2021-2022版高中物理-第五章-交变电流-单元评价新人教版选修3-2.doc

2021-2022版高中物理 第五章 交变电流 单元评价新人教版选修3-22021-2022版高中物理 第五章 交变电流 单元评价新人教版选修3-2年级：姓名：- 13 -单元素养评价(二)(第五章)(90分钟100分)一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。其中19题为单选,1012题为多选)1.对交变电流能够通过电容器的正确理解是()A.在有电容器的交流电路中,没有电荷定向移动B.在有电容器的交流电路中,有电荷定向移动,但移动方向是唯一的C.当电容器接到交变电源上时,电容器交替进行充、放电,电路中才有交变电流D.当电容器接到交变电源上时,因为有自由电荷通过电容器,电路中才有交变电流【解析】选C。交变电流能够通过电容器,是通过电容器交替充、放电而进行的,实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质,故C正确,D错误;既然电容器交替充、放电,电路中就有了电荷的定向移动,但移动方向不是唯一的,故A、B错误。2.如图所示,甲、乙是规格相同的灯泡,接线柱a、b接电压为U的直流电源时,无论电源的正极与哪一个接线柱相连,甲灯均能正常发光,乙灯完全不亮。当a、b接电压的有效值为U的交流电源时,甲灯发出微弱的光,乙灯能正常发光,则下列判断正确的是()A.与甲灯串联的元件x是电容器,与乙灯串联的元件y是电感线圈B.与甲灯串联的元件x是电感线圈,与乙灯串联的元件y是电容器C.与甲灯串联的元件x是二极管,与乙灯串联的元件y是电容器D.与甲灯串联的元件x是电感线圈,与乙灯串联的元件y是二极管【解析】选B。由a、b接直流电源时的现象可知,元件x“通直流”,元件y“隔直流”,由a、b接交流电源时的现象可知,元件x“阻交流”,元件y“通交流”,根据电容器和电感线圈的特点,元件x是电感线圈,元件y是电容器,选项B正确。【加固训练】如图所示,变频交变电源的频率可在20 Hz到20 kHz之间调节,在某一频率时,A1、A2两只灯泡的亮度相同。则下列说法正确的是()A.如果将频率增大,A1变暗、A2变亮B.如果将频率增大,A1变亮、A2变亮C.如果将频率减小,A1变暗、A2变亮D.如果将频率减小,A1变亮、A2变暗【解析】选C。某一频率时,两只灯泡亮度相同,可知两灯泡消耗的功率相同,频率增大时,感抗增大,而容抗减小,故通过A1的电流增大,A1变亮,通过A2的电流减小,A2变暗,故选项A、B错误;同理可得选项C正确,D错误。3.(2019江苏高考)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为110,当输入电压增加20 V时,输出电压()A.降低2 VB.增加2 VC.降低200 VD.增加200 V【解析】选D。由理想变压器原、副线圈的电压比等于匝数比即=,得:U2=U1,即副线圈两端电压与原线圈两端电压成正比,所以有:U2=U1,当输入电压增加20 V时,输出电压增大200 V,故D正确。4.如图所示是一交变电流的i-t图象,则该交变电流的有效值为()A.4 AB. AC. AD.2 A【解析】选B。设交变电流的有效值为I,周期为T,电阻为R,则I2RT=R+42RT,解得I= A。故选B。5.如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为51,V、R和L分别是理想电压表、定值电阻和电感线圈,D1、D2均为灯泡。已知原线圈两端电压u按图乙所示正弦规律变化,下列说法正确的是()A.电压表示数为62.2 VB.电压u的表达式为u=311sin 50t(V)C.仅增大电压u的频率,电压表示数增大D.仅增大电压u的频率,D1亮度不变,D2变暗【解析】选D。由图象可知变压器输入电压的有效值为220 V,由=,可得电压表的示数为44 V,A错误;由图象可知输入电压的最大值为Um=311 V,周期T=210-2 s,=100 rad/s,所以B错误;变压器的电压与频率无关,C错误;增大输入电压的频率对R支路无影响,但使L的感抗增加,通过D2的电流减小,D2变暗,D正确。6.