2024届一轮复习新人教版 第十二章交变电流电磁振荡和电磁波传感器 素养提升 学案

章末素养提升[科学小报]无线充电器是指不用传统的充电电源线连接到需要充电的终端设备上的充电器,采用了最新的无线充电技术,通过线圈之间产生的交变磁场,传输电能,电感耦合技术将会成为连接充电基站和设备的桥梁。[原创新题1]随着新能源轿车的普及,无线充电技术得到进一步开发和应用。如图所示,由地面供电装置(主要装置有线圈和电源)将电能传送至电动车底部的感应装置(主要装置是线圈),该装置使用接收到的电能对车载电池进行充电,供电装置与车身接收装置之间通过磁场传送能量,由于电磁辐射等因素,其能量传输效率只能达到90%左右。目前,无线充电桩可以允许的充电有效距离一般为15cm～25cm,允许的错位误差一般为15cm左右。下列说法正确的是(B)A.无线充电桩的优越性之一是在百米开外也可以对电动车快速充电B.车身感应线圈中感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化C.车身感应线圈中感应电流的磁场总是与地面发射线圈中电流的磁场方向相反D.若线圈均采用超导材料,则能量的传输效率有望达到100%解析:根据题意无线充电桩可以允许的充电有效距离一般为15～25cm,允许的错位误差一般为15cm左右,所以不可以在百米开外对电动车快速充电,故A错误。根据楞次定律,车身感应线圈中感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,故B正确。当地面发射线圈中电流增大时,穿过车身感应线圈的磁通量增大,根据楞次定律可知此时车身感应线圈中感应电流的磁场与地面发射线圈中电流的磁场方向相反;当地面发射线圈中电流减小时,穿过车身感应线圈的磁通量减小,根据楞次定律可知,此时车身感应线圈中感应电流的磁场与地面发射线圈中电流的磁场方向相同,故C错误。由于电磁波传播的时候有电磁辐射,感应线圈和发射线圈中的能量传输不能达到100%,故D错误。[原创新题2]随着科技的不断发展,手机无线充电技术也是现在的一个热门话题,而手机的无线充电原理图可以简化为如图所示,实际上相当于一个变压器。技术是不断革新的,现在市面上又出现了一个无线充电器同时给两台或多台手机充电的技术,实际上相当于一个有多个副线圈的变压器。若无线充电器转换器(原线圈)中的线圈匝数用n1表示,两端电压用U1表示,电流用I1表示,输入功率用P1表示,两台手机电力接收线圈(两个副线圈)中的线圈匝数分别用n2、n3表示,两端电压分别用U2、U3表示,电流分别用I2、I3表示,输出功率分别用P2、P3表示,不计原、副线圈磁通量损失,下面关于无线充电器转换器和手机中的线圈匝数、电压、电流、功率关系正确的是(B)A.n1=n2+n3 B.U1n1=C.I1n3=I2n2=I解析:变压器原、副线圈匝数之间无特定关系,A错误;原、副线圈磁通量变化率相同,根据法拉第电磁感应定律,感应电动势与线圈匝数成正比,则两端电压与线圈匝数成正比,即U1n1=U2n2=U3n3,B正确;原、副线圈如果没有能量损失,满足P入=P出,单个副线圈的情况下,满足U1I1=U2I2,所以I1I2=U2U1=n2n1,电流与匝数成反比;两个副线圈的情况下,也满足P入=P出,即P1=P2+P3,U1I1=U2I[原创新题3](多选)如图甲为手机无线充电工作原理示意图,它由送电线圈和受电线圈组成。已知受电线圈的匝数为40匝,电阻r=2Ω,在它的c、d两端接一阻值R=6Ω的电阻。设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场,其磁通量随时间变化规律如图乙所示,磁场向上穿过线圈时磁通量为正,则(AC)A.0～t1时间内,感应电流的方向为c→R→dB.电压表的示数为6VC.无线充电1min,电阻R上接收电能为720JD.t1到t2时间内,通过电阻R的电荷量为1×10-3C解析:由题图乙可知,0～t1时间内,受电线圈中磁通量方向向上增大,则根据楞次定律判断可知,感应电流方向为c→R→d,故A正确;由题图乙可知T=π×10-3s,在受电线圈中产生感应电动势的最大值为Em=NBSω=NΦm2πT=40×2.0×10-4×2ππ×10-3V=16V,则受电线圈中产生感应电动势的有效值为E=Em2=82V,根据闭合电路欧姆定律可得,受电线圈中的感应电流为I=Er+R=822+6A=2A,则电压表的示数为U=IR=62V,故B错误;无线充电1min,电阻R上接收电能为E=Q=I2Rt=2×6×60J=720J,故C正确;由题图乙可知,在t1到t2时间内,受电线圈磁通量的变化量为ΔΦ=4.0×10-4Wb,则在t1到t2时间内,通过电阻R的电荷为q=I·Δt=Er交变电流的产生及描述1.