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2009屆新課標(biāo)物理考點預(yù)測（13）

交變電流電磁場與電磁波

一、考點介紹

本考點是電磁感應(yīng)的應(yīng)用和延伸．高考對本章知識的考查主要體現(xiàn)在“三突出”：一是突出考查交變電流的產(chǎn)生過程；二是突出考查交變電流的圖象和交變電流的四值；三是突出考查變壓器．一般試題難度不大，且多以選擇題的形式出現(xiàn)．對于電磁場和電磁波只作一般的了解．本考點知識易與力學(xué)和電學(xué)知識綜合，如帶電粒子在加有交變電壓的平行金屬板間的運動，交變電路的分析與計算等．同時，本考點知識也易與現(xiàn)代科技和信息技術(shù)相聯(lián)系，如“電動自行車”、“磁懸浮列車”等．另外，遠(yuǎn)距離輸電也要引起重視．尤其是不同情況下的有效值計算是高考考查的主要內(nèi)容；對變壓器的原理理解的同時，還要掌握變壓器的靜態(tài)計算和動態(tài)分析．

二、高考真題

1．（2008年高考山東卷.理綜.17）圖l 、圖2 分別表示兩種電壓的波形．其中圖l 所示電壓按正弦規(guī)律變化。下列說法正確的是

A．圖l 表示交流電，圖2 表示直流電

B．兩種電壓的有效值相等

C．圖1 所示電壓的瞬時值表達(dá)式為：u=311 sin100πtV

D．圖l 所示電壓經(jīng)匝數(shù)比為10 : 1 的變壓器變壓后．頻

率變?yōu)樵瓉淼?/p>

試題詳情

2.（2008年高考廣東卷.物理.5）小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動。產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間呈正弦函數(shù)關(guān)系，如圖3所示，此線圈與一個R＝10Ω的電阻構(gòu)成閉合電路，不計電路的其他電阻，下列說法正確的是（）

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A．交變電流的周期為0.125 B．交變電流的頻率為8Hz

試題詳情

C．交變電流的有效值為A D．交變電流的最大值為4A 圖3

試題詳情

3.（2008年高考寧夏卷.理綜.19.）如圖4a所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中，.如圖a所示，一矩形線圈abcd放置在勻強(qiáng)磁場中，并繞過ab、cd中點的軸OO′以角速度逆時針勻速轉(zhuǎn)動。若以線圈平面與磁場夾角時（如圖b）為計時起點，并規(guī)定當(dāng)電流自a流向b時電流方向為正。則圖5四幅圖中正確的是( )

圖4

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圖5

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4.（2008年高考海南卷.物理.7）如圖6所示，理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4∶1．原線圈接入一電壓為u＝U₀sinωt的交流電源，副線圈接一個R＝27.5 Ω的負(fù)載電阻．若U₀＝220V，ω＝100π Hz，則下述結(jié)論正確的是（）

A．副線圈中電壓表的讀數(shù)為55 V

試題詳情

B．副線圈中輸出交流電的周期為

試題詳情

C．原線圈中電流表的讀數(shù)為0.5 A

試題詳情

D．原線圈中的輸入功率為_圖6

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5.（2008年高考上海卷.物理.20B）某小型實驗水電站輸出功率是20kW，輸電線路總電阻是6Ω。

（1）若采用380V輸電，求輸電線路損耗的功率。

（2）若改用5000高壓輸電，用戶端利用n₁:n₂＝22：1的變壓器降壓，求用戶得到的電壓。

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6.（2007年高考廣東卷.物理.6）平行板間加如圖7(a)所示周期變化的電壓，重力不計的帶電粒子靜止在平行板中央。從t=0時刻開始將其釋放，運動過程無碰板情況。(b)中，能定性描述粒子運動的速度圖象正確的是（）

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A B C D

圖7

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7.（2008年高考北京卷.理綜.18）一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n₁:n₂=11:5。原線圈與正弦交變電源連接，輸入電壓u如圖8所示。副線圈僅接入一個10 的電阻。則（）

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A．流過電阻的電流是20 A

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B．與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100V

C．經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6×10³J

D．變壓器的輸入功率是1×10³W 圖8

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8.（2008年高考天津卷.理綜.17）一理想變壓器的原線圈上接有正弦交變電壓，其最大值保持不變，副線圈接有可調(diào)電阻R。設(shè)原線圈的電流為I₁，輸入功率為P₁，副線圈的電流為I₂，輸出功率為P₂。當(dāng)R增大時

A．I₁減小，P₁增大 B．I₁減小，P₁減小

C．I₂增大，P₂減小 D．I₂增大，P₂增大

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9.（2008年高考四川卷.理綜.16）如圖9所示，一理想變壓器原線圈接入一交流電源，副線圈電路中R₁、R₂、R₃和R₄均為固定電阻，開關(guān)S是閉合的。和為理想電壓表，讀數(shù)分別為U₁和U₂；、和為理想電流表，讀數(shù)分別為I₁、I₂和I₃。現(xiàn)斷開S，U₁數(shù)值不變，下列推斷中正確的是（）圖9

