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2019-2020年高中物理《交變電流》教案5 新人教版選修3-2 一、考綱要求 內(nèi) 容 要 求 說(shuō) 明 1．交變電流、交變電流的圖象 2．正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式，峰值和有效值 3．理想變壓器 4．遠(yuǎn)距離輸電 5．變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)、變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，電磁波及其傳播 6．電磁波的產(chǎn)生、發(fā)射和接收 7．電磁波譜 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ 二、知識(shí)網(wǎng)絡(luò) 第1講 交變電流的產(chǎn)生和描述 ★ 一、考情直播 1.考綱要求 考綱內(nèi)容 能力要求 考向定位 1．交變電流、交變電流的圖象 2．正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式，峰值和有效值 1．知道交變電流的產(chǎn)生及其原理 2．理解描述交變電流的物理量以及它們之間的關(guān)系、作用 3．掌握交變電流的變化規(guī)律及表示方法 新課標(biāo)考綱對(duì)本講知識(shí)均只做了Ⅰ級(jí)要求，較舊考綱而言降低了要求，原則上應(yīng)該不會(huì)出現(xiàn)難題、偏題．舊考綱中“正弦交變電流的圖象”在新考綱中表述為“交變電流的圖象”，則為圖象命題拓展了空間．已刪除的考點(diǎn)是“電感器、電容器對(duì)交變電流的影響”． 2．考點(diǎn)整合 考點(diǎn)1 交變電流及其產(chǎn)生 描述交變電流的物理量 1．交變電流： 和 都隨時(shí)間做周期性變化的電流即交變電流． 2．正（余）弦式交流電：交變電流的產(chǎn)生有很多形式．常見(jiàn)的正（余）弦式交變電流可由線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞 磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生．若從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)則產(chǎn)生 交變電流，從峰值面開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)則產(chǎn)生 交變電流 3．中性面與峰值面：當(dāng)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)至線(xiàn)圈平面垂直于磁感線(xiàn)位置時(shí)，各邊都不切割磁感線(xiàn)，線(xiàn)圈中沒(méi)有感應(yīng)電流，這個(gè)特定位置叫做 ．其特點(diǎn)是：與磁場(chǎng)方向垂直，線(xiàn)圈每次經(jīng)過(guò)該面感應(yīng)電流方向均發(fā)生改變．峰值面的特點(diǎn)是：磁通量為 ，但電動(dòng)勢(shì) ． 4．描述交變電流的“四值”： ①瞬時(shí)值： ，　（從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)） ②峰值： ， ③平均值： ，　 ④有效值：根據(jù)電流的 定義。 ，（正、余弦交流電） 5．周期和頻率： 周期， 頻率， 轉(zhuǎn)速． [特別提醒]：1．書(shū)寫(xiě)交變電流的表達(dá)式，一定要注意初始平面是中性面還是峰值面．若從中性面開(kāi)始，則為正弦函數(shù)，若從峰值面開(kāi)始，則為余弦函數(shù)。 2．只有正弦式效流電的峰值與有效值才有倍關(guān)系． 3．計(jì)算電量只能用平均值．而電容耐壓值對(duì)應(yīng)的是最大值． [例1]單匝矩形線(xiàn)圈abcd放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，ab=de=l1，ad=bc=l2，從圖示位置起以角速度繞不同轉(zhuǎn)軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則 （ ） A．以O(shè)O′為轉(zhuǎn)軸時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) B．以O(shè)1O1′為轉(zhuǎn)軸時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) C．以O(shè)O′為轉(zhuǎn)軸時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) D．以O(shè)O′為轉(zhuǎn)軸或以ab為轉(zhuǎn)軸時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) [解析] 以O(shè)O′為轉(zhuǎn)軸時(shí)，圖示位置相當(dāng)于是峰值面，根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式可知，則C對(duì)A錯(cuò)。再根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系可知D選項(xiàng)正確。若線(xiàn)圈以O(shè)1O1′為轉(zhuǎn)軸，則線(xiàn)圈磁通量變化始終為零，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。 