《（浙江專版）2018-2019學年高中物理 第五章 章末小結(jié)與測評講義（含解析）新人教版選修3-2.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（浙江專版）2018-2019學年高中物理 第五章 章末小結(jié)與測評講義（含解析）新人教版選修3-2.doc（12頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

章末小結(jié) 交變電流的產(chǎn)生與描述 1．交變電流的產(chǎn)生與描述，主要考查正弦式交變電流產(chǎn)生的原理，磁通量隨時間變化的圖象和感應電流隨時間變化的圖象及其對應關(guān)系，交變電流的表達式中含有交變電流的大小、相位、周期和頻率等量，其中一個量的改變都會引起表達式的改變，通?？疾楸磉_式是正弦形式還是余弦形式的確定、峰值大小和角速度大小等。 2．線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電流為正余弦交變電流。當線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的電流為正弦圖象(此時磁通量最大，產(chǎn)生的電動勢最小)，當線圈從垂直于中性面的位置開始轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的電流為余弦圖象(此時磁通量最小，產(chǎn)生的電動勢最大)。產(chǎn)生正弦式交變電流的過程中，穿過回路的磁通量與產(chǎn)生的感應電流大小間的變化趨勢恰好是相反的；特別注意中性面，這個位置是感應電流方向改變的位置。 [典例1]　(多選)圖甲是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，為交流電流表。線圈繞垂直于磁場方向的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時，產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖象如圖乙所示，以下判斷正確的是(　　) A．電流表的示數(shù)為10 A B．線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50π rad/s C．0.01 s時線圈平面與磁場方向平行 D．0.02 s時電阻R中電流的方向自右向左 [解析]　　由題圖乙可知交流電電流的最大值是Im＝10 A，周期T＝0.02 s，由于電流表的示數(shù)為有效值，故示數(shù)I＝＝10 A，選項A正確；角速度ω＝＝100π rad/s，選項B錯誤；0.01 s時線圈中的感應電流達到最大，感應電動勢最大，則穿過線圈的磁通量變化最快，磁通量為0，故線圈平面與磁場方向平行，選項C正確；由楞次定律可判斷出0.02 s時流過電阻的電流方向自左向右，選項D錯誤。 [答案]　　AC 1．瞬時值 反映的是不同時刻交流電的大小和方向，瞬時值是時間的函數(shù)，正弦交流電瞬時值表達式為：e＝Emsin ωt，i＝Imsin ωt，此式表示從線圈位于中性面開始計時。 2．最大值 線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的交變電流的電動勢，其最大值Em＝nBSω，在考慮電容器的耐壓值時，應根據(jù)交流電的最大值。 3．有效值 根據(jù)電流的熱效應來規(guī)定，讓交變電流和恒定電流通過相同阻值的電阻，如果它們在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則這個恒定電流I、電壓U叫做這個交變電流的有效值。利用I＝、U＝、E＝計算有效值，只適用于正(余)弦式交流電。 4．平均值 平均值需要用＝n 和＝計算，求一段時間內(nèi)通過橫截面的電量時要用平均值。 計算通過電路橫截面的電荷量q＝t＝t＝n。 5．最大值、瞬時值、有效值和平均值的應用 (1)求電功、平均電功率以及確定保險絲的熔斷電流等物理量時，要用有效值計算。 (2)求一段時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量時要用平均值，q＝t＝t＝n。 (3)在計算電容器的耐壓值時，要用交流電的最大值。 (4)計算線圈某一時刻的受力情況時要用瞬時值。 [典例2]　(北京高考)一個小型電熱器若接在輸出電壓為10 V的直流電源上，消耗電功率為P；若把它接在某個正弦交流電源上，其消耗的電功率為。如果電熱器電阻不變，則此交流電源輸出電壓的最大值為(　　) A．