四、电池
电池是能将化学能转化成电能的装置。随着科技的进步,电池泛指能产生电能的小型装置。电池结构简单,携带方便,充放电操作简便易行,不受外界气候和温度的影响,性能稳定可靠,在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。电池也有寿命,例如:储存寿命指从电池制成到开始使用之间允许存放的最长时间,以年为单位。包括储存期和使用期在内的总期限称电池的有效期。常用电池的种类很多,通常可分为一次性电池和可充电电池。一次性电池有:碱性干电池1.5V容量2800mAh(以5号电池为例),工作温度-40℃~60℃,有效期3年。可充电电池:锂电池,平常说的锂电池一般是指锂离子电池。单体电压高3.3~4.2V,能量密度高通常为150~200Wh/kg,循环寿命长大于500次,工作温度-20℃~60℃。
1.电池选购和使用,下列哪些建议是需要考虑的( )
2.(1)用充电器为一手机锂电池充电,等效电路如图所示,充电器电源的输出电压为U,输出电流为I,手机电池的内阻为r,则电能转化为化学能的功率为_______ ,充电器的充电效率为_______ 。
(2)在家中给电池充电时,电力公司是根据下列哪一项收取电费的_______ 。
A.电压 B.电流 C.能量 D.功率
3.充电宝,又称为移动电源,是一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器,可以随时随地给手机等数码设备充电或待机供电。我国民航总局关于民航旅客携带“充电宝”乘机规定和小兰同学的移动电源的铭牌分别如图(a)、(b)所示,可判断此“充电宝”在输入过程中的最大功率为_______ W,小兰_______ (选填“能”或“不能”)将它随身携带乘机。
4.电动车所需能量由它所携带的蓄电池供给。如图所示为某类电动车与汽油车性能的比较。通常车用电动机的质量是汽油发动机的4倍或5倍。为促进电动车的推广使用,在技术上主要应对电动车的__________ 、电动机等部件加以改进。给电动车蓄电池充电的能量实际上来自于发电站。一般发电站燃烧燃料所释放出来的能量仅30%转化为电能,在向用户输送及充电过程中又损失了20%,这意味着使用电动车时能量转化的总效率约为________ %。
5.如图为某手机无线充电情景。充电的主要部件为两个线圈,分别安装在手机和无线充电器内部,其工作原理是:________________________________ 。
电池是能将化学能转化成电能的装置。随着科技的进步,电池泛指能产生电能的小型装置。电池结构简单,携带方便,充放电操作简便易行,不受外界气候和温度的影响,性能稳定可靠,在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。电池也有寿命,例如:储存寿命指从电池制成到开始使用之间允许存放的最长时间,以年为单位。包括储存期和使用期在内的总期限称电池的有效期。常用电池的种类很多,通常可分为一次性电池和可充电电池。一次性电池有:碱性干电池1.5V容量2800mAh(以5号电池为例),工作温度-40℃~60℃,有效期3年。可充电电池:锂电池,平常说的锂电池一般是指锂离子电池。单体电压高3.3~4.2V,能量密度高通常为150~200Wh/kg,循环寿命长大于500次,工作温度-20℃~60℃。
1.电池选购和使用,下列哪些建议是需要考虑的( )
A.优先选购有“国家免检”、“中国名牌”标志的电池产品和地方名牌电池产品,这些产品质量有保障。 |
B.根据电器的要求,选择适用的电池类型和规格尺寸,并根据电器耗电的大小和特点,购买适合电器的电池。 |
C.注意查看电池的包装,应选购包装精致完整的,生产日期和保质期不需要考虑。 |
D.注意查看电池的外观,有漏液迹象的电池不影响使用。 |
E.由于电池中的汞对环境有害,为了保护环境,在购买时应尽量选用商标上标有“无汞”字样的电池。 |
F.一般体积较小的废旧电池不属于可回收垃圾,可以丢弃在干垃圾箱内。 |
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(2)在家中给电池充电时,电力公司是根据下列哪一项收取电费的
A.电压 B.电流 C.能量 D.功率
3.充电宝,又称为移动电源,是一种集供电和充电功能于一体的便携式充电器,可以随时随地给手机等数码设备充电或待机供电。我国民航总局关于民航旅客携带“充电宝”乘机规定和小兰同学的移动电源的铭牌分别如图(a)、(b)所示,可判断此“充电宝”在输入过程中的最大功率为
