高中物理选修3-2交变电流单元测试.doc
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精品教育 交变电流单元测试 一、选择题(本大题包括10小题,每小题4分,共40分。) 1.闭合线圈在匀强磁场中匀速转动,产生正弦式电流i=Imsinωt,若保持其他条件不变,使发电机线圈匝数及转速各增加一倍,则电流的变化规律为 ( ) A.i=2Imsin2ωt B.i=4Imsin2ωt C.i=2Imsinωt D.i=4Imsinωt 2.在如图1所示的电路中,a、b两端连接的交流电源既含高频交流,又含低频交流;L是一个25mH的高频扼流圈,C是一个100pF的电容器,R是负载电阻.下列说法中正确的是 ( ) 图1 A.L的作用是“通低频,阻高频” B.C的作用是“通交流,隔直流” C.C的作用是“通高频,阻低频” 图1 D.通过R的电流中,低频交流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比 3.将阻值为5Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上,电源电动势随时间变化的规律如图所示。下列说法正确的是( ) A.电路中交变电流的频率为0.25Hz B.通过电阻的电流为A C.电阻消耗的电功率为2.5W D.用交流电压表测得电阻两端的电压是5V 4.一矩形线圈,绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动,线圈中的磁通量Φ随时间t的变化如图3所示,下列说法中正确的是 ( ) 图3 A.t1时刻感应电动势为零 B.t2时刻感应电动势最大 C.t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大 D.每当E变换方向时,通过线圈的磁通量的绝对值都为最大 5.利用超导材料零电阻的性质,可实现无损耗输电.现有一直流电路,输电线的总电阻为0.4 Ω,它提供给用电器的电功率为40 kW,电压为800 V.如果用临界温度以下的超导电缆替 代原来的输电线,保持供给用电器的功率和电压不变,那么节约的电功率为 ( ) A.1 kW B.1.6×103 kW C.1.6 kW D.10 kW 6.一理想变压器给负载供电,变压器输入电压不变,如图4所示.如果负载电阻的滑动片向上移动.则图中所有交流电表的读数及输入功率变化情况正确的是(均为理想电表) ( ) 图4 A.V1、V2不变,A1增大,A2减小,P增大 B.V1、V2不变,A1、A2增大,P增大 C.V1、V2不变,A1、A2减小,P减小 D.V1不变,V2增大,A1减小,A2减小,P减小 7.如图甲所示,为一种调光台灯电路示意图,它通过双向可控硅电子器件(不分得电压)实现了无级调节亮度。给该台灯接220V的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示,则此时交流电压表的示数为( ) A.220V B.110V C.V D.V 8.交变电流电压的有效值为6 V,它和电阻R1、R2及电容器C、电压表一起连接成如图所示的电路,图中电压表的读数为U1,为了保证电容器C不被击穿,电容器的耐压值为U2,电容器在电路中正常工作,则( ) A.U1=6 V U2=6 V B.U1=6 V U2=3 V C.U1=6 V U2≥6 V D.U1=6 V U2≥6 V 9.如图所示,为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系,将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上,副线圈连接相同的灯泡L1、L2,电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2,导线电阻不计,如图所示.当开关S闭合后( ) A.A1示数变大,A1与A2示数的比值不变 B.A1示数变大,A1与A2示数的比值变大 C.V2示数变小,V1与V2示数的比值变大 D.V2示数不变,V1与V2示数的比值不变 10. 如图所示,为了减少输电线路中电力损失,发电厂发出的电通常是经过变电所升压后通过远距离输送,再经变电所将高压变为低压.某变电所将电压u0=11 000sin100πt V的交流电降为220 V供居民小区用电,则变电所变压器( ) A.原、副线圈匝数比为50:1 B.副线圈中电流的频率是50 Hz C.原线圈的导线比副线圈的要粗 D.输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和 11.(分)有一个教学用的可拆变压器,如图甲所示.它有两个外观基本相同的线圈A、B,线圈外部还可以绕线. (1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值,指针分别对应图乙中的a、b位置,由此可推断________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”). (2)如果把它看成理想变压器,现要测量A线圈的匝数,提供的器材有,一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源.请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量,并用字母表示). ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ A线圈的匝数为nA=________.(用所测物理量符号表示) 三、计算题(每分,共50分) 12.如图所示,一矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直.线圈匝数n=40,电阻r=0.1 Ω,长l2=0.05 m,宽l2=0.04 m,角速度ω=100 rad/s,磁场的磁感应强度B=0.2 T.线圈两端外接电阻R=9.9 Ω的用电器和一个交流电流表.求: (1)线圈中产生的最大感应电动势; (2)电流表的读数; (3)用电器上消耗的电功率. 13.交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动。