2017-2018学年同步备课套餐之物理教科版选修3-2讲义：第2章交变电流章末检测卷

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1、章末检测卷 （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.在每小题给出的四个选项中，只有 一项是符合题目要求的） 1.如图1所示，矩形线圈abcd放在匀强磁场中，ad=bc=li,ab=cd=I2.从图示位置起该线 圈以角速度3绕不同转轴匀速转动，则（） 图1 A.以OO'为转轴时，感应电动势e=Bl1l2cosincot B.以O1O1'为转轴时，感应电动势e=BI1I2cosincot C.以OO'为转轴时，感应电动势e=BI1I2cocoscot D.以OO'为转轴跟以ab为转轴一样，感应电动势e=BI1I2cosi

2、ncot 答案C 解析以O1O1'为轴转动时，磁通量不变，不产生交变电流.无论以OO'为轴还是以ab 为轴转动，感应电动势的最大值都是B11123.由于是从与磁场平行的面开始计时，产生的是余弦式交变电流，故C正确. 2 .中国已投产运行的1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程.假设甲、乙 两地原来用500kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P.在保持输送电功率和输电线 电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为（） A. P B.2 D. 4P C.2P 答案A 解析在超高压输电中，设输送

3、电功率为P',输电电压为U,输电线总电阻为R,则输电 线上损耗的电功率为P=PUj-jR,当输电电压升为原来的2倍时，输电线上损耗的电功率变 ，一，，，1,,, 为原来的4,故选A. 3 .一交流发电机，当转速为ni时，其交变电动势e=220sin（100兀t）V,现有如下的说法，其 中正确的是（） A.在t=0时，线圈中的磁通量为0 B.该交流发电机线圈的转速为50r/s C.若加在标有“220V100W”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值表达式为e=Emsin④专其中Em=

4、nBSco表示最大值，w=2f. 当转速用r/s作为单位时，转速与频率的数值相等.最大值为有效值的42倍，则该电动势的 最大值为220V,而灯泡的标注值是有效值，所以选项C、D错误，选项B正确.当t=0时， e=0,此时线圈处于中性面的位置，磁通量最大，因此选项A错误. 副线圈接 4.如图2所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20：1,原线圈接正弦交流电源, 入“220V60W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则（） 图2 A.电流表的示数为322A B.电源输出功率为1200W a C.电流表的本数为220A D.原线圈两端电压为11V 答案C 解析副线圈电压U2=

5、220V,电流I2=；P=7；A,则原线圈两端电压U1=n1Uj=4400V, U211n2 n2l233.... 电流I1=^T=220A，所以电流表的小数为丽A，选项A、D错误，C正确•电源输出功 率等于灯泡消耗的功率，为60W,选项B错误. R、理想电流表 因和二极管D.二极 5 .如图3所示，线框匝数为N,面积为S,以角速度3绕垂直磁感应强度为B的匀强磁场的 轴匀速转动.线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻 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3 A.图示位置电流最大 B. R两端电压的有效值 w U = ^

6、NBS C.交流电流表的示数 w I = 2RNBS 2BS D.一个周期内通过R的电何重q=~z~ R 答案C 解析由题图可知，图示位置通过R的电流为零，R两端电压的瞬时值如图所示表示. 设电压的有效值为 U,在一个周期内有: 1 U = 2NBSX0 ,电流的有效 值I=R'=NBR一，在一个周期内，只有半个周期的时间有电流通过R,故：q=N^=NRS. 故选C. 二k八二 orr? 2胃丁 6 .一含有理想变压器的电路如图4所示，图中电阻Ri、R2和&的阻值分别为3◎、1◎和4 Q,⑶为理想交流电流表，U为正弦交流电源，输出电压的有效值恒定.当

7、开关S断开时， 电流表的示数为I;当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为（） 此 图4 A.2B.3C.4D.5 答案B 解析开关断开时，电路如图甲所示，原、副线圈的电流比；=n2,通过R2的电流12=®, I2nin2 副线圈的输出电压U2=l2（R2+R3）=5n1,由M=n1可得原线圈两端的电压Ui=5嘿；2,则U=Ui+IRi=5I《1j2+3I;开关闭合时，电路如图乙所示，原、副线圈的电流比冒-=n2,通 过R2的电流12,=皿，副线圈的输出电压U2'=匕R2=4n1,由U「=n1可得原线圈两端 n2n2U2n2 的电压Ui'=4I?；

8、,则U=Ui'+4IRi=4I黑；+12I,联立解得%=3,选项B正确. 二、多项选择题（本题共4小题，每小题5分，共20分.每小题至少有两个选项正确，选对 得5分，漏选得3分，错选得0分） 7 .我国“西电东送”采用高压直流输电，继三峡至常州500kV直流输电工程后，又实现了 三峡至广东的500kV直流输电工程.这种输电方式是在高压交流远距离输电的基础上，增加 了把交流变为直流的“整流”设备，用户端用专用的“逆变”设备把直流变为交流.关于高压远距离直流输电，下列说法正确的有（） A.“整流”设备应放在升压变压器后，而“逆变”设备放在降压变压器前 B.有利于消除输电线路中感抗

