高考物理二轮专题复习题及答案解析

届高考物理二轮总复习专题过关检测

) 交变电流 电磁场 电磁波 (时间:90分钟 满分:100分)

一、选择题(本题包括10小题,共40分.每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,错选或不选的得0分) 1.某电路中电场随时间变化的图象如图13-1所示,能发射电磁波的电场是哪一种( )

图13-1

解析:周期性变化的电场才能产生周期性变化的磁场,均匀变化的电场产生稳定的磁场,振荡的电场产生同频率振荡的磁场.故只有选项D 对. 答案:D

2.关于电磁波与声波,下列说法正确的是( ) A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质 B.由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大 C.由空气进入水中时,电磁波波长变小,声波波长变大

D.电磁波和声波在介质中的传播速度,都是由介质决定的,与频率无关

解析:可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析,选项A 、B 均与事实相符,所以选项A 、B 正确.根据f

v

=

λ,电磁波波速变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,所以选项C 正确.电磁波在介质中的速度与介质有关,也与频率有关,在同一种介质中,频率越大,波速越小,所以选项D 错误. 答案:ABC

3.某空间出现了如图13-2所示的一组闭合的电场线,这可能是( )

图13-2

A.沿AB 方向磁场在迅速减弱

B.沿AB 方向磁场在迅速增加

C.沿BA 方向磁场在迅速增加

D.沿BA 方向磁场在迅速减弱

解析:根据电磁感应,闭合回路中的磁通量变化时,使闭合回路中产生感应电流,该电流可用楞次定律判断.根据麦克斯韦电磁场理论,闭合回路中产生感应电流,是因为闭合回路中受到了电场力的作用,而变化的磁场产生电场,与是否存在闭合回路没有关系,故空间内磁场变化产

生的电场方向,仍然可用楞次定律判断,四指环绕方向即为感应电场的方向,由此可知A、C正确.

答案:AC

4.如图13-3所示,在闭合铁芯上绕着两个线圈M和P,线圈P与电流表构成闭合回路.若在t1至t2这段时间内,观察到通过电流表的电流方向自上向下(即由c经电流表至d),则可以判断出线圈M两端的电势差u ab随时间t的变化情况可能是图13-4中的()

图13-3

图13-4

解析:对A图,u ab不变,A表中无电流,对B图,u ab均匀增大,由安培定则知,M中有向上增强的磁场,P中有向下增加的磁通量,又由楞次定律和安培定则知,A表中电流方向由d经电流表至c,故A、B错,同理分析得C、D正确.

答案:CD

5.如图13-5所示,把电阻R、电感线圈L、电容器C分别串联一个灯泡后并联在电路中.接入交流电源后，三盏灯亮度相同.若保持交流电源的电压不变，使交变电流的频率减小，则下列判断正确的是()

图13-5

A.灯泡L1将变暗

B.灯泡L2将变暗

C.灯泡L3将变暗

D.灯泡亮度都不变

解析:当交变电流的频率减小时，R不变，电感线圈感抗减小，电容器容抗增大，则灯泡L3亮度不变，L2变暗，L1变亮，故B正确.

答案:B

6.如图13-6所示,理想变压器有三个线圈A、B、C,其中B、C的匝数分别为n2、n3,电压表的示数为U,电流表的示数为I,L1、L2是完全相同的灯泡,根据以上条件可以计算出的物理量是()

图13-6

A.线圈A 的匝数

B.灯L 2两端的电压

C.变压器的输入功率

D.通过灯L 1的电流

解析:由题意知线圈B 两端的电压为U ,设线圈C 两端的电压为U C ,则

2

3

n n U U C =,所以U n n U C 2

3

=

,B 正确;通过L 2的电流为I,则可以求出L 2的电阻,L 2与L 1的电阻相同,所以可求出通过L 1的电流,D 正确;根据以上数据可以求出L 1、L 2的功率,可得变压器总的输出功率,它也等于变压器的输入功率,C 正确;根据题意无法求出线圈A 的匝数,A 错. 答案:BCD

7.某同学在研究电容、电感对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图13-7所示的电路，其中L 1、L 2是两个完全相同的灯泡，已知把开关置于3、4时，电路与交流电源接通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同，则该同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是( )

图13-7

A.当开关置于1、2时，稳定后L 1、L 2两个灯泡均发光且亮度相同

B.当开关置于1、2时，稳定后L 1、L 2两个灯泡均发光，且L 1比L 2亮

C.当开关置于3、4时，稳定后，若只增加交变电流的频率，则L 1变暗，L 2变亮

D.在开关置于3、4的瞬间，L 2立即发光，而L 1亮度慢慢增大

解析:当开关置于1、2时，稳定后因电容器隔直流，故电路断开，L 2不发光，A 、B 错误；在开关置于3、4的瞬间，电容器通交流，L 2立即发光，由于电感的自感作用，L 1亮度慢慢增大，D 正确.当开关置于3、4稳定后，增加交变电流频率，容抗减小，感抗增大，L 1变暗，L 2变亮，C 正确. 答案:CD

