2019-2020学年高中物理第五章交变电流测试卷含解析新人教版选修3-2 0

2019-2020学年高中物理第五章交变电流测试卷含解析新人教版选修3-2 0

交变电流测试卷 第Ⅰ卷(选择题　共42分)‎ 一、选择题 (本题有14小题，每小题3分，共42分．其中1～10题为单选题，11～14题为多选题)‎ ‎1．以下关于电能输送的说法错误的是(　　)‎ A．输送电能的基本要求是可靠、保质、经济 B．减小输电导线上功率损失的唯一方法是要采用高压输电 C．增大导线的横截面积可以减小输电导线上的功率损失 D．实际输送电能时，要综合考虑各种因素，如输送功率大小、距离远近、技术和经济条件等 解析：输送电能的基本要求是可靠、保质、经济．减小输电线上的功率损失可采用高压输电，也可以减小输电线电阻，即增大导线横截面积，但不经济．实际输电时，应综合考虑各种因素，故A、C、D三项正确．综上所述，选B项．答案：B ‎2．利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电．现有一直流输电系统，其输电线总电阻R为0.4 Ω，输送的电功率为40 W，输送电压为800 V．如果用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(　　)‎ A．1 W B．1.6×103W C．1.6 W D．10 W 解析：若用总电阻为0.4 Ω的输电线，输电线上损失的电功率ΔP＝I2R＝2R＝1 W，若用超导电缆替代原来的输电线，ΔP′＝0，故A项正确．‎ 答案：A ‎3．如图所示，一自耦变压器(可看做理想变压器)输入端AB间加一正弦式交流电压，在输出端CD间接灯泡和滑动变阻器．转动滑片P可以改变副线圈的匝数，移动滑片Q可以改变接入电路电阻的阻值．则(　　)‎ A．只将P顺时针转动，灯泡变亮 B．只将P逆时针转动，灯泡变亮 C．只将Q向上移动，灯泡变亮 D．只将Q向下移动，灯泡变亮 解析：理想变压器原、副线圈电压之比等于匝数之比，即＝，只将P顺时针转动，原线圈匝数n1不变，副线圈匝数n2减小，原线圈两端电压U1不变，则副线圈电压U2减小，即灯泡变暗；同理可知将P逆时针转动时，灯泡变亮；灯泡L与滑动变阻器R并联，若只是移动滑片Q，灯泡两端电压不变，灯泡亮度不变．故选B.‎ 答案：B ‎4．将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，每边长为l，它在磁感应强度为B、方向如图所示的匀强磁场中匀速转动，转速为n，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为P的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计，灯泡的电阻应为(　　)‎ - 9 -‎ A. B. C. D. 解析：不封闭的正方形导线在磁场中转动产生正弦交流电，其产生交流电的最大值Um＝BSω＝Bl2·2πn，其有效值U＝＝Bl2πn，由于灯泡正常发光功率为P，由P＝，可得：R＝，B项正确．‎ 答案：B ‎5．长为a、宽为b的矩形线圈，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场的OO′轴以恒定的角速度ω旋转．设t＝0时，线圈平面与磁场方向平行，则此时的磁通量和磁通量的变化率分别是(　　)‎ A．0,0 B．0，Babω C.，0 D．Bab，Babω 解析：实际上，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动时，产生交变电动势：e＝Emcos ωt＝Babωcos ωt.当t＝0时，cos ωt＝1，虽然磁通量Φ＝0，但是电动势有最大值Em＝Babω，根据法拉第电磁感应定律E＝n，可知当电动势为最大值时，对应的磁通量的变化率也最大，即Em＝max＝Babω. 综上所述，正确选项为B.‎ 答案：B ‎6．调光台灯是通过双向可控硅电子器件来实现无级调节灯的亮度的．现将某无级调光台灯接在220 V的正弦交变电源上，经过可控硅调节后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时电压表的示数是(　　)‎ A．220 V B．156 V C．110 V D．78 V 解析：虽然图示不是正弦交变电流，根据正弦交变电流图的对称性，只要是有四分之一图线就满足最大值是有效值的倍，根据交变电流有效值的定义有·T＝·，解得：U＝110 V≈156 V，B项正确，A、C、D三项错误．