【答案】C、D [規(guī)律總結(jié)] 交變電流的產(chǎn)生與線(xiàn)圈平面初始位置有關(guān)，因此書(shū)寫(xiě)表達(dá)式時(shí)首先要看清初始位置。若線(xiàn)圈平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向平行，則不會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。 [例2] 交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有n匝線(xiàn)圈，每匝線(xiàn)圈所圍面積為S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω，線(xiàn)圈內(nèi)電阻為r，外電路電阻為R．當(dāng)線(xiàn)圈由圖13-1-1中實(shí)線(xiàn)位置第一次勻速轉(zhuǎn)動(dòng)90到達(dá)虛線(xiàn)位置過(guò)程中，求：⑴通過(guò)R的電荷量q為多少？⑵R上產(chǎn)生電熱QR為多少？⑶外力做的功W為多少？ [解析] ⑴由電流的定義，計(jì)算電荷量應(yīng)該用平均值：即，而，故． ⑵求電熱應(yīng)該用有效值，先求總電熱Q，再按照內(nèi)外電阻之比求R上產(chǎn)生的電熱QR． ， ⑶根據(jù)能量守恒，外力做功的過(guò)程是機(jī)械能向電能轉(zhuǎn)化的過(guò)程，電流通過(guò)電阻，又將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即放出電熱．因此．　 【答案】⑴ ⑵ ⑶ [規(guī)律總結(jié)] 要掌握交變電流“四值”的意義：計(jì)算電量只能用平均值．計(jì)算電功、電功率、電熱等與熱效應(yīng)有關(guān)的量必須用有效值．而電壓表、電流表所能測(cè)量到的也是有效值． 考點(diǎn)2 交變電流的圖象 1．根據(jù)圖象的意義，從圖象的縱坐標(biāo)軸上可以直接讀出交變電流的 ，從圖象的橫坐標(biāo)軸上可以直接讀出交變電流的 ，從而可推導(dǎo)角速度及頻率． 2．周期與角速度、頻率的關(guān)系是 。交變電流的頻率與線(xiàn)圈的 相等。 3．圖象本身則體現(xiàn)了函數(shù)關(guān)系，反映了交變電流的瞬時(shí)變化關(guān)系，故圖線(xiàn)本身是書(shū)寫(xiě)交變電流瞬時(shí)表達(dá)式的依據(jù)。 [例3] （xx佛山模擬）電阻為1Ω的矩形線(xiàn)圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的圖象如圖所示．現(xiàn)把交流電加在電阻為9Ω的電熱絲上，下列判斷正確的是（ ） A．線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω＝100 rad/s B．在t＝0.01s時(shí)刻，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量最大 C．電熱絲兩端的電壓 D．電熱絲此時(shí)的發(fā)熱功率P＝1800 W [解析] 由圖可以看出該交變電流的周期，則角速度，A錯(cuò)。t＝0.01s時(shí)刻，電壓達(dá)到最大，則此時(shí)磁通量變化率最大，磁通量為零，B錯(cuò)。 電熱絲兩端電壓為路端電壓，則C錯(cuò)。根據(jù)電功率公式可知D正確。 【答案】D [規(guī)律總結(jié)]弄清圖象與瞬時(shí)表達(dá)式的關(guān)系是處理圖象問(wèn)題的要點(diǎn)此外，由圖象直接可以看出周期與峰值。要注意交變電動(dòng)勢(shì)、電流實(shí)際上還是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，取決于磁通量的變化率，因此，與磁通量、磁感應(yīng)強(qiáng)度的圖象是互余的關(guān)系。 ★ 高考重點(diǎn)熱點(diǎn)題型探究 熱點(diǎn)1 交變電流的圖象 e/V t/s 20 －20 0 0.125 0.250 [真題1] 小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如圖所示，此線(xiàn)圈與一個(gè)R＝10Ω的電阻構(gòu)成閉合電路，不計(jì)電路的其他電阻，下列說(shuō)法正確的是（ ） A．交變電流的周期為0.125 B．交變電流的頻率為8Hz C．交變電流的有效值為A D．交變電流的最大值為4A [解析] 由e－t圖像可知，交變電流電流的周期為0.25s，故頻率為4Hz，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。根據(jù)歐姆定律可知交變電流的最大值為2A，故有效值為A，選項(xiàng)C正確。 【答案】C [名師指引] 用交變電流的圖象能夠較全面的考查描述交變電流和各物理量，還可以結(jié)合交變電流的產(chǎn)生、變壓器、電阻定律等命題，因此倍受命題專(zhuān)家的青睞。遇到此類(lèi)問(wèn)題，考生應(yīng)盡量先寫(xiě)出交變電流的表達(dá)式，然后才進(jìn)一步作答。 [新題導(dǎo)練] （xx廣州天河區(qū)模擬）e/V t/s O 1 -1 0.1 0.2 0.3 矩形金屬線(xiàn)圈共10匝，繞垂直磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線(xiàn)圈中產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的情況如圖2所示.