5 V　　　　　　　　 B．5V C．10 V D．10V [解析]　設(shè)電熱器電阻為R，正弦交流電源的電壓有效值為U效，接10 V直流電源時，P＝①；接交流電源時，＝②，聯(lián)立①②得U效＝5 V，故最大值Um＝U效＝10 V，C選項正確。 [答案]　C 交變電流的圖象及應用 交變電流的圖象反映了交流電動勢(電流)隨時間的變化規(guī)律，對于正弦交變電流，可以從圖象中獲取如下信息： 1．交變電流的周期(T) 一個完整的正弦波對應的時間段。知道了周期便可以算出線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω＝2π/T。 2．交變電流的最大值(Em，Im) 3．任意時刻交變電流的瞬時值 圖象上每個“點”表示某一時刻交變電流的瞬時值。 4．交流電圖象問題的分析方法 (1)分析要點：一看、二變、三判 一看：看“軸”、看“線”、看“斜率”、看“截距”、看“面積”、看“拐點”，并理解其物理意義。 二變：掌握“圖與圖”、“圖與式”和“圖與物”之間的變通關(guān)系。 三判：在此基礎(chǔ)上進行正確的分析和判斷。 (2)對于正弦交變電流的變化規(guī)律，不應只從其隨時間按正弦規(guī)律變化這一點去認識，還應看到交流電動勢隨線圈在勻強磁場中空間位置的變化而變化，隨線圈的磁通量變化而變化。 [典例3]　(多選)在磁感應強度為B的勻強磁場中，一個面積為S的矩形線圈勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的交流電電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示，線圈與一阻值為R＝9 Ω的電阻串聯(lián)在一起，線圈的電阻為1 Ω，則(　　) A．通過電阻R的電流瞬時值表達式為i＝10sin 200πt A B．電阻R兩端的電壓有效值為90 V C．1 s內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量為450 J D．圖中t＝110－2 s時，線圈位于中性面 [解析]　通過電阻R的電流最大值為Im＝＝10 A，線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω＝＝ rad/s＝100π rad/s，故電流的瞬時值表達式為i＝10sin 100πt A，A項錯誤；電阻R兩端的電壓有效值為U′＝R＝9 V＝45 V，B項錯誤；1 s內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量Q＝t＝450 J，C項正確；由題圖知t＝1.010－2 s時感應電動勢為零，此時穿過線圈的磁通量最大，線圈位于中性面，D項正確。 [答案]　CD 變壓器 1．一個原理 根據(jù)電磁感應的原理改變交變電流的電壓。 2．三個關(guān)系 (1)功率：P入＝P出。 (2)電壓：＝＝…… (3)電流：只有一個副線圈時＝。 3．四個決定 (1)原線圈電壓U1由提供原線圈電壓的電源決定。 (2)副線圈電壓U2由原線圈電壓及匝數(shù)比決定，與副線圈所接負載無關(guān)。 (3)副線圈電流I2由副線圈電壓和副線圈所接負載決定。 (4)原線圈電流I1由副線圈中的電流決定。 [典例4]　(多選)如圖所示的電路中，P為滑動變阻器的滑片，保持理想變壓器的輸入電壓U1不變，閉合電鍵S，下列說法正確的是(　　) A．P向下滑動時，燈L變亮 B．P向下滑動時，變壓器的輸出電壓不變 C．P向上滑動時，變壓器的輸入電流變小 D．P向上滑動時，變壓器的輸出功率變大 [解析]　由于U1保持不變，根據(jù)變壓器的變壓比可知，副線圈的輸出電壓U2不變，B項正確；P向下滑動時，燈泡L兩端的電壓不變，燈泡的亮度不變，A項錯誤；P向上滑動時，滑動變阻器接入電路的電阻變小，副線圈電路的總電阻R變小，根據(jù)P2＝可知，變壓器的輸出功率變大，D項正確；由P1＝U1I1＝P2可知，變壓器的輸入電流增大，C項錯誤。 [答案]　BD 高壓輸電問題的一般解題思路 1．解決高壓輸電問題時，應先畫輸電線路草圖，并在草圖上標出各量，然后依次逐級計算。 2．以升壓變壓器和降壓變壓器原、副線圈為參考將輸電線路劃分為幾個獨立回路。 3．根據(jù)串聯(lián)電路特點、歐姆定律、電功率公式等確定各部分回路電學量之間的關(guān)系。 4．根據(jù)升壓變壓器和降壓變壓器原、副線圈的電壓、電流關(guān)系和功率關(guān)系列式求解，利用好能量守恒這條主線。 [典例5]　(浙江高考)如圖所示為遠距離交流輸電的簡化電路圖。