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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 B B 新新人教版选修人教版选修 3-23-2 (高考体验卷高考体验卷)一、选择题(本题共 10 小题,每小题 5 分,共 50 分。其中第 16 题为单选题;第 710 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.(2014江苏单科)远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为 n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器, 则下列关系式中正确的是( )A.
2、B.I2= C.I1U1=RD.I1U1=I2U2 解析:理想变压器电流与匝数的关系为,选项 A 错误;设降压变压器原线圈电压为U3,则I2=, 选项 B 错误;理想变压器没有功率损失,有I1U1=I2U2,选项 D 正确;由I1U1=R+I2U3可知,选项 C 错误。 答案:D 2 2.(2014四川理综)如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间 变化的图象,则( )A.用户用电器上交变电流的频率是 100 Hz B.发电机输出交变电流的电压有效值是 500 V C.输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定 D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小
3、解析:由图象知f=50 Hz,选项 A 错误;发电机输出交流电压的有效值为 V=250 V,选项 B错 误;输电线的电流由降压变压器原、副线圈的匝数比及负载大小决定,选项C 错误;用电器总 电阻变大,则降压器原、副线圈中电流减小,输电线上损失功率也减小,选项 D 正确。 答案:D 3 3.(2014浙江理综)如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U,用 等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端间的电压为U1。在输电 线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2。则( )A.用户端的电压为 B.输电线上的电压降为U C.理想变压器的输入功率为rD.输
4、电线路上损失的电功率为I1U 解析:根据理想变压器原、副线圈的功率相等,有U1I1=U2I2,解得用户端电压为U2=,选项 A 正确;输电线上的电压降为I1r,选项 B 错误;理想变压器的输入功率为UI1-r,选项 C 错误; 输电线路上损失的电功率为r,选项 D 错误。 答案:A 4 4.(2014福建理综)如图为模拟远距离输电实验电路图,两理想变压器的匝数n1=n42R,忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压 交流电源时( )A.A1、A2两表的示数相同 B.L1、L2两灯泡的亮度相同 C.R1消耗的功率大于R3消耗的功率 D.R2两端的电压小于R4两端的电压 解析:设两电流表示数分
5、别为IA1、IA2,则IA2=。由题意知,升压变压器的升压比与降压变压 器的降压比相等,设为k,由变压器匝数与电流、电压的关系可知,升压变压器副线圈两端电 压U2=kU,降压变压器副线圈中电流I4=kIA1,U4=I4RL=kIA1RL,则降压变压器原线圈两端电压 U3=kU4=k2IA1RL,则IA1=,解得IA1=,则1,故两灯泡亮度 不同,选项 B 错误;由P=I2R可知,PR1PR3,选项 C 错误;由U=IR可知,UR2UR4,选项 D 正确。 答案:D 5 5.(2013四川理综)用 220 V 的正弦交变电流通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电 压是 110 V,通过负载的电
6、流图象如图所示,则( )A.变压器输入功率约为 3.9 W B.输出电压的最大值是 110 V C.变压器原、副线圈匝数比是 12 D.负载电流的函数表达式i=0.05sin(100t+) A 解析:由图象知,副线圈电流的有效值I2=0.05 A,副线圈的输出功率是 P2=U2I2=1100.05 W=3.9 W,A 正确;输出电压的有效值是 110 V,B 错误;根据理想变压 器电压与匝数的关系,C 错误;从图象可以看出,交变电流的周期是 0.02 s,角速度是 100 rad/s,负载电流的函数表达式i=0.05sin 100t A,D 错误。 答案:A 6 6.(2013山东聊城模拟)如
7、图所示理想变压器原、副线圈匝数比为 12,两端分别接有四 个阻值相同的灯泡,已知 4 盏灯均能发光,则 L1和 L2的功率之比为( )A.11B.13 C.91D.31 解析:根据变压器变压公式可知,L2的电压与 L3的电压相等,功率相等。变压器原线圈中输 入电流为副线圈中输出电流的 2 倍,L1中的电流为副线圈中输出电流的 3 倍,亦即为 L2中电 流的 3 倍,由P=I2R知,L1的功率为 L2的功率的 9 倍。选项 C 正确。 答案:C 7 7.(2014天津理综)如图 1 所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速,绕 与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图象如图 2
8、 中曲线a、b所示,则( )A.两次t=0 时刻线圈平面均与中性面重合 B.曲线a、b对应的线圈转速之比为 23 C.曲线a表示的交流电动势频率为 25 Hz D.曲线b表示的交流电动势有效值为 10 V 解析:线圈经过中性面时不切割磁感线,此时感应电动势为零,选项 A 正确;由题图可知曲线 a、b的周期之比为 23,则对应的线圈转速之比为 32,选项 B 错误;曲线a的周期为 Ta=410-2 s,其频率为fa=25 Hz,选项 C 正确;曲线a、b表示的交变电流的峰值之比为, 又Ema=15 V,则Emb=10 V,Ub=Emb=5 V,选项 D 错误。 答案:AC 8 8.(2014山东
