2022-2023版高中物理 第三章 電磁感應(yīng)章末整合學(xué)案 新人教版選修1 -1

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1、2022-2023版高中物理 第三章 電磁感應(yīng)章末整合學(xué)案 新人教版選修1 -1 一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其應(yīng)用 1.判斷有無(wú)感應(yīng)電流的方法 分析是否產(chǎn)生感應(yīng)電流，關(guān)鍵就是要分析穿過(guò)閉合線圈的磁通量是否變化，而分析磁通量是否有變化，關(guān)鍵要知道磁感線是如何分布的.所以在做這類題時(shí)應(yīng)注意： (1)熟記條形磁鐵、蹄形磁鐵、直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管內(nèi)外磁感線分布情況是解決問(wèn)題的基礎(chǔ). (2)學(xué)會(huì)找特殊位置并分析其變化. 2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小取決于穿過(guò)電路的磁通量的變化率，而與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有必然的聯(lián)系，與電路的電阻R也無(wú)關(guān). (1)當(dāng)回路有n匝線圈時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式應(yīng)為E＝n

2、. (2)公式E＝n一般用來(lái)計(jì)算Δt時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì). 例1　如圖3－1所示，在垂直于紙面范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)矩形線圈abcd，線圈平面與磁場(chǎng)垂直，O1O2和O3O4都是線圈的對(duì)稱軸，應(yīng)使線圈怎樣運(yùn)動(dòng)才能使其中產(chǎn)生感應(yīng)電流(　　 ) 圖3－1 A.向左平動(dòng) B.向右平動(dòng) C.繞O1O2轉(zhuǎn)動(dòng) D.向上或向下平動(dòng) 答案　C 解析　只要穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.當(dāng)線圈向左、向右、向上、向下等方向平動(dòng)時(shí)線圈的磁通量均不變，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤；當(dāng)線圈繞O1O2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量變化，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)C正確. 變

3、式訓(xùn)練1　當(dāng)線圈中的磁通量發(fā)生變化時(shí)，則(　　) A.線圈中一定有感應(yīng)電流 B.線圈中一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) C.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的電阻無(wú)關(guān) D.磁通量變化越快，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大 答案　BCD 解析　當(dāng)線圈中磁通量發(fā)生變化時(shí)，線圈中一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，若線圈閉合，則有感應(yīng)電流.由法拉第電磁感應(yīng)定律E＝n知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈匝數(shù)和磁通量變化率有關(guān)，與線圈的電阻無(wú)關(guān). 二、交變電流的描述 1. 正弦式電流的圖象 圖3－2 Im、Um分別是電流、電壓的最大值，叫做交流的峰值. T為周期，周期和頻率的關(guān)系為T＝或f＝. 2.交變電流的表達(dá)式：u＝Umsin ωt　i

4、＝Imsin ωt 式中ω＝ 3.正弦式電流的有效值和峰值之間的關(guān)系： Ie＝≈0.707 Im Ue＝≈0.707 Um 在各種使用交變電流的電器設(shè)備上，所標(biāo)注的額定電壓、額定電流值，都是交流的有效值. 4. 交流能夠通過(guò)電容器：電容器能夠“隔直流，通交流”. 例2　一交流電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖3－3所示，該交流電壓的有效值和頻率分別是(　　) 圖3－3 A.14.14 V，100 Hz B.10 V，100 Hz C.14.14 V，50 Hz D.10 V，50 Hz 答案　D 解析　根據(jù)圖象可知電壓的最大值是14.14 V，周期T＝0.02 s，

