章末素養(yǎng)提升[科學小報]無線充電器是指不用傳統(tǒng)的充電電源線連接到需要充電的終端設備上的充電器,采用了最新的無線充電技術,通過線圈之間產(chǎn)生的交變磁場,傳輸電能,電感耦合技術將會成為連接充電基站和設備的橋梁。[原創(chuàng)新題1]隨著新能源轎車的普及,無線充電技術得到進一步開發(fā)和應用。如圖所示,由地面供電裝置(主要裝置有線圈和電源)將電能傳送至電動車底部的感應裝置(主要裝置是線圈),該裝置使用接收到的電能對車載電池進行充電,供電裝置與車身接收裝置之間通過磁場傳送能量,由于電磁輻射等因素,其能量傳輸效率只能達到90%左右。目前,無線充電樁可以允許的充電有效距離一般為15cm～25cm,允許的錯位誤差一般為15cm左右。下列說法正確的是(B)A.無線充電樁的優(yōu)越性之一是在百米開外也可以對電動車快速充電B.車身感應線圈中感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化C.車身感應線圈中感應電流的磁場總是與地面發(fā)射線圈中電流的磁場方向相反D.若線圈均采用超導材料,則能量的傳輸效率有望達到100%解析:根據(jù)題意無線充電樁可以允許的充電有效距離一般為15～25cm,允許的錯位誤差一般為15cm左右,所以不可以在百米開外對電動車快速充電,故A錯誤。根據(jù)楞次定律,車身感應線圈中感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化,故B正確。當?shù)孛姘l(fā)射線圈中電流增大時,穿過車身感應線圈的磁通量增大,根據(jù)楞次定律可知此時車身感應線圈中感應電流的磁場與地面發(fā)射線圈中電流的磁場方向相反;當?shù)孛姘l(fā)射線圈中電流減小時,穿過車身感應線圈的磁通量減小,根據(jù)楞次定律可知,此時車身感應線圈中感應電流的磁場與地面發(fā)射線圈中電流的磁場方向相同,故C錯誤。由于電磁波傳播的時候有電磁輻射,感應線圈和發(fā)射線圈中的能量傳輸不能達到100%,故D錯誤。[原創(chuàng)新題2]隨著科技的不斷發(fā)展,手機無線充電技術也是現(xiàn)在的一個熱門話題,而手機的無線充電原理圖可以簡化為如圖所示,實際上相當于一個變壓器。技術是不斷革新的,現(xiàn)在市面上又出現(xiàn)了一個無線充電器同時給兩臺或多臺手機充電的技術,實際上相當于一個有多個副線圈的變壓器。若無線充電器轉(zhuǎn)換器(原線圈)中的線圈匝數(shù)用n1表示,兩端電壓用U1表示,電流用I1表示,輸入功率用P1表示,兩臺手機電力接收線圈(兩個副線圈)中的線圈匝數(shù)分別用n2、n3表示,兩端電壓分別用U2、U3表示,電流分別用I2、I3表示,輸出功率分別用P2、P3表示,不計原、副線圈磁通量損失,下面關于無線充電器轉(zhuǎn)換器和手機中的線圈匝數(shù)、電壓、電流、功率關系正確的是(B)A.n1=n2+n3 B.U1n1=C.I1n3=I2n2=I解析:變壓器原、副線圈匝數(shù)之間無特定關系,A錯誤;原、副線圈磁通量變化率相同,根據(jù)法拉第電磁感應定律,感應電動勢與線圈匝數(shù)成正比,則兩端電壓與線圈匝數(shù)成正比,即U1n1=U2n2=U3n3,B正確;原、副線圈如果沒有能量損失,滿足P入=P出,單個副線圈的情況下,滿足U1I1=U2I2,所以I1I2=U2U1=n2n1,電流與匝數(shù)成反比;兩個副線圈的情況下,也滿足P入=P出,即P1=P2+P3,U1I1=U2I[原創(chuàng)新題3](多選)如圖甲為手機無線充電工作原理示意圖,它由送電線圈和受電線圈組成。已知受電線圈的匝數(shù)為40匝,電阻r=2Ω,在它的c、d兩端接一阻值R=6Ω的電阻。設在受電線圈內(nèi)存在與線圈平面垂直的磁場,其磁通量隨時間變化規(guī)律如圖乙所示,磁場向上穿過線圈時磁通量為正,則(AC)A.0～t1時間內(nèi),感應電流的方向為c→R→dB.電壓表的示數(shù)為6VC.無線充電1min,電阻R上接收電能為720JD.t1到t2時間內(nèi),通過電阻R的電荷量為1×10-3C解析:由題圖乙可知,0～t1時間內(nèi),受電線圈中磁通量方向向上增大,則根據(jù)楞次定律判斷可知,感應電流方向為c→R→d,故A正確;由題圖乙可知T=π×10-3s,在受電線圈中產(chǎn)生感應電動勢的最大值為Em=NBSω=NΦm2πT=40×2.0×10-4×2ππ×10-3V=16V,則受電線圈中產(chǎn)生感應電動勢的有效值為E=Em2=82V,根據(jù)閉合電路歐姆定律可得,受電線圈中的感應電流為I=Er+R=822+6A=2A,則電壓表的示數(shù)為U=IR=62V,故B錯誤;無線充電1min,電阻R上接收電能為E=Q=I2Rt=2×6×60J=720J,故C正確;由題圖乙可知,在t1到t2時間內(nèi),受電線圈磁通量的變化量為ΔΦ=4.0×10-4Wb,則在t1到t2時間內(nèi),通過電阻R的電荷為q=I·Δt=Er交變電流的產(chǎn)生及描述1.