發(fā)電廠的輸出電壓是U，用等效總電阻是r的兩條輸電線輸電，輸電線路中的電流是I1，其末端間的電壓為U1。在輸電線與用戶間連有一理想變壓器，流入用戶端的電流為I2。則(　　) A．用戶端的電壓為 B．輸電線上的電壓降為U C．理想變壓器的輸入功率為I12r D．輸電線路上損失的電功率為I1U [解析]　理想變壓器輸入和輸出功率相同，設(shè)用戶端得到的電壓為U2，則有I1U1＝U2I2，U2＝，選項A正確；輸電線上的電壓降為ΔU＝I1r，或者ΔU＝U－U1，選項B錯誤；理想變壓器的輸入功率為P＝I1U1，選項C錯誤；輸電線路上損失的電功率為ΔP＝I12r，選項D錯誤。 [答案]　A [專題訓練] 1．如圖所示，實驗室一臺手搖交流發(fā)電機，內(nèi)阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的電阻。閉合開關(guān)S，當發(fā)電機轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的電動勢e＝10sin 10πt V，則(　　 ) A．該交變電流的頻率為10 Hz B．該電動勢的有效值為10 V C．外接電阻R所消耗的電功率為10 W D．電路中理想交流電流表的示數(shù)為1.0 A 解析：選D　從電動勢瞬時值表達式可知，交變電流的頻率f＝＝Hz＝5 Hz，選項A錯誤；該電動勢的有效值E＝＝10 V，選項B錯誤；電路中電流(有效值)I＝＝1.0 A，電阻R消耗功率P＝I2R＝9 W，選項C錯誤；電流表的讀數(shù)即為電流的有效值，選項D正確。 2．發(fā)電廠發(fā)電機的輸出電壓為U1，發(fā)電廠至學校的輸電導線的總電阻為R，通過導線的電流為I，學校得到的電壓為U2，則輸電線上損耗的電壓可表示為(　　) A．U1　　 B．U1－IR　　　C．IR　　　D．U2 解析：選C　輸電線上的電壓損失ΔU＝U1－U2＝IR，選項B錯誤，C正確；U1為輸出電壓，U2為用戶得到的電壓，選項A、D錯誤。 3．某交流發(fā)電機給燈泡供電，產(chǎn)生正弦式交變電流的圖象如圖所示，下列說法中正確的是(　　) A．交變電流的頻率為0.02 Hz B．交變電流的瞬時值表達式為i＝5cos 50πt A C．在t＝0.01 s時，穿過交流發(fā)電機線圈的磁通量最大 D．若發(fā)電機線圈電阻為0.4 Ω，則其產(chǎn)生的熱功率為5 W 解析：選D　由題圖知，交流電的周期為0.02 s，故頻率為50 Hz，A錯；轉(zhuǎn)動的角速度ω＝＝100π rad/s，故電流瞬時值表達式為i＝5cos 100πt A，B錯；t＝0.01 s時，電流最大，此時穿過線圈的磁通量應為0，C錯；交流電電流的有效值I＝＝ A，故P＝I2R＝20.4 W＝5 W，故D對。 4.(多選)如圖所示，將額定電壓為60 V的用電器，通過一理想變壓器接在正弦交變電源上。閉合開關(guān)S后，用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為220 V和2.2 A。以下判斷正確的是(　　) A．變壓器輸入功率為484 W B．通過原線圈的電流的有效值為0.6 A C．通過副線圈的電流的最大值為2.2 A D．變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝11∶3 解析：選BD　根據(jù)功率公式可以求出用電器消耗的功率為602.2 W＝132 W，因此A錯誤；再根據(jù)變壓器變壓公式和變流公式＝和＝，聯(lián)立可求得通過原線圈的電流的有效值為0.6 A，所以B正確；由于電流表顯示的是有效值，因此通過副線圈電流的最大值為2.2 A，故C錯誤；根據(jù)變壓器的變壓公式可知，變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2＝11∶3，所以D正確。 (時間：45分鐘　滿分：100分) 一、單項選擇題(本題共6個小題，每小題6分，共36分。每小題只有一個選項正確) 1．(2016浙師大附中高二檢測)如圖甲至丁是交流電發(fā)電過程的示意圖，圖中只畫出了一匝線圈，線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在滑環(huán)L上，導體做的兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。線圈沿逆時針方向以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，線圈的面積為S，磁場可視為水平向右的勻強磁場，磁感應強度為B，電路的總電阻為R。