1、【步步高 学案导学设计】2015-2016 学年高中物理 第 2 章 交变电流章末检测卷 教科版选修 3-2 (时间：90 分钟 满分：100 分)一、单项选择题(本题共 6 小题，每小题 4 分，共 24 分)1如图所示，面积均为 S 的线圈均绕其对称轴或中心轴在磁感应强度为 B 的匀强磁场中以角速度 匀速转动，下列选项中能产生正弦交变电动势 e BS sin t 的图是( )答案 A解析 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，且从中性面开始计时，产生的电动势e BS sin t ，由此判断，只有 A 选项符合2500 千伏超高压输电是我国目前正在实施的一项重大工程，我省超高压输电工程正
2、在紧张建设之中若输送功率为 3200 万千瓦，原来采用 200 千伏输电，由于输电线有电阻而损耗的电功率为 P，则采用 500 千伏超高压输电后，在输电线上损耗的电功率为(设输电线的电阻未变)( )A0.4 P B0.16 PC2.5 P D6.25 P答案 B解析 根据 P 损 r 可知，当输电电压由 200 千伏升高到 500 千伏时，其线路损耗的电功率P输 2U2由 P 减小到 0.16P，选项 B 正确3一交流发电机，当转速为 n1时，其交变电动势 e220sin (100 t) V，则下列说法正确的是 ( )A在 t0 时，线圈中的磁通量为 0B该交流发电机线圈的转速为 50 r/s
3、C若加在标有“220 V 100 W”的灯泡的两端，灯泡能正常发光D若线圈的转速加倍，则交变电压的最大值、有效值增大一倍而频率不变答案 B解析 因为交变电流的瞬时表达式为 e Emsin t ，其中 Em NBS 表示最大值， 2 f.当转速用 r/s 作为单位时，转速与频率的数值相等正弦交变电流的最大值为有效值的 倍，则2该电动势的最大值为 220 V，而灯泡的标注值是有效值，所以选项 C、D 错误，B 正确当 t0时， e0，此时线圈处于中性面的位置，磁通量最大，因此选项 A 错误4如图 1 所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为 201，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V 60
4、W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则 ( )图 1A电流表的示数为 A32220B电源输出功率为 1200 WC电流表的示数为 A3220D原线圈两端电压为 11 V答案 C解析 副线圈电压 U2220 V，电流 I2 A，则原线圈两端电压 U1 U24400 V，PU2 311 201电流 I1 I2 A，所以电流表示数为 A，选项 A、D 错误，C 正确电源输出功率等120 3220 3220于灯泡消耗的功率，为 60 W，选项 B 错误5多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现上述调节的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或风扇的转速现在的调光台灯、调速电
5、风扇是用可控硅电子元件来实现调节的，如图 2 所示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压，即在正弦交流电的每一个 周期中，前面的 被截去，从而改变了电灯上的电压，12 14那么现在电灯上的电压为 ( )图 2A Um B. C. D.Um2 Um2 Um4答案 C解析 由有效值的定义知 T ，得 U ，C 项正确U2R Um2 2R T2 Um26如图 3 甲所示，一个理想变压器原、副线圈的匝数比 n1 n261，副线圈两端接三条支路，每条支路上都接有一只灯泡，电路中 L 为电感线圈、 C 为电容器、 R 为定值电阻当原线圈两端接有如图乙所示的交流电时，三只灯泡都能发光如果加在原线
6、圈两端的交流电的峰值保持不变，而将其频率变为原来的 2 倍，则对于交流电的频率改变之后与改变前相比，下列说法中正确的是( )图 3A副线圈两端电压的有效值均为 6 VB副线圈两端电压的有效值均为 108 V2C灯泡变亮，灯泡变亮D灯泡变暗，灯泡变亮答案 D解析 由题图乙知，所接电压的峰值为 36 V，由 知，副线圈电压的峰值为 6 V，A、B 错U1U2 n1n2误当频率变为原来的 2 倍，则电感对交流电阻碍变大，电容对交流电阻碍变小，电阻对交流电阻碍不变，C 错误，D 正确二、多项选择题(本题共 4 小题，每小题 5 分，共 20 分每题至少有两个选项正确，选对得 5分，漏选得 2 分，错选