(2022·浙江1月卷,9)如图所示,甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况,摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动;乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况,皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是(A)A.甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场B.乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场C.甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电D.乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电考题题型归类:考查正弦式交流电的产生条件。考查难点:根据题图得出隐含的条件。解析:题图甲中细短铁丝显示的磁场分布均匀,则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场,故A正确;题图乙中细短铁丝显示的磁场分布不均匀,则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场,故B错误;根据发电机原理可知题图甲中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电,故C错误;题图乙中是非匀强磁场,则线圈匀速转动时也不能产生正弦交流电,故D错误。2.(2021·江苏卷,12)贯彻新发展理念,我国风力发电发展迅猛,2020年我国风力发电量高达4000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示,发电机的线圈固定,磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动,已知磁体间的磁场为匀强磁场,磁感应强度的大小为0.20T,线圈的匝数为100、面积为0.5m2,电阻为0.6Ω,若磁体转动的角速度为90rad/s,线圈中产生的感应电流为50A。求:(1)线圈中感应电动势的有效值E;(2)线圈的输出功率P。(结果保留整数)考题题型归类:考查基本规律的应用——交变电流的四值描述。考查巧妙之处:联系生活实践——风力发电。考查难点:与闭合电路知识的综合。解析:(1)电动势的最大值Em=NBSω,有效值E=Em2,解得E=代入数据得E≈636V。(2)输出电压U=E-Ir,输出功率P=IU,解得P=I(E-Ir),代入数据得P≈30300W。答案:(1)636V(2)30300W变压器的动态分析3.(2021·福建卷,3)某住宅小区变压器给住户供电的电路示意图如图所示,图中R为输电线的总电阻。若变压器视为理想变压器,所有电表视为理想电表,不考虑变压器的输入电压随负载变化,则当住户使用的用电器增加时,图中各电表的示数变化情况是(D)A.A1增大,V2不变,V3增大B.A1增大,V2减小,V3增大C.A2增大,V2增大,V3减小D.A2增大,V2不变,V3减小考题题型归类:考查基本规律的应用——变压器的动态分析问题。考查巧妙之处:联系实际——住宅小区变压器给住户供电。考查难点:理想变压器原理的理解和应用。解析:不考虑变压器的输入电压随负载变化,即变压器原线圈的输入电压U1=UV1不变,根据U1U2=n1n2可知,变压器副线圈的输出电压U2=UV2不变;当住户使用的用电器增加时,由于各用电器之间是并联关系,故用户的总电阻R用变小,由I2=U2R+R用可知,副线圈的电流I2=IA2变大,而由UV3=U2-I2R可知V3减小;由理想变压器的原理U1I1=U2I2,可知原线圈的电流I14.(2022·湖南卷,6)如图,理想变压器原、副线圈总匝数相同,滑动触头P1初始位置在副线圈正中间,输入端接入电压有效值恒定的交变电源。定值电阻R1的阻值为R,滑动变阻器R2的最大阻值为9R,滑片P2初始位置在最右端。理想电压表的示数为U,理想电流表的示数为I。下列说法正确的是(B)A.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,I减小,U不变B.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率增大C.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,I减小,U增大D.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率减小考题题型归类:考查基本规律的应用——变压器的动态分析问题、变压