学年高中物理 第五章 交变电流章末检测 新人教版选修32.docx

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学年高中物理第五章交变电流章末检测新人教版选修32

2019-2020学年高中物理第五章交变电流章末检测新人教版选修3-2

一、选择题（本题有12小题，每小题4分，共48分．其中1～9题为单选题，10～12题为多选题）

1.

对于如图所示的电流i随时间t做周期性变化的图象，下列说法中正确的是（　　）

A．电流大小变化，方向不变，是直流电

B．电流大小、方向都变化，是交流电

C．电流的周期是0.02s，最大值是0.2A

D．电流做周期性变化，是交流电

【解析】　方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征．因为在此坐标系中电流的方向用正负表示，所以此电流的方向没有改变，是直流电，A正确，B、D错；由图象可以看出电流的周期是0.01s，而不是0.02s，C错误．

【答案】　A

2．图甲、乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示的电压按正弦规律变化，图乙所示的电压是正弦函数的一部分，下列说法错误的是（　　）

A．图甲、图乙均表示交流电

B．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝20sin（100πt）V

C．图乙所示电压的有效值为20V

D．图乙所示电压的有效值为10V

【解析】　根据交变电流定义，图甲、图乙均表示交流电，图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝20sin（100πt）V，选项A、B正确．由有效值定义，×0.02＝0.04×，解得题图乙所示电压的有效值为10V，选项D正确，C错误．

【答案】　C

3.

如右图所示是一调压变压器原理图，如将它作为升压变压器使用，则（　　）

A．将交流电源接在a、b端，用电器接在c、d端

B．将交流电源接在c、d端，用电器接在a、b端

C．将交流电源接在a、c端，用电器接在b、d端

D．若要进一步升压，应使P逆时针方向旋转

【解析】　根据变压器电压关系＝可知，要升压就必须增加副线圈的匝数，即要保证输出端的匝数多于输入端的匝数，故B正确．

【答案】　B

4．如图所示甲、乙两电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上220V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110V．若分别在c、d两端与g、h两端加上110V的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为（　　）

A．220V,220VB．220V,110V

C．110V,110VD．220V,0V

【解析】　首先要搞清楚变压器和分压器在改变电压原理上的本质不同．对于变压器，a、b间与c、d间的电压比总是等于它们间线圈的匝数比，与哪一个是原线圈无关，故a、b间接220V的交流电压，c、d间的电压为110V，c、d间改接110V的交流电压，则a、b间应输出电压为220V；而对于分压器，当e、f间接220V的电压时，电阻的e、g与f、g部分串联，g、h间电压仅是f、g部分电阻的电压，当g、h间接110V的电压时，由于e、g部分无电流，e、g两点等电势，故e、f间的电压等于g、h间的电压，故只有选项B正确．

【答案】　B

5.

交变电流电压的有效值为6V，它和电阻R1、R2及电容器C、电压表一起连接成如图所示的电路，图中电压表的读数为U1，为了保证电容器C不被击穿，电容器的耐压值为U2，电容器在电路中正常工作，则（　　）

A．U1＝6V　U2＝6V

B．U1＝6V　U2＝3V

C．U1＝6V　U2≥6V

D．U1＝6V　U2≥6V

【解析】　电压表读数为交流电压的有效值，所以电压表读数U1＝6V，电容器耐压值应大于交流电压的最大值，U2≥6V.

【答案】　D

6．某电源输出的电流既有交流成分又有直流成分，而我们只需要稳定的直流，下列设计的电路图中，能最大限度使电阻R2获得稳定直流的是（　　）

【答案】　A

7．在如图所示的交流电路中，保持电源电压一定，当交变电流的频率增大时，各电压表的示数将（　　）

A．V1、V3增大，V2减小

B．V1不变，V2减小，V3增大

C．V1不变，V2增大，V3减小

D．V1、V2、V3都不变

【解析】　电感线圈对交流电的阻碍作用随着频率的增大而增大，因此电压表V2示数增大，电容器对交流电的阻碍作用随着频率的增大而减小，电压表V3减小，电压表V1不变，故选C.

