2020高中物理 第二章 交变电流单元测试 粤教版选修3-2 11页

第二章 交变电流 单元测试（粤教版选修3-2） ‎ ‎(时间：90分钟 满分：100分)‎ 一、单项选择题(本题共6小题，每小题4分，共24分)‎ ‎1．图1为某种交变电流的波形，每半个周期按各自的正弦规律变化，其有效值为( )‎ A．7A B．5 A C．‎3 A D．‎4 A ‎2．一电饭煲和一台洗衣机同时并入u＝311sin 314t V的交流电源上，均正常工作，用电流表分别测得电饭煲的电流是5 A，洗衣机的电流是0.5 A．下列说法正确的是( )‎ A．电饭煲的电阻是44 Ω，洗衣机电动机线圈电阻是440 Ω B．电饭煲消耗的功率为1 555 W，洗衣机电动机消耗的功率为155.5 W C．1 min内电饭煲消耗的电能为6.6×104 J，洗衣机电动机消耗的电能为6.6×103 J D．电饭煲的发热功率是洗衣机电动机发热功率的10倍 ‎3．如图2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实现了无级调节亮度．给该台灯接220 V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．220 V B．110 V C. V D. V 图1‎ ‎ ‎ 图2 图3‎ ‎4．如图3所示，M为理想变压器，电表均可视为理想电表，接线柱a、b接电压u＝311sin 314t V的正弦交流电源．当滑动变阻器的滑片P向上滑动时，示数发生变化的电表是( )‎ A．A1、A2 B．A2、V2‎ C．A1、A2、V2 D．A1、A2、V1、V2‎ ‎5．在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器．下图所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是( )‎ ‎ ‎ ‎6. 汽油机做功冲程开始时，汽缸中的汽油、空气混合气要靠火花塞点燃，但是汽车蓄电池的电压只有12 V，不能在火花塞中产生火花，为此设计了如图4所示的点火装置，这个装置的核心是一个变压器，它的原线圈通过开关连到蓄电池上，副线圈接到火花塞的两端，开关由机械进行自动控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，这样就能在火花塞中产生火花了，下列说法中正确的是( )‎ 图4‎ A．该设计方案不可行，因为蓄电池提供的是直流电，变压器不能改变直流电压 B．该设计方案可行，因为变压器能将直流电改变为交变电流 C．该设计方案可行，因为通过变压器原线圈的是变化的电流，可以通过变压器发生互感现象 D．该变压器可以是升压变压器，也可以是降压变压器 二、双项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)‎ ‎7．图5甲所示电路中，A1、A2、A3为相同的电流表，C为电容器，电阻R1、R2、R3‎ 的阻值相同，线圈L的电阻不计．在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示，则在t1～t2时间内( )‎ A．电流表A1的示数比A2的小 B．电流表A2的示数比A3的大 C．电流表A1和A2的示数相同 D．电流表的示数都不为零 ‎8．如图6是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的( )‎ A．周期是0.01 s B．最大值是311 V C．有效值是220 V D．表达式为u＝220sin 100πt V 图5‎ ‎ ‎ 图6 图7‎ ‎9．有一交变电流如图7所示，则由此图象可知( )‎ A．它的周期是0.8 s B．它的峰值是4 A C．它的有效值是‎2 A D．它的频率是0.8 Hz ‎10．图8中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连，Q为滑动头．现令Q从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯L两端的电压等于其额定电压为止．用I1表示流过原线圈的电流，I2表示流过灯泡的电流，U2表示灯泡两端的电压，P2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值：电功率指平均值)．下列四个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是( )‎ 图8‎ 题 号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ ‎9‎ ‎10‎ 答 案 三、填空题(本题共2小题，共12分)‎ ‎11. (6分)如图9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ω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＝________.‎ 图9‎ ‎12．(6分)某发电厂用2.2 kV的电压将电能输送到远处的用户，后改用22 kV的电压，在原有输电线路上输送同样的电功率．前后两种输电方式消耗在输电线上的电功率之比为________．要将2.2 kV的电压升高至22 kV，若变压器原线圈的匝数为180匝，则副线圈的匝数应该是________匝．‎ 姓名：________ 班级：________ 学号：________ 得分：________ 四、解答题(本题共4小题，共40分)‎ ‎13. (8分)如图10所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为l1，宽度为l2，共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO′匀速运动，沿转轴OO′方向看去，线圈转动沿逆时针方向，t＝0时刻线圈平面与磁感线垂直．