下列說(shuō)法中正確的是（ ） A.此交流電的頻率為0.2Hz B.此交流電動(dòng)勢(shì)的有效值為1V 圖2 C.t=0.1s時(shí)，線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向平行 D.線(xiàn)圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中穿過(guò)線(xiàn)圈的最大磁通量為Wb ★搶分頻道 限時(shí)基礎(chǔ)訓(xùn)練卷 1．如圖所示，一單匝閉合線(xiàn)框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程線(xiàn)框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為e=0.5sin20t(V)，由該表達(dá)式可推知以下哪些物理量？ A．勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B．線(xiàn)框的面積 C．穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量的最大值 D．線(xiàn)框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 2．如圖甲，單匝矩形線(xiàn)圈的一半放在具有理想邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線(xiàn)圈軸線(xiàn)OO′與磁場(chǎng)邊界重合，線(xiàn)圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，t=0時(shí)刻線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，規(guī)定電流方向沿abcda為正方向，則線(xiàn)圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象是圖乙中的哪一個(gè)？（ ） 3．（xx廣州越秀區(qū)）某交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與時(shí)間的關(guān)系如圖所示．如果此線(xiàn)圈和一個(gè) R ＝ l00Ω 的電阻構(gòu)成閉合電路，不計(jì)電路的其它電阻，下列說(shuō)法中正確的是（ ） A．交變電流的周期為0 . 04s B．電阻 R 兩端的最大電壓是 l00V C．交變電流的有效值為 1A D．交變電流的最大值為 1A 4．一個(gè)矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)為.關(guān)于這個(gè)交變電流,下列說(shuō)法中正確的是( ) A.交變電流的頻率為100Hz B.電動(dòng)勢(shì)的有效值為220V C.電動(dòng)勢(shì)的峰值約為311V D.t=0時(shí),線(xiàn)圈平面與中性面垂直 5．電阻R1、R2交流電源按照?qǐng)D13-1-15甲所示方式連接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω．合上開(kāi)關(guān)后S后，通過(guò)電阻R2的正弦交變電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖13-1-15乙所示．則( ) A．通過(guò)R1的電流的有效值是1.2 A B．R1兩端的電壓有效值是6 V C．通過(guò)R2的電流的有效值是A D．R2兩端的電壓有效值是V 6.（xx山東煙臺(tái)）把一只電熱器接到100V的直流電源上時(shí)，在時(shí)間t內(nèi)能產(chǎn)生熱量Q，若將它接到u=100sinωt（V）的交流電源上，仍要產(chǎn)生熱量Q，則所需的時(shí)間為 ( ) A.t B.2t C.t D.4t 7．長(zhǎng)為a、寬為b的矩形線(xiàn)框有n匝，每匝線(xiàn)圈電阻為R如圖所示，對(duì)稱(chēng)軸MN的左側(cè)個(gè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，第一次將線(xiàn)框從磁場(chǎng)中以速度v勻速拉出；第二次讓線(xiàn)框以的角速度轉(zhuǎn)過(guò)90角那么（ ） A．通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)橫截面的電量q1：q2=1：n B．通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)橫截面的電量q1：q2=1：1 C．線(xiàn)框發(fā)熱功率P1：P2=2n：1 D．線(xiàn)框發(fā)熱功率P1：P2=2：1 8．（xx茂名一模）如圖表示一交變電流隨時(shí)間而變化的圖象，則此交變電流的（ ） A．電流的最大值為A B．電流有效值為5A C．周期為0.2s D．頻率為50Hz 9．如圖13-1-11所示為電熱毯電路示意圖，交流電壓u =311sinl00πt(v)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通時(shí)．電熱絲的電功率為P0；下列說(shuō)法正確的是（ ） A．開(kāi)關(guān)接通時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為220V B．