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2018-2019高中物理第五章交变电流章末测评（新人教版选修3-2）
资料简介
第五章 交变电流
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分.第Ⅰ卷40分,第Ⅱ卷60分,共100分,考试时间90分钟.
第Ⅰ卷 (选择题 共40分)
一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分.1~7小题只有一个选项符合题意,8~10小题有多个选项符合题意.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,选错或不答的得0分)
❶某正弦式交变电流的电流i随时间t变化的图像如图C2-1所示.由图可知 ( )
图C2-1
A.电流的最大值为10A
B.电流的有效值为10A
C.该交流电的周期为0.03s
D.该交流电的频率为0.02Hz
❷当交流发电机的转子线圈平面与磁感线平行时,电流方向如图C2-2所示,当转子线圈平面旋转到中性面位置时 ( )
图C2-2
A.线圈中的感应电流最大,方向将不变
B.线圈中的感应电流最大,方向将改变
C.线圈中的感应电流等于零,方向将不变
D.线圈中的感应电流等于零,方向将改变
❸如图C2-3所示的电路中,L为电感线圈,C为电容器,A、B为两个相同的灯泡,将它们接在交流电源上,两个灯泡的亮度一样.保持电源电压不变,某一时刻A灯泡变暗,B灯泡变亮,造成这一现象的原因可能是 ( )
11
图C2-3
A.电源的频率增大
B.电源的频率减小
C.电感线圈短路
D.电容器被击穿
❹图C2-4为某小型水电站的电能输送示意图,A为升压变压器,其输入功率为P1,输出功率为P2,输出电压为U2;B为降压变压器,其输入功率为P3,输入电压为U3.若A、B均为理想变压器,输电线的总电阻为r,则下列关系式中正确的是 ( )
图C2-4
A.P1>P2
B.P2=P3
C.U2>U3
D.U2=U3
❺小型交流发电机中的矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间的关系如图C2-5所示.此线圈与一个阻值R=10Ω的电阻构成闭合电路,不计电路的其他电阻.关于通过电阻的电流,下列说法中正确的是 ( )
图C2-5
A.交变电流的周期为0.125s
B.交变电流的频率为8Hz
C.交变电流的有效值为2A
D.交变电流的最大值为4A
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❻[2017·长沙长郡中学高二期末]如图C2-6甲所示,交流发电机的矩形线圈边长ab=cd=0.2m,ad=bc=0.4m,线圈匝数为50匝,线圈的总电阻r=1Ω,线圈在磁感应强度B=0.2T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以100πr/s的转速匀速转动,外接电阻R=9Ω,电压表为理想交流电表,则 ( )
图C2-6
A.图甲中交流电压表的示数为802V
B.图甲中电阻R上消耗的电功率为11522W
C.如图乙所示,外电路接原、副线圈匝数之比n1∶n2=3∶1的理想变压器时,电阻R上消耗的电功率最大
D.如图乙所示,外电路接原、副线圈匝数之比n1∶n2=1∶3的理想变压器时,电阻R上消耗的电功率最大
❼[2017·成都七中高二月考]如图C2-7所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1,b是原线圈的中心抽头,电压表和电流表均为理想交流电表,从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压,其瞬时值表达式为u1=2202sin100πt(V),则 ( )
图C2-7
A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为222V
B.单刀双掷开关由a拨到b后,原线圈的输入功率变为原来的4倍
C.单刀双掷开关与a连接,在滑动变阻器的滑片P向上移动的过程中,电压表和电流表的示数均变小
D.当单刀双掷开关由a拨向b时,电压表和电流表的示数均变小
11