一小型发电机的线圈共220匝,线圈面积S=0.05m2,线圈转动的频率为50Hz,线圈内阻不计,磁场的磁感应强度B=T。如果用此发电机带动两个标有“220V 11kW”的电机正常工作,需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器,电路如下图。求: (1)发电机的输出电压为多少? (2)变压器原副线圈的匝数比为多少? (3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少? 14如图所示,匀强磁场磁感应强度B=0.5 T,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=25 cm,宽为d=20 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. (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=0.02 Ω,外接一阻值为13 Ω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)中的e-t、i-t图象. 15.如图所示,一小型发电机通过升压、降压变压器把电能输送给用户,已知发电机的输出功率P1=50kW,输出电压U1=500V,升压变压器原、副线圈匝数比为n1n2=15,两个变压器间的输电导线的总电阻R=15Ω,降压变压器的输出电压U4=220V,变压器本身的损耗忽略不计,求: (1)升压变压器副线圈两端的电压U2 (2)输电线上损耗的电功率P损 (3)降压变压器原、副线圈的匝数比n3n4 单元综合测试答案(交变电流) 1.转速加倍则ω=2πn也加倍,电流的最大值Im也加倍故i=2Imsin2ωt选项A正确. 答案:A 2.由电抗和电容对交变电流的作用可知,A、C、D正确. 答案:ACD 3、答案:C 解析:由e-t图象可知,周期T=4×10-2s, 电压峰值Um=5V, 所以频率f==25Hz,A错误; 电压有效值U==V,D错误; 电流有效值I==A,B错误; 电阻消耗功率P=I2R=2.5W,C正确。 4.t1、t3时刻线圈中的磁通量为零,但变化率最大,感应电动势最大;而磁通最大时,变化 率为零,感应电动势为零,当磁通量最大时,电动势E换向,故CD对. 答案:CD 5.用电器的额定电流为:I==A=50 A,输电线上消耗功率P线=I2R=502×0.4 W=1000 W=1 kW.所以若采用超导材料则线路上的损耗将被节约. 答案:A 6.理想变压器输入电压不变,则输出电压不变,故表V1,V2示数不变;滑片P向上移,使负载电阻增大,因而,副线圈中的电流I2减小,由于电压比不变,故原线圈中的电流也将减小;输出功率P出=U2I2减小,P入=P出,因而输入功率也将减小. 答案:C 7.答案:C 解析:设交流电的有效值为U,将交流电与直流电分别通过相同电阻R,分析一个周期内热量: 交流电Q=·+· 直流电Q=T 解得:U=V 8、【解析】 电压表读数为交流电压的有效值,所以电压表读数U1=6 V,电容器耐压值应大于交流电压的最大值,U2≥6 V. 【答案】 D 9、【解析】 由=知,开关S闭合后,V2示数不变,V1与V2示数的比值不变,故选项C错误,选项D正确;开关S闭合后,副线圈闭合回路的总电阻R减小,由I2=知,I2变大,由=知,A1示数变大,且A1与A2示数的比值不变,故选项A正确. 【答案】 AD 10、【解析】 u0=11 000sin100πt V中的11 000指的是电压的峰值,有效值为11 000 V,则原、副线圈之间的匝数之比等于两线圈的电压之比,即50:1,A正确;由ω=100π可得频率为50 Hz,变压器不改变电流的频率,因此,副线圈的频率也是50 Hz,B正确;电流与匝数成反比,即原线圈的电流比副线圈电流要小,因此,副线圈的导线要比原线圈粗,C错误;居民小区各个用电器都是并联的,它们的电流总和等于副线圈中的电流,故D错误. 【答案】 AB 11、【解析】 (1)由图乙可知a位置的阻值大于b位置的阻值,由电阻定律可得A线圈的匝数多于B线圈的匝数. (2)①用长导线绕一个n匝线圈,作为副线圈替代A线圈. ②把低压电源接B线圈,测得线圈的输出电压U. ③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈输出电压UA.nA=n 【答案】 (1)A (2)步骤见解析 nA=n 12.解析:(1)Em=nBωS=nBωl1l2=1.6 V. (2)Im==0.16 A,电流表读数为有效值 I==0.11 A. (3)P=I2R=0.12 W. 答案:(1)1.6 V (2)0.11 A (3)0.12 W 13、答案:(1)1 100V (2)51 (3)20A 解析:(1)根据Em=NBSω=1 100V 得输出电压的有效值为U1==1 100V (2)根据=得= (3)根据P入=P出=2.2×104W 再根据P入=U1I1,解得I1=20A 14、【解析】 (1)线圈匝数n=50,磁场的磁感应强度B=0.5 T,线圈转动的角速度ω=2πf=2π× rad/s=50π rad/s,线圈的面积S=Ld=0.05 m2 所以Em=nBSω=50×0.5×0.05×50π V≈196 V 从图示位置计时,有e=Emcosωt=196cos(50πt) V. (2)若r=0.02 Ω,则r′=50 r=0.02×50 Ω=1 Ω R总=R+r′=13 Ω+1 Ω=14 Ω Im== A=14 A 所以i=Imcosωt=14cos(50πt) 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(50πt) V,i′=14sin(50πt) A. (4)因为ω=50π, 所以T==0.04 s,Em=196 V,Im=14 A (1)(2)中的e-t、i-t图象分别如图甲、乙所示. 15、【答案】 见解析 答案:(1)2 500V (2)6 000W (3)101 解析:(1)因为=, 所以U2=U1=2 500V (2)P2=P1=50kW 输电线中电流I2==A=20A 则P损=IR线=202×15W=6 000W (3)用户得到功率P4=P2-P损=44 000W 所以降压变压器副线圈电流I4==A=200A 故== -可编辑-- 配套讲稿:
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