物理课程之交变电流、电磁振荡与电磁波

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第8页 共8页交变电流、电磁振荡与电磁波单元测试题第I卷（共48分）一、选择题 共12小题在每小题给出的四个选项中，有一个或一个以上选项符合题目要求，全部选对得4分，选不全得2分，有选错或不答的得0分1（2008山东青岛）物理兴趣小组的同学将10 m的导线与灵敏电流表相连，组成闭合电路，甲、乙两个同学，东西方向站立,迅速摇动这条导线，如图13-4-1所示在其他条件不变的情况下，下列说法正确的是（ ）A没有电流通过电流表B通过电流表的电流是直流电C通过电流表的电流是交流电D摇动的角速度越大，电路中的电流最大值越大2（2008北京西城）某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图13-4-2所示如果其他条件不变，仅使线圈的转速变为原来的一半，则交流电动势的最大值和周期分别变为（ ） A200V，0.08s B25V，0.04sC50V，0.08s D50V，0.04s3（2008山东济宁）一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图13-4-3所示由图可知（ ） A该交流电压的瞬时值表达式为 100sin(25t)VB该交流电的频率为25HzC该交流电压的最大值为100V D若将该交流电加在阻值的电阻两端，则电阻消耗的功率是50W4一只电饭煲和一台洗衣机同时并入u=311sin314tV的交流电源上，均正常工作，用电流表分别测得电饭煲的电流是5A；洗衣机的电流是0.5A，下列说法正确的是（ ）A电饭煲的电阻是44，洗衣机电动机线圈电阻是440B电饭煲消耗的功率为1555W，洗衣机电动机消耗的功率为155.5WC1分钟内电饭煲消耗的电能为6.6104J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6103JD电饭煲发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍5如图13-4-4（a）是电热毯的电路图，电热丝接在u=311sin100tV的电源上，被加热到一定温度后，通过装置P使输入电压变为如图13-4-4（b）所示的波形，从而进入保温状态若电热丝的电阻R保持不变，此时交流电压表的示数是（ ）A100V B155.5V C220V D311V6（2009北京海淀）t/10-2su/V0220-2201234图1图1所示为理想变压器原线圈所接正弦交流电源两端的电压-时间图象。原、副线圈匝数比n1n2=10：1，串联在原线圈电路中交流电流表的示数为1A，则 （ ）A变压器原线圈所接交流电压的有效值为220VB变压器输出端所接电压表的示数为22VC变压器输出端交变电流的频率为50HzD变压器的输出功率为220W ABCDE7（2009锦州调研）如图所示,一理想变压器原副线圈匝数比为4:1,图中五只电灯完全相同,若B、C、D、E都能正常发光，则A灯（ ） A .一定能正常发光 B .比正常发光暗 C .比正常发光亮 D .一定被烧坏8（2008江苏扬州）如图13-4-6所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10:1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1=220sin100t（V），则（ ）A当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22VB当t=s时，c、d间的电压瞬时值为110VC单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小D当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小9汽车消耗的主要燃料是柴油和汽油柴油机是靠压缩汽缸内的空气点火的；而汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油空气混合气是靠火花塞点燃的但是汽车蓄电池的电压只有12V，不能在火花塞中产生火花，因此，要使用如图13-4-8所示的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器初级线圈通过开关连到蓄电池上，次级线圈接到火花塞的两端，开关由机械控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，从而在次级线圈中产生10000V以上的电压，这样就能在火花塞中产生火花了下列说法正确的是（ ）A.柴油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能增大的B.汽油机点火装置的开关若始终闭合，次级线圈的两端也会有高压C.接该变压器的初级线圈的电源必须是交流电源，否则就不能在次级产生高压D.汽油机的点火装置中变压器的次级线圈匝数必须远大于初级线圈的匝数10 (2009广东六校联考)某电厂发电机的输出电压稳定，它发出的电先通过电厂附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处居民小区附近的降压变压器，经降低电压后输送到用户，设升、降变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，白炽灯不够亮，但电厂输送的总功率增加，这时（ ） A升压变压器的副线圈的电压变大 B降压变压器的副线圈的电压变大C高压输电线路的电压损失变大 D用户负载增多，高压输电线中的电流减小11（2009北京海淀）关于电磁场和电磁波，下列叙述中正确的是（ ）A恒定的电场产生能够产生电磁波B电磁波的传播需要介质 C电磁波从一种介质进入另一种介质，频率不变D电磁波的传播过程也传递了能量12电磁波包括的范围很广，产生的机理有所不同，下列说法正确的是（ ）A红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发而产生的B伦琴射线是原子核受激发而产生的C射线是原子核受激发而产生的D无线电波是振荡电路的电子周期性运动而产生的第II卷（共102分）二、非选择题. 