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同步课堂高效讲义教师用书（人教版 ）

课程阶段总结(三)　　　　　► 对应学生用书P62 　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 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 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＝50cos (50t) 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＝Δt＝Δt＝＝0.04 C。 答案：(1)50 V　(2)e＝50cos (50t) 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＝，灯泡的功率P＝I2R，解得P＝IR (2)线圈中感应电动势的最大值Em＝2ImR，又Em＝nB(2πr)vm，解得vm＝，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＝sin ωt。 答案：(1)IR　(2)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、副线圈的匝数比和各应等于多少？ 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＝＝ A＝ A，输电线上通过的电流I2＝＝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＝＝ V＝5 000 V。 (3)两个变压器的原、副线圈的匝数比＝＝＝，＝＝＝＝。 答案：(1) A　20 A　(2)100 V　5 000 V　(3)1∶20　245∶11 (时间：90分钟　满分：100分) 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求。) 1．对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图像，下列描述正确的是(　　 ) A．电流的大小变化，方向不变，是直流电 B．电流的大小不变，方向变化，是交变电流 C．电流的大小和方向都变化，是交变电流 D．电流的大小和方向都不变，是直流电 解析：选A。由题中图像可知，电流的方向不变，而大小作周期性变化，所以不是交流，而是直流，但不是恒定直流，故选A。 2．如图所示，单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线OO′与磁感线垂直。已知匀强磁场的磁感应强度B＝1 T，线圈所围面积S＝0.1 m2，转速为12 r/min。若从中性面开始计时，则线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式应为(　　 ) A．e＝12πsin (120t) V B．e＝24πsin (120πt) V C．e＝0.04πsin (0.4πt) V D．e＝0.4πcos (2πt) V 解析：选C。矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，若从中性面计时，感应电动势的瞬时表达式为e＝Emsin ωt，其中ω＝2πn＝0.4π rad/s，Em＝NBSω＝0.04π V，则瞬时表达式为e＝0.04πsin 0.4πt (V)，故选C。 3．(2022·海南高考)一个有N匝的矩形线框，面积为S，以角速度ω从如图所示的位置开始，在匀强磁场B中匀速转动，则产生的感应电动势随时间变化的图像是(　　 ) 解析：选A。题中图示位置线框处于与中性面垂直的平面，竖直长边垂直切割磁感