高中物理综合题

用一束光子去激发处于基态的氢原子，氢原子吸收了光子后刚好发生电离.已知E₁="-13.6" eV，求这束光子的频率.

如图所示，abcd为交流发电机的矩形线圈，其面积为S，匝数为n，线圈电阻为r，外电阻为R.线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO′匀速转动，角速度为ω.若图中的电压表、电流表均为理想交流电表，求：

(1)此交流发电机产生感应电动势的最大值E_m；
(2)若从图示位置开始计时，写出感应电流随时间变化的函数表达式；
(3)交流电压表和交流电流表的示数；
(4)此交流发电机的输出功率P_出.

如图所示，N=50匝的矩形线圈abcd，边长="20" cm，="25" cm，放在磁感应强度B="0.4" T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n="3" 000 r/min的转速匀速转动，线圈电阻r="1" Ω，外电路电阻R="9" Ω.t=0时，线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里.

(1)在图中标出t=0时感应电流的方向；
(2)写出线圈感应电动势的瞬时表达式；
(3)线圈转一圈外力做功多大？
(4)从图示位置转过90°过程中流过电阻R的电荷量是多大？

三峡水利枢纽工程是长江流域治理开发的关键工程，建成后将是中国规模最大的水利工程.枢纽控制流域面积1.0×10⁶ km²，占长江流域面积的56%，坝址处年平均流量为Q=4.51×10¹¹ m³.水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面，在发电方面，三峡电站安装水轮发电机组26台，总装机容量(指26台发电机组同时工作时的总发电功率)为P=1.82×10⁷ kW，年平均发电量约为W=8.40×10¹⁰ kW·h.该工程将于2009年全部竣工，电站主要向华中、华东电网供电，以缓解这两个地区的供电紧张局面.
阅读上述资料，解答下列问题(水的密度ρ=1.0×10³ kg/m³，g取10.0 m/s²)：
(1)若三峡电站上、下游水位差按H="100" m计算，试推导三峡电站将水流的势能转化为电能的效率η的公式，并计算出效率η的数值.
(2)若26台发电机组全部建成并发电，要达到年发电量的要求，每台发电机组平均年发电时间t为多少天？
(3)将该电站的电能输送到华中地区，送电功率为P=4.5×10⁶ kW，采用超高压输电，输电电压为U="500" kV，而发电机输出的电压约为U₀="18" kV，要使输电线上损耗的功率等于输送电功率的5%.求：发电站的升压变压器原、副线圈的匝数比和输电线路的总电阻.

如图所示，交流发电机矩形线圈的边长ab="cd=0.4" m，ac="bd=0.2" m，共50匝，线圈电阻r="1" Ω.线圈在磁感应强度B="0.2" T的匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴以的转速匀速转动，外接电阻为R="9" Ω，求：

(1)电压表的读数；
(2)电阻R上的电功率和发电机的电功率.

如图所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的市电上，向额定电压为1.80×10⁴ V的霓虹灯供电，使它正常发光.为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12 mA时，熔丝就熔断.求：

(1)熔丝的熔断电流是多大？
(2)当副线圈电路中电流为10 mA时，变压器的输入功率是多大？

如图所示，一个变压器（可视为理想变压器）的原线圈接在220 V的市电上，向额定电压为1.80×10⁴ V的霓虹灯供电，使它正常发光.为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12 mA时，熔丝就熔断.