開(kāi)關(guān)接通時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為311V C.開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為311V，電熱絲功率為P0/2 D．開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，交流電壓表的讀數(shù)為156V，電熱絲功率為P0/2 10．平行板間加如圖4（a）所示周期變化的電壓，重力不計(jì)的帶電粒子靜止在平行板中央，從t=0時(shí)刻開(kāi)始將其釋放，運(yùn)動(dòng)過(guò)程無(wú)碰板情況圖4（b）中，能定性描述粒子運(yùn)動(dòng)的速度圖象正確的是 ( ) 基礎(chǔ)提升訓(xùn)練 1．如圖13-1-7所示，矩形線(xiàn)圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中可以分別繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸P1和P2以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)線(xiàn)圈平面轉(zhuǎn)到與磁場(chǎng)方向平行時(shí)（ ） A．線(xiàn)圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流等于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電流 B．線(xiàn)圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì)小于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電動(dòng)勢(shì) C．線(xiàn)圈繞P1和P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電流的方向相同，都是a→b→c→d D．線(xiàn)圈繞P1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力大于繞P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)dc邊受到的安培力 2．處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的矩形線(xiàn)圈abcd，以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動(dòng)，磁場(chǎng)方向平行于紙面并與ab垂直在t＝0時(shí)刻，線(xiàn)圈平面與紙面重合（如圖），線(xiàn)圈的cd邊離開(kāi)紙面向外運(yùn)動(dòng)若規(guī)定由a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正，則能反映線(xiàn)圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖線(xiàn)是（ ） a b c d B A B C D 3．（xx天津調(diào)研）如圖所示，交流發(fā)電機(jī)線(xiàn)圈的面積為 0.05m2，共100匝，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為T(mén)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，以rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，電阻R1和R2的阻值均為50Ω，線(xiàn)圈的內(nèi)阻忽略不計(jì)，若從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，則（ ） A．線(xiàn)圈中的電動(dòng)勢(shì)為e＝50sin10t V B．電壓表的示數(shù)為V C．電流表的示數(shù)為A D．R1上消耗的電功率為 50 W 4．一個(gè)矩形線(xiàn)圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的交流電e=220sin100πt(V)，那么（ ） A．該交流電的頻率是100Hz B．當(dāng)t=0時(shí)，通過(guò)線(xiàn)圈的磁通量恰好為零 C．當(dāng)s時(shí)，e有最大值 D．該交流電電動(dòng)勢(shì)的有效值是V 5．（xx華師附中）如圖甲所示電路，電阻R的阻值為50Ω，在ab間加上圖乙所示的正弦交流電，則下面說(shuō)法中正確的的是 BCD A．產(chǎn)生該交流電的線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為 3.14rad/s B．如果產(chǎn)生該交流電的線(xiàn)圈轉(zhuǎn)速提高一倍，則電 流表的示數(shù)也增大一倍 C．交流電壓的有效值為100V D．電流表示數(shù)為2A 6．一交流電壓的圖象如圖所示，將該交流電壓加在一電阻兩端，下列說(shuō)法正確的是（ ） A．該交流電壓的頻率為50Hz B．流過(guò)電阻的電流方向每秒鐘改變50次 C．并聯(lián)在該電阻兩端的交流電壓表的示數(shù)為110V D．該交流電壓的瞬時(shí)表達(dá)式為 (V) 6．A、C、D[由橫坐標(biāo)軸可以看出周期為，則頻率，故A選項(xiàng)正確。電流的方向在每個(gè)周期內(nèi)改變2次，則每秒鐘改變100次，B選項(xiàng)不正確。