1、1第五章 交变电流本试卷分第 卷(选择题)和第 卷(非选择题)两部分 .第 卷 40分,第 卷 60分,共100分,考试时间 90分钟 .第 卷 (选择题 共 40分)一、选择题(本题共 10小题,每小题 4分,共 40分 .17小题只有一个选项符合题意,8 10小题有多个选项符合题意 .全部选对的得 4分,选对但不全的得 2分,选错或不答的得 0分)某正弦式交变电流的电流 i随时间 t变化的图像如图 C2-1所示 .由图可知 ( )图 C2-1A.电流的最大值为 10AB.电流的有效值为 10AC.该交流电的周期为 0.03sD.该交流电的频率为 0.02Hz当交流发电机的转子线圈平面与磁感
2、线平行时,电流方向如图 C2-2所示,当转子线圈平面旋转到中性面位置时 ( )图 C2-2A.线圈中的感应电流最大,方向将不变B.线圈中的感应电流最大,方向将改变C.线圈中的感应电流等于零,方向将不变D.线圈中的感应电流等于零,方向将改变如图 C2-3所示的电路中, L为电感线圈, C为电容器,A、B 为两个相同的灯泡,将它们接在交流电源上,两个灯泡的亮度一样 .保持电源电压不变,某一时刻 A灯泡变暗,B 灯泡变亮,造成这一现象的原因可能是 ( )2图 C2-3A.电源的频率增大B.电源的频率减小C.电感线圈短路D.电容器被击穿图 C2-4为某小型水电站的电能输送示意图 ,A为升压变压器,其输
3、入功率为 P1,输出功率为 P2,输出电压为 U2;B为降压变压器,其输入功率为 P3,输入电压为 U3.若 A、 B均为理想变压器,输电线的总电阻为 r,则下列关系式中正确的是 ( )图 C2-4A.P1P2B.P2=P3C.U2U3D.U2=U3小型交流发电机中的矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间的关系如图 C2-5所示 .此线圈与一个阻值 R=10 的电阻构成闭合电路,不计电路的其他电阻 .关于通过电阻的电流,下列说法中正确的是 ( )图 C2-5A.交变电流的周期为 0.125sB.交变电流的频率为 8HzC.交变电流的有效值为 A2D.交变电流的最大值为 4A3
4、2017长沙长郡中学高二期末如图 C2-6甲所示,交流发电机的矩形线圈边长ab=cd=0.2m,ad=bc=0.4m,线圈匝数为 50匝,线圈的总电阻 r=1,线圈在磁感应强度 B=0.2T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以 r/s的转速匀速转动,外接电阻 R=9,电压表为理想100交流电表,则 ( )图 C2-6A.图甲中交流电压表的示数为 80 V2B.图甲中电阻 R上消耗的电功率为 1152 W2C.如图乙所示,外电路接原、副线圈匝数之比 n1n 2=3 1的理想变压器时,电阻 R上消耗的电功率最大D.如图乙所示,外电路接原、副线圈匝数之比 n1n 2=1 3的理想变压器时,电阻 R上消耗的
5、电功率最大2017成都七中高二月考如图 C2-7所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为10 1,b是原线圈的中心抽头,电压表和电流表均为理想交流电表,从某时刻开始在原线圈c、 d两端加上交变电压,其瞬时值表达式为 u1=220 sin100 t(V),则 ( )2图 C2-7A.当单刀双掷开关与 a连接时,电压表的示数为 22 V2B.单刀双掷开关由 a拨到 b后,原线圈的输入功率变为原来的 4倍C.单刀双掷开关与 a连接,在滑动变阻器的滑片 P向上移动的过程中,电压表和电流表的示数均变小D.当单刀双掷开关由 a拨向 b时,电压表和电流表的示数均变小42017黑龙江大庆高二一检如图 C2-8所
