第三章 课程阶段总结（三）-【正禾一本通】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修2同步课堂高效讲义配套课件（人教版）

物理 选择性必修第二册（人教） 第三章 课程阶段总结（三） 阶段过关检测卷（三） 　知识体系建构·关键理清 　学科素养提升·整合培优 一、交流发电机 [例1] 如图所示的是交流发电机示意图，匝数n＝100匝的矩形线圈，边长分别为10 cm和20 cm，内阻为5 Ω。线圈和外部20 Ω的电阻R相接，并在磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中绕OO′轴以50 eq \r(2) rad/s的角速度匀速转动。求： (1)线圈中产生的感应电动势的最大值； (2)从图示位置计时，感应电动势的瞬时表达式； (3)线圈从图示位置转过90°过程中通过线圈截面的电荷量。 解析：(1)依题意，感应电动势的最大值Em＝nBSω＝50 eq \r(2) V。 (2)依题意，因从垂直于中性面开始计时，感应电动势的瞬时表达式为 e＝Emcos ωt＝50 eq \r(2) cos (50 eq \r(2) t) V。 (3)依题意，线圈从图示位置转过90°过程中通过线圈截面的电荷量 q＝ eq \o(I,\s\up10(－)) Δt＝ eq \f(\o(E,\s\up10(－)),R＋r) Δt＝ eq \f(nΔΦ,R＋r) ＝0.04 C。 答案：(1)50 eq \r(2) V　(2)e＝50 eq \r(2) cos (50 eq \r(2) t) V　(3)0.04 C 二、海洋波浪发电的原理 [例2] 利用海洋波浪发电的原理如图甲所示，浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，浮桶截面图如图乙。浮桶内置线圈随波浪相对磁体沿竖直方向运动，且始终处于磁场中，线圈与灯泡相连，线圈匝数为n，半径为r，电阻为R，线圈所在处辐射磁场的磁感应强度大小均为B。若灯泡的电阻也为R，线圈中感应电流随时间变化的规律为i＝Imsin ωt。求： (1)灯泡的电功率P； (2)浮桶随波浪上下运动的速度v 随时间t变化的表达式。 解析：(1)由题意，线圈中电流的有效值I＝ eq \f(Im,\r(2)) ， 灯泡的功率P＝I2R， 解得P＝ eq \f(1,2)I eq \o\al(\s\up18(2),\s\do6(m))R (2)线圈中感应电动势的最大值Em＝2ImR，又Em＝nB(2πr)vm， 解得vm＝ eq \f(ImR,nBπr) ， 浮桶随波浪上下运动的速度v随时间t变化的表达式为 v＝ eq \f(ImR,nBπr) sin ωt。 答案：(1) eq \f(1,2)I eq \o\al(\s\up18(2),\s\do6(m))R　 (2) eq \f(ImR,nBπr) sin ωt 三、高压输电 [例3] 某山区利用当地丰富的水利资源修建了小型水力发电站。已知水电站发电机的输出功率P1＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，通过升压变压器升压后向远处输电，两根输电线的总电阻R＝5 Ω，在用户端用降压变压器把电压降低U＝220 V，要求在输电线上损失的功率控制在ΔP＝2 kW，输电线路如图所示，请你设计两个理想变压器的匝数比。为此，请计算： (1)降压变压器输出的电流I为多少(结果用分数表示)？输电线上通过的电流 I2是多少？ (2)输电线损失的电压ΔU为多少？升压变压器输出的电压U2是多少？ (3)两个变压器的原、副线圈的匝数比 eq \f(n1,n2) 和 eq \f(n3,n4) 各应等于多少？ 解析：(1)用户得到的功率P＝P1－ΔP＝98 kW， 用户得到的电压U＝220 V， 降压变压器输出的电流I＝ eq \f(P,U) ＝ eq \f(98 000,220) A＝ eq \f(4 900,11) A， 输电线上通过的电流I2＝ eq \r(\f(ΔP,R)) ＝20 A。 (2)输电线损失的电压ΔU＝I2R＝100 V 升压变压器输出的电压U2＝ eq \f(P1,I2) ＝ eq \f(100 000,20) V＝5 000 V。 (3)两个变压器的原、副线圈的匝数比 eq \f(n1,n2) ＝ eq \f(U1,U2) ＝ eq \f(250,5 000) ＝ eq \f(1,20) ， eq \f(n3,n4) ＝ eq \f(U3,U) ＝ eq \f(U2－ΔU,U) ＝ eq \f(5 000－100,220) ＝ eq \f(245,11) 。 答案：(1) eq \f(4 900,11) A　20 A　(2)100 V　5 000 V　(3)1∶20　245∶11 $$