高中物理选修32交变电流单元测试.doc

交变电流单元测试

一、选择题(本大题包括10小题，每小题4分，共40分。)
1．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式电流i＝Imsinωt，若保持其他条件不变，使发电机线圈匝数及转速各增加一倍，则电流的变化规律为
(　　)
A．i＝2Imsin2ωt　　　　　　　 B．i＝4Imsin2ωt
C．i＝2Imsinωt D．i＝4Imsinωt
2．在如图1所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流；L是一个25mH的高频扼流圈，C是一个100pF的电容器，R是负载电阻.下列说法中正确的是
(　　)

图1
A．L的作用是“通低频，阻高频”
B．C的作用是“通交流，隔直流”
C．C的作用是“通高频，阻低频” 图1
D．通过R的电流中，低频交流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比
3．将阻值为5Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．电路中交变电流的频率为0.25Hz
B．通过电阻的电流为A
C．电阻消耗的电功率为2.5W
D．用交流电压表测得电阻两端的电压是5V
4．一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的磁通量Φ随时间t的变化如图3所示，下列说法中正确的是
(　　)

图3
A．t1时刻感应电动势为零
B．t2时刻感应电动势最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D．每当E变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大
5．利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电.现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4 Ω，它提供给用电器的电功率为40 kW，电压为800 V．如果用临界温度以下的超导电缆替 代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为
(　　)
A．1 kW B．1.6×103 kW
C．1.6 kW D．10 kW
6．一理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，如图4所示.如果负载电阻的滑动片向上移动.则图中所有交流电表的读数及输入功率变化情况正确的是(均为理想电表)
(　　)

图4
A．V1、V2不变，A1增大，A2减小，P增大
B．V1、V2不变，A1、A2增大，P增大
C．V1、V2不变，A1、A2减小，P减小
D．V1不变，V2增大，A1减小，A2减小，P减小
7．如图甲所示，为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件(不分得电压)实现了无级调节亮度。给该台灯接220V的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压表的示数为(　　)

A．220V　　　　　　　　 B．110V
C.V D．V

8.交变电流电压的有效值为6 V，它和电阻R1、R2及电容器C、电压表一起连接成如图所示的电路，图中电压表的读数为U1，为了保证电容器C不被击穿，电容器的耐压值为U2，电容器在电路中正常工作，则(　　)
A．U1＝6 V　U2＝6 V
B．U1＝6 V　U2＝3 V
C．U1＝6 V　U2≥6 V
D．U1＝6 V　U2≥6 V

9．如图所示，为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示．当开关S闭合后(　　)

A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变
B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大
C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大
D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变
10.

如图所示，为了减少输电线路中电力损失，发电厂发出的电通常是经过变电所升压后通过远距离输送，再经变电所将高压变为低压．某变电所将电压u0＝11 000sin100πt V的交流电降为220 V供居民小区用电，则变电所变压器(　　)
A．原、副线圈匝数比为50：1
B．副线圈中电流的频率是50 Hz
C．原线圈的导线比副线圈的要粗
D．输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和

11．(分)有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示．它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线．

(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，由此可推断________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)．
(2)如果把它看成理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有，一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源．请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)．
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
A线圈的匝数为nA＝________.(用所测物理量符号表示)
三、计算题(每分，共50分)
12．如图所示，一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n＝40，电阻r＝0.1 Ω，长l2＝0.05 m，宽l2＝0.04 m，角速度ω＝100 rad/s，磁场的磁感应强度B＝0.2 T．线圈两端外接电阻R＝9.9 Ω的用电器和一个交流电流表.求：
(1)线圈中产生的最大感应电动势；
(2)电流表的读数；
(3)用电器上消耗的电功率.

13．交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动。一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝T。如果用此发电机带动两个标有“220V 11kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器，电路如下图。求：

(1)发电机的输出电压为多少？
(2)变压器原副线圈的匝数比为多少？
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少？

14如图所示，匀强磁场磁感应强度B＝0.5 T，匝数为n＝50匝的矩形线圈，绕垂直于匀强磁场的转轴OO′匀速转动，每匝线圈长为L＝25 cm，宽为d＝20 cm.线圈每分钟转动1 500转，在匀速转动过程中，从线圈平面经过图示位置时开始计时．
(1)写出感应电动势e的瞬时值表达式；
(2)若每匝线圈本身电阻r＝0.02 Ω，外接一阻值为13 Ω的用电器，使线圈与外电路组成闭合电路，写出感应电流i的瞬时值表达式；
(3)若从线圈平面垂直于磁感线的位置开始计时，感应电动势e′和感应电流i′的瞬时值表达式如何？
(4)画出(1)(2)中的e－t、i－t图象．

15．如图所示，一小型发电机通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率P1＝50kW，输出电压U1＝500V，升压变压器原、副线圈匝数比为n1n2＝15，两个变压器间的输电导线的总电阻R＝15Ω，降压变压器的输出电压U4＝220V，变压器本身的损耗忽略不计，求：

(1)升压变压器副线圈两端的电压U2
(2)输电线上损耗的电功率P损
(3)降压变压器原、副线圈的匝数比n3n4

单元综合测试答案(交变电流)