A．U₂變小、I₃變小 B．U₂不變、I₃變大

C．I₁變小、I₂變小 D．I₁變大、I₂變大

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10．（2006年高考廣東卷.物理.17）某發(fā)電站的輸出功率為，輸出電壓為4kV，通過理想變壓器升壓后向80km遠(yuǎn)處供電。已知輸電導(dǎo)線的電阻率為，導(dǎo)線橫截面積為，輸電線路損失的功率為輸出功率的4%，求：

（1）升壓變壓器的輸出電壓；（2）輸電線路上的電壓損

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1．（海南省民族中學(xué)2009屆高三上學(xué)期階段測試卷．物理．8）

如圖10甲所示的空間存在一勻強(qiáng)磁場，其方向為垂直于紙面向

里，磁場的右邊界為MN，在MN右側(cè)有一矩形金屬線圈abcd，

ab邊與MN重合。現(xiàn)使線圈以ab邊為軸按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動，

圖10甲

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2．（(2008學(xué)年廣東越秀區(qū)高三摸底調(diào)研測試卷。物理．5)某交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與時間的關(guān)系如圖11所示.如果此線圈和一個R＝100Ω的電阻構(gòu)成閉合電路,不計電路的其它電阻，下列說法中正確的是( )

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A.交變電流的周期為0.04s

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B.電阻R兩端的最大電壓是100V 圖11

C.交變電流的有效值為1A

D.交變電流的最大值為1A

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3．（江蘇南通市2008屆第三次調(diào)研卷．物理．7）某交流發(fā)電機(jī)給燈泡供電，產(chǎn)生正弦式交變電流的圖象如圖12所示，下列說法中正確的是（）

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A．交變電流的頻率為0.02Hz

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B．交變電流的瞬時表達(dá)式為

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C．在t=0.01s時，穿過交流發(fā)電機(jī)線圈的磁通量最大

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D．若發(fā)電機(jī)線圈電阻為0.4Ω，則其產(chǎn)生的熱功率為5W 圖12

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4．（江蘇淮安、連云港、宿遷、徐州四市2008第三次調(diào)研卷．物理．10）今年春節(jié)前后，我國部分省市的供電系統(tǒng)由于氣候原因遭到嚴(yán)重破壞。為此，某小區(qū)啟動了臨時供電系統(tǒng)，它由備用發(fā)電機(jī)和副線圈匝數(shù)可調(diào)的變壓器組成，如圖13所示，圖中R₀表示輸電線的電阻。滑動觸頭P置于a處時，用戶的用電器恰好正常工作，在下列情況下，要保證用電器仍能正常工作，則（）

試題詳情

A．當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出的電壓發(fā)生波動使V₁示數(shù)小于

正常值，用電器不變時，應(yīng)使滑動觸頭P向上滑動

B．當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出的電壓發(fā)生波動使V₁示數(shù)小于

正常值，用電器不變時，應(yīng)使滑動觸頭P向下滑動圖13

C．如果V₁示數(shù)保持正常值不變，那么當(dāng)用電器增加時，滑動觸頭P應(yīng)向上滑

D．如果V₁示數(shù)保持正常值不變，那么當(dāng)用電器增加時，滑動觸頭P應(yīng)向下滑

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5．（江蘇省九名校2008年第二次聯(lián)考卷．物理．7）某電廠發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定，它發(fā)出的電先通過電廠附近的升壓變壓器升壓，然后用輸電線路把電能輸送到遠(yuǎn)處居民小區(qū)附近的降壓變壓器，經(jīng)降低電壓后輸送到用戶，設(shè)升、降變壓器都是理想變壓器，那么在用電高峰期，白熾燈不夠亮，但電廠輸送的總功率增加，這時( )

A．升壓變壓器的副線圈的電壓變大 B．降壓變壓器的副線圈的電壓變大

C．高壓輸電線路的電壓損失變大 D．用戶的負(fù)載增多，高壓輸電線中的電流減小

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6．（山東省濟(jì)南一中2009屆高三月考試卷．物理．9）如圖14所示，為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動變阻器的滑動觸頭，U₁為加在原線圈兩端的電壓，I₁為原線圈中的電流強(qiáng)度，則（）

A.保持U₁及P的位置不變，K由a合到b時，I₁將增大

B.保持U₁及P的位置不變，K由b合到a時，R消耗的功率減小

C.保持U₁不變，K合在a處，使P上滑，I₁將增大

D.保持P的位置不變，K合在a處，若U₁增大，I₁將增大圖14

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7．（山東省寧津一中2009屆高三階段測試卷．物理．10）一理想變壓器的初級線圈為n₁=100匝，次級線圈n₂=30匝，n₃=20匝，一個電阻為48.4Ω的小燈泡接在次級線圈n₂與n₃上，如圖15所示．當(dāng)初級線圈與e=220sinωt的交流電源連接后，變壓器的輸入功率是（）

A.10W B.20W C.250W D.500W 圖15

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8．（山東省青島市2009屆高三復(fù)習(xí)試題．物理．9）在變電站里，經(jīng)常要用交流電表去監(jiān)測電網(wǎng)上的強(qiáng)電流，所用的器材叫電流互感器。如圖16所示的四個圖中，能正確反應(yīng)其工作原理的是（）

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9．(湖南郴州市2009屆高三調(diào)研試題．物理．16)如圖17所示，一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞OO' 軸勻速轉(zhuǎn)動，磁場方向與轉(zhuǎn)軸垂直．已知線圈匝數(shù)n=400，

