交变电流与电磁波典型例题解析

交变电流电磁波典型例题解析 例题一 如图所示 矩形线圈共100匝 ad 0 4m 在磁感应强度为0 5T的匀强磁场中绕垂直磁场的OO 轴以每秒50转的速度转动 1 线圈在什么位置时感应电动势最大 为多少 2 以图示位置为计时时刻 电动势的变化规律怎样 3 从图示位置转过90 的过程中感应电动势的平均值为多少 4 从图示位置开始计时 t 1 150s时 线圈中感应电动势是多少 分析与解答 1 线圈平面与磁感线平行时电动势最大 Em 2 3 E平均 请注意到它与有效值E 的区别 例题二 一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度 绕垂直于磁场方向的固定轴转动 线圈匝数n 100 穿过每匝线圈的磁通量 随时间按正弦规律变化 如图所示 发电机内阻r 5 0 外电路电阻R 95 已知感应电动势的最大值Em n m 其中 m为穿过每匝线圈磁通量的最大值 求串联在外电路中的交流电流表 内阻不计 的示数分析与解答交流电表的示数都是有效值 Em n m 2 T 2S 1 Em 200VE 100V I 1 34A 例题三 如图所示 在磁感应强度B 0 5T的匀强磁场中 有一个正方形金属线圈abcd 边长l 0 2m 线圈ad边跟磁场左侧边界重合 线圈电阻R 0 4 用外力使线圈从磁场中运动出来 一次是使线圈从左侧边界匀速平行移出磁场 另一次是使线圈以ad边为轴匀速转动出磁场 两次所用时间都是0 1s 试计算两次外力做功之差及两次线圈中通过的电量之比 例题分析与解答 向左匀速拉出 V1 l t 2m s E lVB 0 2V I lVB R 0 5A F1 IlB 0 05NW1 F1l 0 01J q1 It 0 05C 以ad边为轴匀速转动出磁场过程外力做的功必须用交流电的有效值来计算 5 S 1 Em l2B 0 1 V 例题四 摄影机 数码相机 录像带 画布 毛笔 光盘 眼镜 照相底片 放映机等陆续出现在人类的生活中 其中作为图像载体的有 作为图像记录工具的有 按发明时间的先后排列 分析与解答 注意按发明时间的先后排列 作为图像载体的有 画布 照相底片 录像带 光盘 作为图像记录工具的有 毛笔 摄影机 数码相机 毛笔 不在第一位不给分 例题五 用遥控器调换电视机频道的过程 实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程 下列属于这类传感器的是 A 红外报警装置B 走廊照明灯的声控开关C 自动洗衣机中的压力传感装置D 电饭煲中控制加热和保温的温控器分析与解答 声控开关是把声波转化为电信号 自动洗衣机中的压力传感装置是把机械信号转化为电信号 电饭煲中控制加热和保温的温控器是把热信号转化为电信号 正确选项只有A 例题六 如图所示 理想变压器输入电压一定 给负载R供电 使变压器输入功率增大的方法是 A 只增大负载电阻的阻值B 只减小负载电阻的阻值C 只增加原线圈的匝数D 只增加副线圈的匝数分析与解答只增大负载电阻的阻值导致输出电流减小 A错 理想变压器每一匝的电压都相等 只增加原线圈的匝数使每一匝的电压减小 C错 正确选项为BD 例题七 某河段河水流量为5m3 s 水流下落的高度为8m 现在利用它来发电 设所用发电机的效率为50 求 1 发电机的输出功率 2 设发电机的输出电压为5000V 向400km外的用户输电 输电线的电阻率 1 7 10 8 m 横截面积S 0 85cm2 输电导线上的电功率损失要求不超过输出功率的4 则在输电时的电压应升高到多少伏 所用的升压变压器的原 副线圈的匝数比是多少 g取9 8m s2 分析与解答 1 P 500 9 8 8 50 196KW 2 R 2L S 160 P失 I2R 7840WI 7A U2 P I 28 103V n1 n2 5 28 例题八 如图所示 在真空中速度为v 6 4 10 7m s的电子束连续地射出两平行极板之间 极板长度为l 8 0 10 2m 间距为d 5 0 10 3m 两极板不带电时 电子束将沿两极板之间的中线通过 在两极板上加一50Hz的交变电压U U0sin t 如果所加电压的最大值U0超过某一值Uc时 将出现以下现象 电子束有时能通过两极板 有时间断不能通过 e 1 6 10 19C me 9 11 10 31kg 求 1 Uc的大小 2 U0为何值才能使通过的时间 t1跟间断的时间 t2之比为2 1 例题分析与解答 1 t l v 1 25 10 9S 在这样短的时间内可认为电场是恒定的电子作类平抛运动 Uc 91V 2 右图可以帮助理解U0的物理意义 t1 T 6 t2 T 