【物理】2020届一轮复习人教版第十三章　交变电流　电磁场与电磁波作业（北京专用） 9页

第十三章　交变电流　电磁场与电磁波 全章闯关检测 一、选择题 ‎1.一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO'匀速转动,线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中。通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是(　　)‎ A.t1、t3时刻通过线圈的磁通量变化率最大 B.t1、t3时刻线圈中感应电流方向改变 C.t2、t4时刻线圈中磁通量最大 D.t2、t4时刻线圈中感应电动势最小 答案　B　磁通量为零,线圈平面在与中性面垂直的位置,磁通量变化率最大,电动势最大;磁通量最大,线圈平面在中性面上,磁通量变化率为零,经过此位置,电流方向要改变,故选B。‎ ‎2.关于电磁场和电磁波,下列说法中正确的是(　　)‎ A.均匀变化的电场在它的周围产生均匀变化的磁场 B.电磁波既有横波,也有纵波 C.电磁波和机械波一样依赖于媒质传播 D.只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场,就能产生电磁波 答案　D　根据麦克斯韦电磁场理论可知,均匀变化的电场在它的周围产生稳定的磁场,知A错;因电磁波中每一处的电场强度和磁感应强度总是互相垂直的,且与波的传播方向垂直,所以电磁波是横波,B错误;电磁波可以在真空中传播,传播不需要介质,C错误;只要空间中某个区域有振荡的电场或磁场,就在周期性变化的电场周围产生相同周期变化的磁场,周期性变化的磁场周围产生相同周期变化的电场,这样由近及远传播,形成了电磁波,D正确。‎ ‎3.一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示,由图可知(　　)‎ A.该交流电的电压的有效值为100 V B.该交流电的频率为25 Hz C.该交流电压瞬时值的表达式为u=100 sin 25t V D.若将该交流电压加在阻值为100 Ω的电阻两端,则该电阻消耗的功率为100 W 答案　B　由图像可知该交变电流的电压有效值u=‎100‎‎2‎ V=50‎2‎ V,周期为4×10-2 s,所以频率为25 Hz,A错误,B正确;由ω=‎2πT=50π rad/s,得该交流电压瞬时值表达式为u=100 sin 50π·t(V),故选项C错误;该交流电加在阻值为100 Ω的电阻两端,该电阻消耗的功率P=U‎2‎R=50 W,故选项D错误。‎ ‎4.一个边长为6 cm的正方形金属线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,电阻为0.36 Ω。磁感应强度B随时间t的变化关系如图所示,则线框中感应电流的有效值为(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A.‎2‎×10-5 A B.‎6‎×10-5 A C.‎2‎‎2‎×10-5 A D.‎3‎‎2‎‎2‎×10-5 A 答案　B　由法拉第电磁感应定律和欧姆定律可得0~3 s内产生的感应电动势E=ΔBΔt·S,产生的感应电流I1=ER=ΔB·SΔt·R=2×10-5 A,3~5 s内产生的感应电流I2=3×10-5 A,且与0~3 s内方向相反,于是可作出i随时间t变化的图像如图所示。‎ 由有效值的定义得I‎1‎‎2‎Rt1+I‎2‎‎2‎Rt2=I2Rt,代入数据可得I=‎6‎×10-5 A,故B选项正确。‎ ‎5.如图,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1, 和 均为理想电表,灯泡电阻RL=6 Ω,AB两端电压u1=12‎2‎ sin 100πt(V)。下列说法正确的是(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A.电流频率为100 Hz B. 的读数为24 V C. 的读数为0.5 A D.变压器输入功率为6 W 答案　D　由u1=12‎2‎ sin 100πt(V)可知,Um=12‎2‎ V,ω=100πHz,则频率f=ω‎2π=50 Hz,A项错误。U1=Um‎2‎=12 V,U2=n‎2‎n‎1‎·U1=6 V,B项错误。I2=U‎2‎RL=1 A,C项错误。P1=P2=U2I2=6 W,D项正确。‎ ‎6.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0 Ω,现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡,如图乙所示,则(　　)‎ A.电压表的示数为220 V B.电路中的电流方向每秒钟改变50次 C.灯泡实际消耗的功率为484 W D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J 答案　D　电动势的有效值为E=‎220‎‎2‎‎2‎ V=220 V,所以电流的有效值I=ER+r=‎220‎‎95.0+5.0‎ A=2.2 A,所以电压表的示数为U=IR=2.2×95.0 V=209 V,选项A错;交流电的频率为f=‎1‎T=50 Hz,每个周期内电流方向改变2次,故每秒钟内电流方向改变100次,选项B错;灯泡实际消耗的功率为P灯=I2R=2.22×95.0 W=459.8 W,故选项C错;发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q=I2rt=2.22×5.0×1 J=24.2 J,选项D对。