‎ 答案：B ‎7.‎ - 9 -‎ 如图所示电路，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看成零，反向电阻可看成无穷大)，在A、B间加一正弦交流电u＝20sin(100πt) V，则加在R2上的电压有效值为(　　)‎ A．10 V B．20 V C．15 V D．5 V 解析：由二极管的单向导电性可知，若二极管导通，加在R2上的电压波形为半个周期，有效值为20 V，若二极管截止，R1、R2串联，则R2上的电压波形为半个周期，有效值为10 V．由有效值的定义可得·＋·＝·T，解得U有＝5 V，D正确．‎ 答案：D ‎8.‎ 一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3:1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，如图所示．设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则(　　)‎ A．U＝66 V，k＝ B．U＝22 V，k＝ C．U＝66 V，k＝ D．U＝22 V，k＝ 解析：设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则＝＝，故k＝＝.设原线圈两端的电压为U1，则＝＝，故U1＝3U，而原线圈上电阻分担的电压为U，故＋3U＝220 V，解得U＝66 V．A项正确．‎ 答案：A ‎9．一个边长为‎6 cm的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为0.36 Ω.磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示，则线框中感应电流的有效值为(　　)‎ A.×10－‎5 A B.×10－‎‎5 A C.×10－‎5 A D.×10－‎‎5 A 解析：由法拉第电磁感应定律和欧姆定律E＝＝S·，I＝＝·，可得0～3 s内，I1＝× A＝2×10－‎5 A,3～5 s内，I2＝× A＝－3×10－‎5 A，于是可作出i随时间变化的图象如图所示．‎ - 9 -‎ 由有效值的定义，Q直＝Q交，IRt1＋IRt2＝I2Rt，其中t1＝3 s，t2＝2 s，t＝t1＋t2，代入数据，解得I＝×10－‎5 A，故B项正确．‎ 答案：B ‎10．如图所示，甲图中两导轨不平行，而乙图中两导轨平行，其余物理条件都相同，金属棒MN正在导轨上向右匀速运动，在金属棒运动过程中，将观察到(　　)‎ A．L1发光，L2不发光 B．L1、L2都不发光 C．L2发光，L1不发光 D．L1、L2都发光，只是亮度不同 解析：金属棒MN在轨道上向右匀速平动，由E＝BLv可知，甲图中有效切割长度增大，产生的电动势增大，回路中的感应电流也增大；乙图中的切割长度恒定，产生的是恒定电动势，电流恒定，根据变压器的原理可知，甲的副线圈产生感应电流，乙的副线圈没有感应电流产生，所以L1发光，L2不发光，A项正确．‎ 答案：A ‎11．如图甲所示，U形金属导轨水平放置，导轨上跨接一金属棒ab，与导轨构成闭合回路，并能在导轨上自由滑动，在导轨左侧与ab平行放置的导线cd中通以如图乙所示的交变电流，规定电流方向自c向d为正，则ab棒受到向左的安培力的作用时间是(　　)‎ A．0～t1 B．t1～t2‎ C．t2～t3 D．t3～t4‎ 解析：0～t1时间内，电流I由c→d且逐渐增大，由安培定则知，穿过abEF回路的磁感应强度垂直纸面向里，且逐渐增强，因此磁通量增大，由楞次定律判定金属棒ab中的电流方向由a→b；再由左手定则可判定，此过程中ab棒所受安培力向左，A项正确．同理，可判定出t1～t2、t3～t4时间内ab棒所受安培力向右，t2～t3时间内ab棒所受安培力向左，C项正确．‎ 答案：AC ‎12．如图所示，电路甲、乙中，电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，接通S，使电路达到稳定，灯泡D发光，则(　　)‎ A．在电路甲中，断开S，D将逐渐变暗 B．在电路甲中，断开S，D将先变得更亮，然后渐渐变暗 C．在电路乙中，断开S，D将渐渐变暗 - 9 -‎ D．在电路乙中，断开S，D将变得更亮，然后渐渐变暗 解析：在电路甲中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比电阻的电流小，当断开S，由于线圈的自感作用，D不会变得更亮，将渐渐变暗，A项正确，B项错误；在电路乙中，由于电阻R和自感线圈L的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开S时，由于线圈阻碍电流变小，导致D将变得更亮，然后逐渐变暗，C项错误，D项正确．