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電阻r＝0．1Ω，長L₁=0．05m，寬L₂=0．04m，角速度＝l00 rad／s，

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磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0．25T.線圈兩端外接電阻R=9．9Ω的用電器

和一個交流電流表(內(nèi)阻不計)，求：

(1)線圈中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢．

(2)電流表A的讀數(shù)．

圖17

(3)用電器上消耗的電功率．

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10．(2009屆廣東省新洲中學(xué)高三摸底考試試卷．物理．16)某發(fā)電站的輸出功率P = 10⁴kW，輸出電壓U₁ = 4kV，通過理想變壓器升壓后向遠(yuǎn)處供電．已知輸電導(dǎo)線的總電阻為R = 10Ω，輸電線路損失的功率為輸出功率的4%，求變壓器的匝數(shù)比．

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11. （江蘇徐州市2009屆復(fù)習(xí)試卷．物理．17）在遠(yuǎn)距離輸電時，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個坑口電站，輸送的電功率為P=500kW，當(dāng)使用U=5kV的電壓輸電時，測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差4800度。求：

⑴這時的輸電效率η和輸電線的總電阻r。

⑵若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電？

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12．（浙江省2008屆高三第一輪復(fù)習(xí)單元測試題卷．物理．19 ）如圖19（甲）所示，邊長為l和L的矩形線框、互相垂直，彼此絕緣，可繞中心軸O₁O₂轉(zhuǎn)動，將兩線框的始端并在一起接到滑環(huán)C，末端并在一起接到滑環(huán)D，C、D彼此絕緣.通過電刷跟C、D連接.線框處于磁鐵和圓柱形鐵芯之間的磁場中，磁場邊緣中心的張角為45°，如圖19（乙）所示（圖中的圓表示圓柱形鐵芯，它使磁鐵和鐵芯之間的磁場沿半徑方向，如圖箭頭所示）。不論線框轉(zhuǎn)到磁場中的什么位置，磁場的方向總是沿著線框平面.磁場中長為l的線框邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B，設(shè)線框和的電阻都是r，兩個線框以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動，電阻R=2r.

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（1）求線框轉(zhuǎn)到圖（乙）位置時感應(yīng)電動勢的大小；

（2）求轉(zhuǎn)動過程中電阻R上的電壓最大值；

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（3）從線框進(jìn)入磁場開始時，作出0~T（T是線框轉(zhuǎn)動周期）時間內(nèi)通過R的電流i_R隨時間變化的圖象。

（一）文字介紹

預(yù)測2009年高考中交變電流考點主要考查：一考查正弦交變電流的產(chǎn)生過程，正弦交變電流的產(chǎn)生過程要做到“情、數(shù)、形”三者相統(tǒng)一。“情”就是物理情景，即線圈在磁場中轉(zhuǎn)動的情形；“數(shù)”就是用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示交變電流的產(chǎn)生過程；“形”就是用圖象表示交變電流的產(chǎn)生過程。在這三者中已知其一，便知其二。所以在高考中往往提供其中一種求另兩種；二是考查交變電流的四值，交變電流的“四值”即最大值、瞬時值、有效值、平均值。一定要注意的各類值的不同用法，尤其是不同情況下的有效值計算是高考考查的主要內(nèi)容；三是考查變壓器的原理和動態(tài)分析；另外帶電粒子在交變電場中運動和交變電流中與實際相聯(lián)系的問題也要引起重視。

（二）考點預(yù)測題

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四、考點預(yù)測

1.正弦交變電源與電阻R、交流電壓表按照圖 20所示的方式連接，R=10Ω，交流電壓表的示數(shù)是10V，圖21是交變電源輸出電壓u隨時間t變化的圖像.則 ( )

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A.通過R的電流i_R隨時間t變化的規(guī)律是

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B.通過R的電流i_R隨時間t變化的規(guī)律是

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C.R兩端的電壓u_R隨時間t變化的規(guī)律是（V）

圖20 圖21

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D.R兩端的電壓u_R隨時間t變化的規(guī)律是（V）

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2．磁鐵在電器中有廣泛的應(yīng)用，如發(fā)電機(jī).如圖22所示，已知一臺單相發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)線框共有N匝，線框長為L₁、寬為L₂，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角速度為ω，磁極間的磁感強(qiáng)度為B，試導(dǎo)出發(fā)電機(jī)的瞬時電動勢 E的表達(dá)式.現(xiàn)在知道有一種強(qiáng)永磁材料釹鐵硼，用它制成發(fā)電機(jī)的磁極時，磁感強(qiáng)度可增大到原來的K倍.如果保持發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和尺寸、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角速度、需產(chǎn)生的電動勢都不變，那么這時轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)線框需要多少匝？

圖22

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3．將硬導(dǎo)線中間一段折成不封閉的正方形，每邊長為l，

它在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B、方向如圖23的勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)

動，轉(zhuǎn)速為n，導(dǎo)線在a、b兩處通過電刷與外電路連接，

外電路接有額定功率為P的小燈泡并正常發(fā)光，電路中

除燈泡外，其余部分的電阻不計，燈泡的電阻應(yīng)為（）

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A. B. C. D. 圖23

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4．一個邊長為6cm的正方形金屬線框置于勻強(qiáng)磁場中，線框平面與磁場垂直，電阻為0.36磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變化關(guān)系如圖24所示,則線框中感應(yīng)電流的有效值為

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A. B.

