2019版物理人教版选修3-2训练：第五章　交变电流 检测（B） .docx

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1、第五章检测(B)(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,16题只有一个选项符合题目要求,710题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)1.关于交变电流,下列说法正确的是()A.如果交变电流的最大值为5 A,那么它的最小值为-5 AB.用交流电流表或交流电压表测交变电流或交流电压时,指针来回摆动C.我国工农业生产和生活用的交变电流,频率为50 Hz,故电流方向每秒改变50次D.正弦式交变电流i=2202sin 100t A的有效值为220 A,最大值为311 A解析:若交变电流最大值

2、为5 A,最小值不是-5 A,而是0,故A错误;在交流电路中,电压表、电流表等电子设备的示数均为交变电流的有效值,故B错误;若交变电流的频率为50 Hz,那么它每秒改变方向100次,故C错误;由i=2202sin 100t A知,电流最大值为Im=2202 A=311 A,电流有效值为I=Im2=220 A,故D正确。答案:D2.一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示,则下列说法正确的是()A.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直B.t=0.01 s时刻,的变化率最大C.t=0.02 s时刻,交流电动势达到最大D.该线圈产生的交流电动势的图像如

3、图乙所示解析:由-t图像知,t=0时,最大,即线圈处于中性面位置,此时e=0,故选项A、D错误;由题图知T=0.04 s,在t=0.01 s时,=0,t最大,e最大,则选项B正确;在t=0.02 s时,最大,t=0,e=0,则选项C错误。答案:B3.如图甲所示,矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴在匀强磁场中匀速转动,输出交变电流的电动势图像如图乙所示,经原、副线圈的匝数比为110的理想变压器给一个灯泡供电,如图丙所示,副线圈电路中灯泡额定功率为22 W。现闭合开关,灯泡正常发光。则()A.t=0.01 s时刻穿过线框回路的磁通量为零B.交流发电机的转速为100 r/sC.变压器原线圈中电流表示数

4、为1 AD.灯泡的额定电压为2202 V解析:由题图乙可知线圈产生的感应电动势的峰值是222 V,周期是0.02 s,t=0.01 s时,线圈中产生的感应电动势为零,线圈经过中性面,穿过线框回路的磁通量最大,选项A错误;转速为50 r/s,选项B错误;又因原、副线圈的匝数比为110,副线圈电路中灯泡额定功率为22 W,现闭合开关,灯泡正常发光,所以副线圈电压的峰值是2202 V,所以灯泡的额定电压为220 V,选项D错误;由于理想变压器的输入功率等于输出功率,原线圈电压的峰值是222 V,有效值就是22 V,所以电流I=PU=1 A,选项C正确。答案:C4.右图为气流加热装置的示意图,使用电阻

5、丝加热导气管。视变压器为理想变压器,原线圈接入电压有效值恒定的交变电流并保持匝数不变,调节触头P,使输出电压有效值由220 V降至110 V,调节前后()A.副线圈中的电流比为12B.副线圈输出功率比为21C.副线圈的接入匝数比为21D.原线圈输入功率比为12解析:由I=UR,R不变,电压由220 V降至110 V,所以电流变为原来的12,即调节前后副线圈中的电流比为21,故选项A错误;由P=U2R,R不变,电压U变为原来的12,所以功率变为原来的14,即调节前后副线圈输出功率比为41,由于输入功率由输出功率决定,也可知调节前后原线圈输入功率比为41,故选项B、D均错误;调节前U2=U1n1n

6、2,调节后U2=U1n1n2,可得n2n2=U2U2=220110=21,故选项C正确。答案:C5.(2018天津卷)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电,电路如图所示,理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U,R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的12,则()A.R消耗的功率变为12PB.电压表V的读数变为12UC.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变解析:本题考查交变电流的产生和变压器原理,清楚感应电动势的决定因素是解题的关键,另外要知道交流电表测的是交变电流的有效值。发电机线圈转速变为原来的12时,

