新课标人教版高中物理选修3-2本章测评(第五章_交变电流).doc

本章测评
一、选择题
1.交流发电机的线圈在匀强磁场中转动，当线圈平面通过中性面时，下列说法正确的是（ ）
A.穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大
B.穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势最大
C.穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于零
D.穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势等于零
思路解析：题中“当线圈平面通过中性面时”，穿过线圈的磁通量最大，而此时磁通量的变化率为零，线圈中感应电动势为零（因此得名“中性面”），故C选项正确.
答案:C
2.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电流电动势如图5-1所示，下面说法正确的是（ ）

图5-1
A.交流电动势的最大值为20 V B.交流电动势的有效值为10 V
C.交流电动势的频率为50 Hz D.交流电动势的周期为0.04 s
思路解析：此题属于交变电流的图象类问题，由图象知Em=20 V，T=0.04 s，f=25 Hz,E=10 V，故正确选项为ABD.
答案:ABD
3.一只“220 V 100 W”的灯泡接在u=311sin314t V的交变电源上，则下列判断正确的是（ ）
A.灯泡能正常发光 B.与灯泡串联的电流表的读数为0.45 A
C.与灯泡并联的电压表的读数为220 V D.通过灯泡的电流表达式为i=0.64sin314t A
思路解析：由u=311sin314t V知：U=V=220 V，灯泡能正常发光，选项A正确.I== A=0.45 A，电流表和电压表的读数均为有效值，故选项BC正确.Im=I=×0.45 A=0.64 A，故D正确，故该题正选项为ABCD.
答案:ABCD
4.如图5-2所示电路中，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25 mH的高频扼流圈，C是一个100 pF的电容器，R是负载电阻，下列说法正确的是（ ）

图5-2
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”
D.通过R的电流中，低频电流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比
思路解析：L是一个自感系数很小的高频扼流圈，其作用是“通低频，阻高频”，A选项正确.C是一个电容很小的电容器，在题图所示电路中，对高频交流的容抗远小于对低频交流的容抗，其作用是“通高频，阻低频”，C选项正确.因电路中无直流电源，故B选项错误.由于L对高频交流的阻碍作用和C对高频交流的旁路作用，使得通过R的电流中，低频交流所占的百分比远大于高频交流所占的百分比，D选项正确，本题A、C、D选项正确.
答案:ACD
5.在交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，频率可以改变，在如图5-3所示的电路a、b两点间逐次将图中的电路元件（1）、（2）、（3）单独接入，当使交变电流频率增加时，可以观察到下列所述的哪一种情况（ ）

图5-3
A.A1示数不变，A2增大，A3减小 B.A1示数减小，A2不变，A3增大
C.A1示数增大，A2不变，A3减小 D.A1、、A2、A3的示数均不变
思路解析：在交流电路中，当频率增加时，容抗减小，感抗增大，而电阻是与频率无关的，在电路中电源的电动势最大值不变，即a、b间的电压不变，所以当频率增加时，A1示数增大，A2不变A3示数变小，因此，该题正确选项为C.
答案:C
6.一个理想变压器，原线圈和副线圈的匝数分别为n1和n2，正常工作时输入和输出的电压、电流、功率分别为U1和U2，I1和I2，P1和P2，已知n1>n2，则（ ）
A.U1>U2,P1U2 D.P1>P2,I1>I2
思路解析：因为变压器为理想变压器，故有=,P1=P2,由题意知n1>n2,U1>U2,又因I1U1=I2U2，则I1法正确的是（ ）
A.据公式I=P/U，提高电压后输电线上的电流降为原来的1/20
B.据公式I=U/R，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍
C.据公式P=I2R，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的1/400
D.据公式P=U2/R，提高电压后输电线上的功率损耗将增大为原来的400倍
思路解析：由I=P/U，得I1=1,I2=，I1∶I2=U2∶U1=220 kV∶11 kV=20∶1,I2=I1/20，A正确，B错.线路损耗P损=I2R，所以P损1=I12R，P损2=I22R，所以P损2∶P损1=I22∶I12=()2∶I12=1∶400.
所以C正确，D错.（考查功率损失与电流平方正比关系的应用）
答案:AC
9.一个小水电站，输出的电功率为20 kW，输电线总电阻为0.5 Ω，如果先用400 V的电压输送，后又改用2 000 V的电压输送，则输送电压提高后，输电导线上损失的电功率变化情况是（ ）
A.减少50 W B.减少1 200 W
C.减少7.68×106 W D.增大7.68×106 W
思路解析：用400 V的电压送电：ΔP1=I2R=()2·R=()2×0.5 W=1 250 W；改用2 000 V电压输电：ΔP2=()2·R=()2×0.5 W=50 W，损失电功率减少了ΔP1-ΔP2=（1 250-50） W=1 200 W，B正确.（考查输电线路损失功率与电压、电流的关系的应用）
答案:B
二、填空题
10.如图5-4所示为一理想变压器，它的原线圈接在交流电源上，副线圈接有一个标有“12 V 100 W”字样的灯泡，已知变压器原、副线圈的匝数比为18∶1，那么小灯泡正常工作时，图中的电压表的读数为__________ V，电流表的读数为__________ A.

