高中物理 第五章 交变电流单元练习6 新人教版选修3-2

第五章交变电流单元练习一、单选题（本大题共8小题，共32.0分）1. 如图所示为原、副线圈匝数比为n1：n2=10：1的理想变压器，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上u1=220sin100t（V）的交变电压，则（）A. 当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22VB. 当单刀双掷开关与a连接时，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小C. 当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈输入功率变小D. 当单刀双掷开关由a扳向b时，调节滑动变阻器滑片到适当位置，有可能实现调节前、后原线圈输入功率相等2. 如图所示为某山区小型电站输电示意图，发电厂发出U1=220sin100t（V）的交流电通过变压器升压后进行高压输电，接近用户时再通过降压变压器降压给用户供电，图中高压输电线部分总电阻为r，负载端的电压表是理想交流电表，下列有关描述正确的是（）A. 若开关S1、S2都断开，则电压表示数为零B. 负载端所接收到交流电的频率为25HzC. 深夜开灯时灯特别亮是因为高压输电线上电压损失减小的缘故D. 用电高峰期灯泡较暗，可通过减少降压变压器副线圈的匝数来提高其亮度3. 如图所示，R1、R2、R3为完全相同的标准电阻甲、乙两种情况下电阻R2、R3的功率均为P，且匝数比n1：n2均为4：l，则（）A. 图甲中R1的功率2PB. 图甲中R1的功率C. 图乙中R1的功率16PD. 图乙中R1的功率4. 图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表线圈绕垂直于磁场的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动，从图甲所示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示以下判断正确的是（）A. 电流表的示数为10AB. 线圈转动的角速度为50 rad/sC. t=0.01 s 时，线圈平面与磁场方向平行D. t=0.02 s 时，线圈在中性面位置5. 某小型发电机产生的交变电动势为e=10sin10t（V），对此电动势，下列表述正确的有（）A. 最大值是5VB. 频率是10HzC. 有效值是10VD. 周期是0.2s6. 如图所示，在同一水平面内有两根足够长的光滑水平金属导轨，间距为20cm，电阻不计，其左端连接一阻值为10的定值电阻两导轨之间存在着磁感应强度为lT的匀强磁场，磁场边界虚线由多个正弦曲线的半周期衔接而成，磁场方向如图一接入电阻阻值为10的导体棒AB在外力作用下以10m/s的速度匀速向右运动，交流电压表和交流电流表均为理想电表，则（）A. 电流表的示数是AB. 电压表的示数是2VC. 导体棒运动到图示虚线CD位置时，电流表示数为零D. 导体棒上消耗的热功率为0.1W7. 如图甲所示，甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙所示发电机线圈内阻为1，外接灯泡的电阻为9恒定不变，则下列说法中正确的为（）A. 电压表的示数为6VB. 通过电阻的电流方向1秒钟改变50次C. 在0.01s时刻，穿过线圈的磁通量最大D. 产生该交变电流的线圈在磁场中匀速转动的角速度为50rad/s8. 某同学在研究电容、电感对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图所示的电路，其中L1、L2是两个完全相同的灯泡已知把开关置于3、4时，电路与交流电源连通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同，则该同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是（）A. 当开关置于3、4时，稳定后若只增加交变电流的频率，则L1变暗，L2变亮B. 当开关置于1、2时，稳定后L1、L2二个灯泡均发光且L1比L2亮C. 当开关置于1、2时，稳定后L1、L2二个灯泡均发光且亮度相同D. 在开关置于3、4的瞬间，L2立即发光，而L1亮度慢慢减弱二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）9. 