1．转速加倍则ω＝2πn也加倍，电流的最大值Im也加倍故i＝2Imsin2ωt选项A正确.
答案：A
2．由电抗和电容对交变电流的作用可知，A、C、D正确.
答案：ACD
3、答案：C
解析：由e－t图象可知，周期T＝4×10－2s，
电压峰值Um＝5V，
所以频率f＝＝25Hz，A错误；
电压有效值U＝＝V，D错误；
电流有效值I＝＝A，B错误；
电阻消耗功率P＝I2R＝2.5W，C正确。
4．t1、t3时刻线圈中的磁通量为零，但变化率最大，感应电动势最大；而磁通最大时，变化
率为零，感应电动势为零，当磁通量最大时，电动势E换向，故CD对.
答案：CD
5．用电器的额定电流为：I＝＝A＝50 A，输电线上消耗功率P线＝I2R＝502×0.4 W＝1000 W＝1 kW.所以若采用超导材料则线路上的损耗将被节约.
答案：A
6．理想变压器输入电压不变，则输出电压不变，故表V1，V2示数不变；滑片P向上移，使负载电阻增大，因而，副线圈中的电流I2减小，由于电压比不变，故原线圈中的电流也将减小；输出功率P出＝U2I2减小，P入＝P出，因而输入功率也将减小.
答案：C
7.答案：C
解析：设交流电的有效值为U，将交流电与直流电分别通过相同电阻R，分析一个周期内热量：
交流电Q＝·＋·
直流电Q＝T
解得：U＝V
8、【解析】　电压表读数为交流电压的有效值，所以电压表读数U1＝6 V，电容器耐压值应大于交流电压的最大值，U2≥6 V.
【答案】　D

9、【解析】　由＝知，开关S闭合后，V2示数不变，V1与V2示数的比值不变，故选项C错误，选项D正确；开关S闭合后，副线圈闭合回路的总电阻R减小，由I2＝知，I2变大，由＝知，A1示数变大，且A1与A2示数的比值不变，故选项A正确．
【答案】　AD

10、【解析】　u0＝11 000sin100πt V中的11 000指的是电压的峰值，有效值为11 000 V，则原、副线圈之间的匝数之比等于两线圈的电压之比，即50：1，A正确；由ω＝100π可得频率为50 Hz，变压器不改变电流的频率，因此，副线圈的频率也是50 Hz，B正确；电流与匝数成反比，即原线圈的电流比副线圈电流要小，因此，副线圈的导线要比原线圈粗，C错误；居民小区各个用电器都是并联的，它们的电流总和等于副线圈中的电流，故D错误．
【答案】　AB
11、【解析】　(1)由图乙可知a位置的阻值大于b位置的阻值，由电阻定律可得A线圈的匝数多于B线圈的匝数．
(2)①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈．
②把低压电源接B线圈，测得线圈的输出电压U.
③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈输出电压UA.nA＝n
【答案】　(1)A　(2)步骤见解析　nA＝n

12．解析：(1)Em＝nBωS＝nBωl1l2＝1.6 V.
(2)Im＝＝0.16 A，电流表读数为有效值
I＝＝0.11 A.
(3)P＝I2R＝0.12 W.
答案：(1)1.6 V　(2)0.11 A　(3)0.12 W
13、答案：(1)1 100V　(2)51　(3)20A
解析：(1)根据Em＝NBSω＝1 100V
得输出电压的有效值为U1＝＝1 100V
(2)根据＝得＝
(3)根据P入＝P出＝2.2×104W
再根据P入＝U1I1，解得I1＝20A

14、【解析】　(1)线圈匝数n＝50，磁场的磁感应强度B＝0.5 T，线圈转动的角速度ω＝2πf＝2π× rad/s＝50π rad/s，线圈的面积S＝Ld＝0.05 m2
所以Em＝nBSω＝50×0.5×0.05×50π V≈196 V
从图示位置计时，有e＝Emcosωt＝196cos(50πt) V.
(2)若r＝0.02 Ω，则r′＝50 r＝0.02×50 Ω＝1 Ω
R总＝R＋r′＝13 Ω＋1 Ω＝14 Ω
Im＝＝ A＝14 A
所以i＝Imcosωt＝14cos(50πt) A
(3)若从线圈平面与磁感线垂直的位置开始计时，即从中性面开始计时，感应电动势和感应电流的瞬时值表达式分别为e′＝196sin(50πt) V，i′＝14sin(50πt) A.
(4)因为ω＝50π，
所以T＝＝0.04 s，Em＝196 V，Im＝14 A
(1)(2)中的e－t、i－t图象分别如图甲、乙所示．

15、【答案】　见解析
答案：(1)2 500V　(2)6 000W　(3)101
解析：(1)因为＝，
所以U2＝U1＝2 500V
(2)P2＝P1＝50kW
输电线中电流I2＝＝A＝20A
则P损＝IR线＝202×15W＝6 000W
(3)用户得到功率P4＝P2－P损＝44 000W
所以降压变压器副线圈电流I4＝＝A＝200A
故＝＝