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C. D.

圖24

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5．鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖25左（a）所示.圖中電流表的讀數(shù)為1.2A，.圖25（b）中用同一電纜線繞了3匝，則（）

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A.這種電流表能測直流電流，圖（b）的讀數(shù)為2.4A

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B.這種電流表能測交流電流，圖（b）的讀數(shù)為0.4A

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C.這種電流表能測交流電流，圖（b）的讀數(shù)為3.6A

D.這種電流表既能測直流電流，又能測交流電流，圖（b）的讀數(shù)為

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3.6A

圖25

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6．如圖26所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為20∶1,原線圈接正弦交流電源，副線圈接入“220 V,60 W”燈泡一只，且燈光正常發(fā)光。則

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A.電流表的示數(shù)為A B.電源輸出功率為1 200W

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C.電流表的示數(shù)為 A D.原線圈端電壓為11 V

圖26

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7．如圖27所示電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開關(guān)。P是滑動變阻器R的滑動觸頭，U₁為加在原線圈兩端的交變電壓，I₁、I₂分別為原線圈和副線圈中的電流。下列說法正確的是 ( )

A．保持P的位置及U₁不變，S由b切換到a，則R上消耗的功率減小

B．保持P的位置及U₁不變，S由a切換到b，則I₂ 減小

C．保持P的位置及U₁不變，S由b切換到a，則I₁增大

D．保持U₁不變，S接在b端，將P向上滑動，則I₁減小

圖27

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8.如圖28所示，一個變壓器（可視為理想變壓器）的原線圈接在220V的交流電上，向額定電壓為1.80×10⁴V的霓虹燈供電，使它正常發(fā)光.為了安全，需在原線圈回路中接入熔斷器，使副線圈電路中電流超過12mA時，熔絲就熔斷.

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（1）熔絲的熔斷電流是多大？

（2）當(dāng)副線圈電路中電流為10mA時.變壓器的輸入功率是多大圖28

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9．遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖如圖29所示：若發(fā)電機(jī)的輸出電壓不變，則下列敘述中正確的是

A.升壓變壓器的原線圈中的電流與用戶用電設(shè)備消耗的功率無關(guān)

B.輸電線中的電流只由升壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定圖29

C.當(dāng)用戶用電器的總電阻減少時，輸電線上損失的功率增大

D.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓

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10．學(xué)校有一臺應(yīng)急備用發(fā)電機(jī)，內(nèi)阻為r=1Ω，升壓變壓器匝數(shù)比為1∶4，降壓變壓器的匝數(shù)比為4∶1，輸電線的總電阻為R=4Ω，全校22個教室，每個教室用“220V，40W”的燈6盞，要求所有燈都正常發(fā)光，則：⑴發(fā)電機(jī)的輸出功率多大？⑵發(fā)電機(jī)的電動勢多大？⑶輸電線上損耗的電功率多大？

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11.如圖30所示，真空中相距d=5 cm的兩塊平行金屬板A、B與電源連接(圖中未畫出)，其中B板接地（電勢為零）,A板電勢變化的規(guī)律如圖31所示。

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將一個質(zhì)量m=2.0×10^-23 kg,電量q=+1.6×10^-1C的帶電粒子從緊臨B板處釋放，不計重力。求：

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(1)在t=0時刻釋放該帶電粒子，釋放瞬間粒子加速度的大小；

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(2)若A板電勢變化周期T=1.0×10^-5 s,在t=0時將帶電粒子從緊臨B板處無初速釋放，

粒子到達(dá)A板時動量的大小；圖30 圖31

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(3)A板電勢變化頻率多大時，在t=到t=時間內(nèi)從緊臨B板處無初速釋放該帶電粒子，粒子不能到達(dá)A板。

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12．如圖32所示，有真空速度為v=6.4×10⁷m/s的電子束，連續(xù)地射入兩平行板間，極板的長度為L=8.0×10^-2m，間距為d=5.0×10^-3m。兩極板不帶電時，電子束沿兩極板之間的中線通過。在兩極板上加一個50Hz的交流電壓U=U₀sinV，如果所加電壓的最大值U₀超過某個值U_c時，電子束將有時能通過兩極板，有時不能通過。求：

（1）U_c的大小。

（2）U₀為何值時才能通過時間Δt_通跟間斷的時間

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Δt_通之比為：=2：1？圖32

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13．“二分頻”音箱內(nèi)有兩個不同口徑的揚(yáng)聲器，它們的固有頻率分別處于高音、低音頻段，分別稱為高音揚(yáng)聲器和低音揚(yáng)聲器，音箱要將擴(kuò)音機(jī)送來的含有不同頻率的混合音頻電，流按高、低頻段分離出來，送往相應(yīng)的揚(yáng)聲器，以便使電流所攜帶的音頻信息按原比例還原成高、低頻和機(jī)械振動，圖33為音箱的電路圖，高、低頻混合電流容器（）