按题目要求作答. 解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，只写出最后答案的不得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.13（16分）如图13-4-10所示,在真空中,半径为R5L0的圆形区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.在磁场右侧有一对平行金属板M和N,两板间距离为d6L0,板长为L12L0,板的中心线O1O2与磁场的圆心O在同一直线上. 给M、N板加上电压U0，其变化情况如图13-4-11所示有一电荷量为q、质量为m的带电的粒子,从M、N板右侧沿板的中心线，在t0或tT/4时刻以速率v向左射入M、N之间，粒子在M、N板的左侧刚好以平行于M、N板的速度射出.若上述粒子经磁场后又均能平行于M、N极板返回电场，而电场变化的周期未知，求磁场磁感应强度B相应必须满足的条件(不计粒子重力) （二）必做题14（8分）物理兴趣小组的同学发现不同的变压器，它们的初级线圈和次级线圈的匝数都不一样，于是他们提出了一个这样的探究问题：是不是变压器的输出电压与变压器的匝数有关呢？为了验证自己的猜想，他们进行了以下的探究实验：实验器材有：可拆变压器（即初级线圈、次级线圈匝数都可改变），交流电流表，学生电源（可输出低压交流电）其实验原理图如图13-4-12所示，每次实验后每同时改变依次初级线圈、次级线圈的匝数，并将每次实验时初级线圈、次级线圈的匝数记录在表格中，同时将每次初级线圈的输入电压、次级线圈的输出电压也记录在下表中：试验次数初级线圈匝数n1(匝)次级线圈匝数n2(匝)n1/n2初级线圈的输入电压U1（V）次级线圈的输出电压U2（V）U1/U21180090041.982150075041.993100050042.00480040041.99 （1）计算出每次实验所用的初级线圈与次级的匝数比以及初级线圈的输入电压与次级线圈的输出电压之比并填入表中 （2）通过以上实验的数据分析，得出相应的规律：15（16分）为了测定和描绘“220，40”白炽电灯灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电.调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈，绕在闭合的环形铁心上，输入端接在220交流电源的火线与零线间，输出端有一个滑动触头，移动它的位置，就可以使输出电压在250之间连续变化，图13-4-13画出的是调压变压器的电路图符号.实验室内备有交流电压表交流电流表滑动变阻器开关导线等实验器材.（1）在图13-4-13中完成实验电路；（2）说明按你的实验电路图进行测量，如果电表内阻的影响不能忽略，在电压较高段与低压段比较那段的误差大？为什么？（3）如果根据测量结果做出的伏安特性曲线如图13-4-14所示，试根据图线确定，把两个完全相同的“220 40”白炽电灯串联在220交流电源的火线与零线间，这两只电灯消耗的总功率是多大？16（16分）（2008北京海淀）图13-4-15（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OO匀速转动，线圈的匝数n=100、电阻r=10 W，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R=90 ，与R并联的交流电压表为理想电表 在t0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量F随时间t按图13-4-15（乙）所示正弦规律变化 求：（1）交流发电机产生的电动势的最大值；（2）电路中交流电压表的示数17（15分）下表是一双桶洗衣机所用电动机的工作参数： 图13-4-16是洗衣机洗涤时正转、反转和停的时间程序，若洗衣服的时间为15min，脱水的时间为2min，则洗涤一次衣服大约用电多少？18（15分）（2008仲元中学、潮阳一中、中山一中、南海中学联考）某发电厂通过两条输电线向远处的用电设备供电.当发电厂输出的功率为P0时，额定电压为U的用电设备消耗的功率为P1.若发电厂用一台升压变压器T1先把电压升高，仍通过原来的输电线供电，达到用电设备所在地，再通过一台降压变压器T2把电压降到用电设备的额定电压，供用电设备使用，如图13-4-17所示，这样改动后，当发电厂输出的功率仍为P0，用电设备可获得的功率增加至P2.