1、学科：物理教学内容：交变电流 电磁场和电磁波综合讲解【本章知识框架】【历届相关试题分析】一、交变电流的规律1（1999 年上海高考）某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图 131 所示如果其他条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为eA400 V，0.02 sB200 V，0.02 sC400 V，0.08 sD200 V，0.08 s【解析】 从图中看出，该交变电流的最大值和周期分别是： m100 V，T 0.04 s，而最大值 mNBS，周期 T 2，当线圈转速加倍时，2，故 m2 m200 V，T 20.02 s，故 B 对【答案】 B2（2000 年全国高
2、考）一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度 绕垂直于磁场方向的固定轴转动线圈匝数 n100穿过每匝线圈的磁通量 随时间按正弦规律变化，如图 132 所示发电机内阻 r5.0 ，外电路电阻 R95 已知感应电动势的最大值 EmU m，其中 m 为穿过每匝线圈磁通量的最大值求串联在外电路中的交流电流表（内阻不计）的读数图 132【解析】 从 t 图线看出 m1.010 2 b，T3.1410 2 s已知感应电动势的最大值 mU m，又 T2，故电路中电流最大值 Im rRE2 A，交流电流表的示数是交流电的有效值，即 I 1.4 A 【答案】 1.4 A二、变压器3（1998 年全国高
3、考）一理想变压器，原线圈匝数 n11100，接在电压 220 V 的交流电源上，当它们对 11 只并联的“36 V60 ”灯泡供电时，灯泡正常发光，由此可知该变压器副线圈的匝数n2_，通过原线圈的电流 I1_ A【解析】 灯泡正常发光说明 U236 V，所以由 12n得：n2 0361U1100180 由 P1U 1I1P 2，所以 I12A3 A【答案】 180 34（1999 年全国高考）如图 133 是 4 种亮度可调的台灯的电路示意图，它们所用的白炽灯泡相同，且都是“220 V40 ”当灯泡消耗的功率都调至 20 W 时，哪种台灯消耗的功率最小图 133【解析】 由 A、B、C、D 四
4、选项分析可知：中理想变压器功率损耗为零，电源输出的总功率（台灯消耗功率）只有灯泡的功率 20 ，而其他选项中，不论滑动变阻器是分压接法还是限流接法，滑动变阻器上总有功率损耗，台灯的消耗功率都大于 20 ，故 C 项正确【答案】 C5（2001 年全国高考）一个理想变压器，原线圈和副线圈的匝数分别为 U1 和 n2，正常工作时输入和输出的电压、电流、功率分别为 U1 和 U2、I 1 和 I2、 P1 和 P2已知 n1U 2，则AU 1U 2，P 1P 2 BP 1P 2，I 1I 2C I1I 2，U 1U 2 DP 1P 2，I 1I 2【解析】 因变压器为理想变压器，故有 21n，P 1
5、P 2，由题意知： n1n 2，则 U1U 2，又因I1U1I 2U2，所以 I1I 2，故 BC 选项正确【答案】 BC6（2002 年广东、广西、河南高考）远距离输电线路的示意图如下图 134 所示，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是图 134A升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率无关B输电线中的电流只由升压变压器原副线圈的匝数比决定C当用户用电器的总电阻减少时，输电线上损失的功率增大D升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压【答案】 C三、电磁场和电磁波7（2002 年上海高考）按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度（单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量