A、甲揚(yáng)聲器是高音揚(yáng)聲器

B、C₂的作用是阻礙高頻電流通過甲揚(yáng)聲器

C、L₁的作用是阻礙低頻電流通過甲揚(yáng)聲器

D、L₂的作用是減弱乙揚(yáng)聲器的低頻電流圖33

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1⒋曾經(jīng)流行過一種向自行車車頭燈供電的小型交流發(fā)電機(jī)，下面圖34（1）為其結(jié)構(gòu)示意圖，.圖中N、S是一對固定的磁極，abcd為固定在轉(zhuǎn)軸上的圖34

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矩形線框，轉(zhuǎn)軸過bc邊中點、與ab邊平行，它的一端有一半徑r₀=1.0cm的摩擦小輪，圖34

小輪與自行車車輪的邊緣相接觸，如

試題詳情

圖34（2）所示.當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時，因摩擦而帶動小輪轉(zhuǎn)動，從而使線框在磁極間轉(zhuǎn)動.設(shè)線框由N=800匝導(dǎo)線圈組成，每匝線圈的面積S=20cm²，磁極間的磁場可視作勻強(qiáng)磁場，磁感強(qiáng)度B=0.010 T，自行車車輪的半徑 R₁=35 cm，小齒輪的半徑 R₂=4 cm，大齒輪的半徑R₃=10.0cm（見圖）.現(xiàn)從靜止開始使大齒輪加速轉(zhuǎn)動，問大齒輪的角速度為多大才能使發(fā)電機(jī)輸出電壓的有效值U=3.2V？（假定摩擦小輪與自行車輪之間無相對滑動）

試題詳情

15．如圖35所示，某雷達(dá)站正在觀察一飛機(jī)飛行，設(shè)飛機(jī)正對雷達(dá)站勻速飛來，從某一時刻發(fā)出一束電磁波，經(jīng)收到反射波；隔4s后再發(fā)出一束電磁波，經(jīng)收到反射波，求飛機(jī)的飛行速度?

試題詳情

16．自然界中的物體由于具有一定的溫度，會不斷向外輻射電磁波，這種輻射因與溫度有關(guān)，稱為熱輻射。熱輻射具有如下特點：（1）輻射的能量中包含各種波長的電磁波；（2）物體溫度越高，單位時間從物體表面積上輻射能量越大；（3）在輻射的總能量中，各種波長所占的百分比不同。處于一定溫度的物體在向外輻射電磁能量的同時，也要吸收由其他輻射的電磁能量，如果它處在平衡狀態(tài)，則能量保持不變。若不考慮物體表面性質(zhì)對輻射與吸收的影響，我們定義一種理想的物體，它能100%的吸收射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體。單位時間內(nèi)從黑體表面單位面積輻射的電磁波的總能量與黑全絕對溫度的四次方成正比，即有P₀=δ=5.67×10^-8W/(m²?K⁴)。

在下面的問題中，把研究對象都簡單地看做黑體。

有關(guān)數(shù)據(jù)有及數(shù)學(xué)公式：太陽半徑R_S=696 000km，太陽表面溫度T=5 770K，火星半徑r=3 395km，球面積S=4πR²，其中R為球半徑。

（1）太陽輻射能量的絕大多數(shù)集中在波長為2×10^-⁷～1×10^-⁵m范圍內(nèi)，求相應(yīng)的頻率范圍。

（2）每小時從太陽表面輻射的總能量為多少？

（3）火星受到來自太陽的輻射可以認(rèn)為垂直射到面積為πr²(r為火星半徑)的圓盤上，已知太陽到火星的距離約為太陽半徑的400倍，忽略其他天體及宇宙空間的輻射，試估算火星的．

試題詳情

高考真題

1．【解析】交流電的概念，大小和方向都隨時間變化，在t軸的上方為正，下方為負(fù)，A錯。有效值只對正弦交流電使用，最大值一樣，所以B錯。由圖可知，C對。變壓之后頻率不變，D錯。

【答案】C

2．【解析】由e－t圖像可知，交變電流電流的周期為0.25s，故頻率為4Hz，選項A、B錯誤。根據(jù)歐姆定律可知交變電流的最大值為2A，故有效值為A，選項C正確。

【答案】C

3．【解析】本題考查正弦交流電的產(chǎn)生過程、楞次定律等知識和規(guī)律。從a圖可看出線圈從垂直于中性面開始旋轉(zhuǎn)，由楞次定律可判斷，初始時刻電流方向為b到a，故瞬時電流的表達(dá)式為i=－i_mcos（+ωt），則圖像為D圖像所描述。平時注意線圈繞垂直于磁場的軸旋轉(zhuǎn)時的瞬時電動勢表達(dá)式的理解

【答案】D

4．【解析】原線圈電壓有效值U₁=220V，由電壓比等于匝數(shù)比可得副線圈電壓U₂=55V，A對；電阻R上的電流為2A，由原副線圈電流比等于匝數(shù)的反比，可得電流表示數(shù)為0.5A， C對；輸入功率為P=220×0.5W=110W，D錯；周期T= =0.02s，B錯。

【答案】AC

5．【解析】（1）輸電線上的電流強(qiáng)度為I＝A＝52.63A

輸電線路損耗的功率為

P_損＝I²R＝52.63²×6W≈16620W＝16.62kW

（2）改用高壓輸電后，輸電線上的電流強(qiáng)度變?yōu)镮′＝A＝4A

用戶端在變壓器降壓前獲得的電壓 U₁＝U－I′R＝（5000－4×6）V＝4976V

根據(jù)

