高中物理选修3-2交变电流单元测试

交变电流单元测试一、选择题(本大题包括10小题，每小题4分，共40分。)1．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，产生正弦式电流i＝Imsinωt，若保持其他条件不变，使发电机线圈匝数及转速各增加一倍，则电流的变化规律为()A．i＝2Imsin2ωtB．i＝4Imsin2ωtC．i＝2ImsinωtD．i＝4Imsinωt2．在如图1所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流；L是一个25mH的高频扼流圈，C是一个100pF的电容器，R是负载电阻.下列说法中正确的是()图1A．L的作用是“通低频，阻高频”B．C的作用是“通交流，隔直流”C．C的作用是“通高频，阻低频”图1D．通过R的电流中，低频交流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比3．将阻值为5Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图所示。下列说法正确的是()A．电路中交变电流的频率为0.25HzB．通过电阻的电流为2AC．电阻消耗的电功率为2.5WD．用交流电压表测得电阻两端的电压是5V4．一矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的磁通量Φ随时间t的变化如图3所示，下列说法中正确的是()图3A．t1时刻感应电动势为零B．t2时刻感应电动势最大C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大D．每当E变换方向时，通过线圈的磁通量的绝对值都为最大5．利用超导材料零电阻的性质，可实现无损耗输电.现有一直流电路，输电线的总电阻为0.4Ω，它提供给用电器的电功率为40kW，电压为800V．如果用临界温度以下的超导电缆替代原来的输电线，保持供给用电器的功率和电压不变，那么节约的电功率为()A．1kWB．1.6×103kWC．1.6kWD．10kW6．一理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，如图4所示.如果负载电阻的滑动片向上移动.则图中所有交流电表的读数及输入功率变化情况正确的是(均为理想电表)()图4A．V1、V2不变，A1增大，A2减小，P增大B．V1、V2不变，A1、A2增大，P增大C．V1、V2不变，A1、A2减小，P减小D．V1不变，V2增大，A1减小，A2减小，P减小7．如图甲所示，为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件(不分得电压)实现了无级调节亮度。给该台灯接220V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．220VB．110VC.2202VD．1102V8.交变电流电压的有效值为6V，它和电阻R1、R2及电容器C、电压表一起连接成如图所示的电路，图中电压表的读数为U1，为了保证电容器C不被击穿，电容器的耐压值为U2，电容器在电路中正常工作，则()A．U1＝62VU2＝6VB．U1＝6VU2＝32VC．U1＝62VU2≥6VD．U1＝6VU2≥62V9．如图所示，为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示．当开关S闭合后()A．A1示数变大，A1与A2示数的比值不变B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变10.如图所示，为了减少输电线路中电力损失，发电厂发出的电通常是经过变电所升压后通过远距离输送，再经变电所将高压变为低压．某变电所将电压u0＝110002sin100πtV的交流电降为220V供居民小区用电，则变电所变压器()A．原、副线圈匝数比为：1B．副线圈中电流的频率是50HzC．原线圈的导线比副线圈的要粗D．输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和11．(分)有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示．它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线．(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，由此可推断________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)．(2)如果把它看成理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有，一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源．请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)．________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________A线圈的匝数为nA＝________.(用所测物理量符号表示)三、计算题(每分，共50分)12．如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直.线圈匝数n＝40，电阻r＝0.1Ω，长l2＝0.05m，宽l2＝0.04m，角速度ω＝100rad/s，磁场的磁感应强度B＝0.2T．线圈两端外接电阻R＝9.9Ω的用电器和一个交流电流表.求：(1)线圈中产生的最大感应电动势；(2)电流表的读数；(3)用电器上消耗的电功率.13．交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动。一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝2πT。