❽[2017·黑龙江大庆高二一检]如图C2-8所示,N匝矩形导线框在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴OO'匀速转动,线框面积为S,线框的电阻、电感均不计,外电路接有电阻R、理想电流表A和二极管D.电流表的示数为I,二极管D具有单向导电性,即正向电阻为零,反向电阻无穷大.下列说法正确的是 ( )
图C2-8
A.导线框转动的角速度为2RINBS
B.导线框转动的角速度为4RINBS
C.导线框转到图示位置时,线框中的磁通量最大,瞬时电动势为零
D.导线框转到图示位置时,线框中的磁通量最大,瞬时电动势也最大
❾在两块金属板间加上交变电压u=Umsin2πTt,当t=0时,板间有一个电子恰好处于静止状态,关于电子以后的运动情况,下列判断正确的是 ( )
A.t=T时,电子回到原出发点
B.电子始终向一个方向运动
C.t=T2时,电子将有最大速度
D.t=T2时,电子的位移最大
[2017·河南鹤壁中学高二期末]如图C2-9所示,有一矩形线圈的面积为S,匝数为N,内阻不计,全部处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的水平轴OO'以角速度ω匀速转动.矩形线圈通过滑环与外电路连接,外电路中R0为定值电阻,R为电阻箱,变压器为理想变压器,滑动触头P上下移动时可改变原线圈的匝数,图中仪表均为理想电表.从线圈平面与磁感线平行的位置开始计时,则下列判断正确的是 ( )
图C2-9
A.矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωsinωt
11
B.矩形线圈从开始计时到t=π2ω时间内,穿过线圈平面的磁通量变化量为BS
C.当R不变时,将滑动触头P向上移动,电流表读数变大
D.若ω=100πrad/s,则通过R0的电流方向每秒钟改变50次
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、实验题(本题共2小题,11题6分,12题9分,共15分)
交流电流表是一种能够测量交变电流有效值的仪表.使用时,只要将电流表串联接入电路即可.若要扩大交流电流表的量程,则可以给它并联一个分流电阻,还可以给它配接一个变压器.如图C2-10所示,变压器a、b两个接线端子之间线圈的匝数为n1,c、d两个接线端子之间线圈的匝数为n2,并且n1>n2,若将电流表“3A”的量程扩大,应该将交流电流表的接线柱“0”和“3A”分别与变压器的 (选填“a、b”或“c、d”)接线端子相连,这时电流表的量程为 A.
图C2-10
图C2-11是一种触电保安器的电路图,变压器A处用火线和零线双股平行绕制成线圈,然后接上用电器.B处有一个输出线圈,一旦线圈中有电流,经放大后便能推动保安器开关J切断电源,试说明:
图C2-11
(1)多开灯不会使保安器切断电源的原因是 ;
(2)有人“手—地”触电时,触电保安器会切断电源的原因是 ;
11
(3)该保安器 (选填“能”或“不能”)为双手“火线—零线”触电时提供保安,因为 .
三、计算题(本题共3小题,13题12分,14题15分,15题18分,共45分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分)
如图C2-12所示,间距为L的光滑平行金属导轨水平放置在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,导轨一端接有阻值为R的电阻.质量为m、电阻为r的导体棒ab放置在导轨上且始终与导轨保持良好接触,在外力F的作用下,导体棒从t=0时刻开始运动,其速度v=vmsinωt,不计导轨的电阻,忽略感应电流的磁场对原磁场的影响,求:
(1)感应电动势的瞬时值表达式;
(2)电阻上的发热功率.
图C2-12
11
如图C2-13甲所示,在两根水平放置的平行金属导轨两端各接有一个R=1Ω的电阻,导轨间距L=0.2m,导轨的电阻忽略不计,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.8T.一根电阻r=0.3Ω的导体棒ab置于导轨上,且始终与导轨保持良好接触.若导体棒沿平行于导轨的方向在PQ和MN之间运动,其速度图像如图乙所示.求:
(1)导体棒产生的感应电动势的瞬时值表达式;
(2)整个电路在1min内产生的热量.
图C2-13
如图C2-14甲所示,理想变压器原线圈电路中接有一量程为3A的理想交流电流表,副线圈两端接有理想交流电压表和可变电阻R以及若干标称值为“6V 6W”的相同灯泡.输入端交变电压u的图像如图乙所示.电压表的读数为9V.