6、）不得超过 0.50 W/m2 若某一小型无线通讯装置的电磁辐射功率是 1 W，那么在距离该通讯装置_ m 以外是符合规定的安全区域（已知球面面积为 S4R 2）【答案】 0.40【达标检测】一、选择题（每小题中只有一个选项符合题目要求）1线圈在匀强磁场中转动产生的交流电动势 10 2sin20tV，则下列说法中正确的是t0 时，线圈平面位于中性面t0 时，穿过线圈的磁通量为最大t0 时，导线切割磁感线的有效速度最大t0.4 s 时，e 有最大值 10 2VA B C D【解析 】 若从中性面开始计时，交流电动势瞬时表达式： eE msint，该瞬时虽然穿过线圈的磁通量最大，但线圈两边的运动方
7、向恰和磁场方向平行，不切割磁感线，电动势为零，当 t0.4 s 时，e0【答案】 A2一闭合矩形线圈 abcd 绕固定轴 OO匀速转动，OO位于线圈平面内垂直于匀强磁场的磁感线，如图 135（甲）所示，通过线圈内的磁通量 随时间的变化规律如图（乙）所示，下列说法正确的是图 135At 1、t 3 时刻通过线圈的磁通量变化率最大Bt 2、t 4 时刻线圈中感应电流方向改变Ct 1、t 3 时刻线圈中感应电流方向改变Dt 2、t 4 时刻线圈中感应电动势最小【答案】 C3如图 136 所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡 L1 和 L2；输电线的等效电阻为 R，开始时，电键 K
8、断开，当 K 接通时，以下说法中正确的是A副线圈两端 M、 N 的输出电压减少B副线圈输电线等效电阻 R 上的电压降减小C通过灯泡 L1 的电流减小D原线圈中的电流减小【解析 】 当输入电压 U1 与变压比 21n确定时，由 21nU可知，输出电压 U2 确定（此时不考虑线圈电阻），因此 A 错误闭合电键 K 时，L 2 与 L1 并联，副线圈回路中总电阻减小，总电流增大，故 R上电压降增大，B 错此时 L1 两端电压减小，因此通过灯 L1 的电流减小，C 正确由于此时 P 出I 2U2， U2 不变，I 2 变大，P 出 变大，而输入功率始终等于输出功率，因此 P 入 I 1U1，I 1U1
9、 变大，而 U1不变，因此原线圈中电流 I1 变大， D 错【答案】 C4某农村水力发电站的发电机的输出电压稳定，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处村寨附近的降压变压器经降低电压后，再用线路接到各用户，设两变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，白炽灯不够亮，但用电总功率增加，这时A升压变压器的副线圈的电压变大B高压输电线路的电压损失变大C降压变压器的副线圈上的电压变大D降压变压器到各用户的输电线上的电压损失变大【解析】 发电机的输出电压稳定，即升压变压器原线圈中电压一定，所以副线圈中电压不变，故 A错因用电总功率增加，所以输电线中电流变大，输电线路的电压
10、损失变大，故降压变压器原线圈中的电压变小，所以副线圈中电压也变小，故 B 对 C 错用电高峰期，白炽灯不够亮，说明各用户的输电线中电流变小，所以各用户的输电线上的电压损失变小，故错【答案】 B5如图 137 所示，一交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电流的有效值是A5 2A B5 AC3.5 A D3.5 A【解析】 交流电的有效值意义即等于与之热效应相等的对应直流电值，在一个周期（T0.02 s ）内，此交变电流在电阻 R 上发热为： Q（I 12R ）I 22RT（4 ） 20.01R（3 2） 20.01RI 2RT所以有效值 I5 A，选 B【答案】 B二、填空题6 如 图 138
11、 所 示 电 路 ， 已 知 交 流 电 源 电 压 U 15 2sin100t V， 将 此 交 流 电 压 加 在 电 阻 R 上 时 ， 产 生 的电 功 率 为 25 ， 则 电 压 表 示 数 为 _V， 电 流 表 示 数 为 _A， 电 阻 值 是 _ （ 保 留 二 位 有 效 数 字 ）【解析】 UV 2m15 V，PU VI，R 【答案】 15；1.7；9.07一面积为 S 的单匝矩形线圈在匀强磁场中以一边为轴匀速转动，磁场方向与轴垂直，线圈中的感应电动势如图 139，感应电动势的最大值和周期可由图中读出，则磁感应强度 B_在 t2T时刻，线圈平面与磁场方向的夹角为_【解析