6、示, N匝矩形导线框在磁感应强度为 B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴 OO匀速转动,线框面积为 S,线框的电阻、电感均不计,外电路接有电阻 R、理想电流表 A和二极管 D.电流表的示数为 I,二极管 D具有单向导电性,即正向电阻为零,反向电阻无穷大 .下列说法正确的是 ( )图 C2-8A.导线框转动的角速度为2RINBSB.导线框转动的角速度为4RINBSC.导线框转到图示位置时,线框中的磁通量最大,瞬时电动势为零 D.导线框转到图示位置时,线框中的磁通量最大,瞬时电动势也最大在两块金属板间加上交变电压 u=Umsin t,当 t=0时,板间有一个电子恰好处于静止状2T态,关于电子以后的运
7、动情况,下列判断正确的是 ( )A.t=T时,电子回到原出发点B.电子始终向一个方向运动C.t= 时,电子将有最大速度T2D.t= 时,电子的位移最大T22017河南鹤壁中学高二期末如图 C2-9所示,有一矩形线圈的面积为 S,匝数为 N,内阻不计,全部处于磁感应强度大小为 B的水平匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的水平轴 OO以角速度 匀速转动 .矩形线圈通过滑环与外电路连接,外电路中 R0为定值电阻, R为电阻箱,变压器为理想变压器,滑动触头 P上下移动时可改变原线圈的匝数,图中仪表均为理想电表 .从线圈平面与磁感线平行的位置开始计时,则下列判断正确的是 ( )图 C2-9A.矩形线圈产生的感
8、应电动势的瞬时值表达式为 e=NBS sint5B.矩形线圈从开始计时到 t= 时间内,穿过线圈平面的磁通量变化量为 BS2C.当 R不变时,将滑动触头 P向上移动,电流表读数变大D.若 = 100rad/s,则通过 R0的电流方向每秒钟改变 50次第 卷(非选择题 共 60分)二、实验题(本题共 2小题,11 题 6分,12 题 9分,共 15分)交流电流表是一种能够测量交变电流有效值的仪表 .使用时,只要将电流表串联接入电路即可 .若要扩大交流电流表的量程,则可以给它并联一个分流电阻,还可以给它配接一个变压器 .如图 C2-10所示,变压器 a、 b两个接线端子之间线圈的匝数为 n1,c、
9、 d两个接线端子之间线圈的匝数为 n2,并且 n1n2,若将电流表“3A”的量程扩大,应该将交流电流表的接线柱“0”和“3A”分别与变压器的 (选填“ a、 b”或“ c、 d”)接线端子相连,这时电流表的量程为 A. 图 C2-10图 C2-11是一种触电保安器的电路图,变压器 A处用火线和零线双股平行绕制成线圈,然后接上用电器 .B处有一个输出线圈,一旦线圈中有电流,经放大后便能推动保安器开关 J切断电源,试说明:图 C2-11(1)多开灯不会使保安器切断电源的原因是 ; (2)有人“手地”触电时,触电保安器会切断电源的原因是 ; (3)该保安器 (选填“能”或“不能”)为双手“火线 零线
10、”触电时提供保安,因为 . 6三、计算题(本题共 3小题,13 题 12分,14 题 15分,15 题 18分,共 45分 .解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分)如图 C2-12所示,间距为 L的光滑平行金属导轨水平放置在竖直向下的磁感应强度为 B的匀强磁场中,导轨一端接有阻值为 R的电阻 .质量为 m、电阻为 r的导体棒 ab放置在导轨上且始终与导轨保持良好接触,在外力 F的作用下,导体棒从 t=0时刻开始运动,其速度v=vmsint ,不计导轨的电阻,忽略感应电流的磁场对原磁场的影响,求:(1)感应电动势的瞬时值表达式;(2)电阻上的发热功率 .图 C
11、2-127如图 C2-13甲所示,在两根水平放置的平行金属导轨两端各接有一个 R=1 的电阻,导轨间距 L=0.2m,导轨的电阻忽略不计,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.8T.一根电阻 r=0.3 的导体棒 ab置于导轨上,且始终与导轨保持良好接触 .若导体棒沿平行于导轨的方向在 PQ和 MN之间运动,其速度图像如图乙所示 .求:(1)导体棒产生的感应电动势的瞬时值表达式;(2)整个电路在 1min内产生的热量 .图 C2-13如图 C2-14甲所示,理想变压器原线圈电路中接有一量程为 3A的理想交流电流表,副线圈两端接有理想交流电压表和可变电阻 R以及若干标称值为“6V