5、其電壓的有效值Ue＝＝ V＝10 V；頻率f＝＝ Hz＝50 Hz，選項(xiàng)D正確. 變式訓(xùn)練2　如圖3－4所示電路，以下結(jié)論正確的是(　　) 圖3－4 A.a、b若接直流電，燈泡不亮 B.a、b若接直流電，燈泡也可發(fā)光 C.a、b若接交流電，燈泡發(fā)光，燈泡和電容器都有電荷通過(guò) D.a、b若接交流電，燈泡發(fā)光，電容器中無(wú)電荷通過(guò) 答案　AD 解析　電容器有“通交流，隔直流”的作用，故a、b內(nèi)接直流電時(shí)，燈泡不亮，A正確，B錯(cuò)誤；接交流電時(shí)，燈泡亮，但電路中電流的形成源于電容器的不斷充電、放電，并沒有電荷通過(guò)電容器，C錯(cuò)誤，D正確. 三、變壓器中的常用關(guān)系 1. 輸入電壓決定

6、輸出電壓，＝. 2. 輸出功率決定輸入功率，即P入＝P出. 例3　一輸入電壓為220 V，輸出電壓為36 V的變壓器副線圈燒壞，為獲知此變壓器原、副線圈匝數(shù)，某同學(xué)拆下燒壞的副線圈，用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上新繞了5匝線圈，如圖3－5所示，然后將原線圈接到220 V交流電源上，測(cè)得新繞線圈的端電壓為1 V，按理想變壓器分析，該變壓器燒壞前的原、副線圈匝數(shù)分別為(　　) 圖3－5 A.1 100，36 B.1 100，180 C.2 200，180 D.2 200，360 答案　B 解析　由公式＝可知，＝， n1＝1 100匝；＝，n2＝180匝.故B正確. 變式訓(xùn)練3　如

7、圖3－6所示是一調(diào)壓變壓器原理圖，如將它做升壓變壓器使用，則(　　) 圖3－6 A.將交流電源接在a、b端，用電器接在c、d端 B.將交流電源接在c、d端，用電器接在a、b端 C.將交流電源接在a、c端，用電器接在b、d端 D.若要進(jìn)一步升壓，應(yīng)使P逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) 答案　B 解析　根據(jù)變壓器中電壓關(guān)系＝可知，要升壓就必須提高匝數(shù)，即要保證輸出端的匝數(shù)多于輸入端的匝數(shù)，由此可知電源應(yīng)接于c、d間.P順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，原線圈匝數(shù)變少，可進(jìn)一步升壓. 章末檢測(cè)(三) 一、單項(xiàng)選擇題 1.有一臺(tái)使用交變電流的電冰箱上標(biāo)有額定電壓為“220 V”字樣，這“220 V”是指(　　) A

8、.交變電流電壓的瞬時(shí)值 B.交變電流電壓的最大值 C.交變電流電壓的平均值 D.交變電流電壓的有效值 答案　D 解析　在各種使用交變電流的電器設(shè)備上，所標(biāo)注的額定電壓值、額定電流值都是交變電流的有效值，故選項(xiàng)D正確. 2.下圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) 答案　B 解析　A項(xiàng)線圈在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中磁通量不變化，D項(xiàng)線圈在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中磁通量始終為零，C項(xiàng)不是閉合線圈，故只有B項(xiàng)產(chǎn)生感應(yīng)電流. 3.穿過(guò)一個(gè)電阻為1 Ω的單匝閉合線圈的磁通量始終是每秒鐘均勻地減少2 Wb，則(　　) A.線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定是每秒減少2 V B.線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一定是2 V C.線圈中的

9、感應(yīng)電流一定是每秒減少2 A D.線圈中的感應(yīng)電流不一定是2 A 答案　B 解析　E＝＝ V＝2 V，B正確，A錯(cuò)誤；I＝＝ A＝2 A，故C、D錯(cuò)誤. 4.下列說(shuō)法正確的是(　　) A.電視機(jī)銘牌上所標(biāo)的“額定電壓220V”指的是交流電壓的峰值 B.交流發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)工作的 C.在遠(yuǎn)距離輸電中，采用高壓輸電的目的是為了增大輸電線路中的電流 D.在高壓輸電中要用到變壓器，變壓器的鐵芯中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流——渦流，但這種渦流不會(huì)有熱效應(yīng) 答案　B 解析　電視機(jī)銘牌上所標(biāo)的“額定電壓220 V”指的是交流電壓的有效值，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；交流發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)工作的