12、】 E mBS B T2S，得 BEm；由图知 t0 时，线圈平面与磁感线平行，tT/12 时，线圈平面与磁场方向的夹角 t612【答案】 E mT/2S；/68一交流电压随时间变化的图象如图 1310 所示则此交流电的频率是_Hz，若将该电压加在 10 F 的电容器上，则电容器的耐压值不应小于_V；若将该电压加在一阻值为 1 k 的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，电路中保险丝的额定电流不能低于_A图 1310【解析】 由 f 02.1THz 50Hz，电容器的耐压值不能低于交流电的最大值 200 V用电器正常工作电流 I 3A0.14 A，所以电路中保险丝的额定电流
13、不能低于 0.14 A【答案】 50；200；0.14 9建在雅砻江上的二滩水电站于 1991 年 9 月动工，1997 年 11 月 10 日下闸蓄水，1998 年开始向西南电网送电，设计装机容量为 330104 kW，2000 年竣工之后，年发电量将达到 170 亿度，大坝为混凝土双曲拱坝，坝高 240 m，是 20 世纪亚洲装机容量、库容最大的水利枢纽工程设想将二滩的电能输送到成都地区，如果使用相同的输电线，从减少输电线上的电能损失来看，在 50104 V 超高压和 11104 V 高压输电方案中应先用_输电方案，因为该方案的输电线损失为另一种的_%【解析 】 P 损 I 2R 线 2U
14、R 线 ，故选 50104 V 超高压输电可减少输电线路的电能损失2501损 损0.04844.84%【答案】 5010 4 V；4.84三、计算题10如果你用通过同步卫星转发的无线电话与对方通话，则在你讲完话后，至少要等多长时间才能听到对方的回话? （已知地球的质量 M6.010 24 kg，地球半径 R6.410 6 m，万有引力恒量G6.6710 11 Nm 2kg 2）【解析】 由)()(hThRm所 以 地 球 同 步 卫 星 离 地 面 高 度 h324 R 3.59107 m， 则 需 要 的 时 间 t c4 0.48 s【答案】 0.48 s11一小型发电站的输出电压为 25
15、0 V，输出功率为 100 kW，向远处输电所用导线的总电阻 R8 为使输电线上的功率损失等于输送功率的 5%，用户正好得到 220 V 电压，则供电站处所用升压变压器和用户所用降压变压器的匝数比各是多少 ?（变压器均为理想的）【解析】 P 损 5P510 3 ，输电线中电流为 I，P 损 I 2R，I损25 A，输送电压 U2I4000 V，因为发电站输出电压 U1250 V，所以升压变压器 n1/n2U 1U 2116，输电线路上损失电压 U 损 IR 200 V，降压变压器原线圈两端电压 U3U 2U 损 3800 V，所以降压变压器原副线圈匝数比 U3U 419011【答案】 升压变压
16、器匝数比 116；降压变压器匝数比 1901112如图 1311 所示，匀强磁场的磁感应强度 B0.5 T，边长 L10 cm 的正方形线圈 abcd 共 100匝，线圈电阻 r1 ，线圈绕垂直于磁感线的对称轴 OO匀速转动，角速度 2rads，外电路电阻R4 求：图 1311（1）转动过程中感应电动势的最大值；（2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转过 60角时的瞬时感应电动势；（3）由图示位置转过 60角的过程产生的平均感应电动势；（4）交流电压表的示数；（5）转动一周外力做的功【解析】 （1） mNBS3.14 V（2）从图示位置计时转过 3时，瞬时感应电动势 eE mcos 31.57 V（3）由图示位置转过 60角产生的平均感应电动势tNE1002/360sin1.50V2.60 V（4）交流电压表测的是有效值，所以其示数 U2/mrRE1.78 V（5） FI 2（Rr）tN 2B2S2 0.99 J【答案】 （1）3.14 V （2）1.57 V （3）2.60 V （4）1.78 V （5）0.99 J