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/9/18/daade57b-c340-4746-9165-a3dcc4c74d4e.png?resizew=608)
4.电动车所需能量由它所携带的蓄电池供给。如图所示为某类电动车与汽油车性能的比较。通常车用电动机的质量是汽油发动机的4倍或5倍。为促进电动车的推广使用,在技术上主要应对电动车的
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/9/18/c39ac741-e57c-4fe8-8c2f-5e968eb48476.png?resizew=368)
5.如图为某手机无线充电情景。充电的主要部件为两个线圈,分别安装在手机和无线充电器内部,其工作原理是:
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更新时间:2023-09-18 22:32:30
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【推荐1】如图甲所示,长、宽分别为L1=0.3m、L2=0.1m的矩形金属线框位于竖直平面内,其匝数为n=100,总电阻为r=1Ω,可绕其竖直中心轴O1O2转动。线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起,并通过电刷和阻值为2Ω的定值电阻R相连。线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场,磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图乙所示。在
时间内,线框保持静止,且线框平面和磁场垂直;
时刻以后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度
匀速转动,求:(运算结果中可保留π)
(1)
时间内通过电阻R的电流大小;
(2)求在
时间内,通过电阻R的电荷量为多少?
(3)
时刻穿过线圈的磁通量的变化率是多大?
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/31ed22269759d0f69b235c4ce487faed.png)
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(1)
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(2)求在
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(3)
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【推荐2】如图所示,固定的倾角为θ的斜面上装配“П”形的光滑轨道,两平行导轨的间距为L,轨道电阻不计,面积为S的ABCD矩形区域内存在垂直于斜面的均匀分布的磁场,磁感应强度大小的变化率为k,EFGH矩形区域内存在着垂直于斜面的均匀分布的磁场,磁感应强度大小为B.质量为m、电阻为R、长度恰好为L的金属棒MN初始时位于CD边界处,棒中间拴一根绝缘轻绳,绳子绕过光滑的小滑轮,另一端与滑轮正下方的静置于地面的质量也为m的小物块相连,开始时,绳子处于松弛状态,棒由静止释放,沿斜面下滑,当其运动到EF边界的瞬间,绳子恰好绷紧,此时ABCD区域内的磁场撤去.绳子绷紧后棒以大小为v的速度进入EFGH区域,在磁场中继续滑行一小段距离d后金属棒速度减为0.棒在运动的过程中始终与导轨垂直,棒与滑轮间的绳子在绷紧时与斜面平行.求
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(1)金属棒MN由CD边界运动到EF边界的时间;
(2)金属棒MN进入EFGH区域时棒上电流方向、两端电压UMN、及其加速度的大小.
(3)金属棒MN从释放到速度减为0的过程产生的焦耳热.
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(1)金属棒MN由CD边界运动到EF边界的时间;
(2)金属棒MN进入EFGH区域时棒上电流方向、两端电压UMN、及其加速度的大小.
(3)金属棒MN从释放到速度减为0的过程产生的焦耳热.
