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1、【优化设计优化设计】2015-2016】2015-2016 学年高中物理学年高中物理 第五章第五章 交变电流测评交变电流测评 A A 新新人教版选修人教版选修 3-23-2 (基础过关卷基础过关卷)一、选择题(本题共 10 小题,每小题 5 分,共 50 分。其中第 17 题为单选题;第 810 题为多 选题,全部选对得 5 分,选不全得 2 分,有选错或不答的得 0 分) 1 1.某小型发电机产生的交变电动势为e=50sin(100t) V。对此电动势,下列表述正确的有( )A.最大值是 50 V B.频率是 100 Hz C.有效值是 25 V D.周期是 0.02 s 解析:从中性面开始
2、计时,交变电动势的表达式为e=Emsin t,因e=50sin(100t)V,所以 最大值Em=50 V,A 错误;由=2f=100 rad/s 得f=50 Hz,B 错误;有效值E=25 V,C 错 误;T=0.02 s,D 正确。 答案:D 2 2.矩形线框绕垂直于匀强磁场且沿线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流,下列说法正确 的是( ) A.当线框位于中性面时,线框中感应电动势最大 B.当穿过线框的磁通量为零时,线框中的感应电动势也为零 C.每当线框经过中性面时,感应电动势或感应电流方向就改变一次 D.线框经过与中性面垂直的位置时,各边不切割磁感线 解析:线框位于中性面时,线框平面与磁感
3、线垂直,穿过线框的磁通量最大,但此时切割磁感 线的两边速度方向与磁感线平行,即不切割磁感线,穿过线框的磁通量的变化率等于零,所以 电动势等于零,感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变。线框垂直于中性面时,穿过线 框的磁通量为零,切割磁感线的两边的速度与磁感线垂直,有效切割磁感线速度最大,此时穿 过线框的磁通量的变化率最大,所以感应电动势最大,故 C 正确。 答案:C 3 3.某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电,用户通过降压变压器用电。若发电厂输出 电压为U1,输电导线总电阻为R,在某一时段用户需求的电功率为P0,用户的用电器正常工作 的电压为U2。在满足用户正常用电的情况下,下列说法正确
4、的是( ) A.输电线上损耗的功率为 B.输电线上损耗的功率为 C.若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电 D.采用更高的电压输电会降低输电的效率 解析:设发电厂输出功率为P,则输电线上损耗的功率 P=P-P0,P=I2R=,A、B 项错误;采 用更高的电压输电,可以减小导线上的电流,故可以减少输电线上损耗的功率,C 项正确;采 用更高的电压输电,输电线上损耗的功率减少,则发电厂输出的总功率减少,故可提高输电的 效率,D 项错误。 答案:C 4 4.自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调 压变压器的电路如图所示,其副线圈匝数可调。已知变压器线圈
5、总匝数为 1 900 匝,原线圈 为 1 100 匝,接在有效值为 220 V 的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时,负载R上 的功率为 2.0 kW。设此时原线圈中电流有效值为I1,负载两端电压的有效值为U2,且变压器是理想的,则U2和I1分别约为( )A.380 V 和 5.3 A B.380 V 和 9.1 A C.240 V 和 5.3 A D.240 V 和 9.1 A 解析:由理想变压器原、副线圈中电压、电流及功率关系可得:,U1I1=P2。所以,当变压器输 出电压调至最大时,副线圈的匝数也最大为n2=1 900 匝,负载R上的功率也最大,为 2.0 kW,则 U2=U1=22
6、0 V=380 V,I1= A=9.1 A,故选项 B 正确。 答案:B 5 5.在匀强磁场中,一矩形金属框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动,如图甲所示,产生的交变电 动势的图象如图乙所示,则( )A.t=0.005 s 时线框的磁通量变化率为零 B.t=0.01 s 时线框平面与中性面重合 C.线框产生的交变电动势有效值为 311 V D.线框产生的交变电动势频率为 100 Hz 解析:由题图知,该交变电流电动势峰值为 311 V,交变电动势频率为f=50 Hz,C、D 错; t=0.005 s 时,e=311 V,磁通量变化最快,t=0.01 s 时,e=0,磁通量最大,线圈处于中性面位 置,
7、A 错,B 对。 答案:B 6 6.下图中甲、乙分别表示两种电压的波形,其中图甲所示电压按正弦规律变化。下列说法正 确的是( )A.图甲表示交流电压,图乙表示直流电压 B.两种电压的有效值相等 C.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=311sin(100t) V D.图甲所示电压经匝数比为 101 的变压器变压后,频率变为原来的 解析:因图象的纵坐标电压的正负表示电压的方向,因此两图均为交流电压,A 错;对于 正弦式交变电流才有U有效=,虽然两图的峰值相同,但题图乙非正弦式交变电流,不适用上式 有效值的求法,故 B 错;正弦式交变电流瞬时值的表达式为u=Umsin t,由图象可知Um=311 V,
8、T=210-2 s,可得=100 rad/s,代入上式得u=311sin (100t) V,故 C 对;由变压 器原理可知变压器只能根据匝数比改变电压和电流,它不会改变周期和频率,故 D 错。 答案:C 7 7.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表示电流的瞬时值 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
