1、【优化设计】2015-2016 学年高中物理 第五章 交变电流测评 B 新人教版选修 3-2 (高考体验卷)一、选择题(本题共 10 小题,每小题 5 分,共 50 分。其中第 16 题为单选题;第 710 题为多选题,全部选对得 5 分,选不全得 2 分,有选错或不答的得 0 分)1.(2014江苏单科)远距离输电的原理图如图所示, 升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、 n2,电压分别为 U1、 U2,电流分别为 I1、 I2,输电线上的电阻为 R。变压器为理想变压器,则下列关系式中正确的是( )A. B.I2=C.I1U1=R D.I1U1=I2U2解析:理想变压器电流与匝数的关系为,选
2、项 A 错误;设降压变压器原线圈电压为 U3,则 I2=,选项 B 错误;理想变压器没有功率损失,有 I1U1=I2U2,选项 D 正确;由 I1U1=R+I2U3可知,选项C 错误。答案:D2.(2014四川理综)如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图象,则( )A.用户用电器上交变电流的频率是 100 HzB.发电机输出交变电流的电压有效值是 500 VC.输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小解析:由图象知 f=50 Hz,选项 A 错误;发电机输出交流电压的有效值为 V=250 V,选项 B错
3、误;输电线的电流由降压变压器原、副线圈的匝数比及负载大小决定,选项 C 错误;用电器总电阻变大,则降压器原、副线圈中电流减小,输电线上损失功率也减小,选项 D 正确。答案:D3.(2014浙江理综)如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是 U,用等效总电阻是 r 的两条输电线输电,输电线路中的电流是 I1,其末端间的 电压为 U1。在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为 I2。则( )A.用户端的电压为B.输电线上的电压降为 UC.理想变压器的输入功率为 rD.输电线路上损失的电功率为 I1U解析:根据理想变压器原、副线圈的功率相等,有 U1I1=U2I2,解得用
4、户端电压为 U2=,选项 A正确 ;输电线上的电压降为 I1r,选项 B 错误;理想变压器的输入功率为 UI1-r,选项 C 错误;输电线路上损失的电功率为 r,选项 D 错误。答案:A4.(2014福建理综)如图为模拟远距离输电实验电路图,两理想变压器的匝数 n1=n42R,忽略灯丝电阻随温度的变化。当 A、 B 端接入低压交流电源时( )A.A1、A 2两表的示数相同B.L1、L 2两灯泡的亮度相同C.R1消耗的功率大于 R3消耗的功率D.R2两端的电压小于 R4两端的电压解析:设两电流表示数分别为 IA1、 IA2,则 IA2=。由题意知,升压变压器的升压比与降压变压器的降压比相等,设为
5、 k,由变压器匝数与电流、电压的关系可知,升压变压器副线圈两端电压 U2=kU,降压变压器副线圈中电流 I4=kIA1,U4=I4RL=kIA1RL,则降压变压器原线圈两端电压U3=kU4=k2IA1RL,则 IA1=,解得 IA1=,则 1,故两灯泡亮度不同,选项 B 错误;由 P=I2R 可知, PR1PR3,选项 C 错误;由 U=IR 可知, UR2UR4,选项 D 正确。答案:D5.(2013四川理综)用 220 V 的正弦交变电流通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电压是 110 V,通过负载的电流图象如图所示,则( )A.变压器输入功率约为 3.9 WB.输出电压的最大值是 1
6、10 VC.变压器原、副线圈匝数比是 1 2D.负载电流的函数表达式 i=0.05sin(100 t+) A解析:由图象知,副线圈电流的有效值 I2=0.05 A,副线圈的输出功率是P2=U2I2=1100.05 W=3.9 W,A 正确;输出电压的有效值是 110 V,B 错误;根据理 想变压器电压与匝数的关系,C 错误;从图象可以看出,交变电流的周期是 0.02 s,角速度是 100 rad/s,负载电流的函数表达式 i=0.05sin 100 t A,D 错误。答案:A6.(2013山东聊城模拟)如图所示理想变压器原、副线 圈匝数比为 1 2,两端分别接有四个阻值相同的灯泡,已知 4 盏
