1、第十三章 交变电流 电磁场与电磁波时间:50 分钟 分值:100 分一、选择题(每小题 6分,共 60分)1.一闭合矩形线圈 abcd绕垂直于磁感线的固定轴 OO匀速转动,线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量 随时间 t的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是( )A.t1、t 3时刻通过线圈的磁通量变化率最大B.t1、t 3时刻线圈中感应电流方向改变C.t2、t 4时刻线圈中磁通量最大D.t2、t 4时刻线圈中感应电动势最小答案 C 磁通量为零,线圈平面在与中性面垂直的位置,磁通量变化率最大,电动势最大;磁通量最大,线圈平面在中性面上,磁通量变化率为零,经过此位置,电流方向要改
2、变。2.关于电磁场和电磁波,下列说法中正确的是( )A.均匀变化的电场在它的周围产生均匀变化的磁场B.电磁波既有横波,也有纵波C.电磁波和机械波一样依赖于媒质传播D.只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场,就能产生电磁波答案 D 根据麦克斯韦电磁场理论可知,均匀变化的电场在它的周围产生稳定的磁场,知 A错;因电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的,且与波的传播方向垂直,所以电磁波是横波,B 错误;电磁波可以在真空中传播,传播不需要介质,C 错误;只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场,就在周期性变化的电场周围产生相同周期变化的磁场,周期性变化的磁场周围产生相同周期变化的电场,这样由近及
3、远传播,形成了电磁波,D 正确。3.一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示,由图可知( )A.该交流电的电压的有效值为 100 VB.该交流电的频率为 25 HzC.该交流电压瞬时值的表达式为 u=100 sin 25t VD.若将该交流电压加在阻值为 100 的电阻两端,则该电阻消耗的功率为 100 W答案 B 由图像可知该交变电流的电压有效值 u= V=50 V,周期为 410-2 s,所以频率为 25 1002 2Hz,A错误,B 正确;由 = =50 rad/s,得该交流电压瞬时值表达式为 u=100 sin 50t(V),故选2项 C错误;该交流电加在阻值为 100 的电阻两端,
4、该电阻消耗的功率 P= =50 W,故选项 D错误。24.一个边长为 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 。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 A2 6C. 10-5 A D. 10-5 A22 322答案 B 由法拉第电磁感应定律和欧姆定律可得 03 s内产生的感应电动势 E= S,产生的感应电流 I1= = =210-5 A,35 s内产生的感应电流 I2=310-5 A,且与 03 s内方向相反,于是可作出 i随时间 t变化的图像如图所示。由有效值的定义得 Rt1+ Rt
5、2=I2Rt,代入数据可得 I= 10-5 A,故 B选项正确。21 22 65.如图,理想变压器原、副线圈匝数比 n1n 2=21, 和 均为理想电表,灯泡电阻 RL=6 ,AB 两端电压 u1=12 sin 100t(V)。下列说法正确的是( )2A.电流频率为 100 Hz B. 的读数为 24 VC. 的读数为 0.5 A D.变压器输入功率为 6 W答案 D 由 u1=12 sin 100t(V)可知,U m=12 V,=100Hz,则频率 f= =50 Hz,A项错误。2 22U1= =12 V,U2= U1=6 V,B项错误。I 2= =1 A,C项错误。P 1=P2=U2I2=
6、6 W,D项正确。22126.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示。已知发电机线圈内阻为 5.0 ,现外接一只电阻为 95.0 的灯泡,如图乙所示,则( )A.电压表 的示数为 220 VB.电路中的电流方向每秒钟改变 50次C.灯泡实际消耗的功率为 484 WD.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为 24.2 J答案 D 电动势的有效值为 E= V=220 V,所以电流的有效值 I= = A=2.2 22022 + 22095.0+5.0A,所以电压表的示数为 U=IR=2.295.0 V=209 V,选项 A错;交流电的频率为 f= =50 Hz,每个周期内电1流方向
7、改变 2次,故每秒钟内电流方向改变 100次,选项 B错;灯泡实际消耗的功率为 P 灯=I2R=2.2295.0 W=459.8 W,故选项 C错;发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为 Q=I2rt=2.225.01 J=24.2 J,选项 D对。7.如图所示为模拟街头变压器通过降压给用户供电的示意图,变压器输入的交流电压可视为不变。变压器输出的低压交流电通过输电线输送给用户。定值电阻 R0表示输电线的电阻,变阻器 R表示用户用电器的总电阻。若变压器为理想变压器,电表为理想电表,则在变阻器的滑片 P向上移动的过程中( )A.V2示数变小 B.V1示数变大C.A2示数变大 D.A1示数变小答案 D
8、 由 = 知,在变压器原、副线圈匝数不变时,U 1不变,则 U2不变,故 A、B 均错误;变阻器的1212滑片 P向上移动,副线圈中负载电阻增大,由 I2= 可知,当 R增大时,I 2减小,即 A2示数减小,又由20+= ,可知当 I2减小时,I 1随之变小,即 A1示数变小,故 C错误,D 正确。12218.过强的电磁辐射对人体有很大危害,影响人的心血管系统,使人心悸、失眠、白细胞减少、免疫功能下降等。按照有关规定,工作场所的电磁辐射强度(单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量)不得超过 0.5 W/m2。一个人距离无线电通讯装置 50 m,为保证此人的安全,无线电通讯装置的电磁辐射功率至
