高中物理 第五章 交变电流测评b（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B 新人教版选修3-2 (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.(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.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:D2.(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 HzB.发电机输出交变电流的电压有效值是500 VC.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:D3.(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UC.理想变压器的输入功率为rD.输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:A4.(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IA11,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:D5.(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,通过负载的电流图象如图所示,则()A.变压器输入功率约为3.9 WB.输出电压的最大值是110 VC.变压器原、副线圈匝数比是12D.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:A6.(2013山东聊城模拟)如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.13C.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:C7.(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23C.曲线a表示的交流电动势频率为25 HzD.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:AC8.(2014山东理综)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 WB.通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC.通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD.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错误;原副线圈匝数比,选项D正确。答案:BD9. (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=U1I1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:BD10.(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=n1n2B.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,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)11.(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:12.(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。由功率关系可得UI=Pa+UaIb,则Ib=0.2 A。答案:1030.2三、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)13.(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)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)nBL1L2M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。14.(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=4NBlv解得Em=2NBl2。(2)电流Im=安培力F=2NBIml解得F=。(3)一个周期内,通电时间t=TR上消耗的电能W=Rt且W=I2RT解得I=。答案:(1)2NBl2(2)(3)15.(14分)(2014北京通州模拟)十三陵抽水蓄能电站的工作原理是,在用电低谷时,电站利用电网多余电能把水抽到高处蓄水池中,到用电高峰时,再利用蓄水池中的水发电。电站利用十三陵水库为下游水库,在蟒山后上寺沟头修建上游水库。电站的年发电量约为10亿kWh,年抽水用电量约为14亿kWh。如图所示,上游水库近似视为长方体,可用于发电的库容量为V,蓄水后上游水库的平均水深为d,水位高出下游水面高度为H。已知下游水库的库容量远大于上游水库的库容量。(1)求十三陵抽水蓄能电站的总效率。(2)求能用于发电的水的最大重力势能Ep。(3)若把抽水蓄能电站产生的电能输送到北京城区。已知输电功率为P,输电线路的总阻值为R。要使输电线路上损耗的功率小于P,a.求输电电压的最小值U。b.在输电功率P一定的情况下,请提出两种能够降低输电过程中功率损耗的方法,并加以评述。解析:(1)总效率=100%=100%=71%。(2)能用于发电的水的总质量:m=V能用于发电的水的平均下落高度:h=H-所以,能用于发电