人教版高二物理选修3-2阶段检测：电磁感应、交变电流.docx

高二物理选修3-2阶段检测

一、单选题
1．如图所示，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流，由此可知，圆环a将(　　)

A．顺时针加速旋转 B．顺时针减速旋转
C．逆时针匀速旋转 D．逆时针减速旋转
【答案】B
【解析】当带正电的绝缘圆环a顺时针加速旋转时，相当于顺时针方向电流，并且在增大，根据右手螺旋定则，其内（金属圆环a内）有垂直纸面向里的磁场，其外（金属圆环b处）有垂直纸面向外的磁场，并且磁场的磁感应强度在增大，金属圆环b包围的面积内的磁场的总磁感应强度是垂直纸面向里（因为向里的比向外的磁通量多，向里的是全部，向外的是部分）而且增大，根据楞次定律，b中产生的感应电流的磁场垂直纸面向外，所以b中产生逆时针方向的感应电流，所以A错误；同理可知B正确；逆时针减速旋转与顺时针加速旋转是等效的，选项D错误；逆时针匀速旋转时，磁通量不变，不会产生感应电流，选项C错误；故选B.
2．图甲为一小型发电机的示意图，发电机线圈内阻为1Ω，灯泡L的电阻为9Ω，电压表为理想交流电压表。发电机产生的电动势e随时间t按图乙的正弦规律变化，则

A．0.01s时穿过线圈的磁通量为零
B．线圈转动的角速度为50rad/s
C．电压表的示数为10V
D．灯泡L的电功率为9W
【答案】D
【解析】A项：0.01s时电动势为零，所以此时穿过线圈的磁通量最大，故A错误；
B项：由图乙可知，周期为0.0.2s，由公式ω=2πT=2π0.02rads=100πrads，故B错误；
C项：电动势的有效值为E=1022V=10V，由闭合电路欧姆定律得：
U=99+1×10V=9V，故C错误；
D项：由公式P=U2R=929W=9W，故D正确。
故选：D。
3．如图所示,电压的最大值为Um，周期为T,则其有效值为(　　)

A．12Um B．13Um C．22Um D．2πUm
【答案】A
【解析】根据有效值的定义可得(Um2)2R•T2=U有2R•T，解得U有=12Um，故A正确，B、C、D错误；
故选A。
4．如图1所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为3︰1，保险丝的电阻为2Ω，熔断电流为2A。若原线圈接入如图2所示的正弦交流电，则下列说法正确的是（  ）

A．副线圈中交变电流的频率为5Hz
B．为了安全，滑动变阻器接入电路的最小阻值为3Ω
C．电压表V的示数为15V
D．将滑动变阻器的滑片向下移动，电压表V和电流表A1的示数均增大
【答案】B
【解析】变压器不改变频率，所以副线圈中交变电流的频率为f=1T=10.02Hz=50Hz，故A错误；保险丝的电阻为2Ω，熔断电流为2A，为了安全，滑动变阻器接入电路的最小阻值为Rmin=U2Imax-r保=3Ω，故B正确；原线圈电压有效值为U1=Um2=30V，根据变压器原理可得：U2=n1n2⋅U1=10V，故电压表V的示数为10V，故C错误；将滑动变阻器滑片向下移动，滑动变阻器接入电路的总电阻减小，副线圈电流强度增大，则原线圈的电流强度也增大，所以电流表A1的示数增大，因为匝数比不变，所以V的示数不变，故D错误。所以B正确，ACD错误。
5．如图所示，水平金属圆盘置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中，圆盘绕金属转轴OO′以角速度ω沿顺时针方向匀速转动，铜盘的中心及边缘处分别用金属滑片与一理想变压器的原线圈相连。已知圆盘半径为r，理想变压器原、副线圈匝数比为n，变压器的副线圈与一电阻为R的负载相连。不计圆盘及导线的电阻，则下列说法中正确的是（　 　）

A．变压器原线圈两端的电压为12Bωr2
B．变压器原线圈两端的电压为Bωr2
C．通过负载R的电流为Bωr22nR
D．通过负载R的电流为Bωr2nR
【答案】A
【解析】A、圆盘半径切割磁感线产生感应电动势：E=12Br2ω，则变压器原线圈两端电压为12Br2ω，故A正确，B错误；
C、圆盘转动过程产生的电动势是定值，穿过变压器副线圈的磁通量不变，副线圈不产生感应电动势，副线圈电流为零，故CD错误。

二、多选题
6．如图所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，正方形单匝线框从左边界由静止开始匀加速穿过磁场区域，线圈的边长和磁场的宽度相等。从线框cd边刚进磁场开始计时，逆时针方向为电流的正方向，线框中的感应电流i、电功率P随时间t的变化图象可能正确的是(　　)

A． B． C． D．
【答案】AD
【解析】线框的速度：v=at，感应电动势：E=BLv=BLat，电功率：P=E2R=B2L2a2Rt2，故A正确，B错误；感应电流：i=ER=BLaRt，由右手定则碰撞，线框进入磁场过程电流沿逆时针方向，是正的，线框离开磁场过程，感应电流沿顺时针方向，是负的，故C错误，D正确。所以AD正确，BC错误。
7．如图所示的电路中，A、B是完全相同的灯泡，L是自感系数很大但直流电阻为零的线圈，下列说法中正确的是(　　)