【答案】　C

8．图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1：

n2＝5：

1，电阻R＝20Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电流，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示．现将S1接1，S2闭合，此时L2正常发光．下列说法正确的是（　　）

A．输入电压u的表达式u＝20sin（50πt）V

B．只断开S2后，L1、L2均正常发光

C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大

D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8W

【解析】　由题图知，Um＝20V，T＝0.02s，则ω＝＝100πrad/s，输入电压u＝20sin（100πt）V，故A错；由变压器的变压规律知：

＝，故U2＝＝V＝4V，由题中将S1接1，S2闭合时，灯泡L2正常发光可得，灯泡L2的额定电压为4V，当只断开S2后，副线圈两端电压不变，此时副线圈的负载为L1、L2串联，故L1、L2均不能正常发光，B错；此时P出＝，副线圈负载R总增大，故P出减小，又P入＝P出，故原线圈的输入功率减小，C错误；当S1换接到2后，副线圈的负载仅是电阻R，故P＝＝W＝0.8W，D正确．

【答案】　D

9.

如右图所示，电路中有四个完全相同的灯泡，额定电压均为U，变压器为理想变压器，现在四个灯泡都正常发光，则变压器的匝数比n1：

n2和电源电压U1分别为（　　）

A．1：

2　2UB．1：

2　4U

C．2：

1　4UD．2：

1　2U

【解析】　设灯泡正常发光时的电流为I，则I1＝I，I2＝2I.由＝得＝.由＝得U1′＝U2＝2U.故U1＝4U，C正确．

【答案】　C

10.

如图所示，为了减少输电线路中电力损失，发电厂发出的电通常是经过变电所升压后通过远距离输送，再经变电所将高压变为低压．某变电所将电压u0＝11000sin100πtV的交流电降为220V供居民小区用电，则变电所变压器（　　）

A．原、副线圈匝数比为50：

1

B．副线圈中电流的频率是50Hz

C．原线圈的导线比副线圈的要粗

D．输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和

【解析】　u0＝11000sin100πtV中的11000指的是电压的峰值，有效值为11000V，则原、副线圈之间的匝数之比等于两线圈的电压之比，即50：

1，A正确；由ω＝100π可得频率为50Hz，变压器不改变电流的频率，因此，副线圈的频率也是50Hz，B正确；电流与匝数成反比，即原线圈的电流比副线圈电流要小，因此，副线圈的导线要比原线圈粗，C错误；居民小区各个用电器都是并联的，它们的电流总和等于副线圈中的电流，故D错误．

【答案】　AB

11．如图所示，发电机内部线圈处于磁铁和圆柱形铁心之间的径向磁场中，两半边间的过渡区域宽度很小，可忽略不计．线圈的总匝数为N、总电阻为r，每匝线圈的面积为S，线圈所在位置的磁感应强度大小为B.当线圈以角速度ω匀速转动时，额定电压为U、电阻为R的小灯泡在电路中恰能正常发光，则发电机产生的感应电动势的有效值是（　　）

A．NBSωB.NBSω

C．UD．1＋U

【解析】　根据题述线圈处于磁铁和圆柱形铁心之间的径向磁场中，当线圈以角速度ω匀速转动时，产生的交变电流为矩形波，发电机产生的感应电动势的有效值是NBSω，选项A正确，B错误．由闭合电路欧姆定律，E＝U＋＝1＋U，选项C错误，D正确．

【答案】　AD

12．如图所示，为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示．当开关S闭合后（　　）

A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变

B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大

C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大

D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变

【解析】　由＝知，开关S闭合后，V2示数不变，V1与V2示数的比值不变，故选项C错误，选项D正确；开关S闭合后，副线圈闭合回路的总电阻R减小，由I2＝知，I2变大，由＝知，A1示数变大，且A1与A2示数的比值不变，故选项A正确．

【答案】　AD

第Ⅱ卷（非选择题　共52分）

二、实验题（本题有2小题，共15分，请将答案写在题中的横线上）

13．（6分）

为了测定和描绘“220V　40W”白炽电灯灯丝的伏安特性曲线，可以利用调压变压器供电．调压变压器是一种自耦变压器，它只有一组线圈L，绕在闭合的环形铁芯上，输入端接在220V交流电源的火线与零线间，输出端有一个滑动触头P，移动它的位置，就可以使输出电压在0～250V之间连续变化，图中画出的是调压变压器的电路图符号．实验室内备有交流电压表、交流电流表、滑动变阻器、开关、导线等实验器材．

（1）在图中完成实验电路图．

（2）说明按你的实验电路图进行测量，如果电表内阻的影响不能忽略，在电压较高段与电压较低段相比较，________段的误差更大，因为________．

【解析】　

（1）如图所示．开关应安在火线一边．

（2）如果采用电流表外接法，电压较高段误差更大，因为电压越高，灯丝电阻越大，由于电压表分流而造成的误差越大；如果采用电流表内接法，电压较低段误差更大，因为电压越小，灯丝电阻越小，由于电流表分压造成的误差越大．

【答案】　见解析

14．（9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，现要测量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线圈的匝数．

（2）①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈．

②把低压电源接B线圈，测得线圈的输出电压U.