‎ 答案：AD ‎13.‎ 如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的两个线圈．由于铁芯不闭合，上线圈产生的磁场将在空间发散，磁感线用虚线表示，下线圈得到的磁场很少，所以这种变压器能量的损耗很大．当上线圈两端与u＝14.1sin 314t (V)的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是(　　)‎ A．14.1 V B．2.5 V C．2.0 V D．1.0 V 解析：根据u＝14.1sin 314t(V)可知交流电的最大值为Um＝14.1 V，则其有效值U1＝＝10 V，由图可知线圈n1是原线圈，线圈n2是副线圈，如果变压器是理想变压器，那么输入电压和输出电压的关系有U1U2＝n1n2，可得U2＝U1＝2.5 V，因为交流电压表指示的是有效值，故如果是理想变压器则B项正确，但实际变压器存在漏磁现象，故通过原线圈的磁通量大于通过副线圈的磁通量，故实际副线圈的输出电压小于2.5 V，故C、D两项正确．‎ 答案：CD ‎14.‎ 如图所示，理想变压器副线圈1、2之间的匝数是总匝数的一半，二极管D具有单向导电性(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)，R是可变电阻，K是单刀双掷开关，原线圈接在电压不变的正弦交流电源上．下列说法正确的是(　　)‎ A．若R阻值不变，当K分别接1和2时，电压表读数之比为2:1‎ B．若R阻值不变，当K分别接1和2时，电压表读数之比为:1‎ C．当K分别接1和2时，R消耗功率相等，则R阻值之比为2:1‎ D．若K分别接1和2时，R消耗功率相等，则R阻值之比为:1‎ 解析：设原线圈与副线圈的匝数分别为n1、n2，原线圈输入电压为U1，副线圈电压为U2，当K接2时：＝，此时电压表示数与副线圈两端的电压相等，即U2＝U22＝，功率为P2‎ - 9 -‎ ‎＝；若K与1相连，则＝，此时电压表的示数为U′2，则·＝·T，得U′2＝，此时的功率为P′2＝，由上分析知：电压表的示数之比为:1，电阻值之比为2:1，B、C两项正确．‎ 答案：BC 第Ⅱ卷(非选择题　共58分)‎ 二、填空题(本题有2小题，共12分．请将答案写在题中的橫线上)‎ ‎15．(4分)电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器．如图a所示为电吉他的拾音器的原理图，在金属弦的下方置有一个连接到放大器的螺线管．一条形磁铁固定在管内，当拨动金属弦后，螺线管内就会产生感应电流，经一系列转化后可将电信号转为声音信号．‎ ‎(1)金属弦的作用类似“研究电磁感应现象”实验中铁芯的作用，则被拨动后靠近螺线管的过程中，通过放大器的电流方向为________(以图象为准，选填“向上”或“向下”)．‎ ‎(2)若由于金属弦的振动，螺线管内的磁通量随时间的变化如图b所示，则对应感应电流的变化为__________．‎ 解析：(1)金属弦靠近螺线管的过程中，穿过螺线管的磁场方向向上，且磁通量增加，根据楞次定律得感应电流方向，放大器中电流方向向下．‎ ‎(2)Φt图象的斜率与感应电动势成正比，可判断图象D正确．‎ 答案：(1)向下　(2)D ‎16．(8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，现要测定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)‎ 解析：(1)由题图乙可知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．‎ - 9 -‎ ‎(2)①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈；②把低压交流电源接B线圈，测得线圈的输出电压为U；③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈的输出电压为UA.则nA＝n.‎ 答案：(1)A　(2)①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈；②把低压交流电源接B线圈，测得线圈的输出电压为U；③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈的输出电压为UA　n 三、计算题(本题有4小题，共46分．