2019-2020年高中物理 第五章 交变电流单元测评 新人教版选修3-2.doc

2019-2020年高中物理 第五章 交变电流单元测评 新人教版选修3-2一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题意，有的有多个选项符合题意，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，选错或不答的得0分)1某正弦式交变电流的电流i随时间t变化的图像如图C21所示由图可知()图C21A电流的最大值为10 AB电流的有效值为10 AC该交流电的周期为0.03 sD该交流电的频率为0.02 Hz2当交流发电机的转子线圈平面与磁感线平行时，电流方向如图C22所示，当转子线圈旋转到中性面位置时()图C22A线圈中的感应电流最大，方向将不变B线圈中的感应电流最大，方向将改变C线圈中的感应电流等于零，方向将不变D线圈中的感应电流等于零，方向将改变3一矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电动势为e10 sin 20t (V)，则下列说法正确的是()At0时，线圈位于中性面Bt0时，穿过线圈的磁通量为零Ct0时，线圈切割磁感线的有效速度最大Dt0.4 s时，电动势第一次出现最大值4一个小型电热器若接在输出电压为10 V的直流电源上，消耗电功率为P；若把它接在某个正弦式交流电源上，其消耗的电功率为.如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为()A5 V B52 VC10 V D102 V5图C23为某小型水电站的电能输送示意图，A为升压变压器，其输入功率为P1，输出功率为P2，输出电压为U2；B为降压变压器，其输入功率为P3，输入电压为U3.A、B均为理想变压器，输电线总电阻为r，则下列关系式中正确的是()图C23AP1P2 BP2P3CU2U3 DU2U36(多选)图C24甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与阻值为R10 的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，示数是10 V图乙是穿过矩形线圈的磁通量随时间t变化的图像，线圈电阻忽略不计，则下列说法正确的是( )甲乙图C24A电阻R上的电功率为10 WB0.02 s时R两端的电压瞬时值为零CR两端的电压u随时间t变化的规律是u14.1cos 100t(V)D通过R的电流i随时间t变化的规律是icos 100t(A)7如图C25所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为101，R120 ，R210 ，C为电容器，原线圈所加电压的瞬时值表达式为u220 sin 100t(V)下列说法正确的是()图C25A通过电阻R3的电流始终为零B副线圈两端交变电压的频率为5 HzC电阻R2的电功率为48.4 WD原、副线圈铁芯中磁通量的变化率之比为1018(多选)如图C26所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R. 开始时，开关S断开，当S接通后()图C26A变压器的输出电压减小B输电线等效电阻R两端的电压增大C通过灯泡L1的电流减小D原线圈中的电流减小9(多选)图C27甲为火灾报警系统的示意图，其中R0为定值电阻，R为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，理想变压器原、副线圈的匝数之比为51，副线圈输出电压如图乙所示，则下列说法正确的是()图C27A原线圈输入电压的有效值为220 VB副线圈输出电压瞬时值的表达式为u44 cos 100t(V)CR处出现火情时，原线圈中的电流增大DR处出现火情时，电阻R0的电功率减小10(多选)图C28为某小型水电站的电能输送示意图，发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电已知输电线的总电阻R10 ，降压变压器T2原、副线圈的匝数之比为41，副线圈与用电器R0组成闭合电路若T1、T2均为理想变压器，T2的副线圈的输出电压的瞬时值表达式为u220 sin 100t(V)，用电器的电阻R011 ，则()图C28A通过用电器R0的电流的有效值是20 AB升压变压器的输入功率为4650 WC发电机中的交变电流的频率为100 