图5-4
思路解析：灯泡正常发光，则副线圈两端电压为U2=12 V，电流为I2== A=8.3 A.
由公式=得U1=U2=18×12 V=216 V，所以电压表的读数为216 V.
由，得I1=I2=×8.3 A=0.46 A，所以电流表的读数为0.46 A.
答案:216 0.46
11.闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240 r/min,若线圈平面转至与磁感线平行时的电动势为2 V，则从中性面开始计时，所产生的感应电动势表达式为e=__________ V.从中性面起经1/48 s，感应电动势的大小为__________.
思路解析：由n=240 r/min=r/s=4 r/s,得ω=2πn=2π×4=8π.当线圈平面与磁感线平行时（S∥B），感应电动势最大，即Em=2 V.所以e=Emsinωt=2sin8πt
t= s时，e=2sin（8π×） V=2sin V=2× V=1 V.
答案:2sin8πt 1 V
12.一阻值恒定的电阻器，当两端加上10 V的直流电压时，测得它的功率为P；当两端加上某一正弦交流电压时，测得它的功率为P/2，由此可知该交流电压的有效值为__________ V，最大值为__________ V.
思路解析：当电阻器两端加直流电压时，有P=U2/R；当电阻器两端加正弦交流电压时，设交流电压的有效值为U′，有P/2=U′2/R；联立以上两式可解得U′=5 V，其最大值为Um=U′=10 V.
答案:5 10
13.远距离输电，原来用电压U0输送，输电线上损失的功率为P0，现要使输电线路上损失的功率减少到原来的1%，在保持输送功率不变的情况下，输电电压变为__________U0.
思路解析：设输送功率为P，则P0=()2R线，0.01P0=()2·R线,所以U=10U0.（考查输电线路功率损失跟输送电压的平方成反比关系）
答案:10
三、综合题
14.闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈的转速为240 r/min,已知这个线圈平面转到与磁场方向平行时的感应电动势为2 V，某时刻该线圈平面与中性面重合，从此时刻起的1/48 s内，线圈内的平均感应电动势是多少？在1/48 s时，线圈中的瞬时电流是多大?（已知线圈的总电阻为0.5 Ω）
思路解析：线圈的角速度ω=2πn=2π×240/60=8π rad/s,线圈平面与磁感线平行时，感应电动势最大Em=2 V.从Em=BSω中可得到Φ1=BS==Wb.当线圈从中性平面转t=1/48 s时，转的角度θ=ωt=8π×=,此时穿过线圈的磁通量Φ2=Φ1cos=Φ1,所以磁通量的变化ΔΦ=Φ1-Φ2=（-×） Wb= Wb.因此E== V=0.5 V.
线圈从中性面开始（t=0）电动势的瞬时值表达式为e=Emsinωt=2sin8π V
当t= s时，e=2sin V=1 V
此时线圈中的电流为I= A=2 A.
答案:0.5 V 2 A
15.如图5-5所示，某发电厂的输出电压恒定，分别用甲、乙两种线路向同一用电器送电，用电器上的功率相同，甲线路中不用变压器，线路总电阻为0.9 Ω；乙线路中在用电器处装原、副线圈匝数比为9∶10的升压变压器，线路总电阻为1.8 Ω.求：

图5-5
（1）两种输电方式中线路损失的功率之比；
（2）用电器的电阻.
思路解析：(1)由用电器的功率相同，得
甲图中：P线=I2R甲
乙图中：P线′=(I)2R乙
所以.
(2)由U源=IR甲+IR用 U源=IR乙+IR用
解得R用=11 Ω.
答案:(1)81∶200 (2)11 Ω
16.如图5-6所示，一个小型旋转电枢式交流发电机其矩形线圈长度为a、宽度为b,共有n匝，总电阻为r,与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速转动，沿转轴OO′方向看去，线圈转动方向沿顺时针.求：

图5-6
（1）从图中画出线圈经过图示位置时通过电阻R上的感应电流的方向;
（2）从图示位置（线圈平面平行于磁场方向）开始计时，经多长时间，通过电阻R上的电流的瞬时值第一次为零;
（3）与电阻并联的交流电压表的示数是多大.
思路解析：(1)图示位置为垂直中性面位置，由右手定则可判定感应电流的方向自上而下流过电阻R.
(2)线圈转动产生感应电流的周期为T=2π/ω,从图示位置开始，过t=T/4=π/2ω第一次出现i=0的情况.
（3）线圈转动时产生感应电动势的最大值为
Em=nBSω=nBabω
感应电流最大值为
Im=Em/(R+r)=nBabω/(R+r)
电阻两端电压的最大值为
Um=ImR=nBabωR/(R+r)
交流电压表的示数为
U=Um/=nBabωR/［ (R+r)］.
答案:(1)电流自上而下流过电阻R (2)t=T/4=π/2ω（3）U=Um/=nBabωR/［ (R+r)］
17.供电网中某一居民小区的用户变压器输入电压为U1=1×104 V，此变压器的匝数比为125∶3.原来小区各用户用电总功率为44 kW，由于用电功率随生活条件的改善而增加，现在小区各户居民用电总功率增加到88 kW，打算在不改变线路的情况下更换一台用户变压器.设新用户变压器的输入电压仍为U1=1×104 V不变，且用电器户正常工作电压为220 V.求：
(1)居民小区输电线路的电阻R线；
(2)新更换的用户变压器的原、副线圈匝数比.
思路解析：(1)用户变压器副线圈电压
U2=U1=×1×104 V=240 V
用户工作总电流I== A=200 A
线路电阻R线= Ω=0.1 Ω.
(2)当用户功率增加为P′=8.8×104 W时,用户工作总电流为I′=A=400 A
线路电压降ΔU′=I′R线=400×0.1 V=40 V
新的用户变压器副线圈电压U2′=220 V+40 V=260 V
因此原副线圈匝数比为n1∶n2=U1∶U2′=500∶13.
答案:(1)0.1 Ω (2)500∶13
四、研究学习
18.调查当地发电厂的生产情况，是水力发电、核力发电、风力发电还是太阳能发电？写出调查研究报告.
答案: 略