‎ ‎7.如图所示为模拟街头变压器通过降压给用户供电的示意图,变压器输入的交流电压可视为不变。变压器输出的低压交流电通过输电线输送给用户。定值电阻R0表示输电线的电阻,变阻器R表示用户用电器的总电阻。若变压器为理想变压器,电表为理想电表,则在变阻器的滑片P向上移动的过程中(　　)‎ A.V2示数变小 B.V1示数变大 C.A2示数变大 D.A1示数变小 答案　D　由U‎1‎U‎2‎=n‎1‎n‎2‎知,在变压器原、副线圈匝数不变时,U1不变,则U2不变,故A、B均错误;变阻器的滑片P向上移动,副线圈中负载电阻增大,由I2=U‎2‎R‎0‎‎+R可知,当R增大时,I2减小,即A2示数减小,又由I‎1‎I‎2‎=n‎2‎n‎1‎,可知当I2减小时,I1随之变小,即A1示数变小,故C错误,D正确。‎ ‎8.过强的电磁辐射对人体有很大危害,影响人的心血管系统,使人心悸、失眠、白细胞减少、免疫功能下降等。按照有关规定,工作场所的电磁辐射强度(单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量)不得超过0.5 W/m2。一个人距离无线电通讯装置50 m,为保证此人的安全,无线电通讯装置的电磁辐射功率至多是(　　)‎ A.4.51 kW B.3.14 kW C.15.7 kW D.0.78 kW 答案　C　根据题意,要使此人是安全的,则此处的辐射功率小于或者等于0.5 W/m2,则可得:P‎4πR‎2‎=0.5 W/m2,所以P=4πR2×0.5 W=4×3.14×502×0.5 W=15.7 kW,所以C正确。‎ ‎9.某水电站,用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户,其输出电功率是3×106 kW。现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是(　　)‎ A.输电线上输送的电流大小为2.0×105 A B.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV C.若改用5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108 kW D.输电线上损失的功率为ΔP=U2/r,U为输电电压,r为输电线的电阻 答案　B　输电线上输送的电流为I=PU=‎3×1‎0‎‎6‎×1‎‎0‎‎3‎‎500×1‎‎0‎‎3‎ A=6×103 A,A错;输电线上损失的电压为U损=Ir=6×103×2.5 V=1.5×104 V=15 kV,B项正确;当用 5 kV电压输电时,输电线上损失的功率若超过3×106 kW,与实际情况不符,故C项错误;当用公式ΔP=U‎2‎r 计算损失的功率时,U为输电线上损失的电压而不是输电电压,D项错误。‎ ‎10.用遥控器调换电视频道的过程,实际上就是传感器把光信号转换成电信号的过程,下列属于这类传感器的是(　　)‎ A.红外报警装置 B.走廊照明灯的声控装置 C.自动洗衣机中的压力传感装置 D.电饭煲中控制加热和保温的温控器 答案　A　红外报警装置是把光信号转换成电信号的装置,故A正确。走廊照明灯的声控装置是将声音信号转换为电信号;自动洗衣机中的压力传感装置是将力信号转换为电信号;电饭煲中的温控器是将温度信号转换为电信号,故B、C、D均错误。‎ 二、非选择题 ‎11.如图所示是“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验装置,下列说法正确的是(　　)‎ A.与灯泡连接的线圈叫原线圈 B.测量变压器输出电压要用直流电压表 C.若只增加副线圈的匝数,变压器的输出电压变大 D.若只增加副线圈的匝数,变压器的输出电压变小 答案　C　与灯泡连接的线圈叫副线圈,A错;变压器输入和输出均为交流电压,其测量要用交流电压表,B错; 由关系U‎1‎U‎2‎=n‎1‎n‎2‎知,增加副线圈的匝数,变压器的输出电压变大,C对D错。‎ ‎12.利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器,一般体积很小,可以用来测量很小范围内的温度变化,反应快,而且精确度高。‎ ‎(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变　　　　(选填“大”或“小”)。 ‎ ‎(2)上述电路中,我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图甲所示),则25 ℃刻度应在20 ℃刻度的　　　　(选填“左”或“右”)侧。 ‎ ‎(3)将该热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化,请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。‎ 答案　(1)小　(2)右　(3)见解析图 ‎ 解析　(1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时,电阻增大。故电路中电流会变小。‎ ‎　　(2)由(1)的分析知,温度越高,电流越大,25 ℃的刻度应对应较大电流,故在20 ℃的刻度的右侧。‎ ‎(3)电路如图所示。‎ ‎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α均为‎4‎‎9‎π,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ω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。