HzD当用电器的电阻R0减小时，发电机的输出功率减小 第卷(非选择题共60分)二、实验题(本题共2小题，11题7分，12题8分，共15分)11图C29是一种触电保安器的电路图，变压器A处用相线和零线双股平行绕制成线圈，然后接上用电器B处有一个输出线圈，一旦线圈中有电流，经放大后便能推动继电器J切断电源，试说明：图C29(1)多开灯不会使保安器切断电源的原因是_；(2)有人“手地”触电时，触电保安器会切断电源的原因是_；(3)该保安器_(选填“能”或“不能”)为双手“相线零线”触电时提供保安，因为_12利用DIS(数字化信息处理系统)探究手摇发电机(如图C210所示)的线圈产生的交变电流图C210实验步骤如下：将电压传感器接入数据采集器；电压传感器的测量夹与发电机的输出端并联；点击“数据采集设置”设定“采样点时间间隔”；缓慢摇动发电机的手柄，观察工作界面上的信号图C211(1)屏上出现的电压波形如图C211所示，从图中可以看出，手摇发电机产生的电压波形不是正弦波，其原因可能是_(写出一条即可)(2)研究交变电流的波形，发现在用手摇动发电机手柄的2 min内屏上出现了61个向上的“尖峰”，则交变电流的平均周期为_如果发电机手摇大轮的半径是转子小轮半径的2倍，则手摇大轮转动的平均角速度为_三、计算题(本题共3小题，13题12分，14题15分，15题18分，共45分解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分)13如图C212甲所示，固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一个小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场已知线圈的匝数n100匝，总电阻r1.0 ，所围成的矩形的面积S0.040 m2，小灯泡的电阻R9.0 ，磁感应强度随时间按图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为enBmScost，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求：(1)线圈中产生的感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在0时间内，通过小灯泡的电荷量甲乙图C21214如图C213所示，矩形线圈在匀强磁场中绕OO轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直，线圈匝数n40匝，内阻r0.1 ，长l10.05 m，宽l20.04 m，转速为3000 r/min，磁场的磁感应强度B0.2 T，线圈两端接有阻值为R9.9 的用电器和一个交流电流表求：(结果保留两位有效数字)(1)线圈中产生的最大感应电动势；(2)从图示位置开始计时，t s时刻电流表的读数；(3)从图示位置开始，线圈转过60和120，通过用电器的电荷量之比；(4)1 min内外力需要提供的能量图C21315某发电厂的发电机的输出功率P100 kW，发电机端电压U250 V，向远处送电的输电线的总电阻R8 .已知输电线上损失的功率为输送功率的5%，用户得到的电压是220 V.(1)应该怎样安装变压器？画出输电线路的示意图(2)求出所用的变压器的原、副线圈的匝数之比参考答案单元测评(二)1B解析 由图知电流的最大值为10 A，有效值为I A10 A，选项A错误，选项B正确；周期为0.02 s，则频率为f50 Hz，选项C、D错误2D解析 线圈旋转到中性面位置，磁感线与切割速度方向平行，根据公式EBLvsin 可知，线圈中的感应电流等于零，转过中性面之后，电路中就又产生了感应电流，但是电流方向与之前线圈中的感应电流的方向相反，选项D正确3A解析 由电动势e10 sin 20t (V)知，计时从线圈位于中性面时开始，所以t0时，线圈位于中性面，磁通量最大，但此时线圈切割磁感线的线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速度为零，A正确，B、C错误当t0.4 s时，e10 sin(200.4) V0，D错误4C解析 根据P，对直流电有P，对正弦式交流电有，所以正弦式交流电的有效值为U V，故交流电源输出电压的最大值UmU10 V，故选项C正确，选项A、B、D错误5C解析 根据远距离输电和理想变压器的工作原理可知，P1P2、P2P3、U2U3，故选项C正确6AC解析 根据公式P，得P10 