8.如图13-8所示，理想变压器初级线圈的匝数为n 1，次级线圈的匝数为n 2,初级线圈的两端a 、b 接正弦交流电源，电压表V 的示数为220,V ，负载电阻R =44,Ω，电流表A 1的示数为0.20,A.下列判断中正确的是( )

图13-8

A.初级线圈和次级线圈的匝数比为2∶1

B.初级线圈和次级线圈的匝数比为5∶1

C.电流表A 2的示数为1.0,A

D.电流表A 2的示数为0.4,A

解析:对于理想变压器，P 1=U 1I 1=220×0.20,W=44,W ，则负载电阻消耗的功率P 2=P 1=44,W ，

据,2

22R U P =得44V,V 44442

2=?==R P U 则,544

2202121===U U n n 故B 正确.A 2的读数1A,A 44

4422===

R U I 故C 正确. 答案:BC

9.某理想变压器原、副线圈的匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按图示规律变化，副线圈接有一灯泡，此时灯泡消耗的功率为40,W ，则下列判断正确的是( )

图13-9

A.副线圈两端输出的电压为V 236

B.原线圈中电流表的示数约为0.18,A

C.变压器的输入、输出功率之比为55∶9

D.原线圈两端电压的瞬时值表达式为u =220sin100πt (V)

解析:根据变压器的原、副线圈的电压之比等于匝数之比，故副线圈两端输出的电压为

V U n n U 361122==

，A 错；根据理想变压器知P 1=P 2，故有A U P

I 18.01

11≈=，B 选项正确，C 错；原线圈两端电压的瞬时值表达式为)(100sin 2220V t u π=，D 错.只有B 选项正确. 答案:B

10.利用如图13-10所示的电流互感器可以测量被测电路中的大电流，若互感器原、副线圈的匝数比n 1∶n 2=1∶100，交流电流表A 的示数是50,mA ，则( )

图13-10

A.被测电路的电流有效值为0.5,A

B.被测电路的电流平均值为0.5,A

C.被测电路的电流最大值为A 25

D.原副线圈中的电流同时达到最大值

解析:交流电流表示数为副线圈中电流的有效值，即I 2=50,mA=0.05,A ，根据

1

2

21n n I I =得，I 1=5,A ，A 、B 均错误；原线圈(被测电路)中电流的最大值A 2521lm ==I I ，C 项正确；原线

圈中电流最大时，线圈中磁通量的变化率等于零，此时副线圈中的电流最小；原线圈中电流等于0时，磁通量的变化率最大，副线圈中电流最大.所以原、副线圈电流有相位差，故不能同时达到最大值，D 项错误. 答案:C

二、问答与计算(本题包括6小题,共60分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题目,答案中必须明确写出数值和单位)

11.(8分)在“练习使用示波器”实验中,某同学欲按要求先在荧光屏上调出亮斑,为此,他进行了如下操作:首先将辉度调节旋钮逆时针转到底,竖直位移和水平位移旋钮转到某位置,将衰减调节旋钮置于1,000挡,扫描范围旋钮置于“外x 挡”.然后打开电源开关(指示灯亮),过2,min 后,顺时针旋转辉度调节旋钮,结果屏上始终无亮斑出现(示波器完好).那么,他应再调节什么旋钮才有可能在屏上出现亮斑?

答案:竖直位移旋钮和水平位移旋钮.

12.(12分)交流发电机的原理如图13-11甲所示，闭合的矩形线圈放在匀强磁场中，绕OO ′轴匀速转动，在线圈中产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示，已知线圈的电阻为R =2.0,Ω，求:

图13-11

(1)通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值是多少？ (2)矩形线圈转动的周期是多少？

(3)线圈电阻上产生的电热功率是多少？

(4)保持线圈匀速运动，1,min 内外界对线圈做的功是多少？

解析:(1)由I t 图可知通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值I m =2.0,A.

(2)矩形线圈转动的周期T =4.0×10－

3,s.

(3)由有效值,2

m

I I =

线圈电阻上产生的电热功率为.422

2W R I

R I P m === (4)外界对线圈做功转化成电能再转化成电热，1分钟内外界对线圈做的功W =Pt =240,J.

答案:(,1)2.0,A (2)4.0×10－

3,s (3)4,W (4)240,J

13.(9分)有一台内阻为1,Ω的发电机，供给一学校照明用电，如图13-12所示.升压变压器原、副线圈匝数比为1∶4，降压变压器原、副线圈匝数比为4∶1，输电线的总电阻为4,Ω.全校共有22个班，每班有“220,V,,40,W”灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则

图13-12

(1)发电机的电动势为多大？ (2)发电机的输出功率为多大？ (3)输电效率为多少？

解析:(1)由题意知U 4=220,V 则24A A 622220

403=??=?=

n U P I R 由降压变压器变压关系:

,4343n n U U =得V 8804343==n n

U U 由降压变压器变流关系:

,34

32n n I I =得A 63

342==n I n I 又因为U 2=U 3+I 2R =880,V+6×4,V=904,V 由升压变压器变压关系:

,2

1

21n n U U =得U 1=226,V 由升压变压器变流关系:

,1

2

21n n I I =得I 1=24,A 所以:

(1)发电机的电动势:E =U 1+I 1r =250,V .