如图所示为理想变压器原线圈所接交流电压的波形原、副线圈匝数比n1：n2=10：1，串联在原线圈电路中电流表的示数为1A，下列说法中正确的是（）A. 变压器输出端的交流电的频率为50HzB. 变压器的输出功率为200WC. 变压器输出端所接电压表的示数为20VD. 穿过变压器铁芯的磁通量变化率的最大值为Wb/s10. 一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图所示由图可知（） A. 该交变电流的电压瞬时值的表达式为u=100sin（25t）VB. 该交变电流的频率为25HzC. 该交变电流的电压的有效值为100VD. 若将该交流电压加在阻值R=100的电阻两端，则电阻消耗的功率为50W11. 如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，线圈L的电阻不计，以下判断正确的是（）A. 闭合S，稳定后，电容器的a极板带正电B. 闭合S，稳定后，电容器两端电压小于EC. 断开S的瞬间，通过R1的电流方向向右D. 断开S的瞬间，通过R2的电流方向向右12. 一个理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=11：5正弦交变电源连接，输入电压U如图甲所示，如图乙所示副线圈接入一个10的电阻，一个电压表与电阻并联，则（）A. 流过电阻的电流是20AB. 与电阻并联的电压表的示数是100VC. 经过60s电阻发出的热量是1.2105JD. 变压器的输入功率是1103W三、填空题（本大题共3小题，共12.0分）13. 电容器是储存_ 装置；电荷的_ 形成电流；变压器工作的基本原理是_ 14. 如图的理想变压器，原线圈匝数n1=600匝，输入电压U1=110V，副线圈L2的匝数n2=15匝，输出电流I2=0.60A，L3的输出电压U3=11V，输出电流I3=0.25A则原线圈中电流I1= _ A，变压器的输出功率P= _ W，L3的匝数n3= _ 匝15. 如图所示的理想变压器原线圈匝数n1=220匝，副线圈匝数n2=10匝，灯泡电阻为R=10，现给变压器原线圈中通入e=220sin100t（V）的交流电，则灯泡两端的电压U= _ V，电流表的读数I= _ A（结果可以用分数表示）四、计算题（本大题共2小题，共20.0分）16. 如图所示，一台模型发电机的电枢是矩形导线框abcd，其ab和cd边长l1=0.4m，ad和bc边长l2=0.2m，匝数n=100匝，它在磁感应强度B=0.2T的匀强磁场中绕通过线框对称中心线且垂直于磁场方向的轴OO匀速转动，当开关S断开时，电压表的示数为10V，开关S闭合时，外电路上标有“10V，10W”的灯泡恰好正常发光，求：（1）导线框abcd在磁场中转动的角速度？（2）S闭合后，当导线框从图示位置转过=60时的过程中通过灯泡的电量？17. 一台发电机，输出功率为1000kW，所用输电线的电阻为10，当发电机接到输电线路的电压分别是10kV，100kV时，分别计算：（1）导线上的电流强度；（2）在导线上损失的热功率答案和解析【答案】1. D2. C3. D4. C5. D6. D7. C8. A9. ABD10. BD11. BC12. BD13. 电荷；定向移动；电磁感应14. 0.04；4.4；6015. 10；16. 解：（1）当S断开，电压表示数为1OV，则：Em=1OV=20V 而Em=NBS 由式可得：=12.5（rad/s） （2）S闭合，“10V 1OW”灯泡正常发光，则电路中电流：I=而E=I（R+r） 线框转过=600过程中通过灯泡的电荷量：Q=t 而= 又=则通过灯光的电量：q= 代入数据，解得：q0.016C 答：（1）导线框abcd在磁场中转动的角速度为12.5rad/s；（2）S闭合后，当导线框从图示位置转过=600过程中通过灯泡的电荷量约为0.016C17. 解：由P=UI可知：导线上的电流强度分别为： 由Q=I2Rt可知：在导线上损失的热功率电压为10KV时导线上消耗的功率：P1=I12R=100210=105J；电压为100KV时的导线上消耗的功率：P2=I22R=10210=103J；答：（1）导线上的电流强度为分别为100A和10A；（2）导线上损失的功率分别为105J和103J【解析】1. 