如果用此发电机带动两个标有“220V11kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器，电路如下图。求：(1)发电机的输出电压为多少？(2)变压器原副线圈的匝数比为多少？(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少？14如图所示，匀强磁场磁感应强度B＝0.5T，匝数为n＝50匝的矩形线圈，绕垂直于匀强磁场的转轴OO′匀速转动，每匝线圈长为L＝25cm，宽为d＝20cm.线圈每分钟转动1500转，在匀速转动过程中，从线圈平面经过图示位置时开始计时．(1)写出感应电动势e的瞬时值表达式；(2)若每匝线圈本身电阻r＝0.02Ω，外接一阻值为13Ω的用电器，使线圈与外电路组成闭合电路，写出感应电流i的瞬时值表达式；(3)若从线圈平面垂直于磁感线的位置开始计时，感应电动势e′和感应电流i′的瞬时值表达式如何？(4)画出(1)(2)中的e－t、i－t图象．15．如图所示，一小型发电机通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率P1＝50kW，输出电压U1＝500V，升压变压器原、副线圈匝数比为n1n2＝，两个变压器间的输电导线的总电阻R＝15Ω，降压变压器的输出电压U4＝220V，变压器本身的损耗忽略不计，求：(1)升压变压器副线圈两端的电压U2(2)输电线上损耗的电功率P损(3)降压变压器原、副线圈的匝数比n3n4单元综合测试答案(交变电流)1．转速加倍则ω＝2πn也加倍，电流的最大值Im也加倍故i＝2Imsin2ωt选项A正确.答案：A2．由电抗和电容对交变电流的作用可知，A、C、D正确.答案：ACD3、答案：C解析：由e－t图象可知，周期T＝4×10－2s，电压峰值Um＝5V，所以频率f＝1T＝25Hz，A错误；电压有效值U＝Um2＝522V，D错误；电流有效值I＝UR＝22A，B错误；电阻消耗功率P＝I2R＝2.5W，C正确。4．t1、t3时刻线圈中的磁通量为零，但变化率最大，感应电动势最大；而磁通最大时，变化率为零，感应电动势为零，当磁通量最大时，电动势E换向，故CD对.答案：CD5．用电器的额定电流为：I＝PU＝40×103800A＝50A，输电线上消耗功率P线＝I2R＝502×0.4W＝1000W＝1kW.所以若采用超导材料则线路上的损耗将被节约.答案：A6．理想变压器输入电压不变，则输出电压不变，故表V1，V2示数不变；滑片P向上移，使负载电阻增大，因而，副线圈中的电流I2减小，由于电压比不变，故原线圈中的电流也将减小；输出功率P出＝U2I2减小，P入＝P出，因而输入功率也将减小.答案：C7.答案：C解析：设交流电的有效值为U，将交流电与直流电分别通过相同电阻R，分析一个周期内热量：交流电Q＝Um22R·T4＋Um22R·T4直流电Q＝U2RT解得：U＝2202V8、【解析】电压表读数为交流电压的有效值，所以电压表读数U1＝6V，电容器耐压值应大于交流电压的最大值，U2≥62V.【答案】D9、【解析】由U1U2＝n1n2知，开关S闭合后，V2示数不变，V1与V2示数的比值不变，故选项C错误，选项D正确；开关S闭合后，副线圈闭合回路的总电阻R减小，由I2＝U2R知，I2变大，由I1I2＝n2n1知，A1示数变大，且A1与A2示数的比值不变，故选项A正确．【答案】AD10、【解析】u0＝110002sin100πtV中的110002指的是电压的峰值，有效值为11000V，则原、副线圈之间的匝数之比等于两线圈的电压之比，即：1，A正确；由ω＝100π可得频率为50Hz，变压器不改变电流的频率，因此，副线圈的频率也是50Hz，B正确；电流与匝数成反比，即原线圈的电流比副线圈电流要小，因此，副线圈的导线要比原线圈粗，C错误；居民小区各个用电器都是并联的，它们的电流总和等于副线圈中的电流，故D错误．【答案】AB11、【解析】(1)由图乙可知a位置的阻值大于b位置的阻值，由电阻定律可得A线圈的匝数多于B线圈的匝数．(2)①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈．②把低压电源接B线圈，测得线圈的输出电压U.③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈输出电压UA.nA＝UAUn【答案】(1)A(2)步骤见解析nA＝UAUn12．解析：(1)Em＝nBωS＝nBωl1l2＝1.6V.(2)Im＝EmR＋r＝0.16A，电流表读数为有效值I＝Im2＝0.11A.(3)P＝I2R＝0.12W.答案：(1)1.6V(2)0.11A(3)0.12W13、答案：(1)1100V(3)20A解析：(1)根据Em＝NBSω＝11002V得输出电压的有效值为U1＝Em2＝1100V(2)根据U1U2＝n1n2得n1n2＝51(3)根据P入＝P出＝2.2×104W再根据P入＝U1I1，解得I1＝20A14、【解析】(1)线圈匝数n＝50，磁场的磁感应强度B＝0.5T，线圈转动的角速度ω＝2πf＝2π×150060rad/s＝50πrad/s，线圈的面积S＝Ld＝0.05m2所以Em＝nBSω＝50×0.5×0.05×50πV≈196V从图示位置计时，有e＝Emcosωt＝196cos(50πt)V.(2)若r＝0.02Ω，则r′＝50r＝0.02×50Ω＝1ΩR总＝R＋r′＝13Ω＋1Ω＝14ΩIm＝EmR总＝19614A＝14A所以i＝Imcosωt＝14cos(50πt)A(3)若从线圈平面与磁感线垂直的位置开始计时，即从中性面开始计时，感应电动势和感应电流的瞬时值表达式分别为e′＝196sin(50πt)V，i′＝14sin(50πt)A.(4)因为ω＝50π，所以T＝2πω＝0.04s，Em＝196V，Im＝14A(1)(2)中的e－t、i－t图象分别如图甲、乙所示．15、【答案】见解析答案：(1)2500V(2)6000W解析：(1)因为U1U2＝n1n2，所以U2＝n2n1U1＝2500V(2)P2＝P1＝50kW输电线中电流I2＝P2U2＝500002500A＝20A则P损＝I22R线＝202×15W＝6000W(3)用户得到功率P4＝P2－P损＝44000W所以降压变压器副线圈电流I4＝P4U4＝44000220A＝200A故n3n4＝I4I2＝101