（1）熔丝的熔断电流是多大？
（2）当副线圈电路中电流为10 mA时，变压器的输入功率是多大？

家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新型灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳组成.接通电源后，220 V交流电经一变压器，一方面在次级产生3.4 V交流对磁控管加热，同时在次级产生2 000 V高压经整流加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生频率为2 450 MHz的微波，微波输送至金属制成的加热器(炉腔)，被来回反射，微波的电磁作用使食物分子高频地运动而内外同时生热，迅速熟透，并能最大限度地保存食物中的维生素.
(1)试计算微波炉变压器的高压变压比；
(2)微波炉产生的高频微波若发生泄漏会造成电磁辐射污染，直接伤害人的肌体，试说明其中的原因；
(3)正常工作时微波炉的炉门对微波起着很好的反射和屏蔽作用，开门前务必先让微波发生电路停止工作.为了方便微波炉的操作，需要设计一保护开关，它能在炉门被打开前自动断电.为了防止微波大量泄漏，该开关必须保证在炉门被打开之前的一定时间内完成断电动作，这一时间称为保护开关动作的时间提前量Δt.假设微波在食品以及在空气中的速度都差不多，微波炉炉腔对角线约50 cm.且微波束每次穿过炉中食品仅被吸收1/1 000，若要求炉门打开时炉内微波强度至少应衰减到正常工作时的百万分之一，请估算保护开关动作的时间提前量Δt的数量级，并根据估算结果发表讨论.(lg0.999=-4.345×10^-4)

如图所示，匝数为100、边长为 0.2 m的正方形线圈，在磁感应强度为2 T的匀强磁场中，从中性面开始以10π rad/s的角速度绕OO′轴匀速转动.若线圈自身电阻为2 Ω，负载电阻R="6" Ω，π²≈10，则开始转动 s内在电阻R上产生的热量为多少焦耳？

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ω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Φ随时间按正弦规律变化，如右上图所示.发电机内阻r="5.0" Ω，外电路电阻R="95" Ω.求：

（1）该发电机所产生的感应电动势的最大值；
（2）在电阻R上产生的热功率.

如图所示为交流发电机示意图，匝数为n=100匝的矩形线圈，边长分别为10 cm和20 cm，内阻为 5 Ω，在磁感应强度B="0.5" T的匀强磁场中绕OO′轴以502 rad/s的角速度匀速转动，线圈和外部 20 Ω的电阻R相接.求：

（1）当S断开时，电压表的示数；
（2）当电键S合上时，电压表和电流表的示数；
（3）通过电阻R的电流最大值是多少？电阻R上所消耗的电功率是多少？

如图所示,两块水平放置的平行金属板板长L="1.4" m,板距d="30" cm,两板间有B="1.25" T、垂直纸面向里的匀强磁场.在两板上加如图所示的脉动电压.在t=0时,质量m=2×10^-15 kg、电荷量q=1×10^-10 C的正离子,以速度v₀=4×10³ m/s从两板中间水平射入,试问：

(1)粒子在板间做什么运动?画出其轨迹.
(2)粒子在场区运动的时间是多少?

一座小型水电站,利用流量2 m³/s、落差5 m的河水发电,若单相发电机的效率为50%,输出电压为200 V,已知发电站到用户架设的输电线总电阻为12 Ω,输电中输电线上允许损耗的功率为6%,用户所需电压为220 V,求所用升压变压器和降压变压器的原副线圈的匝数比(变压器为理想变压器).

如图所示，矩形线框匝数n=250匝，ab="12" cm，ad="10" cm，线框置于B= T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以转速120 r/min匀速转动，线框通过滑环与外电路相连，外电路接有R="12" Ω的电阻及一只发光电压和熄灭电压都为12 V的氖泡L.求：

(1)当S接e时，电流表读数为多少？R的热功率为多大？10 min内外力对线框做功多少？
(2)当S接e时,在线圈从图示位置转过90°的过程中,流过电阻R的平均电流为多少?流过电阻R的电荷量为多少?(π²=10)
(3)当S接f时，氖泡闪光频率为多大？通电10 min，氖泡发光总时间为多少？（线框电阻不计）

某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为9 kW，输出电压为500 V，输电线的总电阻为10 Ω，允许线路损耗的功率为输出功率的4%.求:
(1)村民和村办小企业需要220 V电压时，所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少？(不计变压器的损耗)
(2)若不用变压器而由发电机直接输送，村民和村办小企业得到的电压和功率是多少？