如图所示为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压u=Umsin t的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为()A.B.C.4rD.4r【解析】选C。因为u=Umsin t,所以有U1=,根据变压器变压规律有:U2=,根据P=U2I2得:I2=,线路损失的功率为P=2r=,所以C项正确,A、B、D项错误。7. 一正弦式交变电压随时间变化的规律如图所示,由图可知()A.该交变电压的有效值为100 VB.该交变电压的频率为25 HzC.该交变电压瞬时值的表达式为u=100sin 25tVD.若将该交变电压加在阻值为100 的电阻两端,该电阻消耗的功率为100 W【解析】选B。根据图象可知该交变电压的最大值为100 V,A错;周期为410-2 s,所以频率为25 Hz,B对;=2f=50,交变电压瞬时值表达式为u=100sin 50tV,C错;若将该交变电压加在阻值为100 的电阻两端,因为电压有效值为 V,所以功率为 W=50 W,D错。8.如图,理想变压器原线圈输入电压U=Umsin t,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器。V1和V2是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;A1和A2是理想交流电流表,示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是()A.I1和I2表示电流的瞬间值B.U1和U2表示电压的最大值C.滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大D.滑片P向下滑动过程中,U2变小、I1变小【解析】选C。电压表V1和V2分别测量变压器原、副线圈的输入、输出电压的有效值,电流表A1和A2分别测量原、副线圈电路中电流的有效值,A、B项错误;滑动变阻器滑片P向下滑动时,接入电路的电阻变小,原副线圈输入、输出电压不变,由欧姆定律I=可知,副线圈电路中的电流变大,副线圈输出功率变大,由P入=P出,得原线圈的输入功率变大,由P=IU可知,原线圈电路中的电流变大,C项正确,D项错误。【总结提升】(1)理想变压器将电能由原线圈传给副线圈时总是“量出为入”,即用户消耗多少,原线圈就提供多少,因而输出功率决定输入功率。(2)可以把理想变压器的副线圈看作给用户供电的无阻电源,对负载电路进行动态分析时,可以参照直流电路动态分析的方法。9.如图甲所示,A、B两端接直流稳压电源,UAB=100 V,R0=40 ,滑动变阻器的总电阻R=20 ;滑片处于滑动变阻器中点;如图乙所示,自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源,其电压有效值UAB=100 V,R0=40 ,滑片处于线圈中点位置。则下列分析正确的是()A.甲图中UCD=50 V,R0中电流为1.25 AB.乙图中UCD=200 V,R0中电流的有效值为5 AC.甲图中UCD=80 V,R0中电流的最大值约为2.83 AD.乙图中UCD=80 V,R0中电流的最大值约为2.83 A【解析】选B。由题图甲可知,R的上半部分与R0串联的总电阻为R=R0+=50 ,由欧姆定律可得流过R0的电流为I0= A=2 A,R0两端的电压为U0=I0R0=2 A40 =80 V,故UCD=80 V,通过R0的电流为2 A,选项A、C错误。由题图乙可知A、B之间的线圈是原线圈,C、D之间的线圈是副线圈,滑片处于线圈中点位置时,原、副线圈匝数比为12,根据电压与匝数成正比可得,C、D两端的电压为UCD=2UAB=200 V,通过R0的电流为I= A=5 A,选项B正确,选项D错误。10.(2019海南高考)如图,一理想变压器输入端接交流恒压源,输出端电路由R1、R2和R3三个电阻构成。将该变压器原、副线圈的匝数比由51改为101后()A.流经R1的电流减小到原来的B.R2两端的电压增加到原来的2倍C.R3两端的电压减小到原来的D.电阻上总的热功率减小到原来的【解析】选C、D。