12、6W”的相同灯泡 .输入端交变电压 u的图像如图乙所示 .电压表的读数为 9V.(1)求变压器原、副线圈的匝数之比 n1n 2.(2)要求灯泡均正常发光,求电路中最多允许接入的灯泡个数 .(3)为满足第(2)问中要求,求可变电阻 R应调到的电阻值 .8图 C2-141.B 解析由图像可知,电流的最大值为 10 A,则有效值为 I= A=10A,选项 A错误,21022选项 B正确;由图像可知,周期为 T=0.02s,则频率为 f= =50Hz,选项 C、 D错误 .1T2.D 解析线圈平面旋转到中性面位置时,磁感线与切割速度方向平行,根据公式E=BLvsin 可知,线圈中的感应电流等于零,转过
13、中性面之后,电路中又产生了感应电流,但是电流方向与之前线圈中的感应电流的方向相反,选项 D正确 .93.A 解析若电感线圈短路,则 A灯泡变亮,选项 C错误;若电容器被击穿,则 B灯泡变亮,A灯泡亮度不变,选项 D错误;若电源的频率增大,则电感线圈的感抗增大,电容的容抗减小,灯泡 A变暗,灯泡 B变亮,选项 A正确;同理,选项 B错误 .4.C 解析根据远距离输电和理想变压器的工作原理可知, P1=P2,P2P3,U2U3,选项 C正确 .5.C 解析由图像可以看出,交变电流的周期为 0.250s,所以交变电流的频率为 4Hz,选项A、B 错误;电压的最大值 Um=20V,交变电流的最大值 I
14、m= =2A,有效值 I= = A,选项 C正UmR Im2 2确,选项 D错误 .6.D 解析根据 = 2 n得 = 200rad/s,电动势最大值Em=NBS= 500.20.20.4200V=160V,从图示位置开始计时,感应电动势的瞬时值e=160cos200t(V),在图甲电路中,电流的瞬时值 i= cos200t(A)=16cos200t(A),路端电EmR+r压的瞬时值 u=iR=144cos200t(V),则有效值分别为 E= V=80 V,I=8 A,U=72 V,A错1602 2 2 2误;电阻 R上消耗的电功率 P=I2R=(8 )29W=1152W,B错误;在图乙电路中
15、, R消耗的功率2等于变压器的输入功率,即交流电源的输出功率,最大值 Pm= =3200W,此时 U1= =40 V,U2=E24r E2 2=120 V,故 = = ,C错误,D 正确 .PmR 2n1n2U1U2137.B 解析当单刀双掷开关与 a连接时,原线圈的电压的最大值为 220 V,根据原、副线2圈的电压与匝数成正比可知,副线圈的电压的最大值为 22 V,电压表测的是电压的有效值,所2以电压表的示数为 22V,A错误 .若单刀双掷开关由 a扳向 b,则理想变压器原、副线圈的匝数之比由 10 1变为 5 1,副线圈的电压加倍,而电阻不变,故输出功率 P= 变为原来的 4U2R倍,因输
16、入功率等于输出功率,故输入功率也变为原来的 4倍,B 正确 .单刀双掷开关与 a连接,在滑动变阻器的滑片 P向上移动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻增大,而副线圈的电压是由变压器决定的,即电压表的示数不变,所以电流表的示数变小,C 错误 .当单刀双掷开关由 a扳向 b时,理想变压器原、副线圈的匝数之比由 10 1变为 5 1,所以副线圈输出的电压升高,电压表和电流表的示数均变大,D 错误 .8.AC 解析导线框产生的最大感应电动势 Em=NBS ;根据二极管的特点可知,在一个周期内有半个周期回路中有电流,根据交变电流的热效应可知, R =I2RT,解得 = ,(NBS2R)2 T2 2RIN