用戶得到的電壓為U₂＝＝×4976V＝226.18V

【答案】380，75%

6．【解析】帶電粒子在交變電場中不斷地作勻加速和勻減的交替運動，經(jīng)過一個周期后，速度為零，再又重復(fù)前面的運動，所以選項A正確

【答案】A

7．【解析】原線圈中電壓的有效值是220V，由變壓比知副線圈中電壓為100V，流過電阻的電流是10A；與電阻并聯(lián)的電壓表的示數(shù)是100V；經(jīng)過1分鐘電阻發(fā)出的熱量是6×10³⁴J。

【答案】D

8．【解析】理想變壓器的特點是輸入功率等于輸出功率，當(dāng)負(fù)載電阻增大時，由于副線圈的電壓不變，所以輸出電流I₂減小，導(dǎo)致輸出功率P₂減小，所以輸入功率P₁減小；輸入的電壓不變，所以輸入的電流I₁減小，B正確

【答案】B

9．【解析】因為變壓器的匝數(shù)與U₁不變，所以U₂與兩電壓表的示數(shù)均不變．當(dāng)S斷開時，因為負(fù)載電阻增大，故次級線圈中的電流I₂減小，由于輸入功率等于輸出功率，所以I₁也將減小，C正確；因為R₁的電壓減小，故R₂、R₃兩端的電壓將增大，I₃變大，B正確．

【答案】BC

10．【解析】 (1)輸電線的電阻為： P₂=P₁ P₂=I₂U₂ 聯(lián)立以上五式解得：U₂＝8×10⁴V　　　　　　　　　　　　　　

輸電線路上的電壓損失　U_損＝I₂R＝3200V　

【答案】（1）U₂＝8×10⁴V （2）3200V　

名校試題

1．【解析】線圈轉(zhuǎn)動90⁰后，進(jìn)入磁場，線圈處于平行磁感線平面，磁通量變化最快，在這個過程中，沒有感應(yīng)電流；線圈再轉(zhuǎn)動90⁰后，線圈處于中性面，磁通量變化最慢，在這個過程中，磁通量增加，感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流呈余弦規(guī)律變化，感應(yīng)電流由b到a；再轉(zhuǎn)動90⁰后，線圈處于平行磁感線平面，磁通量變化最快，在這個過程中，磁通量減小，感應(yīng)電流由a到b；再轉(zhuǎn)動，離開磁場，沒有感應(yīng)電流，依次類推。

【答案】D

2．【解析】由圖可知交交變電流的周期為0.04s，所以選項A正確；交變電壓的最大值為100V，而電阻R＝100Ω，所以交變電流的最大值為1A．

【答案】AD

3．【解析】由圖可以求得．交變電流的頻率為40Hz，所以選項A錯；交變電流的瞬時表達(dá)式為，所以選項B錯；在t=0.01s時，穿過交流發(fā)電機(jī)線圈的磁通量為零，所以選項C錯；因電流的有效值為2.5A，所以發(fā)電機(jī)線圈電阻為0.4Ω，則其產(chǎn)生的熱功率為5W，故選項D對．

【答案】D

4．【解析】V₁示數(shù)小于正常值時，副線圈的輸出電壓也要變小，所以滑動觸頭P向上滑動，即選項A正確；當(dāng)用電器增加時，副線圈的電流增大，輸電線上損失的電壓增大，要使電器正常工作，滑動觸頭P應(yīng)向上滑，所以選項C正確

【答案】AC

5．【解析】副線圈的電流增大，輸電線上損失的電壓增，所以選項C正確

【答案】C

6．【解析】K由a合到b時，n₁減小，由,可知U₂增大，P₂=隨之增大，而P₁=P₂，又P₁=I₁U₁，從而I₁增大，A正確；K由b合到a時，與上述情況相反，P₂將減小，B正確；P上滑時，R增大，P₂=減小，又P₁=P₂，P₁=I₁U₁，從而I₁減小，C錯誤；U₁增大，由可知，U₂增大，I₂=隨之增大，由可知I₁也增大，D正確。

【答案】A、B、D正確。

7．【解析】由于次級兩組副線圈的組合連接使得小燈泡回路中兩線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相反，所以小燈泡的工作電壓有效值為：

則

因為理想變壓器輸入功率等于輸出功率，故答案應(yīng)選A．

【答案】A

8．【解析】電流互感器要把大電流變?yōu)樾‰娏鳎虼嗽€圈的匝數(shù)少，副線圈的匝數(shù)多。監(jiān)測每相的電流必須將原線圈串聯(lián)在火線中。

【答案】A

9．【解析】(1)Em＝nBSω

代人數(shù)據(jù)得 Em＝400×0.25×0.05×0.04×l00 V＝20 V

(2)Im=

代人數(shù)據(jù)得Im＝A=2A

∵是正弦交變電流，所以電流表讀數(shù)即有效值

I=A=1．41A

(3)p＝I²R＝×9．9W＝19。8W．

【答案】（1） 20 V（2） 1．41A （3）19。8W

10．【解析】發(fā)電站的輸出電流

①

輸電線路損失的功率 ②

則 ③

變壓器的匝數(shù)比

【答案】

11. 【解析】⑴如圖36所示。由于輸送功率為P=500kW，一晝夜輸送電能E=Pt=12000度，終點得到的電能E′=7200度，因此效率η=60%。輸電線上的電流可由I=P/U計算，為I=100A，而輸電線損耗功率可由P_r=I²r計算，其中P_r=4800/24=200kW，因此可求得r=20Ω。

