第一部分 专题四 高考新动向（四）以新情境为背景考查：电路与电磁感应问题-【创新教程】2024高考物理总复习大二轮专题增分方案教师用书word（新教材）

　 素养训练 1.(霓虹灯发光现象)有一正弦交流电源，电压有效值U＝120 V，频率为f＝50 Hz，向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0＝60 V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？为什么人眼不能看到这种忽明忽暗的现象(人眼视觉暂留时间约 s)? 解析：由正弦式交流电的电压峰值Um与有效值U的关系得Um＝U＝120 V 设t＝0时交流电的瞬时电压u＝0，则交流电的瞬时值表达式可写为u＝ 120sin 100πt(V) 如图所示， 画出一个周期内交流电的u­t图像，其中阴影部分对应的时间表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性可知，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1. 当u＝U0＝60 V时，由上式得t1＝ s，又周期T＝＝ s， 故一个周期内霓虹灯能发光的时间，t0＝T－4t1＝s 一个小时内霓虹灯发光的时间为t′＝× s＝2 400 s很明显，霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的，而每次熄灭的时间只有 s(如图t2时刻到t3时刻)．由于人的眼睛具有视觉暂留现象，这个视觉暂留时间约为 s，远大于 s，因此人眼不会因为霓虹灯短暂的熄灭而有所感觉． 答案：2 400 s　原因见解析. 素养聚焦 本题突现物理学科思维品质，初看不难，但如果不善于将实际问题转化为合理的物理模型，并灵活运用学过的有关知识分析求解，解答是极为困难的，体现科学态度与责任的核心素养. 8 学科网（北京）股份有限公司 素养训练 2．(自行车车头灯)有一种能向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图甲为其结构示意图．图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线圈，转轴过bc的中点、与ab边平行，它的一端有一半径r0＝1.0 cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图乙所示．当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线圈在磁极间转动．设线圈由n＝800匝的导线组成，每匝线圈围成的面积S＝20 cm2，磁极间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B＝0.01 T，自行车车轮的半径R1＝35 cm，小齿轮的半径R2＝4.0 cm，大齿轮的半径R3＝10.0 cm，现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大时才能使发电机输出电压的有效值U＝3.2 V？(假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动) 解析：当自行车车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线圈在匀强磁场内转动，线圈中产生一正弦式交流电动势，其峰值Em＝nω0BS， 式中ω0为线圈转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度 发电机两端电压的有效值U＝Em， 设自行车车轮转动的角速度为ω，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，则有R1ω＝r0ω0， 小齿轮转动的角速度与自行车车轮转动的角速度相同，也为ω，设大齿轮转动的角速度为ω1，则有ω1R3＝ωR2， 联立以上各式可得ω1＝·， 代入数据得ω1＝3.2 rad/s，即大齿轮的角速度应为3.2 rad/s. 答案：3.2 rad/s 本题考查对物理量之间的关系的探究，涉及两个物理模型： 素养聚焦 [模型1]　齿轮传动和皮带传动模型．此模型的重要特征是两齿轮和皮带接触处的线速度大小相等，如本题中有ω1R3＝ωR2. [模型2]　交流发电机模型．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生正弦式交变电流．此模型有两个重要特征： ①所产生交流电动势的峰值为Em＝nBSω0； 8 学科网（北京）股份有限公司 ②产生的交流电动势的有效值为E＝ 本题的分析求解过程充分体现了对问题的科学探究能力的要求. 素养训练 3．(风力发电新能源)风力发电作为新能源，近几年来得到了快速发展．如图所示风车阵中发电机的输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线的电阻为10 Ω.若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求： (1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比． (2)用户得到的电功率． 解析：(1)输电线损失的功率P损＝P×4%＝100 kW×4%＝4 kW 输电线上的电流I2＝ ＝ A＝20 A 升压变压器输出电压U2＝＝ V＝5×103 V 升压变压器原、副线圈匝数比＝＝＝ 电压损失U损＝I2R线＝20×10 V＝200 V 降压变压器原线圈两端电压U3＝U2－U损＝4 800 V 降压变压器原、副线圈匝数比＝＝. (2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率 P用＝P－P损＝P(1－4%)＝96 kW 答案：(1)1∶20　240∶11　(2)96 kW 素养聚焦 本题以风力发电作为新能源设置问题情境．要求考生认识科学·技术·社会·环境的关系，树立保护环境并推动社会可持续发展的责任意识. 　电磁感应在现代科技中的应用 素养训练 1．(安检门)(多选)安检门是一种用于安全检查的“门”，如