以下說法中正確的是(　　) A．由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，線圈中的電流方向為A→B→C→D→A B．由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，線圈中的電流方向為A→B→C→D→A C．轉(zhuǎn)到丙位置時，穿過線圈的磁通量為零 D．轉(zhuǎn)動一圈的過程中，線圈產(chǎn)生的電能為 解析：選B　由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，穿過線圈的磁通量變小，根據(jù)楞次定律，可以判斷電流方向為A→D→C→B→A；故A錯誤；當線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，通過線圈的磁通量變小，根據(jù)楞次定律，可以判斷電流方向為A→B→C→D→A；故B正確；轉(zhuǎn)到丙位置時，線圈處于中性面上，穿過線圈的磁通量最大，故C錯誤；轉(zhuǎn)動一圈過程中，線圈中產(chǎn)生的能量Q＝T＝＝，故D錯誤。 2.線框在勻強磁場中繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(由上向下看是逆時針方向)，當轉(zhuǎn)到如圖所示位置時，磁通量和感應電動勢大小的變化情況是(　　) A．磁通量和感應電動勢都在變大 B．磁通量和感應電動勢都在變小 C．磁通量在變小，感應電動勢在變大 D．磁通量在變大，感應電動勢在變小 解析：選D　由題圖可知，設(shè)線框平面與中性面的夾角為θ，Φ＝Φmcos θ，e＝Emsin θ，所以磁通量變大，感應電動勢變小。故D正確。 3．如圖所示，面積均為S的單匝線圈繞其對稱軸或中心軸在勻強磁場B中以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，能產(chǎn)生正弦交變電動勢e＝BSωsin ωt的圖是(　　) 解析：選A　線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸(軸在線圈所在平面內(nèi))勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的正弦交變電動勢為e＝BSωsin ωt，由這一原理可判斷，A圖中感應電動勢為e＝BSωsin ωt；B圖中的轉(zhuǎn)動軸不在線圈所在平面內(nèi)；C、D圖轉(zhuǎn)動軸與磁場方向平行。 4.一正弦交變電流的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示。由圖可知該交變電流(　　) A．周期為0.125 s B．電壓的有效值為10 V C．電壓的最大值為20 V D．電壓瞬時值的表達式為u＝10sin 8πt V 解析：選B　由題圖可知，交變電流的周期為0.250 s，A錯誤；電壓的有效值U＝ V＝10 V，B正確；電壓的最大值為20 V，C錯誤；電壓瞬時值的表達式為u＝20sin 8πt V，D錯誤。 5.用一理想變壓器向一負載R供電，如圖所示，當增大負載電阻R時，原線圈中的電流I1和副線圈中的電流I2之間的變化關(guān)系是(　　) A．I2增大，I1也增大 B．I2增大，I1卻減小 C．I2減小，I1也減小 D．I2減小，I1卻增大 解析：選C　因為原線圈電壓U1及原、副線圈匝數(shù)不變，故U2不變，當R增大時，電流I2減小，由＝知I1也減小，選項C正確。 6.如圖所示是“探究變壓器兩個線圈的電壓關(guān)系”的實驗示意圖，a線圈接交流電源，b線圈接交流電壓表，在實驗過程中(　　 ) A．只增加b線圈的匝數(shù)，電壓表的示數(shù)一定增大 B．只增加a線圈的匝數(shù)，電壓表的示數(shù)一定增大 C．同時增加a、b兩線圈的匝數(shù)，電壓表的示數(shù)一定增大 D．只改變a線圈兩端的電壓，電壓表的示數(shù)不變 答案：A 二、多項選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分。選對但不全的得3分，錯選不得分) 7．某小型發(fā)電機產(chǎn)生的交變電動勢為e＝50sin 100πt V。對此電動勢，下列表述正確的是(　　) A．最大值是50 V B．頻率是100 Hz C．有效值是25 V D．周期是0.02 s 解析：選CD　從中性面開始計時，交變電動勢的表達式為e＝Emsin ωt，因e＝50sin 100πt V，所以最大值Em＝50 V，A錯誤；由ω＝2πf＝100π rad/s得f＝50 Hz，B錯誤；有效值E＝＝25 V，C正確；T＝＝0.02 s，D正確。 