一台小型发电机的最大输出功率为100 kW, 输出电压恒为500 V, 现用电阻率为 1.8× 10－8Ω·m ,横截面积为10－5m 2的输电线向4×103m 远处的用电单位输电,要使发电机满负荷运行时,输电线上的损失功率为发电机总功率的4%.问:(1)所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是多少？(2)如果用户用电器的额定电压为220 V,那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比是多少？ 解析:(1)导线电阻R 线＝ρ2lS 得R 线＝14.4 Ω.升压变压器原线圈电流I 1满足 P ＝U 1I 1,解得I 1＝200 A, 升压变压器副线圈电流I 2＝I 线,又I 2线R 线＝4%P, 解得I 2＝503 A,由I 1I 2＝n 2n 1,得n 1n 2＝112. (2)降压变压器的输入电压U 3满足 P －4%P ＝U 3I 线, 解得U 3＝5 760 V,因为输出电压U 4＝220 V,由U 3U 4＝n 3n 4得n 3n 4＝28811.答案:(1)1∶12 (2)288∶11。
训练2楞次定律[概念规律题组]1．关于决定感应电流方向的因素，以下说法中正确的是 (A．回路所包围的引起感应电流的磁场的方向B．回路外磁场的方向C．回路所包围的磁通量的大小D．回路所包围的磁通量的变化情况2．根据楞次定律知：感应电流的磁场一定 (A．阻碍引起感应电流的磁通量B．与引起感应电流的磁场方向相反C．阻碍引起感应电流的磁通量的变化D．与引起感应电流的磁场方向相同3．关于楞次定律，下列说法中正确的是 (A．感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相反B．感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相同C．感应电流的磁场方向与磁通量增大还是减小有关D．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化4.如图1所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一个磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ.在下列各过程中，一定能在轨道回路中产生感应电流的是 (图1A．ab向右运动，同时使θ角减小B．使磁感应强度B减小，θ角同时也减小C．ab向左运动，同时增大磁感应强度BD．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角(0°<θ<90°5.如图2所示，一对大磁极，中间处可视为匀强磁场，上、下边缘处为非匀强磁场，一矩形导线框abcd保持水平，从两磁极间中心上方某处开始下落，并穿过磁场，则 (A．线框中有感应电流，方向是先a→b→c→d→a后d→c→b→a→d 图2B．线框中有感应电流，方向是先d→c→b→a→d后a→b→c→d→aC．受磁场的作用，线框要发生转动D．线框中始终没有感应电流[方法技巧题组]6．如图3所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时 (A．圆环中磁通量不变，环上无感应电流产生B．整个环中有顺时针方向的电流图3C．整个环中有逆时针方向的电流D．环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流7.闭合线圈abcd在磁场中运动到如图4所示位置时，ab边受到的磁场力竖直向上，此线圈的运动情况可能是 (A．向右进入磁场B．向左移出磁场图4C．以ab为轴转动D．以cd为轴转动8.两根相互平行的金属导轨水平放置于图5所示的匀强磁场中，在导轨上与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动．当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法中正确的是 (A．导体棒CD内有电流通过，方向是D→C 图5B．导体棒CD内有电流通过，方向是C→DC．磁场对导体棒CD的作用力向左D．磁场对导体棒AB的作用力向右[创新应用题组]9．(2012·上海·26为判断线圈绕向，可将灵敏电流计G与线圈L连接，如图6所示．己知线圈由a端开始绕至b端：当电流从电流计G左端流入时，指针向左偏转．(1将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时，发现指针向左偏转．俯视线圈，其绕向为________(填：“顺时针”或“逆时针”．图6(2当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时，指针向右偏转．俯视线圈，其绕向为________(填：“顺时针”或“逆时针”．答案1．AD 2.C 3.CD 4．A5．D6．D7．B8．B9．(1顺时针(2逆时针。