解：A、根据电压与匝数成正比可知，原线圈的电压的最大值为220V，所以副线圈的电压的最大值为20V，电压表的示数为电压的有效值，所以示数为V=20V，故A错误；B、当单刀双掷开关与a连接时，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，输入电压及匝数比不变，输出电压不变，所以电压表的示数不变，变阻器触头P向上移动，变阻器电阻变大，副线圈电流变小，电流表示数变小，故B错误；C、当单刀双掷开关由a板向b时，原线圈匝数变小，根据，得，副线圈两端的电压变大，输出功率变大，输入功率等于输出功率，所以原线圈输入功率变大，故C错误；D、当单刀双掷开关由a扳向b时，输出电压变大，调节滑动变阻器滑片到适当位置使负载电阻变大，输出功率可能不变，输出功率等于输入功率，所以有可能实现调节前、后原线圈输入功率相等，故D正确；故选：D 根据瞬时值表达式可以求得输入电压的有效值、周期和频率等，再根据电压与匝数成正比即可求得结论电路的动态变化的分析，总的原则就是由部分电路的变化确定总电路的变化的情况，再确定其他的电路的变化的情况，即先部分后整体再部分的方法2. 解：A、开关都断开时变压器空载，副线圈两端有电压，电压表示数不为零，故A错误；B、变压器不能改变频率，故负载端交流电的频率还是50Hz，故B错误；C、深夜大部分用户已关灯，干路中电流减小，线路损耗也减小，用户得到的电压较高，故此时开灯就较亮，故C正确；D、用电高峰时，负载增多，负载电阻减小，干路中电流增大，因此输电线损耗电压增大，导致降压变压器的输入电压降低，为提高负载电压，可增大降压变压器的副线圈的匝数，使输出电压提高，故D错误故选：C明确变压器原理，知道输出电压由输出电压和匝数决定；抓住通过变压器交流电的频率不变得出用户得到的交变电压的频率；远距离输电，输电线上有能量损失、电压损失，根据电流和功率关系分析用电高峰对电路的影响解决本题的关键知道原副线圈的电压比与匝数比的关系，知道输入电压决定输出电压，输出功率决定输入功率，输出电流决定输入电流；同时知道用电高峰时输电线上电流较大，输电线上损失的功率和电压较多3. 解：AB、设两端电压为U，根据电压与匝数成正比，得线圈两端的电压为4U，根据，两端的电压是两端电压的4倍，的功率为P=，的功率为，故AB错误；CD、是完全相同的电阻，功率均为P，由知，副线圈电流为I，副线圈电压均为U，根据电压与匝数成正比，有原线圈两端电压为4U，根据输入功率等于输出功率，有，解得，的功率，故C错误，D正确；故选：D 图甲中，原线圈和电阻并联，原线圈两端的电压等于电阻两端的电压，根据电压与匝数成正比即可求出原线圈两端的电压，由即可求出图甲中的功率；图乙中，根据功率关系求出原线圈的电流，由P=即可求出图乙中的功率；解决本题的关键是知道对于有多个副线圈的理想变压器，任意两个线圈的电压比等于这两个线圈的匝数比，电流比不满足匝数的反比规律，电流关系可通过功率关系得到4. 解：A、由题图乙可知交流电电流的最大值是A，周期T=0.02s，由于电流表的示数为有效值，故示数I=A=10A，故A错误；B、角速度=100 rad/s，故B错误；C、0.01s时线圈中的感应电流达到最大，感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化最快，磁通量为0，故线圈平面与磁场方向平行，故C正确；D、0.02s时线圈中的感应电流最大，感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化率最大，磁通量为0，线圈平面与磁感线平行，故D错误故选：C 由题图乙可知交流电电流的最大值、周期，电流表的示数为有效值；感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化最快，磁通量为0，线圈平面与磁感线平行本题考查交变电流的产生及有效值的定义，要注意明确电流表示数、机器铭牌上所标的电流值、电压值等均为有效值5. 解：由交变电动势的表达式知最大值Em=10V，角速度=10rad/s，则有效值是：=5V 周期是：T=s=0.2s 频率是：f=5s 故D正确ABC错误；故选：D小型发电机产生的交变电动势的通式为e=Emsint，对应表达式得出最大值和角速度，由公式T=求出周期本题考查由交变电动势的表达式得出电动势有效值、角速度、周期等物理量的能力，熟练这些物理量之间的换算关系是关键6. 解：AB、回路中产生的感应电动势的最大值为：Em=BLv=1=2，则电动势的有效值E=2V，电压表测量R两端的电压，则U=E=1V，电流表的示数为有效值，为I=0.1A，故AB错误；C、电流表示数为有效值，一直为0.1A，故C错误；D、导体棒上消耗的热功率P=I2R=0.0110W=0.1W，D正确故选：D根据公式E=BLv求解电动势的最大值交流电压表及交流电流表测量的是有效值，根据有效值的定义求出，根据P=I2R求解导体棒上消耗的热功率本题关键是明确切割的有效长度按照正弦规律变化导致电动势的瞬时值按照正弦规律变化，注意交流电压表及交流电流表测量的是有效值，先求最大值，再根据最大值和有效值的关系求解7. 