2021年湖南省普通高中学业水平测试物理同步复习 选修1-1.3　电 磁 感 应word版含答案

第三章 电磁感应
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考点1 电磁感应现象
考点2 法拉第电磁感应定律
考点3 交变电流
考点4 变压器
考点5 高压输电
考点6 自感现象涡流
一、电磁感应现象
1.磁通量:用穿过闭合电路的磁感线的多少来表示穿过闭合电路的______的大小。
2.产生感应电流的条件:只要穿过闭合电路的______发生变化,闭合电路中就有感应电流产生。
二、法拉第电磁感应定律
1.内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成_____。
2.公式:E=______或E=n。
三、交变电流
1.交流发电机:
(1)工作原理:线圈在磁场中转动,线圈中的磁通量发生变化,产生感应电动势,如果线圈的两端连有用电器,形成闭合电路,电路中就产生了电流。
(2)电流分类:
①交变电流:大小、方向随时间做______的电流。
②直流:只沿一个方向流动的电流。
2.正弦交流电:
(1)定义:电流、电压随时间按______的规律变化,叫正弦交流电。
(2)表达式:i=Imsinωt u=Umsinωt。
(3)峰值:电流和电压的最大值叫作交流电的峰值,如以上公式中的Im、Um。
(4)周期:交流电完成一次周期性变化所用的时间叫作交流电的周期。符号:T,单位:秒。
(5)频率:交流电在1s内发生周期性变化的次数叫作交流电的频率。符号:f,单位:赫兹。
(6)周期和频率的关系: ______或f=。
3.交流电的有效值:
(1)有效值的规定:把交流和直流分别通过相同的电阻,如果在______的时间里它们产生的热量相等,我们就把这个直流电压、电流的数值称作交流电压、电流的有效值。
(2)有效值和最大值的关系:按正弦规律变化的交流电,它的有效值和最大值之间的关系是(Ue、Ie分别表示交流电压、电流的有效值)Ue=______≈0.707Um,Ie______=≈0.707Im。
四、变压器
1.变压器的结构:变压器由______、副线圈和______组成。
2.变压器工作原理:在变压器原线圈上加交变电压U1后,原线圈中就有交变电流通过,在闭合铁芯中产生交变的磁通量,这个交变磁通量穿过副线圈,在副线圈上产生感应电动势。
3.电压与匝数的关系:变压器原、副线圈两端电压U1、U2与原、副线圈的匝数n1、n2的关系为______。
五、高压输电
根据输电线上损失的热功率ΔP=______,减小输电损失的途径有:
(1)减小输电线的电阻,可以采用导电性能好的材料做导线或使导线粗一些。
(2)减小输送的电流,根据电功率公式P=UI,在输送一定功率的电能时,要减小输送的电流就必须提高输送的电压,即采用高压输电。
六、自感现象涡流
1.自感现象:当线圈中的______发生变化时,会引起自身磁通量的变化而产生感应电动势。
2.自感电动势:在自感现象中产生的______。
3.自感系数:线圈越粗、越长,匝数越多,它的自感系数就______,线圈有铁芯时的自感系数比没有铁芯时大得多。
4.涡流:把块状金属放在变化的磁场中,金属块内将产生感应电流,这种电流叫涡流。
可以利用涡流产生热量,如电磁炉;涡流有时也有害,需减少涡流,如变压器的铁芯。
(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)闭合电路的部分导体做切割磁感线运动,就会产生感应电流。( )
(2)闭合电路中的磁通量发生变化就会产生感应电流。( )
(3)线圈中磁通量的变化量越大,产生的感应电动势一定越大。( )
(4)线圈中磁通量变化率越大,产生的感应电动势越大。( )
(5)交变电流的有效值是以电流的热效应定义的。( )
(6)变压器不但能改变交流电流,也能改变直流电流。( )
(7)变压器副线圈匝数多,则副线圈的电压高。( )
(8)减小输电损耗的最好方法是降低输电电压。( )
1.正确理解产生感应电流的条件:
产生感应电流的条件:
(1)电路要闭合;
(2)电路中的磁通量发生变化。这两个条件要同时满足才能产生感应电流。若只满足第二个条件,回路中仅产生感应电动势,即发生电磁感应现象,但没有感应电流。
2.对关系式Ue=或Ie=的理解:
(1)关系式中Ue、Ie表示交流电的有效值,Um、Im表示交流电的峰值。
(2)该关系式只适用于正弦或余弦交流电的峰值与有效值之间的计算,对其他的交流电是不适用的。
热点一电磁感应现象
【例1】(2019·湖南学业水平考试真题)某同学用如图所示的装置做“探究产生感应电流的条件”的实验,下列情形中没有产生感应电流的是( )
A.将磁铁匀速插入线圈
B.将磁铁加速插入线圈
C.将磁铁放在线圈中静止不动
D.将磁铁加速从线圈中抽出
判定感应电流是否产生的方法
(1)首先判定回路是否闭合。
(2)再判定回路中的磁通量是否发生变化。
①若磁场不变(匀强),判定线圈面积是否发生变化。