A．当开关S闭合时，A灯先亮，B灯后亮
B．当开关S闭合时，A、B灯同时亮，之后B灯更亮，A灯逐渐变暗至熄灭
C．当电路稳定后断开开关S时，A灯闪亮一下后慢慢熄灭，B灯马上熄灭
D．当电路稳定后断开开关S时，A灯无变化，B灯马上熄灭
【答案】BC
【解析】开关S闭合的瞬间，两灯同时获得电压，所以A、B同时发光。由于线圈的电阻可以忽略，灯A逐渐被短路，流过A灯的电流逐渐减小，A灯逐渐变暗，直至熄灭，而流过B的电流增大，所以B灯变亮。故A错误B正确；断开开关S的瞬间，B灯的电流突然消失，立即熄灭；流过线圈的电流将要减小，产生自感电动势，相当电源，维持L中的电流逐渐减小，所以A灯突然闪亮一下再熄灭，故C正确D错误。故选BC。
8．如图所示，理想变压器原副线圈中接有三个“110V，40W”的相同灯泡，当接入交变电源电压U1时，三个灯泡均正常发光，若原副线圈匝数是n1和n2，则下列说法正确的是(　　)

A．n1：n2=2：1 B．n1：n2=3：1 C．U1=220V D．U1=330V
【答案】AD
【解析】设每只灯的额定电流为I，额定电压为U，因并联在副线圈两端的两只小灯泡正常发光，所以副线圈中的总电流为2I，原副线圈电流之比为1：2，所以原、副线圈的匝数之比为2：1．
因为三知灯泡正常发光，灯泡两端的电压为110V，根据电压与匝数成正比，得原线圈两端的电压U原=2U2=220V ；所以电源电压U1=UL1+U原=110+220=330V，故AD正确，BC错误；故选AD．

三、解答题
9．如图所示，一个总阻值r=10Ω，匝数n=1000的正方形金属线圈，与阻值R=20Ω的定值电阻连成闭合回路．线圈的边长L=0．1m，其内部空间(包括边界处)充满了垂直线圈平面向外的匀强磁场．磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图所示．导线电阻不计，求：

(1)t=0时刻，穿过线圈的磁通量为多少?
(2)t=0．01s时，线圈的感应电动势为多少?
(3)0~0．02s过程中电阻R的热功率为多少?
(4)t=0．01s时，线圈MN边受到的总安培力的大小和方向如何?
【答案】(1)6×10-5(Wb)(2)300V(3)2×103W(4)3×10-3N
【解析】
(1)当t=0时，则φ=R0⋅s=6×10-3×0.12=6×10-5(Wb)．
(2)依据电动势的公式E=nΔQΔt=nΔRΔts=1000×30×0.12=300V．
(3)依据欧姆定律总电阻I=ER+r=30030=10A，再依据功率的表达式P=I2R=100×20=2×103(W)．
(4)依据几何关系此时磁感应强度的大小B1=3×10-3T．
依据安培力F安=B1IL=3×10-3×10×0.1=3×10-3(N)
10．如图，电阻可忽略的足够长的光滑平行金属导轨间距l＝1.0m，倾角θ＝30°，导轨上端ab接一阻值R＝1.5Ω的电阻，磁感应强度B＝1.0T的匀强磁场垂直于轨道平面向上，阻值r＝0.5Ω，质量m＝0.2kg的金属棒与轨道垂直且接触良好，从轨道上端某处由静止释放，下滑距离d＝1.2m时刚好达到最大速度，重力加速度g＝10m/s2，求：

（1）金属棒的最大速度vm的大小；
（2）从开始运动到刚好达到最大速度的过程中，金属棒上产生的焦耳热Qr；
（3）金属棒从开始运动到刚好达到最大速度所用的时间t。
【答案】（1）2m/s（2）0.2J（3）1s
【解析】（1）金属棒的速度达到最大时，合外力0，设电流为I，由平衡条件有：mgsinθ＝BIl
感应电动势为：E＝Blvm
由闭合电路欧姆定律有：I=ER+r
代入数据得最大速度为：vm＝2m/s
（2）设从开始运动到刚好达到最大速度的过程中，回路中产生的热量为Q，由能量守恒定律有：mgdsinθ=12mvm2+Q
又有Qr=rr+RQ
解得：Qr＝0.2J
（3）从开始运动到刚好达到最大速度的过程中，由动量定理有：mgtsinθ﹣BIlt＝mvm
又有q=It=BldR+r
代入数据可得：t＝1s
11．风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展。如果风车阵中某发电机输出功率为P1=120kW，输出电压是U1=250V。发电站通过原副线圈的匝数之比为n1：n2=1：12的升压变压器、总电阻为r=10Ω的输电线和降压变压器把电能输送给用户。已知用户需要的电压是U4=220V，求：

（1）升压变压器的输出电压U2；
（2）输电线上损失的电功率P损；
（3）降压变压器原、副线圈的匝数比n3：n4。
【答案】（1）3000V（2）16kW（3）130：11
【解析】（1）升压变压器的原副线圈电压之比等于匝数之比，故U2=n1n2⋅U1=3000V
（2）输电线上的电流为I2=PU2=1200003000A=40A
损失功率为P损=I2r=16kW
（3）降压变压器原线圈的电压为U3=U2-I2r=3000-40×10V=2600V
故n3n4=U3U4=2600220=13011
12．某一小型水电站，输电电路如图所示，发电机的输出功率为100kW，发电机的输出电压为500V，输电导线的总电阻为10Ω，导线上损耗的电功率为4kW，该村的用电电压是220V．求：

（1）输电线上的输电电流、电压损耗分别是多少？
（2）升压变压器的原、副线圈的匝数比
（3）降压变压器的原、副线圈的匝数比
【答案】（1）200V(2)110 (3)24011
【解析】（1）根据P损=I2R线得，
输电线上的电流I=P损R线=400010A=20A
U损=IR线=200V
(2)升压变压器的输出电压U2=PI=5000V
则升压变压器的匝数比n1n2=U1U2=5005000=110
(3) 降压变压器的输入电压U3=U2-U损=5000-200V=4800V
降压变压器的匝数比为n3n4=U3U4=4800220=24011