⑵輸電線上損耗功率，原來P_r=200kW，現(xiàn)在要求P_r′=10kW ，計算可得輸電電壓應(yīng)調(diào)節(jié)為U′=22.4kV。

【答案】（1）η=60% 20Ω （2）22.4kV

12．【解析】（1）根據(jù)磁場分布特點，線框不論轉(zhuǎn)到磁場中哪一位置，切割磁感線的速度始終與磁場方向垂直，故線框轉(zhuǎn)到圖示位置時，感應(yīng)電動勢的大小為

E=2Blv=2Bl=BlLω

（2）線框轉(zhuǎn)動過程中，只能有一個線框進(jìn)入磁場（作電源），另一個線框與外接電阻R并聯(lián)后一起作為外電路。

電源內(nèi)阻為r，外電路總電阻R_外=r

故R兩端的電壓最大值：U_R=IR_外=

（3）和在磁場中，通過R的電流大小相等圖37

i_R=BlLω?

從線框進(jìn)入磁場開始計時，每隔T/8（線框轉(zhuǎn)動45°）電流發(fā)生一次變化，其i_R隨時間t變化的圖象如圖20所示。

【答案】（1）BlLω （2）（3）如圖37所示

考點預(yù)測題

1．【解析】此題是已知圖象求數(shù)學(xué)表達(dá)式的問題，電壓表示數(shù)為10V是有效值，電壓最大值為,CD均錯；因此電流有效值為,交流電的電流最大值為，由圖可知，交流電的周期T＝0.02s，因此，故A正確

【答案】A

2.【解析】求解此題的關(guān)鍵是由線圈的轉(zhuǎn)動來確定表達(dá)式。取軸Ox垂

直于磁感強(qiáng)度，線框轉(zhuǎn)角為θ（如圖38所示）線框長邊垂直于紙面，點A、B表示線框長邊導(dǎo)線與紙面的交點，O點表示轉(zhuǎn)軸與紙面的交點.

線框長邊的線速度

一根長邊導(dǎo)線產(chǎn)生的電動勢為，一匝導(dǎo)線框所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為

N匝線框產(chǎn)生的電動勢應(yīng)為

磁極換成釹鐵硼永磁體時，設(shè)匝數(shù)為N′，則有　圖38　

由 E_n=E_N′可得　　　

【答案】

3．【解析】正方形線框在磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為E_m，該交變電流的有效值為，，，正確答案為B

【答案】B

4．【解析】由法拉第電磁感應(yīng)定律和歐姆定律

可得內(nèi)，

內(nèi)，由有效值的定

【答案】B

5．【解析】鉗形表是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，故只能用來測量交流電流；對鉗形表的初、次級滿足，，I₁不變，故當(dāng)n₁增加3倍時I₂=3.6A，正確答案為C.鉗形表在使用時，初級是串聯(lián)在被測電路中的，故同一電纜線雖多繞了幾匝，但電纜線中的電流 I₁保持不變.。

【答案】C

6．【解析】由燈泡正常發(fā)光知,副線圈電壓為220V,又原、副線圈電壓與匝數(shù)成正比，D錯。輸入、輸出功率相等，B錯；電流表的示數(shù)為有效值，所以A錯，C正確。

【答案】C

7．【解析】保持P的位置及U不變，S由b切換到a的過程中，副線圈匝數(shù)增多，輸出電壓增大，則R上消耗的功率也增大，原線圈的輸入功率也增大；U不變，輸入電流I增大，所以選項A、D錯而C正確。保持P的位置及U不變，S由a切換到b的過程中，副線圈匝數(shù)減少，則輸出電壓減少，輸出電流也減少。故選項B也正確。

【答案】BC

8．【解析】（1）設(shè)原、副線圈上的電壓、電流分別為U₁、U₂、I₁、I₂.

根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，有 I₁U₁=I₂U₂

當(dāng) I₂=12mA時，I₁即為熔斷電流.代入數(shù)據(jù)，得 I₁=0.98A

（2）設(shè)副線圈中電流為 I₂′=10mA時，變壓器的輸入功率為 P₁，根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，有 P₁=I₂′U₂，代入數(shù)據(jù)，得 P₁=180W

【答案】（1）I₁=0.98A （2）P₁=180W

9．【解析】輸入電流和輸出電流都是由負(fù)載決定，輸出、輸入電壓由電源決定.原距離輸電原理考查.選項C對。

【答案】C

10．【解析】⑴所有燈都正常工作的總功率為22×6×40=5280W，用電器總電流為A，輸電線上的電流A，降壓變壓器上：U₂=4U₂^/=880V，輸電線上的電壓損失為：U_r=I_RR=24V ，因此升壓變壓器的輸出電壓為U₁^/=U_R+U₂=904V，輸入電壓為U₁=U₁^//4=226V，輸入電流為I₁=4I₁^/=24A，所以發(fā)電機(jī)輸出功率為P_出=U₁I₁=5424W