根据=可知变压器原、副线圈的匝数比由51改为101后,输出电压变为原来的,根据I=可知流经R1的电流减小到原来的,选项A错误; 由于R2和R3的阻值不变,则电压的分配关系不变,故R2和R3两端的电压都减小到原来的,选项C正确,B错误;因为R1、R2和R3的阻值和连接方式都不变,则总电阻也不变,由P=得电阻上总的热功率减小到原来的,选项D正确。11.(2019天津高考)单匝闭合矩形线框电阻为R,在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,穿过线框的磁通量与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是()A.时刻线框平面与中性面垂直B.线框的感应电动势有效值为C.线框转一周外力所做的功为D.从t=0到t=过程中线框的平均感应电动势为【解析】选B、C。由图像可知时刻线圈的磁通量最大,因此此时线圈处于中性面位置,因此A错误;由图可知交流电的周期为T,则=,交流电的电动势的最大值为Em=nBS=m,则有效值为E有=,故B正确;线圈转一周所做的功为转动一周的发热量,W=T=,故C正确;从t=0时刻到t=时刻的平均感应电动势为E=,D错误。12.在匀强磁场中,一矩形金属线圈绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,如图乙所示,产生的交变电动势随时间变化规律的图象如图甲所示,已知发电机线圈内阻为1.0 ,外接一只电阻为9.0 的灯泡,则()A.电压表V的示数为20 VB.电路中的电流方向每秒改变10次C.灯泡实际消耗的功率为36 WD.电动势随时间变化的瞬时值表达式为e=20cos5t(V)【解析】选B、C。交变电动势的有效值E=20 V,电压表的示数U=E=18 V,A选项错误;交变电流的周期T=0.2 s,一个周期内电流方向改变2次,每秒改变10次,B选项正确;灯泡实际消耗的功率P=36 W,C选项正确;线圈转动的角速度=10,电动势随时间变化的瞬时值表达式为e=20cos 10t(V), D选项错误。二、实验题(本题共2小题,共10分)13.(5分)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中,操作步骤如下:将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上;闭合电源开关,用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压;将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上,另一个作为副线圈,接上小灯泡;将原线圈与副线圈对调,重复以上步骤。(1)以上操作的合理顺序是_(填步骤前数字序号);(2)如图所示,在实验中,两线圈的匝数n1=1 600,n2=400,当将n1作原线圈时,原线圈两端电压为16 V,副线圈两端电压为4 V;n1与n2对调后,原线圈两端电压为8 V时,副线圈两端电压为32 V,那么可初步确定,变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是_。【解析】(1)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中,首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上;再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上,另一个作为副线圈,接上小灯泡;闭合电源开关,用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压;最后将原线圈与副线圈对调,重复以上步骤。(2)两线圈的匝数n1=1 600,n2=400,当将n1作原线圈时,原线圈两端电压为16 V,副线圈两端电压为4 V;当n1与n2对调后,原线圈两端电压为8 V时,副线圈两端电压为32 V,由以上数据可得:=。答案:(1)(2)=14.(5分)为了探究交变电流的电动势最大值跟哪些因素有关,现将几个单匝面积S、匝数N均相等的闭合线圈都放在同一有界匀强磁场中,使其绕如图中所示的固定转轴(虚线)以相同的转速n匀速转动,所产生的正弦交变电流的电动势最大值分别用“EmA”“EmB”“EmC”和“EmD”表示,则EmA_EmB,EmB_EmC,EmC_EmD(均选填“”“EmD EmC。