②若线圈面积不变,判定磁场是否发生变化。
热点二法拉第电磁感应定律
【例2】(2017·湖南学业水平考试真题)如图所示纸面内有一矩形导体闭合线框abcd,置于垂直纸面向里的有界匀强磁场之外,线框的ab边与磁场的边界MN重合。现用外力将线框拉入磁场中,经过时间Δt=0.4s,线框恰好全部进入磁场,穿过线框的磁通量由Φ1=0变为Φ2=0.2Wb。在线框进入磁场的过程中,求:
(1)线框中是否有感应电流产生。
(2)穿过线框的磁通量变化量ΔΦ。
(3)线框中产生的感应电动势E。
热点三描述交流电的物理量
【例3】(2018·湖南学业水平考试真题)如图所示是一个按正弦规律变化的交变电流的图象,则该交变电流的周期和电流的有效值分别是( )
A.0.2s,5A B.0.2s,5A
C.0.1s,5A D.0.1s,5A
有效值的计算方法
(1)计算有效值时要根据电流的热效应,抓住“三同”:“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”。
(2)若交变电流为正弦(或余弦)式交变电流,则可直接应用有效值与最大值间的关系式I=、U=求解。
热点四变压器及远距离输电
【例4】(2018·湖南学业水平考试真题)在输送一定功率的电能时,为减少输电导线因发热而损失的电能,有效的方法是______(选填“提高”或“降低”)送电的电压:若变压器副线圈两端的电压大于原线圈两端的电压,则副线圈的匝数______(选填“大于”“小于”或“等于”)原线圈的匝数。
若输电功率为P,输电电压为U,输电线的电阻为R,则输电导线上I线≠,P损≠;正确的关系式为:I线=,P损=R=R。
一、选择题
1.(2020·长沙学业水平模拟)下列设备中,没有应用电磁感应原理的是( )
A.电烙铁 B.电磁炉
C.交流发电机 D.变压器
2.如图所示,闭合矩形金属线框的ab边与磁场右边界MN重合,将该线框水平向右移出磁场的过程中,穿过线框的磁通量( )
A.一直减小 B.一直增大
C.保持不变 D.始终为零
3.如图所示,矩形线框ABCD平面与匀强磁场平行,若线框从图示位置绕AB边转过90°,则穿过线框的磁通量( )
A.变大 B.变小
C.不变 D.不能确定
4.如图所示,甲为一台小型发电机构造示意图,线圈逆时针转动,产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙所示,发电机线圈内阻为1Ω,外接灯泡的电阻为9Ω恒定不变,则下列说法中正确的是( )
A.电压表的示数为6V
B.通过电阻的电流方向1s改变50次
C.线圈在磁场中匀速转动的角速度为50rad/s
D.在0.01s时刻,穿过线圈的磁通量最大
5.(2020·长沙学业水平模拟)下列说法正确的是( )
A.电视机铭牌上所标的“额定电压220V”指的是交流电压的峰值
B.交流发电机发出的电流方向不变
C.远距离输电要用高电压,是为了减少输电线的电能损失
D.升压变压器的原、副线圈匝数相同
6.(2020·长沙学业水平模拟)关于变压器,下列说法不正确的是( )
A.变压器可以将交流电压升高或降低
B.升压变压器的原线圈匝数小于副线圈匝数
C.理想变压器的输入和输出功率相等
D.变压器的输出电压与副线圈匝数无关
7.(2019·湖南学业水平考试真题)我们常说家用照明用电电压为220V,这里的“220V”是指交流电压的( )
A.瞬时值 B.有效值
C.峰值 D.平均值
8.(2020·长沙学业水平模拟)可以将电压升高供给电灯的变压器是( )
A.甲图 B.乙图 C.丙图 D.丁图
9.远距离输电都采用高压输电的方式,其主要优点是( )
A.可增大输电电流
B.可加快输电速度
C.可减少输电线上的能量损失
D.可防止不法分子窃电
10.下列仪器不是利用涡流工作的是( )
A.电磁炉 B.微波炉
C.金属探测器 D.真空冶炼炉
二、非选择题
11.如图所示,电流表与螺线管组成闭合电路,将磁铁插入螺线管的过程中,电流表指针______(选填“偏转”或“不偏转”),磁铁放在螺线管中不动时,电流表指针______(选填“偏转”或“不偏转”)。
12.(2020·长沙学业水平模拟)如图所示为矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦交变电流随时间变化的图象,由图可知电流的最大值为______A;交流电的周期为______s。
13.如图所示为正弦式交变电流的电压u随时间t变化的图象,由图可知,该交变电流的电压的有效值为______V,频率为______Hz。
14.某机床上用的照明电灯电压是36V,如果要用220V的电压降压得到,机床上变压器的原线圈匝数是1140匝,副线圈匝数应该比原线圈匝数______(选填“多”或“少”)些,原线圈与副线圈匝数比是______。
15.(2020·长沙学业水平模拟)某线圈共有200匝,1s时磁通量为0.5Wb,1.2s时磁通量增加为0.6Wb,求这段时间内线圈中的感应电动势为多大?