(1)求变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2.
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(2)要求灯泡均正常发光,求电路中最多允许接入的灯泡个数.
(3)为满足第(2)问中要求,求可变电阻R应调到的电阻值.
图C2-14
1.B [解析]由图像可知,电流的最大值为102A,则有效值为I=1022A=10A,选项A错误,选项B正确;由图像可知,周期为T=0.02s,则频率为f=1T=50Hz,选项C、D错误.
2.D [解析]线圈平面旋转到中性面位置时,磁感线与切割速度方向平行,根据公式E=BLvsinθ可知,线圈中的感应电流等于零,转过中性面之后,电路中又产生了感应电流,但是电流方向与之前线圈中的感应电流的方向相反,选项D正确.
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3.A [解析]若电感线圈短路,则A灯泡变亮,选项C错误;若电容器被击穿,则B灯泡变亮,A灯泡亮度不变,选项D错误;若电源的频率增大,则电感线圈的感抗增大,电容的容抗减小,灯泡A变暗,灯泡B变亮,选项A正确;同理,选项B错误.
4.C [解析]根据远距离输电和理想变压器的工作原理可知,P1=P2,P2>P3,U2>U3,选项C正确.
5.C [解析]由图像可以看出,交变电流的周期为0.250s,所以交变电流的频率为4Hz,选项A、B错误;电压的最大值Um=20V,交变电流的最大值Im=UmR=2A,有效值I=Im2=2A,选项C正确,选项D错误.
6.D [解析]根据ω=2πn得ω=200rad/s,电动势最大值Em=NBSω=50×0.2×0.2×0.4×200V=160V,从图示位置开始计时,感应电动势的瞬时值e=160cos200t(V),在图甲电路中,电流的瞬时值i=EmR+rcos200t(A)=16cos200t(A),路端电压的瞬时值u=iR=144cos200t(V),则有效值分别为E=1602V=802V,I=82A,U=722V,A错误;电阻R上消耗的电功率P=I2R=(82)2×9W=1152W,B错误;在图乙电路中,R消耗的功率等于变压器的输入功率,即交流电源的输出功率,最大值Pm=E24r=3200W,此时U1=E2=402V,U2=PmR=1202V,故n1n2=U1U2=13,C错误,D正确.
7.B [解析]当单刀双掷开关与a连接时,原线圈的电压的最大值为2202V,根据原、副线圈的电压与匝数成正比可知,副线圈的电压的最大值为222V,电压表测的是电压的有效值,所以电压表的示数为22V,A错误.若单刀双掷开关由a扳向b,则理想变压器原、副线圈的匝数之比由10∶1变为5∶1,副线圈的电压加倍,而电阻不变,故输出功率P=U2R变为原来的4倍,因输入功率等于输出功率,故输入功率也变为原来的4倍,B正确.单刀双掷开关与a连接,在滑动变阻器的滑片P向上移动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻增大,而副线圈的电压是由变压器决定的,即电压表的示数不变,所以电流表的示数变小,C错误.当单刀双掷开关由a扳向b时,理想变压器原、副线圈的匝数之比由10∶1变为5∶1,所以副线圈输出的电压升高,电压表和电流表的示数均变大,D错误.
8.AC [解析]导线框产生的最大感应电动势Em=NBSω;根据二极管的特点可知,在一个周期内有半个周期回路中有电流,根据交变电流的热效应可知,NBSω2R2R·T2=I2RT,解得ω=2RINBS,故A正确,B错误;导线框转到图示位置时,线框位于中性面处,导线框中的磁通量最大,瞬时电动势为零,故C正确,D错误.