7、灯均能发光,则 L1和 L2的功率之比为( )A.1 1 B.1 3C.9 1 D.3 1解析:根据变压器变压公式可知,L 2的电压与 L3的电压相等,功率相等。变压器原线圈中输入电流为副线圈中输出电流的 2 倍,L 1中的电流为副线圈中输出电流的 3 倍,亦即为 L2中电流的 3 倍,由 P=I2R 知,L 1的功率为 L2的功率的 9 倍。选项 C 正确。答案:C7.(2014天津理综)如图 1 所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速,绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图象如图 2 中曲线 a、 b 所示,则( )A.两次 t=0 时刻线圈平面均与中性面重合B.曲
8、线 a、 b 对应的线圈转速之比为 2 3C.曲线 a 表示的交流电动势频率为 25 HzD.曲线 b 表示的交流电动势有效值为 10 V解析:线圈经过中性面时不切割磁感线,此时感应电动势为零,选项 A 正确;由题图可知曲线a、 b 的周期之比为 2 3,则对应的线圈转速之比为 3 2,选项 B 错误;曲线 a 的周期为Ta=410-2 s,其频率为 fa=25 Hz,选项 C 正确;曲线 a、 b 表示的交变电流的峰值之比为,又 Ema=15 V,则 Emb=10 V,Ub=Emb=5 V,选项 D 错误。答案:AC8.(2014山东理综)如图,将额定电压为 60 V 的用电器,通过一理想变
9、压器接在正弦交变电源上。闭合开关 S 后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为 220 V 和 2.2 A。以下判断正确的是( )A.变压器输入功率为 484 WB.通过原线圈的电流的有效值为 0.6 AC.通过副线圈的电流的最大值为 2.2 AD.变压器原、副线圈匝数比 n1n 2=11 3解析:理想变压器的输入功率等于输出功率,所以有 P1=U1I1=U2I2=602.2 W=132 W,选项 A错误;原线圈电流 I1=0.6 A,选项 B 正确;副线圈电流最大值 I2max=I2= A,选项 C 错误;原副线圈匝数比,选项 D 正确。答案:BD9. (201
10、4广东理综)如图所示的电路中, P 为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压 U1不变,闭合开关 S,下列说法正确的是( )A.P 向下滑动时,灯 L 变亮B.P 向下滑动时,变压器的输出电压不变C.P 向上滑动时,变压器的输入电流变小D.P 向上滑动时,变压器的输出功率变大解析: P 向上或向下滑动时,由变压器的电压特点可知, U2是不变的,灯 L 亮度也不变,A 项错误,B 项正确; P 向上滑动时,滑动变阻器的阻值减小,由 P=可知,变压器的输出功率 P2变大,又理想变压器的输入功率等于输出功率,则输入功率 P1也变大,由 P1=U1I1及 U1不变可知,变压器的输入电流变大,C 项
11、错误,D 项正确。答案:BD10.(2014课标全国 )如图,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.UabU cd=n1n 2B.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, cd 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,由于二极管具有单向导电性,根据有效值定义可知, T,则 U
12、cd=,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=,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、实验题(本题共 2 小题,共 16 分。把答案填在题中的横线上)11.(8 分)(2011安徽理综,19 改编)如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度为 B。电阻为 R、半径为 L、圆心角为 45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的 O 轴以角速度
13、 匀速转动( O 轴位于磁场边界)。则线框内产生的感应电流的有效值为 。 解析:切割磁感线产生的感应电动势为 E=BL2 ,一个周期内有电动势的时间是,故根据有效值定义有() 2R=I2RT,解得 I=。答案:12.(8 分)(2011海南单科,11)如图,理想变压器原线圈与一 10 V 的交流电源相连,副线圈并联两个小灯泡 a 和 b。小灯泡 a 的额定功率为 0.3 W,正常发光时电阻为 30 。已知两灯泡均正常发光,流过原线圈的电流为 0.09 A,可计算出原、副线圈的匝数比为 ,流过灯泡 b 的电流为 A。 解析:小灯泡 a 的额定电压 Ua= V=3 V,原、副线圈的匝数比。由功率关