W，故选项A正确；由图乙可知，0.02 s时通过线圈的磁通量为零，电动势最大，R两端的电压瞬时值为10 V，故选项B错误；由图乙可知，T0.02 s，电动势的最大值为EmU10 V，100，又因为此交变电流是从垂直于中性面开始计时的，所以R两端的电压u随时间t变化的规律是u14.1cos 100t(V)，故选项C正确；Im1.41 A，通过R的电流i随时间t变化的规律是i1.41cos 100t(A)，故选项D错误7C解析 电容器能够通交流，选项A错误；变压器能够改变交流电的电压，但是不能改变交流电的频率，选项B错误；根据得U222 V，所以电阻R2的电功率为P248.4 W，选项C正确；根据法拉第电磁感应定律可知，原、副线圈铁芯中磁通量的变化率之比为11，选项D错误8BC解析 当S接通后，变压器的输出电压不变，副线圈负载电阻减小，引起总电流增大，因此输电线的等效电阻两端的电压增大，灯泡L1两端的电压减小，通过灯泡L1的电流减小，选项A错误，选项B、C正确；S接通后，变压器输出功率增大，输入功率增大，原线圈中的电流增大，选项D错误9BC解析 根据图乙可知，副线圈输出电压瞬时值的表达式为u44 cos 100t(V)，故选项B正确；其峰值为U2m44 V，根据理想变压器输入、输出电压与原、副线圈匝数的关系可知，原线圈输入电压的峰值为U1m220 V，其有效值为U1220 V，故选项A错误；R处出现火情时，温度升高，R的阻值减小，副线圈上的总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律可知，副线圈中的总电流增大，故原线圈中的电流增大，选项C正确；由焦耳定律可知，R0的电功率增大，故选项D错误10AB解析 由T2的副线圈的输出电压的表达式可知，副线圈的输出电压的有效值为220 V，电流的有效值为I A20 A，选项A正确；通过输电线的电流I A5 A，所以升压变压器的输入功率为PI2RI2R05210 W20211 W4650 W，选项B正确；发电机中的交变电流的频率与T2的输出电压的频率相同，也为50 Hz，选项C错误；当用电器的电阻R0减小时，其消耗的功率变大，发电机的输出功率变大，选项D错误11见解析解析 (1)变压器A处的线圈因双股绕制，正向电流与反向电流产生的磁场相互抵消，多开灯、少开灯都如此，所以B处的线圈中无感应电流，保安器的控制开关J不工作，不会自动切断电源；(2)当人“手地”触电时，相线中的电流有一部分直接通过人体流入大地，不从A处的线圈中回流，保安器铁芯中的磁通量发生变化，B处的线圈有电流输出，保安器开关J工作，自动切断电源；(3)“相线零线”触电时，与多开几盏电灯的情况相似，A处的线圈中正、反向电流总是相等，不会引起磁通量的变化，保安器不能自动切断电源，不起保安作用12(1)转子不是在匀强磁场中转动或手摇动发电机的转速不均匀(2)2 s0.5 rad/s解析 只有线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电流才是标准的正弦式电流，手摇发电机的磁场是由条形磁铁产生的，所以不是匀强磁场，由于是手摇转动，转速难以保证恒定屏上每出现一次向上的尖峰，就代表经过了一个周期，2 min内屏上出现了61个向上的尖峰，表明周期T s2 s，大轮的角速度等于小轮的角速度的一半，所以大轮的角速度0.5 rad/s.13(1)8.0 V(2)2.88 W(3)4.0103 C解析 (1)由图像知，线圈中产生的交变电流的周期T3.14102 s，所以EmnBmS8.0 V.(2)电流的最大值Im0.80 A，有效值I A，小灯泡消耗的电功率PI2R2.88 W.(3)在0时间内，电动势的平均值，平均电流，通过小灯泡的电荷量Qt4.0103 C.14(1)5.0 V(2)0.35 A(3)(4)74 J解析 (1)EmnBS5.0 V.(2)I0.35 A.(3)由 qtt可得.(4)由能量守恒定律得EQI2(Rr)t74 J.15见解析解析 (1)需要安装一台升压变压器和一台降压变压器，输电线路的示意图如图所示(2)按题意，P损5%P0.05100103 W5103 W设输电线路中的电流为I，P损I2RI A25 A输送电压U2 V4000 V对升压变压器，输电线路上损失的电压U损IR258 V200 V降压变压器原线圈两端的电压U3U2U损(4000200) V3800 V用户在副线圈两端得到的电压U4220 V所以即升压变压器原、副线圈的匝数之比为116，降压变压器原、副线圈的匝数之比为19011.