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较难
(0.4)
【推荐3】生活中经常会看到流体(如空气、水等)的旋涡现象。例如风由于旗杆的阻碍而产生旋涡,旋涡又引起空气、旗帜、旗杆在垂直于风速方向上的振动,风速越大这种振动就越快。
(1)利用旋涡现象可以测定液体的流速。如图甲所示(为截面图),旋涡发生体垂直于管道放置,在特定条件下,由于旋涡现象,液体的振动频率f与旋涡发生体的宽度D、液体的流速v有简单的正比或反比的关系。请结合物理量的单位关系写出频率f与v、D之间的关系式(比例系数可设为k,k是一个没有单位的常量)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/6/17/2486491035238400/2486608384458752/STEM/1dab9182-4c19-45e7-b6b2-286f15faa152.png?resizew=282)
(2)液体的振动频率可利用电磁感应进行检测。如图乙所示,将横截面直径为d的圆柱形金属信号电极垂直于流体流动方向固定于管道中,其所在区域有平行于信号电极、磁感应强度为B的匀强磁场,图丙为俯视的截面图。流体振动时带动信号电极在垂直于流速的方向上振动,若信号电极上的感应电动势e随时间t的变化规律如图丁所示,图中的Em和T均为已知量。求流体的振动频率f以及信号电极振动的最大速率vm;
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/6/17/2486491035238400/2486608384458752/STEM/27f45184-b4ec-4b47-9208-b958c2823251.png?resizew=706)
(3)为了探测电极产生的信号,关于检测元件的设计,有人设想:选用电阻率为ρ的某导电材料制成横截面积为S、半径为r的闭合圆环,某时刻在圆环内产生一瞬时电流,由于自感该电流会持续一段短暂的时间,以便仪器检测。已知电流在环内产生的磁场可视为均匀磁场,磁感应强度的大小与电流成正比,方向垂直于圆环平面。若圆环内的瞬时电流恰好经
减为零(T为流体的振动周期),且此过程中电流的平均值与初始时刻的电流成正比。结合(1)问的结果,请推导r与v、ρ、D以及S之间的关系。
(1)利用旋涡现象可以测定液体的流速。如图甲所示(为截面图),旋涡发生体垂直于管道放置,在特定条件下,由于旋涡现象,液体的振动频率f与旋涡发生体的宽度D、液体的流速v有简单的正比或反比的关系。请结合物理量的单位关系写出频率f与v、D之间的关系式(比例系数可设为k,k是一个没有单位的常量)
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(2)液体的振动频率可利用电磁感应进行检测。如图乙所示,将横截面直径为d的圆柱形金属信号电极垂直于流体流动方向固定于管道中,其所在区域有平行于信号电极、磁感应强度为B的匀强磁场,图丙为俯视的截面图。流体振动时带动信号电极在垂直于流速的方向上振动,若信号电极上的感应电动势e随时间t的变化规律如图丁所示,图中的Em和T均为已知量。求流体的振动频率f以及信号电极振动的最大速率vm;
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(3)为了探测电极产生的信号,关于检测元件的设计,有人设想:选用电阻率为ρ的某导电材料制成横截面积为S、半径为r的闭合圆环,某时刻在圆环内产生一瞬时电流,由于自感该电流会持续一段短暂的时间,以便仪器检测。已知电流在环内产生的磁场可视为均匀磁场,磁感应强度的大小与电流成正比,方向垂直于圆环平面。若圆环内的瞬时电流恰好经
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(0.4)
真题
【推荐1】如图所示,一矩形轻质柔软反射膜可绕过O点垂直纸面的水平轴转动,其在纸面上的长度OA为L1,垂直纸面的宽度为L2.在膜的下端(图中A处)挂有一平行于转轴,质量为m,长为L2的导体棒使膜绷成平面.在膜下方水平放置一足够大的太阳能光电池板,能接收到经反射膜反射到光电池板上的所有光能,并将光能转化成电能.光电池板可等效为一个电池,输出电压恒定为U;输出电流正比于光电池板接收到的光能(设垂直于入射光单位面积上的光功率保持恒定).导体棒处在方向竖直向上的匀强磁场B中,并与光电池构成回路,流经导体棒的电流垂直纸面向外(注:光电池与导体棒直接相连,连接导线未画出).
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(1)若有一束平行光水平入射,当反射膜与竖直方向成
=60
时,导体棒处于受力平衡状态,求此时电流强度的大小和光电池的输出功率.
(2)当
变成45
时,通过调整电路使导体棒保持平衡,光电池除维持导体棒力学平衡外,不能输出多少额外电功率?