试求所用升压变压器T1的原线圈与副线圈的匝数比N1/N2以及降压变压器T2的原线圈与副线圈的匝数比n1/n2各为多少? 19（16分）曾经流行过一种自行车车头灯供电的小型交流发电机，图13-4-18为其结构示意图，图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定的转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点，与ab边平行，它的一端有一半径ro=1.0 cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图3所示当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动设线框由N=800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S=20 cm2 ，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感强度B=0.010T，自行车车轮的半径R1=35 cm，小齿轮的半径R2=4.0 cm，大齿轮的半径R3=10.0 cm（见图13-4-19）现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U=3.2 V?（假设摩擦小轮与自行车轮之间无相对滑动） 参考答案1C、D切割地磁感线产生交变电流2C， ，3B、D4C由题意可知交流电源的有效值为220V，由于电饭煲、洗衣机电动机都是非纯电阻电路，计算它们的内阻、电功率时不能用欧姆定律来计算5B0.02s为一个周期，前半个周期为正弦式交流电，后半个周期为0，再根据有效值的定义计算6AC 7A 输入功率等于输出功率，且原副线圈电流之比等于匝数的反比8A电表读到的为有效值9A、D根据柴油机的工作原理可知，油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能增大的，因此A正确；由于次级线圈的输出电压大于初级线圈的输入电压，根据变压器的原理可知，汽油机的点火装置中变压器的次级线圈匝数必须远大于初级线圈的匝数，所以D也正确10C 11CD 12A、C、D根据电磁波产生的机理可知伦琴射线是原子内层电子受激发而产生的，故B错13（16分）若要使从极板左端射入磁场的粒子又平行于极板返回电场，则它们在磁场中的运动半径r必须等于其在电场中垂直板方向上的位移y即ry，否则粒子运动的情况如图7所示，粒子射出磁场时其速度方向不再与中轴线O1O2平行 对于t0射入电场的粒子 -（3分） -（1分） -（1分） -（1分） 而 -（2分） 解得： (N1、2、3、），其中 -（2分）对于时刻射入电场的粒子， -（2分）若粒子在电场中运动的时间是T/2的偶数倍，则粒子沿中轴线O1O2射出电场，通过磁场偏转后，不可能再平行于中轴线O1O2射出磁场返回电场故粒子在电场中运动的时间只能取T/2的奇数倍 -（2分）解得： (N1、2、3、）其中即 -（2分） 14（8分）（1）从实验数据可得出：每次实验所用的初级线圈与次级的匝数比为2：1，在实验误差范围内，及初级线圈的输入电压与次级线圈的输出电压之比也为2：1 -（4分）（2）结论是：在变压器中初级线圈、次线圈两端的电压之比等于这两个线圈的匝数之比，即： -（4分）15（16分）（1）如答图1所示.电流表外接与内接都可以.（本题电源输出电压可调，因此用不着滑动变阻器） -（6分）（2）如果采用电流表外接的，电压较高段误差更大，因为电压越高，灯丝电阻越大，由于电压表分流而造成的误差越大；如果采用电流表内接的，电压较低段误差更大，因为电压越小，灯丝电阻越小，由于电流表分压造成的误差越大.-（5分） （3）两个相同电灯串联在电路中，每个灯两端的电压都是110V，在图像上找到电压为110V时的电流值是0.22A，每一个灯消耗的功率约为24W，两灯消耗的总功率为48W.因此答案为48 W1W. -（5分）16（16分）（1）交流发电机产生电动势的最大值Em=nBS-（2分）而Fm=BS、， -（3分）所以，Em=2npFm/T -（2分）由F-t图线可知：Fm=2.010 -2Wb，T=6.2810 -2s，所以Em =200V -（2分）（2）电动势的有效值 E=Em=100 V -（2分）由闭合电路的欧姆定律，电路中电流的有效值为A -（2分）交流电压表的示数为U= I R=90V=127 V -（3分）17（15分）从表中可以看到工作电压就是我们国家的民用交流电，洗涤电动机的工作功率为110W，脱水电机的功率为176W，从洗衣机洗涤的正、反转和停的时间程序图可知，停和转的时间分别为125s和775s -（4分）所以洗涤时所用的电为：W洗涤=P洗涤t=UIt=2200.510-30.215=0.0237kWh-（4分）脱水时所用的电为：-（4分）洗衣机洗一次衣服用的电为：W= W洗衣+ W脱水=0.0237+0.0059=0.03kWh -（3分）18（15分）当不用升降压变压器时，根据输电线上的损耗有P0-P1=（P1/U）2r ， 得 -（3分）当用升降压变压器后，设发电厂电流为I1，输电线上电流为I2，用户处的电流为I3，则有I1=P0/U0= P1/U， -（2分）I22r=P0-P2， -（2分）故 -（2分）而 I3=P2/U， -（2分）故升压比， -（2分）降压比 -（2分）19（16分）当自行车车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动，线框中产生一正弦交流电动势，其最大值：EmN BS0 （式中0为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度） -（3分）发电机两端电压的有效值：U/2Em -（2分）设自行车车轮转动的角速度为1，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，它们的线速度相同，因此有：R11r00 -（3分）小齿轮转动的角速度与自行车轮转动的角速度相同，也为1设大齿轮转动的角速度为，有：R3R21 -（3分）由以上各式解得： -（3分）代入数据得：3.2rad/s -（2分）第 8 页 共 8 页