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9.BC [解析]t=0时,电子不受力,此时两极板间的电压为零,此后电压开始增大,t=T4时达到最大,此过程中电子沿电场力方向做加速度增大的加速运动,速度增大,T4~T2时间内,两极板间的电压减小,但电场方向不变,所以电子在这段时间内仍沿原方向做加速度减小的加速运动,速度继续增大.t=T2后电场方向改变,电子开始减速,但电子的运动方向不变,直至t=T时刻速度减为零.故在t=T2时电子有最大速度,电子始终向一个方向运动,选项B、C正确.
10.BC [解析]从垂直中性面时开始计时,矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωcosωt,A错误;开始时磁通量为0,矩形线圈从图示位置经过t=π2ω时间,转过的角度为ωt=π2,此时磁通量为BS,故穿过线圈平面的磁通量变化量为BS-0=BS,B正确;当P向上移动、R不变时,根据理想变压器的变压公式U1U2=n1n2,输出电压变大,则输出电流变大,故输入电流也变大,电流表读数变大,C正确;若ω=100πrad/s,则周期为T=2πω=2π100πs=0.02s,在一个周期内电流方向改变两次,故电流方向改变n=10.02×2=100(次),D错误.
11.a、b 3n1n2
[解析]当只有一组原、副线圈时,理想变压器的电流与匝数间的关系为I1I2=n2n1.在本题中,已知变压器a、b两个接线端子之间线圈的匝数为n1,c、d两个接线端子之间线圈的匝数为n2,且n1>n2,因此,交流电流表的接线柱“0”和“3A”应分别与变压器的接线端子a、b相连,这样,电流表的小示数才能反映原线圈中的大电流,起到扩大量程的作用.此时,电流表的量程为I2=n1n2I1=3n1n2A.
12.略
[解析](1)变压器A处的线圈因双股绕制,正向电流与反向电流产生的磁场相互抵消,多开灯、少开灯都如此,所以B处的线圈中无感应电流,保安器的控制开关J不工作,不会自动切断电源.(2)当人“手—地”触电时,火线中的电流有一部分直接通过人体流入大地,不从A处的线圈中回流,保安器铁芯中的磁通量发生变化,B处的线圈有电流输出,保安器开关J工作,自动切断电源.(3)“火线—零线”触电时,与多开几盏电灯的情况相似,A处的线圈中正、反向电流总是相等,不引起磁通量的变化,保安器不能自动切断电源,不起保安作用.
13.(1)e=BLvmsinωt (2)B2L2vm2R2(R+r)2
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[解析](1)根据E=BLv,感应电动势的瞬时值表达式为e=BLvmsinωt.
(2)产生的交变电动势的有效值E=BLvm2,
电阻R两端的电压UR=RR+r·BLvm2,
电阻R上的发热功率P=UR2R=B2L2vm2R2(R+r)2.
14.(1)e=1.6sin10πt(V) (2)96J
[解析](1)由v-t图像可得,导体棒运动的速度表达式为
v=10sin10πt(m/s)
产生的感应电动势的瞬时值表达式为
e=BLv=1.6sin10πt(V).
(2)感应电动势的最大值为Em=1.6V
感应电动势的有效值为E=Em2=1.62V
电路中的总电阻为R'=r+R2=0.8Ω
电路中的总电流I=ER'=2A
整个电路在1min内产生的热量为Q=I2R't=96J.
15.(1)3∶1 (2)9盏 (3)13Ω
[解析](1)根据图像可得,原线圈中电压的最大值U1m=272V,有效值为U1=27V
因为副线圈两端电压表的读数为9V,所以U2=9V
变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=U1∶U2=3∶1.
(2)设原线圈中通过的电流为I1,副线圈中通过的电流为I2.
为使副线圈接入的灯泡最多,则I1取允许通过的最大电流的有效值,即为3A.
根据U1I1=U2I2
解得I2=9A
正常发光时每个灯泡中电流为I灯=P额U额=1A
所以最多允许接入的灯泡个数为n=I2I灯=9盏.
(3)可变电阻R两端的电压为UR=U2-U额=3V
可变电阻R的阻值为R=URI2=13Ω.
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