7、产生电动势的最大值和有效值均变为原来的12,变压器匝数比不变,故副线圈上的电压表示数变为原来的12,选项B正确;对负载电阻R,由P=U2R可得,R消耗的功率变为原来的14,即副线圈消耗的功率变为原来的14,故原线圈消耗的功率也变为原来的14,而原线圈电压变为原来的12,故原线圈中的电流(电流表示数)变为原来的12,选项A、C均错误;发电机线圈转速变为原来的12时,线圈转动的角速度变为原来的12,由f=2可得交变电流的频率变为原来的12,选项D错误。答案:B6.下图是远距离输电的电路原理图,则下列判断正确的是() A.U1U2B.U2=U3C.I4I2解析:远距离输电一般采用高压输电,先利用升压

8、变压器提高电压,此时n2n1,根据理想变压器的电压比U1U2=n1n2可知U1I2,选项D正确;由于输电线上有电压损失U,所以U2=U+U3,选项B错误;到达用户时再采用降压变压器降低电压,此时n4I2,选项C错误。答案:D7.如图所示,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内,两圆弧半径相等。过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则()A.两导线框中均会产生正弦式交变电流B.两导线框中感应电流的周期都等于

9、TC.在t=T8时,两导线框中产生的感应电动势相等D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等解析:两导线框匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变,选项A错误;导线框的转动周期为T,则感应电流的周期也为T,选项B正确;在t=T8时,切割磁感线的有效长度相同,两导线框中产生的感应电动势相等,选项C正确;M导线框中一直有感应电流,N导线框中只有一半时间内有感应电流,所以两导线框的电阻相等时,感应电流的有效值不相等,选项D错误。答案:BC8.图甲是某燃气炉点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为如图乙所示的正弦式交流电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n

10、1、n2,V为交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。以下判断正确的是()A.电压表的示数等于5 VB.电压表的示数等于52 VC.实现点火的条件是n2n11 000D.实现点火的条件是n2n15 000 V,即U2=U2m25 0002 V,所以n2n1=U2U15 000252=1 000,故C正确,D错误。答案:BC9.某电站用11 kV交流电压输电,输送功率一定,输电线的电阻为R。现若用变压器将电压升高到220 kV送电,下列说法正确的是()A.因I=UR,所以输电线上的电流增为原来的20倍B.因I=PU,所以输电线上的电

11、流减为原来的120C.因P=U2R,所以输电线上损失的功率增为原来的400倍D.若要使输电线上损失的功率不变,可将输电线的直径减为原来的120解析:选项A中,I是输电线中的电流,R是输电线的电阻,但U不是输电线上损失的电压,而是总的输送电压(是输电线和负载上电压之和),所以不能用I=UR计算输电线中的电流,在运用欧姆定律时,I、R、U应该对应于同一部分导体。因为输送的功率一定,由I=PU可知,当输送的电压增为原来的20倍时,电流减为原来的120,所以选项B是正确的。选项C中,R是输电线的电阻,而U是输送的总电压,R与U不对应,所以P=U2R是错误的。输电线上损失的功率一般用P=I2R计算不容易

12、出错,从选项B中已经知道电流减为原来的120,若P不变,则输电线的电阻可增为原来的400倍,根据R=lS,在电阻率、长度不变的条件下,那么导线的横截面积可减为原来的1400,即导线的直径可减为原来的120,所以选项D是正确的。答案:BD10.如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表A接正弦交流电源,一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd,则()A.UabUcd=n1n2B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数变小C.负载电阻的阻值越小,c

13、d间的电压Ucd越大D.将二极管短路,电流表的读数加倍解析:设副线圈两端电压为U2,则有UabU2=n1n2,由于二极管具有单向导电性,根据有效值定义可知U22RT2=Ucd2R1T,则Ucd=U22,故选项A错误;增大负载电阻,则变压器的输出功率减小,输入功率也减小,由P1=UabI1可知,电流表读数减小,选项B正确;cd间的电压Ucd与R大小无关,选项C错误;将二极管短路,变压器的输出功率P2=U22R=2Ucd2R,为原来的2倍,由P2=P1=UabI1可知,电流表的读数变为原来的2倍,选项D正确。答案:BD二、填空题(本题共2小题,共20分)11.(6分)如图所示,电路前级输出的电流中