物理选修3-2第五章交变电流第一节交变电流肥城市第六高级中学汪顺安●教学目标一、知识目标1.使学生理解交变电流的产生原理，知道什么是中性面.2.掌握交变电流的变化规律及表示方法.3.理解交变电流的瞬时值和最大值及中性面的准确含义.二、技能目标1.掌握描述物理量的三种基本方法（文字法、公式法、图象法）.2.培养学生观察能力，空间想象能力以及将立体图转化为平面图形的能力.3.培养学生运用数学知识解决物理问题的能力.三、情感态度目标培养学生理论联系实际的思想.●教学重点交变电流产生的物理过程的分析.●教学难点交变电流的变化规律及应用.●教学方法演示法、分析法、归纳法.●教学用具手摇单相发电机、小灯泡、示波器、多媒体教学课件、示教用大的电流表.●课时安排1课时●教学过程一、引入新课［师］出示单相交流发电机，引导学生首先观察它的主要构造.［演示］将手摇发电机模型与小灯泡组成闭合电路.当线框快速转动时，观察到什么现象?［生］小灯泡一闪一闪的.［师］再将手摇发电机模型与示教电流表组成闭合电路,当线框缓慢转动(或快速摆动)时,观察到什么?［生］电流表指针左右摆动.［师］线圈里产生的是什么样的电流？请同学们阅读教材后回答.［生］转动的线圈里产生了大小和方向都随时间做周期性变化的交变电流.［师］现代生产和生活中大都使用交流电.交流电有许多优点，今天我们学习交流电的产生和变化规律.二、新课教学1.交变电流的产生［师］为什么矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时线圈里能产生交变电流？［生］对这个问题有浓厚的兴趣,讨论热烈.［师］多媒体课件打出下图.当abcd线圈在磁场中绕OO′轴转动时,哪些边切割磁感线?［生］ab与cd.［师］当ab边向右、cd边向左运动时,线圈中感应电流的方向如何?［生］感应电流是沿着a→b→c→d→a方向流动的.［师］当ab边向左、cd边向右运动时,线圈中感应电流的方向如何?［生］感应电流是沿着d→c→b→a→d方向流动的.［师］正是这两种情况交替出现,在线圈中产生了交变电流.当线圈转到什么位置时,产生的感应电动势最大?［生］线圈平面与磁感线平行时,ab边与cd边线速度方向都跟磁感线方向垂直,即两边都垂直切割磁感线,此时产生感应电动势最大.［师］线圈转到什么位置时,产生的感应电动势最小?［生］当线圈平面跟磁感线垂直时,ab边和cd边线速度方向都跟磁感线平行,即不切割磁感线,此时感应电动势为零.［师］利用多媒体课件,屏幕上打出中性面概念:(1)中性面——线框平面与磁感线垂直位置.(2)线圈处于中性面位置时,穿过线圈Φ最大,但=0.(3)线圈越过中性面,线圈中I感方向要改变.线圈转一周,感应电流方向改变两次.2.交变电流的变化规律设线圈平面从中性面开始转动,角速度是ω.经过时间t,线圈转过的角度是ωt,ab边的线速度v的方向跟磁感线方向间的夹角也等于ωt,如右图所示.设ab边长为L1,bc边长L2,磁感应强度为B,这时ab边产生的感应电动势多大?［生］e ab=BL1vsinωt=BL1·ωsinωt=BL1L2sinωt［师］cd边中产生的感应电动势跟ab边中产生的感应电动势大小相同,又是串联在一起,此时整个线框中感应电动势多大?［生］e=e ab+e cd=BL1L2ωsinωt［师］若线圈有N匝时,相当于N个完全相同的电源串联,e=NBL1L2ωsinωt,令E m=NBL1L2ω,叫做感应电动势的最大值,e叫做感应电动势的瞬时值.请同学们阅读教材,了解感应电流的最大值和瞬时值.［生］根据闭合电路欧姆定律,感应电流的最大值I m=,感应电流的瞬时值i=I m s i nωt.［师］电路的某一段上电压的瞬时值与最大值等于什么?［生］根据部分电路欧姆定律,电压的最大值U m=I m R,电压的瞬时值U=U m sinωt.［师］电动势、电流与电压的瞬时值与时间的关系可以用正弦曲线来表示,如下图所示:3.几种常见的交变电波形三、小结本节课主要学习了以下几个问题：1.矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时，线圈中产生正弦式交变电流.2.从中性面开始计时，感应电动势瞬时值的表达式为e=NBSωs i nω t,感应电动势的最大值为E m=NBSω.3.中性面的特点：磁通量最大为Φm，但e=0.六、本节优化训练设计1.一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势E随时间t的变化如图所示，则下列说法中正确的是A.t1时刻通过线圈的磁通量为零B.t2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D.每当电动势E变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大2.一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/s.（1）写出感应电动势的瞬时值表达式.（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100 Ω，试写出通过负载的电流强度的瞬时表达式.在t= s时电流强度的瞬时值为多少？3.一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生交流电压为u=220s i n100πt V，则A.它的频率是50 HzB.当t=0时，线圈平面与中性面重合C.电压的平均值是220 VD.当t= s时，电压达到最大值4.交流发电机工作时的电动势的变化规律为e=E m s i nωt，如果转子的转速n提高1倍，其他条件不变，则电动势的变化规律将变化为A.e=E m s in2ωtB.e=2E m s in2ωtC.e=2E m s in4ωtD.e=2E m s inωt参考答案：1.D2.解析：因为电动势的最大值E m=311 V，角速度ω=100 π rad/s，所以电动势的瞬时值表达式是e=311s in100πt V.根据欧姆定律，电路中电流强度的最大值为I m= A=3.11 A，所以通过负载的电流强度的瞬时值表达式是i=3.11s in100πt A.当t= s时，电流的瞬时值为i=3.11s in(100π·)=3.11×A=1.55 A.3.ABD4.B四、作业问题与练习第3、4题五、板书设计●教后记注重与电磁感应的联系，重视交变电流产生的原理，多与现实生活和生产联系，并注重知识的灵活应用。