10、，選項(xiàng)B正確；在遠(yuǎn)距離輸電中，采用高壓輸電的目的是為了減小輸電線路中的電流，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在高壓輸電中要用到變壓器，變壓器的鐵芯中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流——渦流，這種渦流有熱效應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 5.如圖3－7所示，L是一個(gè)帶鐵芯的線圈，R為純電阻，兩條支路直流電阻值相等，那么在接通和斷開開關(guān)的瞬間，電流表的讀數(shù)的大小關(guān)系是(　　) 圖3－7 A.I1I2′ B.I1I2，I1′＝I2′ D.I1＝I2，I1′I1；斷開時(shí)，R、A2、A1、L構(gòu)成

11、一串聯(lián)電路，串聯(lián)電路電流相等，因而I1′＝I2′. 6.如圖3－8所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝3∶1，原線圈接一電源，此時(shí)電流表A1的示數(shù)為12 mA，則電流表A2的示數(shù)為(　　 ) 圖3－8 A.4 mA B.36 mA C.0 D.無(wú)法確定 答案　C 解析　變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理工作的，它只能改變交流電壓，不能改變直流電壓，此題中的原線圈接的是直流電源，所以副線圈中沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，沒有感應(yīng)電流，電流表A2的示數(shù)為零. 二、多項(xiàng)選擇題 7.下列器具的工作原理與渦流有關(guān)的是(　　) A.家用電磁爐 B.家用微波爐 C.變壓器的鐵芯用多塊相互

12、絕緣硅鋼片疊加在一起 D.風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)扇葉與空氣摩擦發(fā)熱 答案　AC 解析　電磁爐是利用高頻磁場(chǎng)產(chǎn)生渦流來(lái)加熱食物的，故選項(xiàng)A正確；變壓器的鐵芯不用一塊鋼，是為了防止渦流損耗電能并燒毀變壓器，多塊硅鋼片彼此絕緣，有效地減小了渦流，選項(xiàng)C正確；家用微波爐是利用微波加熱食物和渦流無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤；電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與空氣摩擦發(fā)熱，是通過(guò)摩擦將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，D錯(cuò)誤. 8.某正弦交流電的圖象如圖3－9所示，則由圖象可知(　　) 圖3－9 A.該交流電的頻率為0.02 Hz B.該交流電的有效值為14.14 A C.該交流電的瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝20sin(0.02t) A D.在t＝時(shí)刻，

13、該交流的大小與其有效值相等 答案　BD 解析　由圖可知T＝0.02 s，故A、C錯(cuò)誤；因ω＝和I＝，可知B、D正確. 9.如圖3－10所示，矩形線圈與磁場(chǎng)垂直，且一半在勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)一半在勻強(qiáng)磁場(chǎng)外，下述過(guò)程中使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　 ) 圖3－10 A.以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)90° B.以ad邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)90° C.將線圈向下平移 D.將線圈向上平移 答案　AB 解析　以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)90°和以ad為軸轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過(guò)程，穿過(guò)矩形線圈中的磁通量都發(fā)生變化，而將線圈上、下平移時(shí)，穿過(guò)矩形線圈的磁通量不變，根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可知選項(xiàng)A、B正確，C、D錯(cuò)誤. 10.一理想變

14、壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝11∶5.原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓u如圖3－11所示，副線圈僅接入一個(gè)10 Ω的電阻.則(　　) 圖3－11 A.流過(guò)電阻的電流是20 A B.與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 V C.經(jīng)過(guò)1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6×104 J D.變壓器的輸入功率是1×103 W 答案　CD 解析　原線圈中電壓的有效值是220 V，由變壓比知副線圈中電壓為100 V，流過(guò)電阻的電流是10 A，故輸入功率為1×103 W；與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100 V；經(jīng)過(guò)1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6×104 J.選項(xiàng)C、D正確，A、B錯(cuò)誤. 三、填空和實(shí)驗(yàn)題