由縱坐標(biāo)軸可以看出電壓的最大值是，則電壓表的讀數(shù)即電壓的有效值，C選項(xiàng)正確。圖示為正弦式交變電流，可知D選項(xiàng)正確] 7． 阻值為的電阻上通以交變電流，其i~t關(guān)系如圖，則在0~1s內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱量為（ ） A．1J B．15J C．2J D．28J 8．如圖13-1-9所示,一臺(tái)模型發(fā)電機(jī)的電樞是矩形導(dǎo)線(xiàn)框abcd，其ab和cd邊長(zhǎng)為L(zhǎng)1=0.4m，ad和bc邊長(zhǎng)L2=0.2m，匝數(shù)為n=100，它在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞通過(guò)線(xiàn)框?qū)ΨQ(chēng)中心線(xiàn)，且垂直于磁場(chǎng)方向的軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),電壓表的示數(shù)為V．開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，外電路上標(biāo)有“10 V、10W”的燈泡恰好正常發(fā)光．求：（1）導(dǎo)線(xiàn)框abcd在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度?（2）S閉合后,當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)框從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)θ=600過(guò)程中通過(guò)燈泡的電荷量．（計(jì)算結(jié)果保留二位有效數(shù)字） 8．兩導(dǎo)軌和互相平行，相距，固定在水平面內(nèi)，其電阻可忽略不計(jì)， 是一電阻等于的金屬桿，它的兩端分別與和保持良好接觸，又能無(wú)摩擦的滑動(dòng)．導(dǎo)軌和金屬桿均處于磁感強(qiáng)度的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向如圖13-1-16所示．導(dǎo)軌左邊與滑動(dòng)變阻器（最大阻值）相連，．在時(shí)刻，金屬桿由靜止開(kāi)始向右運(yùn)動(dòng)，其速度隨時(shí)間t變化的關(guān)系為．求： （1）桿產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的關(guān)系式． （2）在1min內(nèi)最多能夠產(chǎn)生多少熱量？ 10．如圖所示，兩根不計(jì)電阻的傾斜平行導(dǎo)軌與水平面的夾角θ=37o ，底端接電阻R=1.5Ω.金屬棒a b的質(zhì)量為m=0.2kg.電阻r=0.5Ω，垂直擱在導(dǎo)軌上由靜止開(kāi)始下滑，金屬棒a b與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.25，虛線(xiàn)為一曲線(xiàn)方程y=0.8sin(x)m與x軸所圍空間區(qū)域存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T，方向垂直于導(dǎo)軌平面向上（取g=10m/s2,sin37o=0.6,cos37o=0.8）.求： （1）.當(dāng)金屬棒a b下滑的速度為m/s 時(shí)，電阻R的電功率是多少？ （2）當(dāng)金屬棒a b運(yùn)動(dòng)到Xo=6 m處時(shí)，電路中的瞬時(shí)電功率為0.8w，在這一過(guò)程中，安培力對(duì)金屬棒a b做了多少功？ 能力提高訓(xùn)練 1．a(chǎn) b c d B O O/ a b B (c) (d) 45 a b 如圖a所示，一矩形線(xiàn)圈abcd放置在勻 強(qiáng)磁場(chǎng) 中，并繞過(guò)ab、cd中點(diǎn)的軸OO′以角速度逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。若以線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)夾角時(shí)（如圖b）為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時(shí)電流方向?yàn)檎?。則下列四幅圖中正確的是（ ） i/A ωt/rad π 2π π － 2 － π 2 3 － π 2 － 0 A ωt/rad i/A π 2π π － 2 － π 2 3 － π 2 － 0 B ωt/rad － π 2 － i/A π 2π π － 2 － π 2 3 0 C i/A ωt/rad π 2π π － 2 － π 2 3 － π 2 － 0 D 2．如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線(xiàn)圈abcd 其匝數(shù)為n總電阻為r外電路的 電阻為R，ab的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線(xiàn)OO/ 恰好位于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界線(xiàn)上，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若線(xiàn)圈從圖示位置開(kāi)始，以角速度ω繞OO/軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則以下判斷中正確的是（ ） A．