9、理综)如图,将额定电压为 60 V 的用电器,通过一理想变压器接在正弦交变电 源上。闭合开关 S 后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分 别为 220 V 和 2.2 A。以下判断正确的是( )A.变压器输入功率为 484 W B.通过原线圈的电流的有效值为 0.6 A C.通过副线圈的电流的最大值为 2.2 A D.变压器原、副线圈匝数比n1n2=113 解析:理想变压器的输入功率等于输出功率,所以有P1=U1I1=U2I2=602.2 W=132 W,选项 A 错误;原线圈电流I1=0.6 A,选项 B 正确;副线圈电流最大值I2max=I2= A,选项 C 错
10、误;原副 线圈匝数比,选项 D 正确。 答案:BD 9 9. (2014广东理综)如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合开关 S,下列说法正确的是( )A.P向下滑动时,灯 L 变亮 B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变 C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小 D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大 解析:P向上或向下滑动时,由变压器的电压特点可知,U2是不变的,灯 L 亮度也不变,A 项错 误,B 项正确;P向上滑动时,滑动变阻器的阻值减小,由P=可知,变压器的输出功率P2变大, 又理想变压器的输入功率等于输出功率,则输入功率P1也变大,由P1=U1
11、I1及U1不变可知,变 压器的输入电流变大,C 项错误,D 项正确。 答案:BD 1010.(2014课标全国)如图,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过 一理想电流表 A 接正弦交流电源,一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两 端。假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d 端的电压分别为Uab和Ucd,则( )A.UabUcd=n1n2 B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数变小 C.负载电阻的阻值越小,cd间的电压Ucd越大 D.将二极管短路,电流表的读数加倍 解析:设副线圈两端电压为U2,则有,由于二极管具有单向导电性
12、,根据有效值定义可知,T, 则Ucd=,故选项 A 错误;增大负载电阻,则变压器的输出功率减小,输入功率也减小,由 P1=UabI1可知,电流表读数减小,选项 B 正确;cd间的电压Ucd与R大小无关,选项 C 错误;将 二极管短路,变压器的输出功率P2=,为原来的 2 倍,由P2=P1=UabI1可知,电流表的读数变为 原来的 2 倍,选项 D 正确。 答案:BD 二、实验题(本题共 2 小题,共 16 分。把答案填在题中的横线上) 1111.(8 分)(2011安徽理综,19 改编)如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强 度为B。电阻为R、半径为L、圆心角为 45的扇形闭合导线框
13、绕垂直于纸面的O轴以角速 度匀速转动(O轴位于磁场边界)。则线框内产生的感应电流的有效值为 。 解析:切割磁感线产生的感应电动势为E=BL2,一个周期内有电动势的时间是,故根据有效 值定义有()2R=I2RT,解得I=。 答案: 1212.(8 分)(2011海南单科,11)如图,理想变压器原线圈与一 10 V 的交流电源相连,副线圈并联两个小灯泡a和b。小灯泡a的额定功率为 0.3 W,正常发光时电阻为 30 。已知两 灯泡均正常发光,流过原线圈的电流为 0.09 A,可计算出原、副线圈的匝数比为 ,流 过灯泡b的电流为 A。 解析:小灯泡a的额定电压Ua= V=3 V,原、副线圈的匝数比。
14、由功率关系可得UI=Pa+UaIb, 则Ib=0.2 A。 答案:103 0.2 三、解答题(本题共 3 小题,共 34 分。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)(2014北京门头沟区模拟)有人为汽车设计的一个“再生能源装置”原理简图, 如图甲所示,当汽车减速时,线圈受到磁场的阻尼作用帮助汽车减速,同时产生电能储存备用。 线圈的匝数为n,ab长度为L1,bc长度为L2。图乙是此装置的侧视图,有理想边界的两个扇 形磁场区夹角都是 90,切割处磁场的磁感应强度大小恒为B。某次测试时,外力使线圈以 角速度逆时针匀速
15、转动,电刷M端和N端接电流传感器,电流传感器记录的i-t图象如图 丙所示(I为已知量),取ab边刚开始进入左侧的扇形磁场时刻t=0。不计线圈转动轴处的摩 擦,则(1)求线圈在图乙所示位置时,产生电动势E的大小,并指明电刷M和N哪个接电源正极。 (2)求闭合电路的总电阻R和外力做功的平均功率P。 (3)为了能够获得更多的电能,依据所学的物理知识,请你提出改进该装置的三条建议。 解析:(1)感应电动势E=2nBL1v 又v=L2 得E=nBL1L2 根据右手定则,可知M端是电源正极。 (2)由电流I= 得R= 线圈转动一个周期时间内,产生电流的时间是半个周期 外力平均功率P=I2R 即P=。 (3
16、)增加磁感应强度;增加线圈匝数;增加磁场区域面积;适当增减线圈面积;变成多组线 圈等。 答案:(1)nBL1L2 M端是电源正极(2) (3)增加磁感应强度;增加线圈匝数;增加磁场区域面积;适当增减线圈面积;变成多组线 圈等。 1414.(10 分)(2012江苏单科,13)某兴趣小组设计了一种发电装置,如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为 ,磁场均沿半径方向。匝数为N的矩形 线圈abcd的边长ab=cd=l、bc=ad=2l。线圈以角速度绕中心轴匀速转动,bc和ad边同 时进入磁场。在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动 方向垂直。线圈的总电阻为r,外接电阻为R。求:(1)线圈切割磁感线时,感应电动势的大小Em。 (2)线圈切割磁感线时,bc边所受安培力的大小F。 (3)外接电阻上电流的有效值I。 解析:(1)bc、ad边的运动速度v= 感应电动势Em=