17、BS10故 A正确,B 错误;导线框转到图示位置时,线框位于中性面处,导线框中的磁通量最大,瞬时电动势为零,故 C正确,D 错误 .9.BC 解析 t=0时,电子不受力,此时两极板间的电压为零,此后电压开始增大, t= 时达到T4最大,此过程中电子沿电场力方向做加速度增大的加速运动,速度增大, 时间内,两极板间T4T2的电压减小,但电场方向不变,所以电子在这段时间内仍沿原方向做加速度减小的加速运动,速度继续增大 .t= 后电场方向改变,电子开始减速,但电子的运动方向不变,直至 t=T时刻速T2度减为零 .故在 t= 时电子有最大速度,电子始终向一个方向运动,选项 B、C 正确 .T210.BC
18、 解析从垂直中性面时开始计时,矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBS cost ,A错误;开始时磁通量为 0,矩形线圈从图示位置经过 t= 时间,转过的角2度为 t= ,此时磁通量为 BS,故穿过线圈平面的磁通量变化量为 BS-0=BS,B正确;当 P向2上移动、 R不变时,根据理想变压器的变压公式 = ,输出电压变大,则输出电流变大,故输U1U2n1n2入电流也变大,电流表读数变大,C 正确;若 = 100rad/s,则周期为 T= = s=0.02s,2 2100在一个周期内电流方向改变两次,故电流方向改变 n= 2=100(次),D 错误 .10.0211.a、 b 3n1n
19、2解析当只有一组原、副线圈时,理想变压器的电流与匝数间的关系为 = .在本题中,已I1I2n2n1知变压器 a、 b两个接线端子之间线圈的匝数为 n1,c、 d两个接线端子之间线圈的匝数为 n2,且n1n2,因此,交流电流表的接线柱“0”和“3A”应分别与变压器的接线端子 a、 b相连,这样,电流表的小示数才能反映原线圈中的大电流,起到扩大量程的作用 .此时,电流表的量程为 I2= I1= A.n1n23n1n212.略解析(1)变压器 A处的线圈因双股绕制,正向电流与反向电流产生的磁场相互抵消,多开灯、少开灯都如此,所以 B处的线圈中无感应电流,保安器的控制开关 J不工作,不会自动切断电源
20、.(2)当人“手地”触电时,火线中的电流有一部分直接通过人体流入大地,不从 A处的11线圈中回流,保安器铁芯中的磁通量发生变化, B处的线圈有电流输出,保安器开关 J工作,自动切断电源 .(3)“火线零线”触电时,与多开几盏电灯的情况相似, A处的线圈中正、反向电流总是相等,不引起磁通量的变化,保安器不能自动切断电源,不起保安作用 .13.(1)e=BLvmsint (2)B2L2v2mR2(R+r)2解析(1)根据 E=BLv,感应电动势的瞬时值表达式为 e=BLvmsint.(2)产生的交变电动势的有效值 E= ,BLvm2电阻 R两端的电压 UR= ,RR+r BLvm2电阻 R上的发热
21、功率 P= = .U2RR B2L2v2mR2(R+r)214.(1)e=1.6sin10 t(V) (2)96J解析(1)由 v-t图像可得,导体棒运动的速度表达式为v=10sin10 t(m/s)产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=BLv=1.6sin10 t(V).(2)感应电动势的最大值为 Em=1.6V感应电动势的有效值为 E= = VEm21.62电路中的总电阻为 R=r+ =0.8R2电路中的总电流 I= = AER 2整个电路在 1min内产生的热量为 Q=I2Rt=96J.15.(1)3 1 (2)9盏 (3) 13解析(1)根据图像可得,原线圈中电压的最大值 U1m=27 V,有效值为 U1=27V2因为副线圈两端电压表的读数为 9V,所以 U2=9V变压器原、副线圈的匝数之比 n1n 2=U1U 2=3 1.(2)设原线圈中通过的电流为 I1,副线圈中通过的电流为 I2.为使副线圈接入的灯泡最多,则 I1取允许通过的最大电流的有效值,即为 3A.12根据 U1I1=U2I2解得 I2=9A正常发光时每个灯泡中电流为 I 灯 = =1AP额U额所以最多允许接入的灯泡个数为 n= =9盏 .I2I灯(3)可变电阻 R两端的电压为 UR=U2-U 额 =3V可变电阻 R的阻值为 R= = . URI213