8.如圖所示，是一個匝數(shù)n＝10的線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸轉(zhuǎn)動時，通過線圈平面的磁通量隨時間變化的圖象。關(guān)于線圈中的感應電動勢，以下說法正確的是(　　) A．在t1＝0.1 s時，線圈中的感應電動勢最大 B．在t2＝0.2 s時，線圈中的感應電動勢最大 C．在t3＝0.3 s時，線圈中的感應電動勢改變方向 D．在t4＝0.4 s時，線圈中的感應電動勢改變方向 解析：選BC　由題圖可知，在t1＝0.1 s時，線圈中的磁通量最大，線圈轉(zhuǎn)到中性面，感應電動勢為零，A錯；在t2＝0.2 s時，線圈中的磁通量為零，線圈平面跟磁場平行，感應電動勢最大，B對；在t3＝0.3 s時，線圈中磁通量又達到最大值，感應電動勢為零，方向發(fā)生改變，C對；t4＝0.4 s前后，線圈中的感應電動勢的方向不變，D錯。 9.如圖所示，輸入端ab的輸入電壓既有直流成分，又有交流成分，以下說法中正確的是(L的直流電阻與R相同)(　　) A．直流成分只能從L通過 B．交流成分只能從R通過 C．通過R的既有直流成分又有交流成分 D．通過L的交流成分比通過R的交流成分必定要少 解析：選CD　線圈具有通直流阻交流的作用，所以大部分交流成分通過R，故選C、D。 10.如圖所示，接在交流電源上的電燈泡正常發(fā)光，以下說法正確的是(　　) A．把電介質(zhì)插入電容器，燈泡變亮 B．增大電容器兩板間的距離，燈泡變亮 C．減小電容器兩板間的正對面積，燈泡變暗 D．使交變電流頻率減小，燈泡變暗 解析：選ACD　電容器的電容與介電常數(shù)成正比，與兩板間正對面積成正比，與兩板間距離成反比。而容抗與電容成反比，與交變電流頻率成反比。把電介質(zhì)插入電容器，電容變大，容抗減小，燈泡變亮，A正確；電容器兩板間距離增大，電容減小，容抗增大，燈泡變暗，B錯誤；減小電容器兩極正對面積，電容減小，容抗增大，燈泡變暗，C正確；交變電流的頻率減小，容抗增大，燈泡變暗，D正確。 三、非選擇題(本題共2小題，共40分) 11．(20分)如圖所示，線圈abcd的面積是0.05 m2，共100匝，線圈電阻為1 Ω，外接電阻R＝9 Ω，勻強磁場的磁感應強度B＝ T，當線圈以300 r/min的轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)時，問： (1)若從線圈處于中性面開始計時，寫出線圈中感應電動勢的瞬時值表達式； (2)線圈轉(zhuǎn)過 s時電動勢的瞬時值多大？ (3)電路中，電壓表和電流表的示數(shù)各是多少？ (4)從中性面開始計時，經(jīng) s通過電阻R的電荷量是多少？ 解析：(1)e＝Emsin ωt＝nBS2πfsin 2πft ＝1000.052πsin(2πt) V ＝50sin 10πt V。 (2)當t＝ s時，e＝50sin (10π) V≈43.3 V。 (3)電動勢的有效值為E＝＝ V≈35.4 V， 電流表示數(shù)I＝＝ A＝3.54 A， 電壓表示數(shù)U＝IR＝3.549 V＝31.86 V。 (4) s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過的角度θ＝ωt＝2π＝。 該過程中，ΔΦ＝BS－BScos θ＝BS， 由＝，＝，q＝Δt， 得q＝＝＝ C＝ C。 答案：(1)e＝50sin 10πt V　(2)43.3 V (3)31.86 V　3.54 A　(4) C 12.(20分)如圖所示，降壓變壓器的變壓系數(shù)是3，即初級線圈的匝數(shù)與次級線圈的匝數(shù)之比是3∶1。初級線圈的輸入電壓是660 V，次級線圈的電阻為0.2 Ω，用這臺變壓器供給100盞標有“220 V,60 W”的電燈用電。求： (1)空載時次級線圈的端電壓和輸出功率； (2)接通電路時次級線圈的端電壓； (3)每盞燈的實際功率。 解析：(1)將變壓器視為理想變壓器。設(shè)空載時次級線圈的輸出電壓為U2，由＝，得到U2＝U1＝220 V， 因為空載，次級線圈的負載電阻R2→∞，次級線圈中的電流為零，所以I2＝0，P＝I2U2＝0。 (2)接通電路后，100盞燈并聯(lián)的總電阻為 R外＝＝≈8.07 Ω， 次級線圈中的電流 I2＝＝ A＝ A， 端電壓：U2′＝I2R外≈214.68 V。 (3)每盞燈的實際功率 P＝U2′＝ W≈57.1 W。 答案：(1)220 V　0　(2)214.68 V　(3)57.1 W