⑵發(fā)電機(jī)的電動勢E=U₁+I₁r=250V

⑶輸電線上損耗的電功率P_R=I_R²R=144W

【答案】（1） 5424W （2）250V （3）144W

11．【解析】（1）由電場強(qiáng)度公式　

　　　　帶電粒子所受電場力　

因此　

(2)粒子在時間內(nèi)走過的距離為　

故帶電粒子在時恰好到達(dá)A板，根據(jù)動量定理，此時粒子的動量

(2)帶電粒子在時間內(nèi)向A板做勻加速運動，在向A板做勻減速運動，速度為零后將返回。粒子向A板運動的可能最大位移

要求粒子不能到達(dá)A板，則有s<d，由得,電勢變化頻率應(yīng)滿足

【答案】（1）（2）（3）

12．【解析】（1）質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子以平行于極板的初速度v₀射入長L板間距離為d的平行板電容器間，兩板間電壓為U，求射出時的側(cè)移

當(dāng)＞時，電子能穿越平行板

當(dāng)＞時，電子不能穿越極板，中途就落到上板或下板上。如圖39所示。圖39

由可看出，與U成正比。電子穿越平行極板的臨界條件為＞，此時兩板上的電壓可算得。因為

所以==91V

（2）當(dāng)交變電壓的最大值超過91V時，射入的電子束會出現(xiàn)有時能通過兩極板，有時不能通過的現(xiàn)象，由圖40可以知道，要使

：=2：1

在每個半周期內(nèi)，=，=，也就是在時，=91V。由交變電流的方程得

所以圖40

【答案】（1）91V（2）

13.【解析】感抗對電流的阻礙作用是“通直流，阻交流”，“通低頻，阻高頻”，容抗對電流的阻礙作用是“通交流，隔直流”“通高頻，阻低頻”。線圖L₁的作用是讓低頻信號通過，阻礙高頻成分，通過線圈L₁的信號中還有少量的高頻成分，C₁的作用就是讓這些少量的高頻成分通過，阻礙低頻信號通過，讓低頻信號通過揚(yáng)聲器甲，故揚(yáng)聲器甲是低音揚(yáng)聲器，選項A、B、C錯誤；L₂的作用是讓低頻信號通過，阻礙高頻成分通過，減弱通過揚(yáng)聲器乙的低頻頻電流，揚(yáng)聲器乙是高音揚(yáng)聲器，選項D正確。

【答案】D

14.【解析】當(dāng)自行車車輪轉(zhuǎn)動時，通過摩擦小輪使發(fā)電機(jī)的線框在勻強(qiáng)磁場內(nèi)轉(zhuǎn)動，線框中產(chǎn)生一正弦交流電動勢，其最大值ε=ω₀BSN

式中ω₀為線框轉(zhuǎn)動的角速度，即摩擦小輪轉(zhuǎn)動的角速度.

發(fā)電機(jī)兩端電壓的有效值

設(shè)自行車車輪轉(zhuǎn)動的角速度為ω₁，由于自行車車輪與摩擦小輪之間無相對滑動，有

R₁ω₁=R₀ω₀

小齒輪轉(zhuǎn)動的角速度與自行車輪轉(zhuǎn)動的角速度相同，也為ω₁.設(shè)大齒輪轉(zhuǎn)動的角速度為ω，有 R₃ω=R₂ω₁由以上各式解得，代入數(shù)據(jù)得ω=3.2s^-1

【答案】ω=3.2s^-1

15．【解析】根據(jù)第一列電磁波從發(fā)出到收到回波可以確定飛機(jī)離開雷達(dá)站的第一個位置；根據(jù)第二列電磁波從發(fā)出到收到回波可以確定飛機(jī)離開雷達(dá)站的第二個位置．這兩個位置的變化（位移）對應(yīng)的時間為 4秒，就可以計算飛機(jī)的速度值．（雷達(dá)波往返的時間遠(yuǎn)小于相鄰兩個雷達(dá)發(fā)出的時間）．如圖1所示模擬了雷達(dá)站雷達(dá)屏上所看到的圖案，圖中為第一列雷達(dá)波及其回波，為第二列雷達(dá)波及其回波（由于雷達(dá)波在傳播過程中有損耗，所以回波的幅值較發(fā)出時小）．設(shè)飛機(jī)的速度為v，之間的時間間隔為 t₁，之間的時間間隔為t₂ ，之間的時間間隔為t，則vt=c(t₁-t₂)/2，所以v=c(t₁-t₂)/2t=525m/s．

【答案】525m/s

16．【解析】（1）∵

∴f₁=3.00×10⁸/2×10^－9=1.5×10¹⁷(Hz) f₂=3.00×10⁸/1×10^－4=3×10¹²(Hz)

∴輻射的頻率范圍為3×10¹²Hz~1.5×10¹⁷Hz

（2）每小時從太陽表面輻射的總能量為代入數(shù)所得W=1.38×10¹⁰J

（3）設(shè)火星表面溫度為T，太陽到火星距離為d，火星單位時間內(nèi)吸收來自太陽的輻射能量為 ∴

火星單位時間內(nèi)向外輻射電磁波能量為

火星處在平衡狀態(tài)，即

由上式解得火星平均溫度

【答案】（1）3×10¹²Hz~1.5×10¹⁷Hz （2）1.38×10¹⁰J （3）

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