7、得 0 分)7如图 4 所示，在远距离输电过程中，若保持升压变压器原线圈的输入功率不变，下列说法正确的是 ( )图 4A升高 U1会减小输电电流 I2B升高 U1会增大线路的功率损耗C升高 U1会增大线路的电压损耗D升高 U1会提高电能的利用率答案 AD解析 提高输电电压 U1，由于输入功率不变，则 I1将减小，又因为 I2 I1，所以 I2将减小，n1n2故 A 对；线路功率损耗 P 损 I R，线路电压损失 U 损 I2R，因此功率损耗在减小，电压损失减2小，故 B、C 错误；因线路损耗功率减小，因此电能的利用率将升高，故 D 对8如图 5 甲所示，理想变压器的原线圈电路中装有 0.5 A
8、 的保险丝 L，原线圈匝数 n1600 匝，副线圈匝数 n2120 匝当原线圈接在如图乙所示的交变电源上时，要使整个电路和用电器正常工作，则副线圈两端可以接 ( )图 5A阻值为 14.4 的电阻B并联两盏“36 V 40 W”的灯泡C工作频率为 10 Hz 的电视D耐压值为 36 V 的电容器答案 AB解析 理想变压器可以变压、变流，但不可以改变功率和频率，由题图乙可知，原线圈中交变电源电压的周期为 0.02 s，频率为 50 Hz，则副线圈得到的交变电压的频率也为 50 Hz，故接入工作频率为 10 Hz 的电视不能正常工作，C 错误；由题图乙可知，原线圈所接电源的电压有效值为 180 V
9、，由理想变压器特点可知，变压比等于匝数比，则 U2 180 V，得 U236 120600V，B 中两灯泡接入电路时，灯泡能正常工作，原线圈中的电流 I1 A0.44 A0.5 A，B 正49确；副线圈两端电压的有效值为 36 V，但其最大值大于电容器的耐压值，故 D 错误；由理想变压器特点可知，原、副线圈消耗的功率相等，则 180 V0.5 A，解得 R14.4 36 V 2R，A 正确9如图 6 甲所示，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像如图乙中曲线 a、 b 所示，则( )图 6A两次 t0 时刻线圈平面均与中性面重合B曲线
10、 a、 b 对应的线圈转速之比为 23C曲线 a 表示的交变电动势频率为 25 HzD曲线 b 表示的交变电动势有效值为 10 V答案 AC解析 从题图乙可知，两次转动都是从中性面开始计时的，故 A 正确从题图乙可知，曲线a、 b 对应的线圈转动的周期之比为 23，则转速之比为 32，故 B 错误由题图乙可知曲线a 的周期 Ta410 2 s，则曲线 a 表示的交变电动势频率 fa 25 Hz，故 C 正确交变电1Ta动势的最大值 Em NBS ，则曲线 a、 b 表示的交变电动势的峰值之比为Ema Emb a b32，即 Emb Ema10 V，故曲线 b 表示的交变电动势的有效值为 E 有
11、 23V5 V，D 错误102 210如图 7 甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比 n1 n251，电阻 R20 ，L 1、L 2为规格相同的两只小灯泡，S 1为单刀双掷开关原线圈接正弦交变电源，输入电压 u 随时间 t 的变化关系如图乙所示现将 S1接 1、S 2闭合，此时 L2正常发光下列说法正确的是( )图 7A输入电压 u 的表达式 u20 sin (100 t) V2B只断开 S2后，L 1、L 2均正常发光C只断开 S2后，原线圈的输入功率增大D若将 S1换接到 2， R 消耗的电功率为 0.8 W答案 AD解析 由题图乙可知， Um20 V， T0.02 s，则 100 rad/
12、s，输入电压22Tu20 sin (100 t) V，故 A 正确；由变压器的变压规律知 ，故 U2 2U1U2 n1n2 U1n2n1 2015V4 V，由题中将 S1接 1、S 2闭合时，灯泡 L2正常发光可得，灯泡 L2的额定电压为 4 V，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、L 2串联，故 L1、L 2均不能正常发光，B 错误；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U2R总减小，C 错误；当 S1换接到 2 后，副线圈的负载仅是电阻 R，故 P W0.8 W，D 正U2R 4220确三、填空题(本
13、题共 2 小题，共 10 分)11(6 分)一交流电压随时间变化的图像如图 8 所示，则此交流电的频率是_ Hz，若将该电压加在 10 F 的电容器上，则电容器的耐压值不应小于_V；若将该电压加在一阻值为 1 k 的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作，为避免意外事故的发生，电路中保险丝的额定电流不能低于_ A.图 8答案 50 200 0.14解析 由题图知 T0.02 s， Um200 V，而 f ，1T所以 f50 Hz，电容器耐压值应不小于 200 V，I A0.14 A.Um2R 10021 000因为保险丝熔断电流指有效值，所以电路中保险丝熔断电流不能低于 0.14 A.12(4 分