9、解析:交流电表的示数表示交变电流的有效值,选项 A、B 错误;滑片P向下滑动过程中,原、 副线圈的匝数n1、n2不变,U1不变,则U2=不变;R连入电路的电阻减小,则流过副线圈的电流 I2=变大,根据U1I1=U2I2,可知I1变大,选项 C 对,D 错。 答案:C 8 8.如图甲、乙两图是电子技术中的常用电路,a、b是各部分电路的输入端,其中输入的交流 高频成分用“”表示,交流低频成分用“”表示,直流成分用“”表示。关于两图中负 载电阻R上得到的电流特征是( )A.图甲中R得到的是交流成分 B.图甲中R得到的是直流成分 C.图乙中R得到的是低频成分 D.图乙中R得到的是高频成分 解析:当交变
10、电流加在电容器上时,有“通交流、隔直流,通高频、阻低频”的特性,甲图中 电容器隔直流,R得到的是交流成分,A 正确,B 错误;乙图中电容器能通过交流高频成分,阻 碍交流低频成分,R得到的是低频成分,C 正确,D 错误。 答案:AC 9 9.图甲左侧的调压装置可视为理想变压器,负载电路中R=55 ,A、V 为理想电流表和电压 表,若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压,电压表的示数为 110 V,下列表述正确的是( )A.电流表的示数为 2 A B.原、副线圈匝数比为 12 C.电压表的示数为电压的有效值 D.原线圈中交变电压的频率为 100 Hz解析:由题图乙可知原线圈两端电压的有效值U1=22
11、0 V,由,可得原、副线圈匝数之比=21,故 B 错误;电流表示数与电压表示数都为有效值,故 C 正确;电流表示数I= A=2 A,故 A 正确;由 题图乙可知T=0.02 s,所以交变电压的频率为f= Hz=50 Hz,D 错误。 答案:AC 1010.如图甲所示为电热毯电路示意图,交流电压u=311sin(100t) V,当开关 S 闭合时,电热 丝的电功率为P0;当开关 S 断开时,加在电热丝上的电压如图乙所示,则( )A.开关闭合时,交流电压表的读数为 220 V B.开关闭合时,交流电压表的读数为 311 V C.开关断开时,交流电压表的读数为 311 V,电热丝功率为 D.开关断开
12、时,交流电压表的读数为 156 V,电热丝功率为 解析:交流电压表的读数为有效值,计算热功率要用有效值。开关接通时,交流电压峰值 Um=311 V,所以有效值U=220 V,A 正确;开关断开时,取一个周期T,电热丝产生的热量减半,所 以由P=,电热丝功率为,由P=,电压有效值为=156 V,电压表示数为 156 V。故正确选项为 A、D。 答案:AD 二、填空题(本题 共 2 小题,共 16 分。把答案填在题中的横线上) 1111.(8 分)某理想变压器原、副线圈匝数比为 559,原线圈接在电压u=311sin(100t) V 的交流电源上,则与副线圈并联的电压表的读数为 V;当副线圈接上
13、60 的电灯一 盏时,变压器输入功率为 W。 解析:原线圈两端电压U1= V=220 V,由得U2=36 V,即电压表读数;副线圈的输出功率P2= W=21.6 W。 答案:36 21.6 1212.(8 分)如图所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中,线 框面积为S,电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动,线框中感 应电流的有效值I= 。线框从中性面开始转过的过程中,通过导线横截面的电荷量 q= 。 解析:电动势的最大值Em=BS,电动势的有效值E=,电流的有效值I=;q=t=t=t=。 答案: 三、解答题(本题共 3 小题,共 34 分。
14、解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步 骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位) 1313.(10 分)交流发电机电枢电阻为 2 ,感应电动势瞬时值表达式为e=389sin(100t) V, 给电阻R=8 的用电器供电,则: (1)通过用电器的电流为多少? (2)电源输出功率和发电总功率为多少?(3)发电机输出端电压为多少? 解析:(1)交流电动势的有效值为E= V=275 V 根据闭合电路欧姆定律I= A=27.5 A。 (2)发电机的输出功率即电阻消耗的电功率P出=I2R=6 050 W 电源消耗的总功率为P=EI=27527.5 W=7 562.5 W。 (3)发电机的
15、路端电压为U=IR=27.58 V=220 V。 答案:(1)27.5 A (2)6 050 W 7 562.5 W (3)220 V 1414.(12 分)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n2=31,原线圈电路中接有 一量程为 3 A 的理想交流电流表,副线圈两端接有理想交流电压表一只和可变电阻R以及若 干“6 V 6 W”的相同灯泡。输入端交变电压u的图象如图乙所示。(1)求图甲中电压表的读数。 (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。 解析:(1)根据图象可得原线圈电压的最大值U1m=27 V,其
16、有效值U1=27 V 根据得U2=9 V,此即电压表的读数。 (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=3 A 根据U1I1=U2I2 代入数据得I2=9 A 正常发光时每个灯泡中电流为I额=1 A 所以允许接入的灯泡的个数为n=9 盏。 (3)电阻两端电压为UR=U2-U额=3 V 电阻阻值为R= 。 答案:(1)9 V (2)9 盏 (3) 1515.(12 分)有一台内阻为 1 的发电机用高压输电的方法给一学校供电,已知升压变压器 的匝数比为 14,降压变压器的匝数比为 41,输电线的总电阻为 4 ,全校共有 22 个班, 每班有“220 V 40 W”的电灯 6 盏。若保证全部电灯都正常发光,试求: (1)发电机的输出功率。 (2)发电机的电动势。 (3)高压输电的效率。 解析:(1)设升压变压器原线圈中的电流为I1、两端电压为U1、功率P1,升压变压