‎ 答案　(1)2NBl2ω　(2)‎4N‎2‎B‎2‎l‎3‎ωr+R　(3)‎‎4NBl‎2‎ω‎3(r+R)‎ 解析　(1)bc、ad边的运动速度v=ωl‎2‎ 感应电动势Em=4NBlv 解得Em=2NBl2ω ‎(2)电流Im=Emr+R,安培力F=2NBIml 解得F=‎‎4N‎2‎B‎2‎l‎3‎ωr+R ‎(3)一个周期内,通电时间t=‎4‎‎9‎T R上消耗的电能W=Im‎2‎Rt且W=I2RT 解得I=‎‎4NBl‎2‎ω‎3(r+R)‎ ‎14.如下图所示,一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的市电上,向额定电压为18 V的霓虹灯供电,使它正常发光。为了安全,需在原线圈回路中接入熔断器,若副线圈电路中电流超过12 A时,熔丝就熔断。‎ ‎(1)求变压器原副线圈匝数比。‎ ‎(2)熔丝的熔断电流是多大?‎ ‎(3)当副线圈电路中电流为10 A时,变压器的输入功率是多大?‎ 答案　(1)‎110‎‎9‎　(2)0.98 A　(3)180 W 解析　(1)由变压器的变压关系得U‎1‎U‎2‎=n‎1‎n‎2‎,所以n‎1‎n‎2‎=‎220‎‎18‎=‎110‎‎9‎。‎ ‎(2)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2,根据理想变压器的输入功率等于输出功率,有 I1U1=I2U2‎ 当I2=12 A时,I1即为熔断电流 代入数据,得I1=0.98 A ‎(3)设副线圈中电流为I2'=10 A时,变压器的输入功率为P1,根据理想变压器的输入功率等于输出功率,有 P1=I2'U2,代入数据得,P1=180 W ‎15.发电机的端电压为220 V,输出电功率为44 kW,输电导线的电阻为0.2 Ω,如果用原、副线圈匝数之比为1∶10 的升压变压器升压,经输电线路后,再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户。‎ ‎(1)画出全过程的线路图;‎ ‎(2)求用户得到的电压和功率;‎ ‎(3)若不经过变压而直接送到用户,求用户得到的功率和电压。‎ 答案　见解析 解析　该题是输电线路的分析和计算问题,结合电路结构和输电过程中的电压关系和电流关系可解此题。‎ ‎(1)线路图如图所示:‎ ‎(2)升压变压器副线圈上的输出电压U2=n‎2‎n‎1‎U1=2 200 V 升压变压器副线圈上的输出电流I2=n‎1‎n‎2‎I1‎ 升压变压器原线圈上的输入电流,由P=U1I1得 I1=PU‎1‎=‎44×1‎‎0‎‎3‎‎220‎ A=200 A 所以I2=n‎1‎n‎2‎I1=20 A 输电线路上的电压损失和功率损失分别为 UR=I2R=4 V,PR=I‎2‎‎2‎R=0.08 kW 加到降压变压器原线圈上的输入电流和电压分别为 I3=I2=20 A,U3=U2-UR=2 196 V 降压变压器副线圈上的输出电压和电流分别为 U4=n‎4‎n‎3‎U3=219.6 V,I4=n‎3‎n‎4‎I3=200 A 用户得到的功率P4=U4I4=43.92 kW。‎ ‎(3)若不采用高压输电,线路损失电压为UR'=I1R=40 V 用户得到的电压U'=U1-UR'=180 V 用户得到的功率为P'=U'I1=36 kW。‎ ‎16.三峡水利枢纽工程是长江流域治理开发的关键工程,建成后将是中国规模最大的水利工程,枢纽控制流域面积1×106 km2‎ ‎,占长江流域面积的56%,坝址处年平均水流量Q=4.51×1011 m3。水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面,在发电方面,三峡电站安装水轮发电机组26台,总装机容量(26台发电机组同时工作时的总发电功率)P=1.82×107 kW,年平均发电约W=8.40×1010 kW·h,该工程于2009年全部竣工,电站主要向华中、华东电网供电,以缓解这两个地区的供电紧张局面,阅读上述资料,解答下列问题。(水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,取重力加速度g=10 m/s2)‎ ‎(1)若三峡电站上下游水位差按H=100 m计算,试推导三峡电站将水流的势能转化为电能的效率η的公式,并计算出效率η的数值。‎ ‎(2)若26台发电机组全部建成并发电,要达到年发电量的要求,每台发电机组平均年发电时间t为多少天?‎ ‎(3)将该电站的电能输送到华中地区,送电功率P1=4.5×106 kW;采用超高压输电,输电电压U=500 kV,而发电机输出的电压约U0=18 kV,要使输电线上损耗的功率等于输送电功率5%,求发电站的升压变压器原、副线圈的匝数比和输电线路的总电阻。‎ 答案　(1)η=WρghQ　67.1%‎ ‎　　(2)192.3天　(3)9∶250　2.78 Ω 解析　(1)电站的能量转化效率为 η=W电W机=W年电ρVgH=‎WρgHQ 代入数据解得 η=‎8.40×1‎0‎‎10‎×3600×1000‎‎1.0×1‎0‎‎3‎×4.51×1‎0‎‎11‎×10×100‎×100%=67.1%。‎ ‎(2)根据P=Wt得 t=WP=‎8.40×1‎‎0‎‎10‎‎1.82×1‎0‎‎7‎×24‎天=192.3天。‎ ‎(3)升压变压器的匝数比为 n‎1‎n‎2‎‎=U‎0‎U=‎18×1‎0‎‎3‎ V‎500×1‎0‎‎3‎ V=‎‎9‎‎250‎ 根据P1=IU得 I=9.0×103 A 由P损=I2R=5%P1‎ 解得R=2.78 Ω。‎