高中物理选修3-2交变电流单元测试.pdf

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 iImsint，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()Ai2Imsin2tBi4Imsin2tCi2ImsintDi4Imsint2 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 1AL 的作用是“通低频，阻高频”BC 的作用是“通交流，隔直流”CC 的作用是“通高频，阻低频”图 1D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 5 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0.25HzB通过电阻的电流为 2AC电阻消耗的电功率为2.5WD用交流电压表测得电阻两端的电压是5V4一矩形线圈，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 随时间 t 的变化如图 3 所示，下列说法中正确的是()图 3At1时刻感应电动势为零Bt2时刻感应电动势最大Ct3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，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()A1 kWB1.6103 kWC1.6 kWD10 kW6一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 4AV1、V2不变，A1增大，A2减小，P 增大BV1、V2不变，A1、A2增大，P 增大CV1、V2不变，A1、A2减小，P 减小DV1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()A220V220C.V2B110V110DV28.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()AU16 2 VU26 VBU16 VU23 2 VCU16 2 VU26 VDU16 VU26 2 V9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()AA1示数变大，A1与 A2示数的比值不变BA1示数变大，A1与 A2示数的比值变大CV2示数变小，V1与 V2示数的比值变大DV2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u011 000 2sin100t 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50：1B副线圈中电流的频率是50 HzC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 n40，电阻r0.1，长l20.05 m，宽 l20.04 m，角速度 100 rad/s，磁场的磁感应强度 B0.2 T线圈两端外接电阻 R9.9 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S0.05m2，线圈转动的频率为 50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B2T。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B0.5 T，匝数为 n50 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L25 cm，宽为d20 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 r0.02，外接一阻值为 13 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 et、it 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 P150kW，输出电压 U1500V，升压变压器原、副线圈匝数比为n1n215，两个变压器间的输电导线的总电阻 R15，降压变压器的输出电压 U4220V，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n3n4单元综合测试答案(交变电流)1转速加倍则2n 也加倍，电流的最大值 Im也加倍故 i2Imsin2t 选项 A 正确.答案：A2由电抗和电容对交变电流的作用可知，A、C、D 正确.答案：ACD3、答案：C解析：由 et 图象可知，周期 T4102s，电压峰值 Um5V，1所以频率 f 25Hz，A 错误；TUm5 2电压有效值 UV，D 错误；22U2电流有效值 I A，B 错误；R2电阻消耗功率 PI2R2.5W，C 正确。4t1、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：CD3P4010225用电器的额定电流为：I A50 A，输电线上消耗功率P线I R50 0.4U800W1000 W1 kW.所以若采用超导材料则线路上的损耗将被节约.答案：A6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：C7.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：UmUm222T2T交流电 QR4R4U2直流电 QTR220解得：UV28、【解析】电压表读数为交流电压的有效值，所以电压表读数U16 V，电容器耐压值应大于交流电压的最大值，U26 2 V.【答案】DU1n19、【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U2n2U2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I2RI1n2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I2n1【答案】AD10、【解析】u011 000 2sin100t V 中的 11 000 2指的是电压的峰值，有效值为 11 000V，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 100 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】AB11、【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)用长导线绕一个 n 匝线圈，作为副线圈替代A 线圈把低压电源接 B 线圈，测得线圈的输出电压U.用 A 线圈换下绕制的线圈测得A 线圈输出电压 UA.nAUA【答案】(1)A(2)步骤见解析nAnU12解析：(1)EmnBSnBl1l21.6 V.Em(2)Im0.16 A，电流表读数为有效值RrImI0.11 A.22(3)PI R0.12 W.答案：(1)1.6 V(2)0.11 A(3)0.12 W13、答案：(1)1 100V(2)51(3)20A解析：(1)根据 EmNBS1 100 2V得输出电压的有效值为U1U1n1n15(2)根据得U2n2n21(3)根据 P入P出2.2104W再根据 P入U1I1，解得 I120A14、【解析】(1)线圈匝数 n50，磁场的磁感应强度B0.5 T，线圈转动的角速度 2f1 5002rad/s50 rad/s，线圈的面积 SLd0.05 m260所以 EmnBS500.50.0550 V196 V从图示位置计时，有 eEmcost196cos(50t)V.(2)若 r0.02，则 r50 r0.0250 1 R总Rr13 1 14 Em196ImA14 AR总14所以 iImcost14cos(50t)AEm1 100V2UAnU(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(50t)V，i 14sin(50t)A.(4)因为 50，2所以 T0.04 s，Em196 V，Im14 A(1)(2)中的 et、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 1U1n1解析：(1)因为，U2n2n2所以 U2U12 500Vn1(2)P2P150kW输电线中电流 I2P250 000A 20AU22 5002则 P损I22R线2015W 6 000W(3)用户得到功率 P4P2P损44 000W所以降压变压器副线圈电流I4n3I410故 n4I21P444 000A 200AU4220