14、系可得 UI=Pa+UaIb,则 Ib=0.2 A。答案:10 3 0.2三、解答题(本题共 3 小题 ,共 34 分。解答应写出必要的文字说明、方程式 和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)13.(10 分)(2014北京门头沟区模拟)有人为汽车设计的一个“再生能源装置”原理简图,如图甲所示,当汽车减速时,线圈受到磁场的阻尼作用帮助汽车减速,同时产生电能储存备用。线圈的匝数为 n,ab 长度为 L1,bc 长度为 L2。图乙是此装置的侧视图,有 理想边界的两个扇形磁场区夹角都是 90,切割处磁场的磁感应强度大小恒为 B。某次测试时,外力使线圈以角速度 逆时针匀速转动
15、,电刷 M 端和 N 端接电流传感器,电流传感器记录的 i-t 图象如图丙所示( I为已知量),取 ab 边刚开始进入左侧的扇形磁场时刻 t=0。不计线圈转动轴处的摩擦,则(1)求线圈在图乙所示位置时,产生电动势 E 的大小,并指明电刷 M 和 N 哪个接电源正极。(2)求闭合电路的总电阻 R 和外力做功的平均功率 P。(3)为了能够获得更多的电能,依据所学的物理知识,请你提出改进该装置的三条建议。解析:(1)感应电动势 E=2nBL1v又 v=L 2得 E=nBL1L2根据右手定则,可知 M 端是电源正极。(2)由电流 I= 得 R=线圈转动一个周期时间内,产生电流的时间是半个周期外力平均功
16、率 P=I2R 即 P=。(3)增加磁感应强度;增加线圈匝数;增加磁场区域面积;适当增减线圈面积;变成多组线圈等。答案:(1) nBL1L2 M 端是电源正极(2)(3)增加磁感应强度;增加线圈匝数;增加磁场区域面积;适当增减线圈面积;变成多组线圈等。14.(10 分)(2012江苏单科,13)某兴趣小组设计了一种发电装置,如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角 均为 ,磁场均沿半径方向。匝数为 N 的矩形线圈 abcd 的边长 ab=cd=l、 bc=ad=2l。线圈以角速度 绕中心轴匀速转动, bc 和 ad 边同时进入磁场。在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为
17、B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为 r,外接电阻为 R。求:(1)线圈切割磁感 线时,感应电动势的大小 Em。(2)线圈切割磁感线时, bc 边所受安培力的大小 F。(3)外接电阻上电流的有效值 I。解析:(1) bc、 ad 边的运动速度 v=感应电动势 Em=4NBlv解得 Em=2NBl2 。(2)电流 Im=安培力 F=2NBIml解得 F=。(3)一个周期内,通电时间 t=TR 上消耗的电能 W=Rt 且 W=I2RT解得 I=。答案:(1)2 NBl2 (2) (3)15.(14 分)(2014北京通州模拟)十三陵抽水蓄能电站的工作原理是,在用电低谷时,电站利用电网多
18、余电能把水抽到高处蓄水池中,到用电高峰时,再利用蓄水池中的水发电。电站利用十三陵水库为下游水库,在蟒山后上寺沟头修建上游水库。电站的年发电量约为 10 亿kWh,年抽水用电量约为 14 亿 kWh。如图所示,上游水库近似视为长方体,可用于发电的库容量为 V,蓄水后上游水库的平均水深为 d,水位高出下游水面高度为 H。已知下游水库的库容量远大于上游水库的库容量。(1)求十三陵抽水蓄能电站的总效率 。(2)求能用于发电的水的最大重力势能 Ep。(3)若把抽水蓄能电站产生的电能输送到北京城区。已知输电功率为 P,输电线路的总阻值为 R。要使输电线路上损耗的功率小于 P,a.求输电电压的最小值 U。b
19、.在输电功率 P 一定的情况下,请提出两种能够降低输电过程中功率损耗的方法,并加以评述。解析:(1)总效率 = 100%=100%=71%。(2)能用于发电的水的总质量: m=V能用于发电的水的平均下落高度: h=H-所以,能用于发电的水的最大重力势能 :Ep=mgh=Vg (H-)说明:上式中 取 1 000 kg/m3,g 取 9.8 m/s2或 10 m/s2均可。(3)a.当输电电压为 U 时,输电电流: I=故损失功率: P=I2R=()2R所以,输电电压的最小值: U=Pb.由 P=()2R 可知,降低输电中的功率损耗,可采用以下几种方法:提高输电电压 U(最经济);增大输电导线的横截面积(或采用电阻率小的输电导线材料)(不经济)。答案:(1)71% (2)Vg (H-) (3)a.P b.提高输电电压 U(最经济);增大输电导线的横截面积(或采用电阻率小的输电导线材料)(不经济)。