14、既有直流成分,又有交流成分。如果只需要把交流成分输送到下一级装置,应在a、b两点间接入一个;如果只需把直流输送到下一级装置,应在a、b两点间接入一个。解析:电容器隔断直流成分,只有交流成分可以“通过”;电感对直流无阻碍作用,但对交流而言,电感的阻碍作用很大。答案:电容器电感器(线圈)12.(14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(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。(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

15、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)A(2)用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈;将A线圈与低压交流电源相连接;用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U。UAUn(其他方法,只要合理即可)答案:见解析三、计算题(本题共4小题,共40分。解答时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得分。有数值计算的题,答案中必须写明数值和单位)13.(8分)有一交变电流的电压变化规律为u=311sin 31

16、4t V,若将一辉光电压最小值是220 V的氖管接上此电压,则在1 s内氖管发光的时间是多少?解析:根据氖管的发光条件|U|220 V,先计算在半个周期的时间内氖管发光的时间间隔t,再算出1 s包含的半周期数n,两者相乘即是1 s内氖管发光的时间。此交变电流的u-t图像如图所示。根据u=311sin 314t V可知,周期为T=2=23.14314 s=150 s。在0T2,即01100 s的时间内,将U=220 V代入u=311sin 314t V中,可得t1=1400 s,t2=3400 s,氖管的发光时间为t=t2-t1=3400-1400 s=1200 s。1 s的时间包含的半周期数为

17、n=21T=21150=100,所以t=nt=1001200 s=0.5 s。答案:0.5 s14.(10分)一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动,线圈匝数 n=100。穿过每匝线圈的磁通量随时间按正弦规律变化,如图所示,发电机内阻 r=5.0 ,外电路电阻R=95 。已知感应电动势的最大值Emax=nmax,其中max为穿过每匝线圈磁通量的最大值。求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数。解析:从-t图线看出max=1.010-2 Wb,T=3.1410-2 s。已知感应电动势的最大值Emax=nmax,又=2T,故电路中电流的最大值Imax=

18、EmaxR+r=n2maxT(R+r)=10023.141.010-23.14(95+5.0)10-2 A=2 A交流电流表读数是交变电流的有效值,即I=Imax2=1.4 A。答案:1.4 A15.(10分)某村在较远的地方建立了一座小型水电站,发电机的输出功率为100 kW,输出电压为500 V,输电导线的总电阻为10 ,导线上损耗的电功率为4 kW,该村的用电电压是220 V。(1)输电电路如图所示,求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比;(2)如果该村某工厂用电功率为60 kW,则该村还可以装“220 V40 W”的电灯多少盏?解析:(1)因为P损=I22R线所以I2=P损R线=410

19、310 A=20 AI1=PU1=100103500 A=200 A则n1n2=I2I1=20200=110U3=U2-I2R线=(50010-2010) V=4 800 V则n3n4=U3U4=4 800220=24011。(2)设还可装灯n盏,据功率相等有P3=P4其中P4=(n40+60103) WP3=(100-4) kW=96 kW所以n=900。答案:(1)11024011(2)900盏16.(12分)图甲为一理想变压器,ab为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个接头。原线圈输入正弦式交流电压的u-t图像如图乙所示。若只在ce间接一只Rce=400 的电阻,或只在de间接一只

20、Rde=225 的电阻,两种情况下电阻消耗的电功率均为80 W。(1)请写出原线圈输入电压瞬时值u的表达式;(2)求只在ce间接400 的电阻时,原线圈中的电流I1;(3)求ce和de间线圈的匝数比ncende。解析:(1)由题图乙知T=0.01 s,则=2T=200 rad/s,电压瞬时值u=400sin 200t V。(2)原线圈电压有效值U1=2002 V,理想变压器P1=P2=80 W,原线圈中的电流I1=P1U1,解得I1=0.28 A或25 A。(3)设ab间匝数为n1,U1n1=Udende=Ucence,由题意知Uce2Rce=Ude2Rde,解得ncende=RceRde,代入数据得ncende=43。答案:(1)u=400sin 200t V(2)0.28 A或25 A(3)43