上物理选修交变电流交流电综合能力测试Word有详解答案.doc

第五章 交变电流综合能力测试〔含答案〕
本卷分第一卷(选择题)与第二卷(非选择题)两局部．总分值100分，时间90分钟
第一卷(选择题　共40分)
一、选择题(共10小题，每题4分，共40分，在每题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项符合题目要求，有些小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．(2021·北师大附中高二期中)在以下四幅交流电的图象中，能正确反映我国居民生活所用交流电的是(　　)
2．(2021·绵阳中学高二期末)如以下图所示为一理想自耦变压器的电路图，L1、L2、L3、L4为四个完全一样的灯泡．在A、B两点间加上交变电压U1时，四个灯泡均能正常发光，假设C、D两点间的电压为U2，那么U1:U2为(　　)
A．1:1　　　　　 B．2:1
C．3:1 D．4:1
3．以下图是电子技术中常用的电路．a、b是电路的输入端，其中输入的高频电流用“〞表示，低频电流用“～〞表示，直流电流用“—〞表示．关于负载电阻R中通过的电流，有以下说法，其中正确的选项是(　　)
A．甲图中R通过的是低频电流
B．乙图中R通过的是高频电流
C．丙图中R通过的是直流电流
D．丁图中R通过的是高频电流
4．如以下图甲所示，R＝10Ω的电阻中有图乙所示的电流通过，那么电压表的示数为(　　)
A．2V　　　　　　　　 B．10V
C.V D．20V
5．一理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，如以下图所示，如果负载电阻的滑动片向上移动，那么图中所有交流电表的读数及输入功率变化情况正确的选项是(均为理想电表)(　　)
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
6．(2021·临沂模拟)电阻R1、R2与交流电源按照图甲所示方式连接，R1＝10Ω，R2＝20Ω.合上开关S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t的变化情况如图乙所示．那么(　　)
A．通过R1
B．R1两端的电压有效值是6V
C．通过R2A
D．R2两端的电压有效值是6V
7．(2021·中山模拟)面积为S的两个完全一样的单匝金属线圈分别放置在如图甲、乙所示的磁场中．甲图中是磁感应强度为B0的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T绕OO′轴做匀速转动；乙图中的磁场的变化规律为B＝B0cost，从图示时刻(t＝0时刻)起计时，那么(　　)
A．两线圈中的磁通量变化规律均为Φ＝B0Scost
B．两线圈中感应电动势到达最大值的时刻不同
C．两线圈中产生的交变电流的有效值不同
D．从此刻起，T/4时间流过线圈截面的电量一样
8．(2021·山东)一理想变压器原、副线圈的匝数比为101，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．以下说法正确的选项是(　　)
A．副线圈输出电压的频率为50Hz
B．副线圈输出电压的有效值为31V
C．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小
D．P向右移动时，变压器的输出功率增加
9．如以下图所示，两个同学利用图示装置做实验，第一位同学使ab在导轨上匀速运动，第二位同学使ab在导轨上做变速运动，但两位同学对ab杆做的功一样多，第一位同学的方法小灯泡消耗的电能为W1，第二位同学的方法小灯泡消耗的电能为W2，它们相比拟(　　)
A．W1＝W2 B．W1>W2
C．W1<W2 D．不能比拟
10．如以下图所示，两种情况下灯泡L2、L3的功率均为P，且L1、L2、L3为一样的灯泡，匝数比为n1:n2＝3:1，那么图(a)中L1的功率与图(b)中L1的功率分别为(　　)
A．P、P B．9P、P
C.P、9P D.P、9P
第二卷(非选择题　共60分)
二、填空题(共3小题，每题6分，共18分．把答案直接填在横线上)
11．一交流电压随时间变化的图象如以下图所示，那么此交流电的频率是________Hz，假设将该电压加在10μF的电容器上，那么电容器的耐压值不应小于________V；假设将该电压加在一阻值为1kΩ的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为防止意外事故的发生，电路中保险丝的额定电流不能低于________A.
12．如以下图所示为演示用的手摇发电机模型，匀强磁场磁感应强度B＝0.5T，线圈匝数n2，转速为150r/min，线圈在匀速转动过程中，从图示位置开场计时．交变感应电动势瞬时值的表达式是________．
13．如以下图所示为一理想自耦变压器，当它的滑键P向b方向移动时，R与R′保持不变，电压表读数将________，电流表的读数将________；假设P的位置不动，滑动片Q向上滑动时，电压表的读数将__________，电流表的读数将________．(填“增大〞、“减少〞或“不变〞，R表示滑动变阻器的总电阻)
三、论述·计算题(共4小题，42分．解容许写出必要的文字说明、方程式与重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值与单位)
14．(10分)如以下图所示，曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图甲为其构造示意图，图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点与ab边平行，它的一端有一半径r0＝1.0cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图乙所示．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＝20cm2，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感应强度B＝0.010T，自行车车轮的半径R1＝35cm，小齿轮的半径R2＝4.0cm，大齿轮的半径R3＝10.0cm，现从静止开场使大齿轮加速转动，问大齿轮角速度为多大时才能使发电机输出电压的有效值U＝3.2V(假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动)
15．(10分)一理想变压器原、副线圈匝数比为4:1，原线圈接入U1＝1410sin100πtV的交流电，副线圈通过电阻R＝1Ω的导线对标有“220V,40W〞字样的白炽灯供电，问能供多少盏灯正常工作？
16．(2021·嘉定模拟)(10分)某小型实验水电站输出功率是20kW，输电线路总电阻是6Ω.