(2022·浙江1月卷,9)如圖所示,甲圖是一種手搖發(fā)電機及用細短鐵絲顯示的磁場分布情況,搖動手柄可使對稱固定在轉(zhuǎn)軸上的矩形線圈轉(zhuǎn)動;乙圖是另一種手搖發(fā)電機及磁場分布情況,皮帶輪帶動固定在轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的兩個線圈轉(zhuǎn)動。下列說法正確的是(A)A.甲圖中線圈轉(zhuǎn)動區(qū)域磁場可視為勻強磁場B.乙圖中線圈轉(zhuǎn)動區(qū)域磁場可視為勻強磁場C.甲圖中線圈轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的電流是正弦交流電D.乙圖線圈勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的電流是正弦交流電考題題型歸類:考查正弦式交流電的產(chǎn)生條件。考查難點:根據(jù)題圖得出隱含的條件。解析:題圖甲中細短鐵絲顯示的磁場分布均勻,則線圈轉(zhuǎn)動區(qū)域磁場可視為勻強磁場,故A正確;題圖乙中細短鐵絲顯示的磁場分布不均勻,則線圈轉(zhuǎn)動區(qū)域磁場不能看成勻強磁場,故B錯誤;根據(jù)發(fā)電機原理可知題圖甲中線圈在勻強磁場中繞垂直磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動時才能產(chǎn)生正弦交流電,故C錯誤;題圖乙中是非勻強磁場,則線圈勻速轉(zhuǎn)動時也不能產(chǎn)生正弦交流電,故D錯誤。2.(2021·江蘇卷,12)貫徹新發(fā)展理念,我國風力發(fā)電發(fā)展迅猛,2020年我國風力發(fā)電量高達4000億千瓦時。某種風力發(fā)電機的原理如圖所示,發(fā)電機的線圈固定,磁體在葉片驅(qū)動下繞線圈對稱軸轉(zhuǎn)動,已知磁體間的磁場為勻強磁場,磁感應強度的大小為0.20T,線圈的匝數(shù)為100、面積為0.5m2,電阻為0.6Ω,若磁體轉(zhuǎn)動的角速度為90rad/s,線圈中產(chǎn)生的感應電流為50A。求:(1)線圈中感應電動勢的有效值E;(2)線圈的輸出功率P。(結(jié)果保留整數(shù))考題題型歸類:考查基本規(guī)律的應用——交變電流的四值描述。考查巧妙之處:聯(lián)系生活實踐——風力發(fā)電?？疾殡y點:與閉合電路知識的綜合。解析:(1)電動勢的最大值Em=NBSω,有效值E=Em2,解得E=代入數(shù)據(jù)得E≈636V。(2)輸出電壓U=E-Ir,輸出功率P=IU,解得P=I(E-Ir),代入數(shù)據(jù)得P≈30300W。答案:(1)636V(2)30300W變壓器的動態(tài)分析3.(2021·福建卷,3)某住宅小區(qū)變壓器給住戶供電的電路示意圖如圖所示,圖中R為輸電線的總電阻。若變壓器視為理想變壓器,所有電表視為理想電表,不考慮變壓器的輸入電壓隨負載變化,則當住戶使用的用電器增加時,圖中各電表的示數(shù)變化情況是(D)A.A1增大,V2不變,V3增大B.A1增大,V2減小,V3增大C.A2增大,V2增大,V3減小D.A2增大,V2不變,V3減小考題題型歸類:考查基本規(guī)律的應用——變壓器的動態(tài)分析問題?？疾榍擅钪?聯(lián)系實際——住宅小區(qū)變壓器給住戶供電?？疾殡y點:理想變壓器原理的理解和應用。解析:不考慮變壓器的輸入電壓隨負載變化,即變壓器原線圈的輸入電壓U1=UV1不變,根據(jù)U1U2=n1n2可知,變壓器副線圈的輸出電壓U2=UV2不變;當住戶使用的用電器增加時,由于各用電器之間是并聯(lián)關系,故用戶的總電阻R用變小,由I2=U2R+R用可知,副線圈的電流I2=IA2變大,而由UV3=U2-I2R可知V3減小;由理想變壓器的原理U1I1=U2I2,可知原線圈的電流I14.(2022·湖南卷,6)如圖,理想變壓器原、副線圈總匝數(shù)相同,滑動觸頭P1初始位置在副線圈正中間,輸入端接入電壓有效值恒定的交變電源。定值電阻R1的阻值為R,滑動變阻器R2的最大阻值為9R,滑片P2初始位置在最右端。理想電壓表的示數(shù)為U,理想電流表的示數(shù)為I。下列說法正確的是(B)A.保持P1位置不變,P2向左緩慢滑動的過程中,I減小,U不變B.保持P1位置不變,P2向左緩慢滑動的過程中,R1消耗的功率增大C.保持P2位置不變,P1向下緩慢滑動的過程中,I減小,U增大D.保持P2位置不變,P1向下緩慢滑動的過程中,R1消耗的功率減小考題題型歸類:考查基本規(guī)律的應用——變壓器的動態(tài)分析問題、變壓