閉合電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式e = nBL2ωsinωt B．在t = 時(shí)刻，磁場(chǎng)穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量為零，但此時(shí)磁通量隨時(shí)間變化最快 C．從t =0 時(shí)刻到t = 時(shí)刻，電阻R上產(chǎn)生的熱量為 D．從t =0 時(shí)刻到t = 時(shí)刻，通過(guò)R的電荷量q = 3．將硬導(dǎo)線(xiàn)中間一段折成不封閉的正方形，每邊長(zhǎng)為l，它在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向如圖13-1-10的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為n，導(dǎo)線(xiàn)在a、b兩處通過(guò)電刷與外電路連接，外電路有額定功率為P的小燈泡并正常發(fā)光，電路中除燈泡外，其余部分的電阻不計(jì)，燈泡的電阻應(yīng)為（ ） A. (2πl(wèi)2nB)2/P B.2(πl(wèi)2nB)2/P C.(l2nB)2/2P D.(l2nB)2/P 4．讓匝數(shù)為100匝的閉合矩形線(xiàn)圈繞某垂直磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈內(nèi)可產(chǎn)生如圖所示的交流電，由該圖象可計(jì)算出（ ） A．該交流電壓的有效值為10V B．該交流電變化頻率為25Hz C．矩形線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為50πrad/s D．矩形線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，穿過(guò)線(xiàn)圈平面的最大磁通量為wb 5．為某型號(hào)電熱毯的電路圖，將電熱絲接在u＝156sin120πt V的電源上，電熱毯被加熱到一定溫度后，由于P的作用使輸入的正弦交流電僅有半個(gè)周期能夠通過(guò)，即電壓變?yōu)閳Db所示波形，從而進(jìn)入保溫狀態(tài).則此時(shí)交流電壓表（ ） A. 測(cè)量的是電壓的最大值,讀數(shù)是156V B．測(cè)量的是電壓的有效值,讀數(shù)是110V C．測(cè)量的是電壓的有效值,讀數(shù)是78 V D．測(cè)量的是電壓的有效值,讀數(shù)是55 V 6．兩個(gè)相同的環(huán)形金屬線(xiàn)圈A、B靠近且同軸放置，如圖13-1-14甲所示．線(xiàn)圈A中通以如圖13-1-14所示的交變電流，則下列說(shuō)法中不正確的是（?。? A．在tl～t2時(shí)間內(nèi)兩線(xiàn)圈互相吸引 B．在t2～t3時(shí)間內(nèi)兩線(xiàn)圈互相排斥 C．在tl時(shí)刻兩線(xiàn)圈間的作用力為零 D．在t2時(shí)刻兩線(xiàn)圈間的作用力最大 7．用單位長(zhǎng)度電阻為的導(dǎo)線(xiàn)繞制一個(gè)n=100匝、邊長(zhǎng)a=0.20m的正方形線(xiàn)圈，線(xiàn)圈兩端與阻值的電阻連接構(gòu)成閉合回路，如圖13-1-17甲所示．線(xiàn)圈處在均勻磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線(xiàn)圈平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖13-1-17乙所示．求：（1）在0～s時(shí)間內(nèi)，通過(guò)電阻R的電荷量；（2）1min內(nèi)電流通過(guò)電阻R所產(chǎn)生的熱量；（3）線(xiàn)圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值． 8．如下圖甲所示，邊長(zhǎng)為和L的矩形線(xiàn)框、互相垂直，彼此絕緣，可繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將兩線(xiàn)框的始端并在一起接到滑環(huán)C上，末端并在一起接到滑環(huán)D上，C、D彼此絕緣，外電路通過(guò)電刷跟C、D連接，線(xiàn)框處于磁鐵和圓柱形鐵芯之間的磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)邊緣中心的張角為450，如下圖乙所示(圖中的圓表示圓柱形鐵芯，它使磁鐵和鐵芯之間的磁場(chǎng)沿半徑方向，如圖箭頭方向所示)．不論線(xiàn)框轉(zhuǎn)到磁場(chǎng)中的什么位置，磁場(chǎng)的方向總是沿著線(xiàn)框平面．磁場(chǎng)中長(zhǎng)為的線(xiàn)框邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B，設(shè)線(xiàn)框和的電阻都是r，兩個(gè)線(xiàn)框以角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，電阻R=2r (1)求線(xiàn)框轉(zhuǎn)到如乙圖所示位置時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大??