16.如图所示,水平桌面上放置一金属轨道,一根长为L=10cm的导体棒ab放在金属轨道上构成一闭合回路,整个装置处于方向竖直向下的匀强磁场中。当穿过该闭合回路的磁通量在0.1s内从0.2Wb均匀增加到0.4Wb时,求:
(1)电路中产生的感应电动势;
(2)若某瞬间磁场的磁感应强度B=0.2T,流过导体中的电流为I=0.2A,方向为a→b,求导体棒所受的安培力的大小和方向。
17.如图所示,水平桌面上放着一个单匝闭合金属线圈,在线圈中心上方一定高度上有一竖立的条形磁体,此时线圈内的磁通量Φ1=0.05Wb;把条形磁体竖放在线圈内的桌面上时,线圈内磁通量为0.15Wb。现使该磁体竖直向下运动,当磁体下端到达桌面的过程中:
(1)线圈中有没有感应电流产生?
(2)求穿过线圈的磁通量的变化量ΔΦ。
(3)若磁体运动所用时间Δt=0.5s,求线圈中产生的感应电动势E的大小。
做磁共振(MRI)检查时,对人体施加的磁场发生变化时会在肌肉组织中产生感应电流。某同学为了估算该感应电流对肌肉组织的影响,将包裹在骨骼上的一圈肌肉组织等效成单匝线圈,线圈的半径r=5.0cm,线圈导线的截面积A=0.80cm2,电阻率ρ=1.5Ω·m。如图所示,匀强磁场方向与线圈平面垂直,若磁感应强度B在0.3s内从1.5T均匀地减为零,求:(计算结果保留一位有效数字)
(1)该圈肌肉组织中的感应电动势E。
(2)0.3s内该圈肌肉组织中产生的热量Q。
核心速填·必考点夯基
一、1.磁通量　2.磁通量
二、1.正比　2.
三、1.(2)①周期性变化
2.(1)正弦函数　(6)T=
3.(1)相等　(2)　
四、1.原线圈　闭合铁芯　3.=
五、I2R
六、1.电流　2.感应电动势　3.越大
【秒判正误】
　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√
(6)×　(7)√　(8)×
典例突破·热考点精练
【例1】C　只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就会产生感应电流。当磁铁匀速、加速插入线圈或加速从线圈中抽出时,都会引起磁通量发生变化,从而产生感应电流;当磁铁放在线圈中静止不动时,磁通量虽然不为零,但磁通量没有发生变化,就不会产生感应电流,故C正确,A、B、D错误。
【例2】【解析】(1)在线框进入磁场的过程中,闭合电路的磁通量发生变化,所以线框中有感应电流产生。
(2)穿过线框的磁通量变化量ΔΦ=Φ2-Φ1=0.2 Wb
(3)线框中产生的感应电动势
E== V=0.5 V。
答案:(1)有　(2)0.2 Wb　(3)0.5 V
【例3】A　一个完整正弦图形所对应的时间表示交变电流的一个周期,故该交变电流的周期为0.2 s;根据正弦式交变电流的有效值与峰值之间的关系可得该交变电流的有效值为I== A=5 A,故选项A正确,
B、C、D错误。
【例4】【解析】在输送一定功率的电能时,要减小输电导线因发热而损失的电能,就要减小输电电流,根据公式P=UI,要减小输电电流就必须提高输电电压;根据变压器原、副线圈间的电压关系=可知,若变压器副线圈两端的电压大于原线圈两端的电压,则副线圈的匝数应大于原线圈的匝数。
答案:提高　大于
达标训练·合格考通关
1.A　　2.A　
3.A　若线框从图示位置绕AB边转过90°,其有效面积S逐渐变大,根据Φ=BS可知,穿过线框的磁通量变大,A正确,B、C、D均错误。