答案:=三、计算题(本题共4小题,共42分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)15.(8分)如图所示,圆形线圈共100匝,半径为r=0.1 m,在匀强磁场中绕过直径的轴OO匀速转动,磁感应强度B=0.1 T,角速度为= rad/s,电阻为R=10 ,求:(1)线圈由图示位置转过90时,线圈中的感应电流为多大?(2)写出线圈中电流的表达式(磁场方向如图所示,图示位置为t=0时刻)。(3)线圈转动过程中产生的热功率多大。【解析】(1)当从图示位置转过90时,线圈中有最大感应电流。最大感应电动势为Em=NBS=1000.10.12 V=30 VIm=3 A(3分)(2)由题意知i=Imsin t,即i=3sint A(2分)(3)感应电流的有效值I= A。发热功率P=I2R=10 W=45 W(3分)答案:(1)3 A(2)i=3sin t A(3)45 W16.(9分)如图所示,理想变压器原线圈接到220 V的交流电源上,副线圈的匝数为30,与一标有“12 V12 W”字样的灯泡L连接,灯泡正常发光。副线圈的输出电压为110 V,电流为0.4 A。求:(1)副线圈的匝数;(2)原线圈的匝数以及通过原线圈的电流。【解析】(1)根据已知U2=12 V,n2=30;U3=110 V,由于=,(2分)得n3=n2=275。(2分)(2)由U1=220 V,根据=,得(1分)n1=n2=550;(1分) 由P1=U1I1=P2+P3=P2+I3U3=56 W,(2分)得I1=0.25 A。(1分) 答案:(1)275(2)5500.25 A17.(11分)如图甲所示,在铁芯上绕着两个线圈A和C,线圈A两端接一电源,线圈C两端接一阻值为10 的电阻R。已知线圈A的匝数为11;线圈C的电阻为5 ,匝数为7,横截面积为0.3 m2。(1)若A接的是一电动势为11 V的电池组,则电阻R两端的电压等于多少?(2)若A接某电源(电源上端为正极)使铁芯中的磁感应强度B随时间变化如图乙所示,求电阻R两端的电压值并指出流经电阻R的电流方向;(3)求(2)中t=0.35 s时刻穿过线圈C的磁通量大小。【解析】(1)根据电磁感应定律可知,若A接的是一电动势为11 V的电池组,线圈A产生稳定的磁场,穿过线圈C的磁通量不变,没有感应电动势产生,电阻R两端的电压等于零。(2分) (2)若线圈A产生如题图乙所示的磁场,根据法拉第电磁感应定律可知,线圈C产生的感应电动势E=n=nS=0.6 V。(3分) 根据闭合电路欧姆定律可知,电阻R两端的电压U=R=0.4 V,根据楞次定律可知,流经电阻R的电流方向向下。(3分)(3)分析B-t图象可知,t=0.35 s时,B=0.1 T,穿过线圈C的磁通量大小=BS=0.03 Wb。(3分) 答案:(1)零(2)0.4 V方向向下(3)0.03 Wb18.(14分)有一台内阻为1的发电机,供给一个学校照明用电,如图所示,升压变压器的匝数比为14,降压变压器的匝数比为41,输电线的总电阻R=4 。全校共22个班,每班有220 V40 W的灯6盏,若保证全部电灯正常发光,则:(1)发电机输出功率多大?(2)发电机的电动势多大?(3)输出效率是多少?(4)若使用灯数减半并正常发光,发电机输出功率是否减半?【解析】(1)降压变压器输出的功率为: P4=22640 W=5 280 W,且U3=U4=220 V=880 V,所以I2=I3= A=6 A。对升压变压器,初级输入功率:P1=P2=U2I2=(U3+I2R)I2=U3I2+R=5 424 W。(4分) 故发电机输出功率为5 424 W。(2)因为U2=U3+I2R=880 V+64 V=904 V,所以U1=U2=226 V。而U1I1=U2I2,所以I1=4I2=24 A。所以E=U1+I1r=226 V+241 V=250 V(4分)(3)=100 %=100 %=100 %97 %。(3分)(4)电灯减少一半时,nP灯=2 640 W。I2= A=3 A。所以P出=nP灯+I2R=2 640 W+324 W=2 676 W。(3分)发电机的输出功率减少一半还要多,因输电线上的电流减少一半,输电线上电功率的损失减少到原来的。答案:(1)5 424 W(2)250 V(3)97 %(4)不减半