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(1)若有一束平行光水平入射,当反射膜与竖直方向成
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(2)当
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(0.4)
【推荐2】如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图。其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴
匀速转动,在线圈中产生的交变电流随时间变化的图像如图所示,线圈的电阻
Ω,线圈的两端经集流环与电阻R连接,电阻
Ω,与R并联的交流电压表为理想电表。求:
(1)图甲电路中电压表的示数
;
(2)若在电路中串联一滑动变阻器
,如图乙所示,当滑动变阻器
消耗的电功率最大时,求图乙中电压表的示数
;
(3)若在电刷与电压表间接入一理想变压器,如图丙所示,当电阻R消耗的电功率最大时,求图丙中电压表的示数
。
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(1)图甲电路中电压表的示数
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(2)若在电路中串联一滑动变阻器
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0cd1ff7c4bd236de50e25ee142a865d4.png)
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f833a7beb83820ecede0234c671f1878.png)
(3)若在电刷与电压表间接入一理想变压器,如图丙所示,当电阻R消耗的电功率最大时,求图丙中电压表的示数
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1121190db07ad1d64015a3dc4873d65d.png)
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(0.4)
名校
【推荐3】(1)电流做功,实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的静电力在做功。若某段电路两端的电压为U,通过的电流为I,请论述说明电流在这段电路上做功的功率P=UI。
(2)为防止安全事故的发生,电路在布线时有相应的标准,供电电流越大的地方需要的导线越粗。设通电产生的焦耳热Q与导线升高的温度ΔT之间满足如下关系:Q=kcmΔT,其中c表示物体的比热,m为物体的质量,k为大于1的常数。请你选择适当的物理量,通过论述和计算证明“为避免升温过快,若电流越大,电阻线应该越粗”。
(3)超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零。将一个闭合超导金属圆环水平放置在匀强磁场中,磁感线垂直于圆环平面,逐渐降低温度使超导环发生由正常态到超导态的转变后突然撤去磁场,此后若环中的电流不随时间变化,则表明其电阻为零。
为探究该金属圆环在超导状态的电阻率上限,研究人员测得撤去磁场后环中电流为I,并经一年以上的时间t未检测出电流变化。实际上仪器只能检测出大于ΔI的电流变化,其中ΔI<<I,当电流的变化小于ΔI时,仪器检测不出电流的变化,研究人员便认为电流没有变化。设环的横截面积为S,环中电子定向移动的平均速率为v,电子质量为m、电荷量为e,环中定向移动电子减少的动能全转化为圆环的内能。试用上述给出的各物理量,求超导状态的电阻率上限ρ。
(2)为防止安全事故的发生,电路在布线时有相应的标准,供电电流越大的地方需要的导线越粗。设通电产生的焦耳热Q与导线升高的温度ΔT之间满足如下关系:Q=kcmΔT,其中c表示物体的比热,m为物体的质量,k为大于1的常数。请你选择适当的物理量,通过论述和计算证明“为避免升温过快,若电流越大,电阻线应该越粗”。
(3)超导体在温度特别低时电阻可以降到几乎为零。将一个闭合超导金属圆环水平放置在匀强磁场中,磁感线垂直于圆环平面,逐渐降低温度使超导环发生由正常态到超导态的转变后突然撤去磁场,此后若环中的电流不随时间变化,则表明其电阻为零。
为探究该金属圆环在超导状态的电阻率上限,研究人员测得撤去磁场后环中电流为I,并经一年以上的时间t未检测出电流变化。实际上仪器只能检测出大于ΔI的电流变化,其中ΔI<<I,当电流的变化小于ΔI时,仪器检测不出电流的变化,研究人员便认为电流没有变化。设环的横截面积为S,环中电子定向移动的平均速率为v,电子质量为m、电荷量为e,环中定向移动电子减少的动能全转化为圆环的内能。试用上述给出的各物理量,求超导状态的电阻率上限ρ。
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