；(2)求轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中電阻R上電壓的最大值；(3)從線(xiàn)框進(jìn)入磁場(chǎng)開(kāi)始計(jì)時(shí)，作出0～T(T是線(xiàn)框轉(zhuǎn)動(dòng)周期)的時(shí)間內(nèi)通過(guò)R的電流隨時(shí)間變化的圖象；(4)求在外力驅(qū)動(dòng)下兩線(xiàn)框轉(zhuǎn)動(dòng)一周所做的功． 9．如圖13-1-18甲所示，真空中兩水平放置的平行金屬板C、D，上面分別開(kāi)有正對(duì)的小孔O1和O2，金屬板C、D接在正弦交流電源上，C、D兩板間的電壓UCD隨時(shí)間t變化的圖線(xiàn)如圖13-1-18乙所示．t＝0時(shí)刻開(kāi)始，從C板小孔O1處連續(xù)不斷飄入質(zhì)量為m＝3.210－21kg、電荷量q＝1.610－15C的帶正電的粒子（設(shè)飄入速度很小，可視為零）．在D板外側(cè)有以MN為邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，MN與金屬板C相距d＝10cm，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的大小為B＝0.1T，方向如圖中所示，粒子的重力及粒子間相互作用力不計(jì)，平行金屬板C、D之間的距離足夠小，粒子在兩板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間可忽略不計(jì)．求：（1）帶電粒子經(jīng)小孔O2進(jìn)入磁場(chǎng)后，能飛出磁場(chǎng)邊界MN的最小速度為多大？（2）從0到0.04s末時(shí)間內(nèi)哪些時(shí)刻飄入小孔O1的粒子能穿過(guò)電場(chǎng)并飛出磁場(chǎng)邊界MN？（3）以O(shè)2為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，在圖甲中畫(huà)出粒子在有界磁場(chǎng)中可能出現(xiàn)的區(qū)域（用斜線(xiàn)標(biāo)出），并標(biāo)出該區(qū)域與磁場(chǎng)邊界交點(diǎn)的坐標(biāo)．要求寫(xiě)出相應(yīng)的計(jì)算過(guò)程 10．如圖6所示，真空中相距d＝5cm的兩塊平行金屬板A、B與電源連接（圖中未畫(huà)出），其中B板接地（電勢(shì)為零），A板電勢(shì)變化的規(guī)律如圖所示．將一個(gè)質(zhì)量kg，電量q＝+1.610-19 C的帶電粒子從緊臨B板處釋放，不計(jì)重力．求（1）在t＝0時(shí)刻釋放該帶電粒子，釋放瞬間粒子加速度的大??；（2）若A板電勢(shì)變化周期T＝1.010-5 s，在t＝0時(shí)將帶電粒子從緊臨B板處無(wú)初速釋放，粒子達(dá)到A板時(shí)動(dòng)量的大??；（3）A板電勢(shì)變化頻率多大時(shí)，在到時(shí)間內(nèi)從緊臨B板處無(wú)初速釋放該帶電粒子，粒子不能到達(dá)A板． 參考答案 ◇考情直播 考點(diǎn)整合 考點(diǎn)1交變電流及其產(chǎn)生 描述交變電流的物理量 1．強(qiáng)弱、方向 2．垂直于、正弦式、余弦式 3．中性面、零、最大 4．①、②、③、④熱效應(yīng)、 考點(diǎn)2 交變電流的圖象 1．峰值、周期 2．、、轉(zhuǎn)速 ★ 高考重點(diǎn)熱點(diǎn)題型探究 [新題導(dǎo)練] D [由圖象查以看出，該交變電流的峰值為1V，則其有效值為，B錯(cuò)。其周期為0.2s，則其頻率為5Hz，A錯(cuò)。t=0.1s時(shí)，電動(dòng)勢(shì)為零，為中性面，線(xiàn)圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，C錯(cuò)。] ★搶分頻道 限時(shí)基礎(chǔ)訓(xùn)練卷 1．C、D [由及e=0.5sin20t可知rad/s，Wb] 2．A [產(chǎn)生余弦式交流電] 3．A、D [最大電壓為100V，交變電流的有效值為/2 A] 4．B、C [根據(jù)比較判斷] 5．B [] 6. B [熱效應(yīng)對(duì)應(yīng)交變電流的有效值] 7．B、D[電量取決于，熱功率取決于有效值] 8．ABC［根據(jù)有效值的定義，有］ 9．A、D [ 電表測(cè)量到有效值，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)每個(gè)周期只有一半時(shí)間通電] 10．A [由于交變電流在一個(gè)周期內(nèi)只是電流方向發(fā)生改變而大小未變,故粒子先勻加速運(yùn)動(dòng)、后勻減速運(yùn)動(dòng),周期內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向未發(fā)生改變.] 基礎(chǔ)提升訓(xùn)練 1．A[圖示為峰值面，由可知電動(dòng)勢(shì)大小與轉(zhuǎn)軸所在位置無(wú)關(guān)，則可判斷 A對(duì)而B(niǎo)、D錯(cuò)．再結(jié)合楞次定律知C錯(cuò)] 2．C [圖為峰值面,故得到余弦函數(shù).由楞次定律可知開(kāi)始時(shí)電流方向?yàn)檎齗 3．C 4．C[頻率是50Hz，t=0時(shí)磁通量最大，有效值為220V] 5．C [ rad/s] 6．D [峰值對(duì)應(yīng)峰值面磁通量為零，而電流為零對(duì)應(yīng)中性面磁通量最大．從A到B轉(zhuǎn)過(guò)] 7．D 8．（1）ω=12.5 rad/s (2)Q=5.71O-2 C [要通過(guò)電壓及電流的有效值計(jì)算回路總電阻] 9．（1）（2）[滑片觸頭移至最上端時(shí)R2功率最大] 10．（1） PR=0.06w （2）W安 = 3.8 J 能力提高訓(xùn)練 1．