14、)如图 9 所示，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.图 9答案 103 0.2解析 副线圈两端电压 U2等于小灯泡 a 两端电压 Ua，由 Pa ，得 Ua3 V，则原、副线圈的U2aRa匝数比 ；流过小灯泡 a 的电流 Ia 0.1 An1n2 U1U2 103 UaRa又 ，得 I20.3 A，n1n2 I2I1 I20.09 A流过小灯泡 b 的电流 Ib I2 I
15、a0.3 A0.1 A0.2 A.四、计算题(本题共 4 小题，共 46 分)13(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 n100 匝穿过每匝线圈的磁通量 随时间按正弦规律变化，如图 10所示，发电机内阻 r5 ，外电路电阻 R95 .已知感应电动势的最大值 Em n m，其中 m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)的读数图 10答案 1.4 A解析 从 t 图像可以看出 m1.010 2 Wb，T3.1410 2 s，已知 Em n m，又 ，2T故电路中电流的最大值Im EmR r n2 mT
16、R r A2 A.10023.141.010 23.1410 2 95 5交流电流表的读数 I 1.4 A.Im214(10 分)如图 11 所示，匝数为 100 匝、边长为 0.2 m 的正方形线圈，在磁感应强度为 2 T的匀强磁场中，从中性面开始以 10 rad/s 的角速度绕 OO轴匀速转动若线圈自身电阻为 2 ，负载电阻 R6 ，取 210，则开始转动 s 内在 R 上产生的热量为多少？120图 11答案 150 J解析 感应电动势的最大值为Em NBS 10020.20.210 V80 V有效值为 E 40 VEm2 2电流的有效值为I A5 AER r 4026 2 2故产生的热量
17、为 Q I2Rt150 J.15. (13 分)如图 12 所示，匀强磁场的磁感应强度 B0.5 T，匝数为 n50 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 L25 cm，宽为 d20 cm.线圈每分钟转动 1 500 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图 12(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 r0.02 ，外接一阻值为 13 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
18、的 e t、 i t 图像答案 见解析解析 (1)线圈匝数 n50，磁场的磁感应强度 B0.5 T，线圈转动的角速度 2 f2rad/s50 rad/s，线圈的面积 S Ld0.05 m 21 50060所以 Em nBS 500.50.0550 V196 V从图示位置计时，有 e Emcos t 196cos (50 t) V.(2)若 r0.02 ，则 r50 r0.0250 1 R 总 R r13 1 14 Im A14 AEmR总 19614所以 i Imcos t 14cos (50 t) 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
19、值表达式分别为 e196sin (50 t) V， i14sin (50 t) A.(4)因为 50，所以 T 0.04 s， Em196 V， Im14 A2(1)(2)中的 e t、 i t 图像分别如图甲、乙所示甲乙16(13 分)风力发电作为新型环保新能源，近几年来得到了快速发展，如图 13 所示风车阵中发电机输出功率为 100 kW，输出电压是 250 V，用户需要的电压是 220 V，输电线电阻为 10 .若输电线因发热而损失的功率为输送功率的 4%，试求：图 13(1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比；(2)用户得到的电功率是多少答案 (1)120 24011 (2)96 kW解析 (1)输电线损失的功率P 损 P4%100 kW4%4 kW输电线电流 I2 A20 AP损R线 410310升压变电器输出电压 U2 V510 3 VPI2 10010320升压变压器原、副线圈匝数比为 n1n2 U1U2 2505 000 120电压损失 U 损 I2R 线 2010 V200 V降压变压器原线圈两端电压 U3 U2 U 损 4 800 V降压变压器原、副线圈匝数比 .n3n4 4 800220 24011(2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率为P 用 P P 损 P(14%)100 kW96%96 kW.