9、多是( )A.4.51 kW B.3.14 kWC.15.7 kW D.0.78 kW答案 C 根据题意,要使此人是安全的,则此处的辐射功率小于或者等于0.5 W/m2,则可得: =0.5 W/m2,所以 P=4R 20.5 W=43.14502420.5 W=15.7 kW,所以 C正确。9.某水电站,用总电阻为 2.5 的输电线输电给 500 km外的用户,其输出电功率是 3106 kW。现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是( )A.输电线上输送的电流大小为 2.0105 AB.输电线上由电阻造成的损失电压为 15 kVC.若改用 5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为 9108
10、 kWD.输电线上损失的功率为 P=U 2/r,U为输电电压,r 为输电线的电阻答案 B 输电线上输送的电流为 I= = A=6103 A,A错;输电线上损失的电压为 U 损3106103500103=Ir=61032.5 V=1.5104 V=15 kV,B项正确;当用 5 kV 电压输电时,输电线上损失的功率若超过3106 kW,与实际情况不符,故 C项错误;当用公式 P= 计算损失的功率时,U 为输电线上损失的电2压而不是输电电压,D 项错误。10.用遥控器调换电视频道的过程,实际上就是传感器把光信号转换成电信号的过程,下列属于这类传感器的是( )A.红外报警装置B.走廊照明灯的声控装置
11、C.自动洗衣机中的压力传感装置D.电饭煲中控制加热和保温的温控器答案 A 红外报警装置是把光信号转换成电信号的装置,故 A正确。走廊照明灯的声控装置是将声音信号转换为电信号;自动洗衣机中的压力传感装置是将力信号转换为电信号;电饭煲中的温控器是将温度信号转换为电信号,故 B、C、D 均错误。二、非选择题(共 40分)11.(10分)利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器,一般体积很小,可以用来测量很小范围内的温度变化,反应快,而且精确度高。(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变 (填“大”或“小”)。 (2
12、)上述电路中,我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为 20 (如图甲所示),则 25 刻度应在 20 刻度的 (填“左”或“右”)侧。 (3)将该热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化,请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。答案 (1)小 (2)右 (3)见解析图 解析 (1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时,电阻增大。故电路中电流会变小。(2)由(1)的分析知,温度越高,电流越大,25 的刻度应对应较大电流,故在 20 的刻度的右侧。(3)电路如图所示。12.(14分)交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直
13、于磁场的轴 OO匀速转动。一小型发电机的线圈共 220匝,线圈面积 S=0.05 m2,线圈转动的频率为 50 Hz,线圈内阻不计,磁场的磁感应强度B= T。用此发电机所发出的交流电带动两个标有“220 V,11 kW”的电机正常工作,需在发电机的输2出端 a、b 与电机之间接一个理想变压器,电路如图所示。求:(1)发电机的输出电压;(2)变压器原、副线圈的匝数比;(3)与变压器原线圈串联的电流表的示数。答案 (1)1 100 V (2)51 (3)20 A解析 (1)根据 Em=nBS=1 100 V,得输出电压的有效值为 U1= =1 100 V22(2)电动机正常工作,U 2=220 V
14、根据 = 得 n1n 2=511212(3)P 出 =211 kW=2.2104 W根据 P 入 =P 出 =2.2104 W及 P 入 =U1I1解得 I1=20 A13.(16分)发电机的端电压为 220 V,输出电功率为 44 kW,输电导线的电阻为 0.2 ,如果用原、副线圈匝数之比为 110 的升压变压器升压,经输电线路后,再用原、副线圈匝数比为 101 的降压变压器降压供给用户。(1)画出全过程的线路图。(2)求用户得到的电压和功率。(3)若不经过变压而直接送到用户,求用户得到的功率和电压。答案 见解析解析 该题是输电线路的分析和计算问题,结合电路结构和输电过程中的电压关系和电流关
15、系可解此题。(1)线路图如图所示:(2)升压变压器副线圈上的输出电压 U2= U1=2 200 V21升压变压器副线圈上的输出电流 I2= I112升压变压器原线圈上的输入电流,由 P=U1I1得I1= = A=200 A144103220所以 I2= I1=20 A12输电线路上的电压损失和功率损失分别为UR=I2R=4 V,PR= R=0.08 kW22加到降压变压器原线圈上的输入电流和电压分别为I3=I2=20 A,U3=U2-UR=2 196 V降压变压器副线圈上的输出电压和电流分别为U4= U3=219.6 V,I4= I3=200 A4334用户得到的功率 P4=U4I4=43.92 kW。(3)若不采用高压输电,线路损失电压为 UR=I1R=40 V用户得到的电压 U=U1-UR=180 V用户得到的功率为 P=UI1=36 kW。