③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈输出电压UA.nA＝n

【答案】　

（1）A　

（2）步骤见解析　nA＝n

三、计算题（本题有3小题，共37分，解答应写出必要的文字说明﹑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）

15．（10分）如图甲所示，在周期性变化的匀强磁场区域内有垂直于磁场的半径为r＝1m、电阻为R＝3.14Ω的金属圆形线框，当磁场按图乙所示规律变化时，线框中有感应电流产生．

（1）在图丙中画出感应电流随时间变化的i－t图象（以逆时针方向为正）；

（2）求出线框中感应电流的有效值．

【解析】　

（1）如图所示．

（2）设电流的有效值为I，则有

I2RT＝iR·＋iR

得I＝A

【答案】　

（1）见解析　

（2）A

16.

（13分）如图所示，匀强磁场磁感应强度B＝0.5T，匝数为n＝50匝的矩形线圈，绕垂直于匀强磁场的转轴OO′匀速转动，每匝线圈长为L＝25cm，宽为d＝20cm.线圈每分钟转动1500转，在匀速转动过程中，从线圈平面经过图示位置时开始计时．

（1）写出感应电动势e的瞬时值表达式；

（2）若每匝线圈本身电阻r＝0.02Ω，外接一阻值为13Ω的用电器，使线圈与外电路组成闭合电路，写出感应电流i的瞬时值表达式；

（3）若从线圈平面垂直于磁感线的位置开始计时，感应电动势e′和感应电流i′的瞬时值表达式如何？

（4）画出

（1）

（2）中的e－t、i－t图象．

【解析】　

（1）线圈匝数n＝50，磁场的磁感应强度B＝0.5T，线圈转动的角速度ω＝2πf＝2π×rad/s＝50πrad/s，线圈的面积S＝Ld＝0.05m2

所以Em＝nBSω＝50×0.5×0.05×50πV≈196V

从图示位置计时，有e＝Emcosωt＝196cos（50πt）V.

（2）若r＝0.02Ω，则r′＝50r＝0.02×50Ω＝1Ω

R总＝R＋r′＝13Ω＋1Ω＝14Ω

Im＝＝A＝14A

所以i＝Imcosωt＝14cos（50πt）A

（3）若从线圈平面与磁感线垂直的位置开始计时，即从中性面开始计时，感应电动势和感应电流的瞬时值表达式分别为e′＝196sin（50πt）V，i′＝14sin（50πt）A.

（4）因为ω＝50π，

所以T＝＝0.04s，Em＝196V，Im＝14A

（1）

（2）中的e－t、i－t图象分别如图甲、乙所示．

【答案】　见解析

17．（14分）一台小型发电机的最大输出功率为100kW，输出电压恒为500V，现用电阻率为1.8×10－8Ω·m，横截面积为10－5m2的输电线向4×103m远处的用户输电，要使发电机满负荷运行时，输电线上的损失功率不超过发电机总功率的4%，求：

（1）所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是多少？

（2）如果用户用电器的额定电压为220V，那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比是多少？

（3）想一想，当深夜接入电路的用电器减少时，用电器两端的电压是大于、小于还是等于220V？

若用电器电路中电流为100A，求此时用电器两端的电压数值．

【解析】　

（1）输电要用两根导线，则输电线的电阻为r＝ρ＝1.8×10－8×Ω＝14.4Ω

由题意知P损＝P×4%＝2r

105×0.04＝2×14.4

U2＝6000V

升压变压器原、副线圈匝数比＝＝＝.

（2）I2＝＝A＝A

U损＝I2·r＝×14.4V＝240V

而U3＝U2－U损

＝6000V－240V＝5760V

＝＝＝

降压变压器原、副线圈匝数比为28811

（3）用电器总数减少时，用电器两端电压将增大

由题知I4′＝100A则由＝＝

所以I3′＝

U损′＝I3′·r＝×14.4V＝55V

而U1、U2不变

U3′＝U2－U损′＝（6000－55）V＝5945V

＝，

U4′＝×U3′＝×5945V≈227V.

【答案】　

（1）1：

12　

（2）288：

11　（3）大于220V　227V