15、11.一正弦交變電流的電流i隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖3－12 所示.由圖3－12可知： 圖3－12 (1)該交變電流的有效值為________ A. (2)該交變電流的頻率為________ Hz. (3)該交變電流的瞬時(shí)值表達(dá)式為i＝________ A. (4)若該交變電流通過(guò)阻值R＝40 Ω的白熾燈，則電燈消耗的功率是________ W. 答案　(1)5　(2)25　(3)10sin (50πt)　(4)2 000 解析　由圖象可知該交變電流的最大值為10 A， 周期為4×10－2 s，則其有效值為5 A， 頻率為25 Hz，角速度ω＝＝50π rad/s， 其瞬

16、時(shí)值表達(dá)式為i＝10sin(50πt)A， 當(dāng)其通過(guò)R＝40 Ω的白熾燈時(shí)，P＝I2R＝2 000 W. 12.如圖3－13所示，閉合線框的質(zhì)量可忽略不計(jì)，將它從圖示位置勻速拉出勻強(qiáng)磁場(chǎng).若第一次用0.3 s時(shí)間拉出，通過(guò)導(dǎo)線截面的電荷量為q1，第二次用0.9 s時(shí)間拉出，通過(guò)導(dǎo)線截面的電荷量為q2，則q1∶q2＝________. 圖3－13 答案　1∶1 解析　本題中盡管兩次拉線框的時(shí)間不同，速度不同，但兩次磁通量的變化相同， 即ΔΦ1＝ΔΦ2， 根據(jù)q＝·t＝·t ＝·t＝可知， 電荷量與拉出的時(shí)間無(wú)關(guān)， 故q1∶q2＝1∶1. 四、計(jì)算題 13.某線圈共20

17、0匝，1 s時(shí)磁通量為0.5 Wb，1.2 s時(shí)增加為0.6 Wb，求這段時(shí)間內(nèi)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì). 答案　100 V 解析　ΔΦ＝0.6 Wb－0.5 Wb＝0.1 Wb Δt＝1.2 s－1 s＝0.2 s 由法拉第電磁感應(yīng)定律得 E＝n＝200× V＝100 V . 14.電路兩端的交流電壓是u＝Umsin 314t，在t＝0.005 s時(shí)電壓的值為10 V，則接在電路兩端的電壓表讀數(shù)為多少？ 答案　7.07 V 解析　交流電表的讀數(shù)應(yīng)是交流電的有效值. 由題意，在t＝0.005 s時(shí)電壓是10 V， 代入表達(dá)式10 V＝Umsin(314×0.005)解得： Um

18、＝10 V， 所以有效值U＝＝ V≈7.07 V. 15.如圖3－14所示，交變電流通過(guò)R＝2 Ω的電阻， 圖3－14 (1)分別寫出它的有效值、周期、頻率； (2)計(jì)算在R上產(chǎn)生的功率. 答案　(1)3.535 A　0.4 s　2.5 Hz　(2)25 W 解析　(1)由圖可知，正弦交流電的有效值 I＝＝3.535 A， 周期T＝0.4 s， 頻率f＝2.5 Hz； (2)由公式P＝I2R＝25 W. 16.如圖3－15所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2＝2∶1，原線圈接200 V交流電源，副線圈接額定功率為20 W的燈泡L，燈泡正常發(fā)光，當(dāng)電源電壓降為180 V時(shí)，求燈泡實(shí)際消耗功率與其額定功率之比？(燈光電阻不隨溫度變化) 圖3－15 答案　 解析　由＝得 U2＝U1＝×200 V＝100 V 而U2′＝U1′＝×180 V＝90 V 所以功率之比＝＝＝＝.