4 T 6 T 12 U0sin 3 Uc 91V U0 105V 作业1 某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示 如果其他条件不变 仅使线圈的转速加倍 则交流电动势的最大值和周期分别变为 A 400V 0 02sB 200V 0 02sC 400V 0 08sD 200V 0 08s转速加倍则最大值加倍 周期减半 B 作业2 如图a所示 A B为两个相同的环形线圈 共轴并靠近放置 A线圈中通有如图b所示的交流电i 则 A 在t1到t2时间内 A B两线圈相吸B 在t1到t2时间内 A B两线圈相斥C t2时刻两线圈间作用力为零D t2时刻两线圈间吸引力最大分析 t2时刻B中的电流为零 AB间无相互作用t1时刻A中磁通量变化率为零 A中电流为零 在t1到t2时间内B中电流减小这相当于B远离A所以AB相互吸引 AC 作业3 右图示意了LC振荡电路在某时刻电容器的带电情况及线圈中的磁感线 由此可以断定 A 电容器正在充电B 电感线圈中的磁场能正在增加C 电路中的电流强度正在减少D 电容器的电场能正在减少分析 由磁感线的方向可以判断电流的方向根据右手螺旋定则电流是从电容器正极流向负极所以电容器正在放电 电场能正在减少磁场能正在增加 BD 作业4 右图所示电路中的电容器称为高频旁路电容 下列说法正确的是 A 电容器的电容很大B 电容器的电容很小C 对高频而言 电容器的容抗很大D 对低频而言 电容器的容抗很大分析高频旁路电容一般采用102P到100P的小电容器如果高频旁路电容的电容过大就会把低频信号也旁路掉 所以高频旁路电容对低频信号的容抗应该很大 BD 作业5 如图所示 理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2 输电线的等效电阻为R 开始时电键S断开 当S接通时 以下说法中正确的是 A 副线圈两端MN的输出电压减小B 副线圈输电线等效电阻R上的电压降增大C 通过灯泡L1的电流增大D 原线圈中的电流增大分析 变压器的输入电压不变 输出电压也不变 故A错S接通后总电阻减小 输出电流就增大 所以输入电流也增大输电线等效电阻R上的电压降就增大并联电灯两端的电压就减小 故C错 BD 作业6 如图a为电热毯的电路图 电热丝接在u 311sin100tV的电源上 电热毯被加热到一定温度后 通过装置P使输入电压变为图b所示波形 从而进入保温状态 若电热丝电阻保持不变 此时交流电压表的读数是 A 110VB 156VC 220VD 211V分析 电压表的读数是交流电的有效值原电流的有效值是220V设图b所示的电流的有效值为U则2U2 R 2202 RU B 作业7 如图所示的电表均为理想的交流电表 保险丝P的熔断电流为2A 电容器C的击穿电压为300V 若在a b间加正弦交流电压 并适当地调节R0和R接入电路中的阻值 使P恰好不被熔断 C恰好不被击穿 则电流表的读数为A 电压表的读数为V 分析 保险丝的熔断电流是指电流的有效值而电容器的击穿电压是指电压的最大值所以电流表的读数为2A电压表的读数为 作业8 雷达站正在观察一飞机飞行 若飞机正向雷达站飞来 从某时刻雷达发出电磁波到接收到反射的电磁波历时200 s 隔4s后再观测 从发出电磁波到接收到反射的电磁波历时186 s 飞机的飞行速度为m s 分析 本题的示意图如下 雷达站 4V 2100m V 525m s 作业9 如果你通过同步卫星转发的无线电话与对方通话 则在你讲完话后 至少要等多长时间才能听到对方的回话 已知地球的质量M 6 0 1024kg 地球半径R 6 4 106m 万有引力恒量G 6 67 10 11Nm2 kg2 分析 首先要知道同步卫星的高度 无线电波的传播距离是4h 作业10 输送4 0 106W的电能 若发电机输出电压为2000V 选用变压器升压后应用截面积为4 25cm2的铜导线 把电能送到400Km远处 线路损失的功率为5 0 105W 已知铜的电阻率 1 7 10 8 m 1 应选用匝数比为多少的升压变压器 2 在用电区的降压变压器的原线圈的两端电压是多大 分析 输电线电阻R 作业11 电磁炉专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成 起加热作用的是安在锅底的一系列半径不同的同心导电环 导电环的分布如图所示 导电环所用材料每米的电阻为0 125 从中心向外第n个同向圆环的半径为rn 2n 1 r1 n 1 2 3 7 已知r1 1 0cm 当电磁炉开启后 能产生垂直于锅底方向的变化磁场 该磁场的磁感应强度B随时间的变化率为100 sin