‎ 图10‎ ‎(1)表示出线圈经过图示位置时通过电阻R的感应电流的方向．‎ ‎(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式．‎ ‎(3)求线圈从t＝0位置开始到转过90°的过程中的平均电动势．‎ ‎(4)求线圈从t＝0位置开始到转过60°时的瞬时电流．‎ ‎14. (8分)黑光灯是利用物理方法灭蛾杀虫的一种环保型设备，它发出的紫色光能够引诱害虫飞近黑光灯，然后被黑光灯周围的交流高压电网“击毙”．如图11所示是高压电网的工作电路．高压电网是利用变压器将有效值为220 V的交流电压变成高压，高压电网相邻两极间距离为0.5 cm，已知空气在常温常压下的击穿电压为6 220 V/cm，为防止空气被击穿而造成短路，变压器的原、副线圈匝数比不得超过多少？‎ 图11‎ ‎15.(12分) 如图12所示，变压器原线圈输入电压为220 V，副线圈输出电压为36 V，两只灯泡的额定电压均为36 V，L1额定功率为12 W，L2额定功率为6 W．试求：‎ 图12‎ ‎(1)该变压器的原副线圈匝数比．‎ ‎(2)两灯均工作时原线圈的电流以及只有L1工作时原线圈中的电流．‎ ‎16. (12分)某村在较远的地方建立了一座小型水电站，发电机的输出功率为100 kW，输出电压为500 V，输电导线的总电阻为10 Ω，导线上损耗的电功率为4 kW，该村的用电电压是220 V.‎ 图13‎ ‎(1)输电电路如图13所示，求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比；‎ ‎(2)如果该村某工厂用电功率为60 kW，则该村还可以装“220 V 40 W”的电灯多少盏？‎ 答案 ‎1．B [根据有效值的定义得 Q＝2R＋2R＝I2RT，‎ 解得I＝5 A，故B正确．]‎ ‎2．C ‎3．B [本题考查电压的有效值的计算．设电压的有效值为U，根据有效值定义有 ·＝T，解得B项正确．]‎ ‎4．A [由变压器特点，可知＝，只要n1、n2的比值不变，U1不变，那么U2也不变；由＝知：原线圈中电流因副线圈中电流的改变而改变，因滑动变阻器的电阻变化，A2的示数变化，所以A1的示数也会发生变化，故应选A.]‎ ‎5．A [电流互感器串联在电路中，且连电流表的线圈电流小，由＝知：电流小的线圈匝数多，故A正确．]‎ ‎6．C [变压器只能改变交变电流的原因是如果在原线圈上接恒定电压，则线圈的磁通量保持不变，从而不能产生感应电动势，副线圈中也就没有输出电压了．在本装置中，开关的闭合、断开，导致电流不断地变化，从而使得磁通量不断地变化，能够使变压器工作．]‎ ‎7．BC [理想变压器原、副线圈的磁场变化情况相同，由图乙知原线圈的磁场均匀变化，据法拉第电磁感应定律E＝＝·S知副线圈中产生恒定电流，线圈对直流电无阻碍作用，直流电不能通过电容器，所以电流表A1、A2的示数相同，A3的示数为0，B、C选项符合题意．]‎ ‎8．BC [本题考查正弦交变电流的基础知识，考查考生对正弦交流电基本知识及图象的掌握．由图象可知，该交变电压周期为0.02 s，最大值为311 V，瞬时值表达式为 u＝311sin 100πt V，A、D项错误，B项正确；有效值为 V＝220 V，C项正确．]‎ ‎9．AB [由图象可读得T＝0.8 s，f＝＝1.25 Hz，故A对，D错；又可由图象读得 Im＝4 A，故B对；因为电流并非正弦交流电，故其有效值I≠＝‎2 A，C错．]‎ ‎10．BC [滑动头向上匀速滑动，副线圈匝数均匀增加，与时间t成正比，由＝得：U2＝，故U2与t也成正比，选项C正确；随着白炽灯变亮，其本身电阻也逐渐增大，灯泡的I－t图线斜率逐渐减小，B项正确；由于副线圈输出功率增大，原线圈的输入功率也增大，由P＝UI知，输入电流也要增大，故A错；灯泡消耗的功率n2＝ ‎，所以n2与U2不成正比，即P－t图象不满足正比例函数关系，故D错．]‎ ‎11. 解析 线框转动产生交变电流Emax＝BSω，Imax＝＝BSω/R，有效值I＝＝；线框转过的过程中，ΔΦ＝BS，＝，＝，q＝Δt＝＝.‎ ‎12．100∶1 1800‎ 解析 消耗在输电线上的电功率 P损＝I2R线＝()2R线，‎ 所以P损∝，＝()2＝()2＝100∶1.‎ 由于变压器原、副线圈的电压比等于匝数比得 ＝，n2＝＝匝＝1800匝 ‎13．(1)自下而上 (2)e＝nBl‎1l2ωsin ωt ‎(3) (4) 解析 (1)根据右手定则或楞次定律判断可知，线圈中的电流方向是badcb，故流过R的电流是自下而上．‎ ‎(2)从中性面开始计时，感应电动势随时间按正弦规律变化，且最大感应电动势Em＝nBl‎1l2ω，所以感应电动势的瞬时值表达式为e＝nBl‎1l2ωsin ωt.‎ ‎(3)＝n＝n＝ ‎(4)线圈从t＝0开始转过60°时，瞬间电流为i＝＝＝ ‎14. 解析 电网两极间电场可看做匀强电场Um＝Emd，由题意，空气被击穿时Em＝6 220 V/cm，Um＝6 220×0.5 V＝3110 V 由理想变压器电压关系：＝ 由峰值与有效值关系：Um＝U2‎ 由以上各式，得＝ 所以原、副线圈匝数比不得超过1∶10.‎ ‎15．(1)55∶9 (2)0.082 A 0.055 A 解析 (1)由变压比公式得 ＝代入数据，得 ＝＝ ‎(2)两灯均工作时，由能量守恒得 P1＋P2＝U1I1‎ I1＝＝ A ‎＝0.082 A 只有L1灯工作时，由能量守恒得 P1＝U1I1′‎ 解得I1′＝＝ A＝0.055 A ‎16．(1)1∶10 240∶11 (2)900盏 解析 (1)因为P损＝IR线 所以I2＝ ＝ A＝20 A I1＝＝ A＝200 A 则＝＝＝ U3＝U2－I2R线＝(500×10－20×10) V＝4 800 V 则＝＝＝ ‎(2)设还可装灯n盏，据降压变压器输入功率等于输出功率有P3＝P4‎ 其中P4＝(n×40＋60×103) W P4＝P3＝(100－4) kW＝96 kW 所以n＝900.‎