9、和容抗的影响 C.可以实现不同频率的交流电网络之间的电力传输 D.高压远距离直流输电对输电线路绝缘性能无要求 答案ABC8.如图5所示的电路，一灯泡和一可变电容器串联，下列说法正确的是 图5 A. a、b端接稳恒直流电，灯泡发亮 B. a、b端接交变电流，灯泡发亮 C. a、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容增大时，灯泡亮度增大 D. a、b端接交变电流，灯泡发亮，在不改变交变电流有效值的情况下增大其频率，灯泡亮 度增大 答案BCD 解析电容器有“通交流，隔直流，通高频，阻低频”的特点，B、D项正确，A错误；增 大电容器的电容，电容的阻碍作用减小，电流增大，灯泡

10、的亮度增大，C项正确. 9 .如图6甲所示，理想变压器的原线圈电路中装有0.5A的保险丝L,原线圈匝数ni=600 匝，副线圈匝数血=120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6 A.阻值为14.4Q的电阻 B,并联两盏“36V40W”的灯泡 C.工作频率为10Hz的电视 D.耐压值为36V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 变电源的周期为0.02s,频率为50Hz,则副线圈得到的交变电流的频率也为50Hz,故接入 工作频率为10Hz的电视

11、不能正常工作，C错误；由题图乙可知，原线圈所接电源电压的有 U2=600X180 V,解得 U2 效值为180V,由理想变压器特点可知，变压比等于匝数比，则 =36V,B中两灯泡接入电路时，原线圈中的电流Ii=4A=0.44AV0.5A,B正确；副线圈 9 两端电压的有效值为36V,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 2 可知，原、副线圈消耗的功率相等，则（D）=180VX0.5A,解得R=14.4RA正确.R 10 .如图7甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比ni：胴=5：1,电阻R=20Q,Li、L2为 规格相同的两只小灯泡，6为单刀双掷开关.原线圈

12、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、S2闭合，此时L2正常发光.下列说法正确的是（） 图7 A.输入电压u的表达式u=2042sin（100大）V B,只断开S2后，L1、L2均正常发光 C.只断开S2后，原线圈的输入功率增大 D,若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8W 答案AD 解析由题图乙可知，Um=20*V,T=0.02s,则3=2jT=100兀rad/s,输入电压u=20V2sin （100疝）V,故A正确；由变压器的变压规律知：*=",故U2=Ug=20/V=4V,由题 U2n2n15 中将S接1、S2闭合时，灯泡L2

13、正常发光可得，灯泡L2的额定电压为4V,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、L2串联，故L1、L2均不能正常发光，B错 U2 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R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=U2=20W=0.8W,D 正确. 三、填空题（本题共2小题，共10分） 11 .（4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10pF的电容器上，则电容器的耐压值应不小于V;若将该电压加在一阻值为1ka的纯电阻用电器上，用电器恰能正常工作

14、，为避免意外事故的发生，电路中保险丝的熔断电流不能低于A. 答案 50 200 2 10 1 解析由题图知T=0.02s,Um=200V而占T 所以f=50Hz,电容器耐压值应不小于200V, Um12 I=72R=10A. 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 二 10 A. 12 .（6分）利用DIS（数字化信息处理系统）探究手摇发电机（如图9所示）的线圈产生的交变电 流. 实验步骤如下:①将电压传感器接入数据采集器; ②电压传感器的测量夹与发电机的输出端并联； ③点击“数据采集设置”设定“采样点时间间隔”； ④

15、缓慢摇动发电机的手柄，观察工作界面上的信号. 图9 季军用书［第11?贡 （1）屏上出现的电压波形如图10所示，从图中可以看出，手摇发电机产生的电压波形不是正 弦波，其原因可能是（写出一条即可）. （2）研究交变电流的波形，发现在用手摇动发电机手柄的2min内屏上出现了61个向上的“尖 峰”，则交变电流的平均周期为.如果发电机手摇大轮的半径是转子小轮半径 的2倍，则手摇大轮转动的平均角速度为. 答案（1）转子不是在匀强磁场中转动（或手摇发电机的转速不均匀） （2）2s0.5jrad/s 解析只有线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电流才是标准的正弦式电流，

16、手摇发 电机的磁场是由条形磁铁产生的，所以不是匀强磁场，由于是手摇转动，转速难以保证恒定.屏 上每出现一次向上的尖峰，就代表经过了一个周期，2min内屏上出现了61个向上的尖峰， 2X60 表明周期T=s=2s,大轮的角速度等于小轮的角速度的一半，所以大轮的角速度3= 61-1 ,2=0.5