解：A、感应电动势的有效值，电压表测量的是小灯泡两端的电压，故A错误；B、交变电流的周期T=0.02s，一个周期电流方向改变2次，1s内电流方向改变次，故B错误；C、在0.01s时刻，感应电动势为0，线圈处于中性面，穿过线圈的磁通量最大，故C正确；D、产生该交变电流的线圈在磁场中匀速转动的角速度为，故D错误；故选：C 根据图象求出感应电动势的有效值，电压表测量的是灯泡两端的电压，由欧姆定律求电压表的示数；每个周期电流方向改变两次；磁通量最大时电动势为零，磁通量为零时电动势最大；根据求角速度明确交流电图象的物理意义，正确根据图象获取有关交流电的信息是对学生的基本要求，平时要加强练习8. 解：A、当开关置于3、4时，稳定后，若只增加交流电的频率，感抗变大，L1变暗，容抗变小，L2变亮故A正确BC、当开关置于1、2时，接的是直流电，稳定后，电感的感抗减小，L1变亮，电容的容抗无穷大，也就是不通电，L2不亮所以BC错误D、当开关置于3、4瞬间，L2立即发光，由于电感产生的自感电动势对电流的阻碍作用，L1中的电流会渐渐增大，因此L1亮度渐渐增大所以D错误故选：A电感的特性是：通直流、阻交流；通低频、阻高频电容的特性是：隔直流、通交流；通高频、阻低频也可以用感抗公式xL=2fL和容抗公式xC=来分析，更方便对于电容和电感对交流的影响可以根据感抗和容抗的公式，在理解的基础上进行记忆9. 解：A、变压器输入电压的周期T =0.02s，故频率为f=50Hz；变压器不改变电流的频率，故输出的交流电的频率为50Hz，故A正确；B、根据由图知输入电压的最大值为U1m=200V，有效值为：U1=；变压器的输入功率为P1=U1I1=2001=200W，理想变压器的输出功率等于输入功率，也为200W；故B正确；C、根据，可知U2=20V，故电压表的示数为20V，故C错误；D、根据法拉第电磁感应定律得最大感应电动势Em=n，变压器输出端电压的最大值为20V，所以穿过变压器铁芯的磁通量变化率的最大值为=Wb/s，故D正确；故选：ABD 根据u-t图象知道电压的有效值，周期和频率，变压器电压与匝数成正比、电流与匝数成反比，变压器不改变功率和频率本题考查了变压器的变压原理，要能够从图象中获取有用物理信息要掌握变压器的变压规律：，知道理想变压器不改变电功率和频率10. 解：A、由题图可知，T=410-2s，故f=25Hz，=2f=50rad/s，所以其瞬时值表达式为u=100sin（50t）V，故A错误B正确C、由图象可知交流电的最大值为100V，因此其有效值为：U=V，所以R消耗的功率为：P=W=50W，故C错误，D正确；故选：BD 根据图象可以知道交流电的最大值和交流电的周期，根据最大值和有效值的关系即可求得交流电的有效值和频率本题考查的是学生读图的能力，根据图象读出交流电的最大值和周期，再逐项计算即可11. 解：A、闭合S，稳定后，由图知b板带正电，故A错误；B、闭合S稳定后，L相当于一段导线，R1被短路，所以C两端的电压等于R2两端的电压，小于电源电动势E，故B正确；C、断开S的瞬间，L相当于电源，与R1组成回路，电流方向自左向右，故C正确；D、断开S的瞬间，电容器要放电，则R2中电流自右向左；故D错误；故选：BC电感对交流电的作用是通低频阻高频，电容对交流电的作用是通高频阻低频，从而即可求解本题考查自感线圈的双重作用的理解：当电流稳定不变时，自感线圈是电阻不计的导线；当电流变化时，相当于一个电源12. 解：A、由图象可知，电压的最大值为220V，所以有效值为220V，根据原、副线圈匝数比n1：n2=11：5可得，副线圈的有效电压为100V，所以流过电阻的电流是A=10A，所以A错误B、电压表的示数是电压的有效值，为100V，所以B正确；C、经过1分钟电阻发出的热量是Q=t=60J=60000J，所以C错误；D、输入功率和电阻的功率相等，所以P=1000W，所以D正确故选：BD根据电压与匝数程正比，电流与匝数成反比，变压器的输入功率和输出功率相等，逐项分析即可得出结论掌握住理想变压器的电压、电流及功率之间的关系，本题即可得到解决13. 解：电容器是储存电荷的装置；电荷的定向移动形成电流；变压器的工作基本原理是电磁感应故答案为：电荷，定向移动，电磁感应电容器是储存电荷的装置电荷定向移动形成电流，电流的方向与正电荷定向移动的方向相同；变压器是根据磁通量的变化来工作的，原