(1)假设采用380V输电，求输电线路损耗的功率．
(2)假设改用5000V高压输电，用户端利用n1:n2＝22:1的变压器降压，求用户得到的电压．
17．(12分)(2021·河南大学附中高二期末)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S2，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，电路如以下图．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？
详解答案
1答案：C
解析：我国日常生活所用交流电的峰值为311伏，周期为0.02s所以C项正确．
2答案：D
解析：四灯正常发光，电流相等，设为I，那么I1＝I，I2＝3I.＝＝，即＝
而U2＝U，U1＝U＋IR＝U＋U2＝4U2
∴＝，故D选项正确．
3答案：AC
解析：甲图中，电容器隔直流，R通过低频电流；乙图中，电容器可以与高频交流电形成通路；丙图中，电容器C很大，容抗较小，可以通过低频电流，那么R中通过直流电流；丁图中，电感器L很大，f越高，感抗越大，阻碍高频电流通过，R中通过低频电流，应选项A、C正确．
4答案：D
解析：电压表的示数为有效值，先根据图象乙求出R中电流的有效值．取一个周期为0.2s，分为两段，Q1＝2R×R，Q2＝0，Q＝I2R×R，有效值为I＝2A，所以U＝IR＝2×10V＝20V.
5答案：C
解析：理想变压器输入电压不变，那么输出电压不变，故电压表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，由于变压比不变．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．
6答案：B
解析：通过R1与R2的电流的有效值都是0.6A，故A、C错，R2两端的电压有效值是12V，故D错，R1两端的电压有效值是6V，故B正确.
7答案：AD
解析：由于线圈在磁场中以周期T绕OO′轴做匀速转动，所以其角速度为，在面积一样的情况下，两者的磁通量变化规律均为Φ＝B0Scost，那么二者实际产生的交变电流是一样的，因此感应电动势到达最大值的时刻、交变电流的有效值、T/4时间内流过线圈截面的电量都是一样的．
8答案：AD
解析：副线圈输出电压的频率等于输入电压的频率f＝＝50Hz，应选项A正确；原线圈输入电压的有效值，u1＝V＝220V，由＝知，U2＝22V，应选项B错误；原、副线圈的电流比＝＝，应选项C错误；变压器的输出功率P＝，P向右移动时，RP减小，所以P变大，应选项D正确．
9答案：B
解析：匀速运动时，产生的感应电动势是稳定的，感应电流也是恒定的，因此在线圈上不会产生感抗，所以通过小灯泡的电流大，消耗的电能多；当ab变速运动，产生的感应电动势是变化的，感应电流也是变化的，在线圈上产生感抗，使通过小灯泡的电流减小，因此消耗的电能少．
10答案：B
解析：图(a)中L2的功率为P，那么L2上电压为U2＝，原线圈中电压U1＝3U2＝3，L1两端电压与U1相等，那么L1所消耗功率PL1＝＝＝9P，图(b)中L2、L3功率一样，变压器的输出功率为2P，原线圈电压U′1＝3U2＝3，原线圈中电流I′1＝，灯L1上消耗功率为P′L1＝I′R＝R＝P，故B正确．
11答案：
解析：由图知T＝0.02s，Um＝200V而f＝
∴f＝50Hz，电容器耐压值应不小于200V，
I＝·＝A＝0.14A.
∵保险丝熔断电流指有效值
∴电路中保险丝熔断电流不能低于0.14A.
12答案：e＝188sin(5πt)V
解析：当线圈平面经过中性面时开场计时，那么线圈在时间t内转过的角度为ωt，于是瞬时感应电动势e＝Emsinωt.
其中Em＝nBSω＝50×××5πV≈188V，
所以e＝188sin(5πt)V.
13答案：减小　减小　不变　增大
解析：电源的电压设为U1，电压表的读数是副线圈两端电压，设为U2，那么U2＝U1.当P向b移动时，n1变大，n2不变，所以U2变小即电压表示数将变小，如果R与R′不变，那么副线圈中的电流将变小，原线圈中的电流将变小，即安培表的读数将变小．
当P的位置不变时副线圈两端电压不变，故电压表的示数不变，滑动变阻器的触头向上滑动时，总电阻减小，副线圈中的电流增大，原线圈中的电流增大，即安培表的示数将增大．
14答案：ω3
解析：设摩擦小轮的角速度为ω，发电机输出电压为：
U＝＝ ①
设自行车车轮的角速度为ω1，小齿轮与大齿轮的角速度分别为ω2与ω3那么有：
ωr0＝ω1R1 ②
ω1＝ω2 ③
ω3R3＝ω2R2 ④
解①②③④联立方程组可得：ω3＝
代入数据可得：ω3＝3.2rad·s－1
15答案：165盏
解析：原线圈电压有效值：
U1＝＝V＝1000V，
副线圈电压有效值：U2＝U1＝×1000V＝250V，
每盏灯额定电流：I0＝＝A＝A，
由U2＝220V＋I2R＝220V＋NI0R，
得N＝＝盏＝165盏．
16答案：
解析：(1)输电线上的电流强度为
I＝＝
输电线路损耗的功率为
P损＝I2R2×6W≈
(2)改用高压输电后，输电线上的电流强度变为
I′＝＝A＝4A
用户端在变压器降压前获得的电压
U1＝U′－I′R＝(5000－4×6)V＝4976V
根据＝，用户得到的电压为
U2＝U1＝×
17答案：(1)1100V　(2)5:1　(3)20A
解析：(1)根据Em＝NBSω＝1100V
得输出电压的有效值为U1＝＝1100V
(2)根据＝得＝
(3)根据P入＝P出×104W
再根据P入＝U1I1，解得I1＝20A
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