(2)发电机的输出功率P 出=EI 1－I 12r =5,424,W. (3)输电的效率%.97%1005424

5280

%100542464022=?=???=

=

J J P P 出

有效η

答案:(1)250,V (2)5,424,W (3)97%

14.(9分)如图13-13甲所示是一种振动发电装置，它的结构由一个半径为r =0.1,m 的50匝的线圈套在辐形永久磁铁槽上组成，假设磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(如图乙).线圈运动区域内磁感应强度B 的大小均为

T π

51

，方向不变，线圈的总电阻为2,Ω，它的引出线接有8,Ω的电珠L ，外力推动线圈的P 端，使线圈做往复运动，便有电流通过电珠，当线圈向右的位移随时间变化的规律如图丙所示时(x 取向右为正).

图13-13

(1)画出通过电珠L 的电流图象(规定从L →b 为正方向); (2)在0.1,s ～0.15,s 内推动线圈运动过程中的作用力; (3)求该发电机的输出功率(其他损耗不计). 解析:(1)在0,s ～0.1,s 内:感应电动势E 1=nBLv 1

1m/s m/s 1

.010

.01==

v L =2πr ，A 2.01

1==

总

R E I 在0.1,s ～0.15,s 内:v 2=2,m/s ，E 2=nBLv 2，.A 4.02

2==

总

R E I

(2)因为外力匀速推动线圈，所以有:F =F 安=nBI 2L =nBI 2·2πr ,

0.8N.N 1.024.02

.050=????

=ππ

F

(3)电流的有效值为I ，则有: I 2R ×0.15=0.22R ×0.1+0.42R ×0.05

25

22=

I 所以.64.025

16

82522

W W W R I P ==?=

=出 答案:(1)略 (2)0.,8,N (3)0.64,W

15.(12分)如图13-14甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n =100匝，电阻r =1.0,Ω，所围成矩形的面积S=0.040,m 2，小灯泡的电阻R =9.0,Ω，磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为

,2cos 2tV T

T S

nB e m π

π=其中B m 为磁感应强度的最大值，T 为磁场变化的周期.忽略灯丝电阻随温度的变化，求:

图13-14

(1)线圈中产生感应电动势的最大值； (2)小灯泡消耗的电功率； (3)在磁感应强度变化的4

~

0T

的时间内，通过小灯泡的电荷量. 解析:(1)因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同，所以由图象可知，

线圈中产生交变电流的周期为T =3.14×10－

2,s

所以线圈中感应电动势的最大值为V.0.82m m ==

T

S

nB E π (2)根据欧姆定律，电路中电流的最大值为A 80.0m

m =+=r

R E I

通过小灯泡电流的有效值为A 240.02/m ==I I 小灯泡消耗的电功率为P =I 2R =2.88,W.

(3)在磁感应强度变化的0～T /4内，线圈中感应电动势的平均值t

B nS E ??= 通过灯泡的平均电流t

r R B

nS r R E I ?+?=

+=

)( 通过灯泡的电荷量 C.100.43-?=+?=

?=r

R B

nS t I Q 答案:(1)8.0,V (2)2.88,W (3)4.0×10－

3,C

16.(10分)某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为9,kW ，输出电压为500,V ，输电线的总电阻为10,Ω，允许线路损耗的功率为输出功率的4%.求:

(1)村民和村办小企业需要220,V 电压时，所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少？(不计变压器的损耗)

(2)若不用变压器而由发电机直接输送，村民和村办小企业得到的电压和功率是多少？

解析:建立如图甲所示的远距离输电模型，要求变压器原、副线圈的匝数比，先要知道原、副线圈两端的电压之比.本题可以线路上损耗的功率为突破口，先求出输电线上的电流I 线，再根据输出功率求出U 2，然后再求出U 3.

甲

(1)由线路损耗的功率P 线=I 线2R 线可得

A A R P I 610

%

49000=?=

=

线

线线

又因为P 输出=U 2I 线，所以

V V I P U 15006

9000

2==

=

线

输出 U 3=U 2－I 线R 线=(1,500－6×10),V=1,440,V 根据理想变压器规律

3115005002121===V V U U n n 11

72220V V 14404343===U U n n 所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别是1∶3和72∶11. (2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图乙所示)，由

乙

P 输出=UI 线′可得

18A A 500

9000

'==

=

U

P I 输出线 所以线路损耗的功率

P 线=I 线′2R 线=182×10,W=3,240,W 用户得到的电压

U 用户=U －I 线′R 线=(500－18×10),V=320,V 用户得到的功率

P 用户=P 输出－P 线=(9,000－3,240),W=5,760,W. 答案:(1)1∶3 72∶11 (2)320,V 5,760,W

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