解答应写出必要文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)‎ ‎17.‎ ‎(10分)如图所示，圆形线圈共100匝，半径为r＝‎0.1 m，在匀强磁场中绕过直径的轴OO′匀速转动，磁感应强度B＝0.1 T，角速度为ω＝ rad/s，电阻为R＝10 Ω，求：‎ ‎(1)线圈由图示位置转过90°时，线圈中的感应电流为多大？‎ ‎(2)写出线圈中电流的表达式(磁场方向如图所示，图示位置为t＝0时刻)．‎ ‎(3)线圈转动过程中产生的热功率多大．‎ 解析：(1)当从题图示位置转过90°时，线圈中有最大感应电流．最大感应电动势为 Em＝NBSω＝100×0.1×π×0.12× V＝30 V Im＝＝‎3 A.‎ ‎(2)由题意知i＝Imsin ωt，即i＝3sint (A)．‎ ‎(3)感应电流的有效值I＝＝ A.‎ 发热功率P＝I2R＝2×10 W＝45 W.‎ 答案：(1)‎3 A　(2)i＝3sin t (A)　(3)45 W ‎18.‎ ‎(12分)如图所示，有一台小型发电机，其矩形线圈的匝数n＝200匝，线圈面积S＝‎0.01 m2‎，线圈电阻r＝0.5 Ω，磁场的磁感应强度B＝ T时，产生频率f＝50 Hz的单相正弦交变电流，供电给“220 V,2 200 W”的电器让其正常工作．求：‎ ‎(1)若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时表达式；‎ - 9 -‎ ‎(2)发动机输出端交流电压表的示数；‎ ‎(3)电阻R的阻值．‎ 解析：(1)发电机产生的感生电动势的最大值：‎ Em＝nBSω＝nBS·2πf＝200××0.01×100 π V＝240 V 感应电动势的瞬时表达式e＝240sin 100πt (V)．‎ ‎(2)电动势有效值E＝240 V 正常工作时的电流I＝＝＝‎‎10 A 输出端电压表的示数U＝E－Ir＝240 V－10×0.5 V＝235 V.‎ ‎(3)电阻R上的电压ΔU＝235 V－220 V＝15 V 则线路电阻R＝＝ Ω＝1.5 Ω.‎ 答案：(1)e＝240sin 100πt(V)　(2)235 V ‎(3)1.5 Ω ‎19．(12分)如图甲所示为一台小型发电机的示意图，单匝线圈逆时针转动．若从中性面开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示．已知发电机线圈内阻为1.0 Ω，外接灯泡的电阻为9.0 Ω.求：‎ ‎(1)写出流经灯泡的瞬时电流的表达式；‎ ‎(2)转动过程中穿过线圈的最大磁通量；‎ ‎(3)线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功．‎ 解析：(1)由题图得e＝Emsin ωt＝6sin100πt (V)‎ 则流经灯泡的电流i＝＝ sin 100πt (A)．‎ ‎(2)Em＝BSω Em＝6 V ω＝100π rad/s Φ＝BS＝＝ Wb＝2.7×10－2 Wb.‎ ‎(3)E＝＝6 V，‎ 外力所做的功W＝Q＝T＝7.2×10－2 J.‎ 答案：(1)i＝ sin 100πt (A)‎ ‎(2)2.7×10－2 Wb　(3)7.2×10－2 J ‎20．(12分)某发电厂通过两条输电线向远处的用电设备供电．当发电厂输出的功率为P0时，纯电阻用电设备消耗的功率为P1.若发电厂用一台升压变压器T1先把电压升高，仍通过原来的输电线供电，到达用电设备所在地，再通过一台降压变压器T2把电压降到低于用电设备的额定电压后，供用电设备使用，如图所示．这样改动后，当发电厂输出的功率仍为P0时，用电设备可获得的功率增加至P2.试求所用升压变压器T1的原线圈与副线圈的匝数比以及降压变压器T2的原线圈与副线圈的匝数比各为多少？‎ - 9 -‎ 解析：设发电厂的输出电流为I0，输电线的电阻为R，用电设备的电阻为r，没有变压器时，输电线上消耗的电功率为 PR1＝P0－P1＝IR　①‎ 用电设备消耗的功率为P1＝Ir　②‎ 用了变压器后，输电线上消耗的电功率为 PR2＝P0－P2＝I2R　③‎ ‎(式中I是输电导线上的电流，也是升压变压器副线圈和降压变压器原线圈上的电流)‎ 由①和③式可得I＝I0 　④‎ 所以＝＝ 此时用电设备消耗的功率为P2＝I′2r　⑤‎ 联立②⑤式得I′＝I0 　⑥‎ 由④式和⑥式得＝＝ 答案： 　 - 9 -‎