高中物理 第五章 交变电流测评a（含解析）新人教版选修3-2

【优化设计】2015-2016学年高中物理 第五章 交变电流测评A 新人教版选修3-2 (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.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 VB.频率是100 HzC.有效值是25 VD.周期是0.02 s解析:从中性面开始计时,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:D2.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:C3.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:C4.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 AB.380 V和9.1 AC.240 V和5.3 AD.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=220 V=380 V,I1= A=9.1 A,故选项B正确。答案:B5.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 VD.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,A错,B对。答案:B6.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) VD.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,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:C7.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:C8.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:AC9.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 AB.原、副线圈匝数比为12C.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=220 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:AC10.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 VB.开关闭合时,交流电压表的读数为311 VC.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)11.(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:3621.612.(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。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)13.(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)发电机的路端电压为U=IR=27.58 V=220 V。答案:(1)27.5 A(2)6 050 W7 562.5 W(3)220 V14.(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 V6 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) 15.(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 V40 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,升压变压器副线圈中的电流为I2、两端电压为U2、功率P2,降压变压器原线圈中的电流为I3、两端电压为U3、功率P3,降压变压器副线圈中的电流为I4、两端电压为U4、功率P4,由题意得U4=220 V,P4=22640 W=5 280 W,I4=24 A。由得U3