17、.已知线圈的匝数n=100匝，总电阻 r=1.0Q,所围成的矩形的面积S=0.040m2,小灯泡的电阻R=9.0Q,磁感应强度随时间按 图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=nBmS25cos早其中 Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求： 甲  (1)线圈中产生的感应电动势的最大值; (2)小灯泡消耗的电功率; (3)在0〜T时间内，通过小灯泡的电荷量. 答案 (1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0X10 3 C 解析 (1)由图乙知，线圈中产生的交变电流的周期 T=3.14X10 2 s,所以

18、Em=nBmSco= 2 7nBmS —T-=8.0 V. (2)电流的最大值 Im= Em = 0.80 A,有效值 I = R+ r Im 2.2 2 A,小灯泡消耗的电功率 P=I R= 2.88 W. (3)在0〜T时间内，电动势的平均值 —nSAB 十 E =工厂，平均电流 - E nS B I = = ， R+r (R+r)困 通过小灯泡的电荷量 q=IAt=nS"=4.0X103C.R+r 14.(10分)如图12所示，理想变压器原线圈中输入电压Ui=3300V,副线圈两端电压为6 =220V,输出端连有完全相同的两个灯泡Li和L2,绕过

19、铁芯的导线所接的电压表V的示数 U=2V.求: 图12 (1)原线圈n1等于多少匝？ (2)当开关S断开时，电流表A2的示数I2=5A.则电流表Ai的示数Ii为多少? (3)在(2)中情况下，当开关S闭合时，电流表Ai的示数I/等于多少? 答案(1)1650匝(2)1A(3)2A33 解析(1)由电压与变压器匝数的关系可得: UiU2一一 一=—=U,则ni=1650匝. nin2(2)当开关S断开时，有: 一,U2I21511=312,11=J=3A(3)当开关S断开时，有：R1=77=44◎当开关S闭合时，设副线圈总电阻为R',有R'=?=22◎，副线圈中的总电流

20、为I2'="=10A.由UG'=U2l2'可知，I/=UI2—="2A. 2RU13 15. (12分)如图13所示，匀强磁场的磁感应强度为B=0.5T,匝数为n=50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L=25cm,宽为d=20cm.线圈每分 钟转动1500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. (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r=0.02Q,外接一阻值为13Q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

21、'和感应电流i'的瞬时值表达 式如何？ (4)画出(1)(2)中的e—t、i—t图像. 答案见解析 解析(1)线圈匝数n=50,磁场的磁感应强度B=0.5T,线圈转动的角速度3=24=27tx1都 rad/s=50兀rad/s,线圈白面积S=Ld=0.05m2 所以Em=nBSco=50X0.5X0.05X50710196V 从图示位置计时，有e=EmcoswH196cos(50t)V. (2)若r=0.02R则r'=50r=0.02X500=1Q 196 瓦 A = 14 A R总=R+「'=130+1Q=14a I—Em Im— R总 所以i=Imcos3

22、n14cos(50t)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 流的瞬时值表达式分别为e'=196sin(50t)叔，i'=14sin(50t)A 2兀__ (4)因为3=50兀rad以所以T=—=0.04s,Em=196V,Im=14A.(1)(2)中的e—t、i—t图像co 分别如图甲、乙所示. 甲乙 16. (14分)一台小型发电机的最大输出功率为100kW,输出电压恒为500V,现用电阻率为 17. X108Q•卬横截面积为10—5m2的输电线向4X103m远处的用户输电，要使发电机满负 荷运行时，输电线上的损失功率

23、不得超过发电机总功率的4%,求:(1)所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是多少？ (2)如果用户用电器的额定电压为220V,那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比是 多少？ (3)想一想，当深夜接入电路的用电器减少时，用电器两端的电压是大于、小于还是等于220 V?若用电器电路中电流为100A,求此时用电器两端的电压数值. 答案(1)1：12(2)288：11(3)大于220V227V 21。2X4X103 解析(1)输电要用两根导线，则输电线的电阻为r=^=1.8X10-8X5—Q=14.4Q S105 由题意知P损=PX4%=(Up代入数据得U2=6000V

24、 升压变压器原、副线圈匝数比 n〔U1500V1 n^=U2=6000V=12. P10550 (2)I2=X=6^A=5A U损=I2r=50X14.4V=240V 3 而U3=U2—U损=6000V—240V=5760Vn3U35760V288 n4一U4—220V—11 降压变压器原、副线圈匝数比为288：11. (3)用电器总数减少时，用电器两端电压将增大 由题知I4' =100 A则由 I4 n3 288 I3 n4 11 275 所以*=2725 U损’=13，r=275x14.4V=55V 而U「3不变 U3'=U2—U损'=(6000—55)V=5945V U3' U4‘ 器U4'=SU3=羲*5945*227V.