4.D　感应电动势的有效值E== V=6 V,而电压表测量的是小灯泡两端的电压U=R=×9 V=5.4 V,A错误;由图乙可知此交变电流的周期T=0.02 s,由于正弦交流电在一个周期内电流方向改变2次,所以1 s内电流方向改变100次,B错误;产生该交变电流的线圈在磁场中匀速转动的角速度为ω==100π rad/s,C错误;在0.01 s时刻,感应电动势为0,线圈处于中性面位置,此时穿过线圈的磁通量最大,D正确。故选D。
5.C　电视机铭牌上所标的“额定电压220 V”指的是交流电压的有效值,A错误;交流发电机发出电流的方向做周期性变化,B错误;远距离输电要用高电压,目的是减小输电线路中的电流,从而减少输电线的电能损失,C正确;升压变压器中副线圈匝数比原线圈匝数多,从而达到升压的目的,D错误。
6.D　变压器改变的是交流电的电压,A正确;根据变压器的原理=可知升压变压器的原线圈匝数小于副线圈匝数,从而达到升压的目的,B正确;理想变压器没有能量损失,即输入和输出功率相等,C正确;根据变压器的原理=可知,变压器的输出电压与副线圈匝数有关,D错误。
7.B　我们日常生活中常说的交流电压、交流电流的数值是指有效值,故B正确,A、C、D错误。
8.C　甲图和丁图中的电流是直流电,而变压器不能改变直流电的电压,A、D均错误;乙图副线圈匝数小于原线圈匝数,是降压变压器,B错误;丙图副线圈匝数大于原线圈匝数,是升压变压器,可以将电压升高供给电灯,C正确。
9.C　远距离输电采用高压输电,可减小输电线上的输电电流,从而减小输电线上的电能损失,故C正确,A、B、D错误。
10.B　电磁炉利用变化的电场产生变化的磁场,从而形成涡流,产生大量热量,故A正确。微波炉是产生电磁波,没有利用涡流工作,故B错误。金属探测器中变化电流遇到金属物体,在金属物体上产生涡流,故C正确。真空冶炼炉是线圈中的电流做周期性变化,在冶炼炉中产生涡流,从而产生大量的热量,故D正确。故选B。
11.【解析】将磁铁插入螺线管的过程中,通过闭合回路的磁通量增加,产生感应电流,则电流表指针发生偏转;当磁铁在螺线管中不动时,磁通量不变,不产生感应电流,电流表指针不偏转。
答案:偏转　不偏转
12.【解析】由图可知电流的最大值为5 A;交流电的周期为0.10 s。
答案:5　0.10
13.【解析】由图可知,交流电压的最大值为36 V,则有效值U= V=36 V;交流电的周期T=0.02 s;
故频率f= Hz=50 Hz。
答案:36　50
14.【解析】由题意可知,用220 V的电压降压得到,说明该变压器应为降压变压器,原线圈匝数应多于副线圈匝数。由变压器工作原理电压与匝数成正比可得:=。代入数据得,==。
答案:少　55∶9
15.【解析】E=N=200× V=100 V。
答案:100 V
16.【解析】(1)根据法拉第电磁感应定律,感应电动势E== V=
2 V
(2)导体棒受到的安培力大小为F=BIL=0.2×0.2×0.1 N=0.004 N,根据左手定则可判断安培力的方向水平向左。
答案:(1)2 V
(2)0.004 N　水平向左
17.【解析】(1)线圈中有感应电流产生。
(2)穿过线圈的磁通量的变化量
ΔΦ=Φ2-Φ1=(0.15-0.05) Wb=0.10 Wb
(3)根据法拉第电磁感应定律得,线圈中产生的感应电动势
E== V=0.2 V
答案:(1)有　(2)0.10 Wb
(3)0.2 V
【新思维·新考向】
【解析】(1)感应电动势:E=
代入数据得:E=4×10-2 V
(2)由电阻定律得:R=ρ,
代入数据得R=6×103 Ω
由焦耳定律得:Q=Δt,
代入数据得Q=8×10-8 J
答案:(1)4×10-2 V　(2)8×10-8 J