D [從a圖可看出線(xiàn)圈從垂直于中性面開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，由楞次定律可判斷，初始時(shí)刻電流方向?yàn)閎到a，故瞬時(shí)電流的表達(dá)式為i=－imcos（+ωt），則圖像為D圖像所描述。平時(shí)注意線(xiàn)圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式的理解。] 2．BCD [磁通量的變化與匝數(shù)無(wú)關(guān)，計(jì)算熱量要用有效值，而算電量才用平均值．] 3．B [由，，可得R=2(πl(wèi)2nB)2/P] 4．ABC 5．C[取一個(gè)周期計(jì)算有效值,一個(gè)周期包括一段波及一段空] 6．D [根據(jù)楞次定律及電流的相互作用關(guān)系判斷] 7．（1）在0～s時(shí)間內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 通過(guò)電阻R的電流 所以在0—t1時(shí)間內(nèi)通過(guò)R的電荷量q=I1t1=1.010-2C （2）在一個(gè)周期內(nèi)，電流通過(guò)電阻R產(chǎn)生熱量 在1.0 min內(nèi)電阻R產(chǎn)生的熱量為 （3）設(shè)感應(yīng)電流的有效值為I，則一個(gè)周期內(nèi)電流產(chǎn)生的熱量 解得（或0.577A） 8．(1)不管轉(zhuǎn)到何位置，磁場(chǎng)方向、速度方向都垂直，所以有 (2)在線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，只有一個(gè)線(xiàn)框產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)電源，另一線(xiàn)框與電阻R并聯(lián)組成外電路，故，， (3)流過(guò)R的電流 圖象如圖所示。 (4)每個(gè)線(xiàn)圈作為電源時(shí)產(chǎn)生的功率為` 根據(jù)能量守恒定律得兩個(gè)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周外力所做的功為 9．（1）設(shè)粒子飛出磁場(chǎng)邊界MN的最小速度為v0，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)半徑為R0，根據(jù)洛倫茲力提供向心力知： qv0B＝mv02/R0 要使粒子恰好飛出磁場(chǎng)，據(jù)圖有：R0＝d 所以最小速度 v0＝qBd/m＝5103m/s （2）由于C、D兩板間距離足夠小，帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間可忽略不計(jì)，故在粒子通過(guò)電場(chǎng)過(guò)程中，兩極板間電壓可視為不變，CD間可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)。要使粒子能飛出磁場(chǎng)邊界MN，則進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度必須大于v0，粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)CD板對(duì)應(yīng)的電壓為U0，則根據(jù)動(dòng)能定理知： qU0＝mv02/2 得：U0＝mv02/(2q)＝25V 因?yàn)殡姾蔀檎Ｗ?，因此只有電壓在?5V～－50V時(shí)進(jìn)入電場(chǎng)的粒子才能飛出磁場(chǎng)。 根據(jù)電壓圖像可知：UCD＝50sin50πt，－25V電壓對(duì)應(yīng)的時(shí)間分別為：7/300s和11/300s，所以粒子在0到0.04s內(nèi)能夠飛出磁場(chǎng)邊界的時(shí)間為7/300s≥t≥11/300s （3）設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最大速度為vm，對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)半徑為Rm，Um＝50V，則有： qUm＝mvm2/2 ，qvmB＝mvm2/Rm ，Rm≈0.14m 粒子飛出磁場(chǎng)邊界時(shí)相對(duì)小孔向左偏移的最小距離為： x＝Rm－(Rm2－d2)1/2=0.1(21/2－1)m≈0.04m 因此，粒子能到達(dá)的區(qū)域如圖所示：其中弧PBO2是以d為半徑的半圓，弧O2A是以Rm為半徑的圓弧。與磁場(chǎng)邊界交點(diǎn)的坐標(biāo)分別為： O2（０，０） A：（－0.04m，0.1m）；　?。?分） B：（－0.1m，0.1m）　　?。?分） P：（－0.2m，0）　　　　?。?分） 畫(huà)圖正確給1分 未標(biāo)O2（０，０）的不扣分 10．（1）電場(chǎng)強(qiáng)度①，帶電粒子所受電場(chǎng)力②，由牛頓第二定律有：③ 聯(lián)立解得，時(shí)， （2）粒子在0~時(shí)間內(nèi)走過(guò)的距離為④ 故帶電粒子在t=時(shí)，恰好到達(dá)A板，根據(jù)動(dòng)量定理，此時(shí)粒子動(dòng)量⑤ （3）帶電粒子在~t=向A板做勻加速運(yùn)動(dòng)，在~t=向A板做勻減速運(yùn)動(dòng)，速度減為零后將返回。粒子向A 板運(yùn)動(dòng)可能的最大位移⑥，要求粒子不能到達(dá)A板，應(yīng)滿(mǎn)足 ⑦由⑧，電勢(shì)變化頻率應(yīng)滿(mǎn)足Hz