高中物理 第五章 交变电流过关检测（一）新人教版选修3-2.doc

第五章过关检测(一)(时间:45分钟满分:100分)一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第15题只有一项符合题目要求,第68题有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)1.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场且位于线圈平面内的固定轴转动。线圈中的感应电动势e随时间t的变化关系如图所示。下列说法中正确的是()a.t1时刻穿过线圈的磁通量为零b.t2时刻穿过线圈的磁通量最大c.t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率最大d.每当e变换方向时,穿过线圈的磁通量都为最大解析:由e-t图象可知,在t=0时,线圈中的感应电动势最大,故此时线圈处于如图所示的位置,穿过线圈的磁通量为零,但磁通量变化得最快,即磁通量的变化率最大。经过t4,到达t1时刻,线圈由图示位置转过90,线圈平面与磁场方向垂直(位于中性面),此时穿过线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率等于零,e=0,选项a错误。再经过t4,到达t2时刻,线圈平面又平行于磁场方向,=0,但t最大,选项b错误。同理,t3时刻,t=0,选项c错误。每当e变换方向时,e的瞬时值为零,这时线圈处于中性面,最大,选项d正确。答案:d2.如图所示,在铁芯p上绕着两个线圈a和b,则()a.线圈a输入正弦交变电流,线圈b可输出恒定电流b.线圈a输入恒定电流,穿过线圈b的磁通量一定为零c.线圈b输出的交变电流不对线圈a的磁场造成影响d.线圈a的磁场变化时,线圈b中一定有电场解析:线圈a输入正弦交变电流,由楞次定律可知线圈b一定输出交流电,选项a错误;线圈a输入恒定电流,产生恒定磁场,穿过线圈b的磁通量一定不变,但不为零,选项b错误;线圈b输出的交变电流所产生的交变磁场反过来对线圈a的磁场也有影响,选项c错误;变化的磁场将在周围空间产生电场,选项d正确。答案:d3.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i1u1i2b.输电线上的电压降为uc.理想变压器的输入功率为i12rd.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=i1u1i2,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-i12r,选项c错误;输电线路上损失的电功率为i12r,选项d错误。答案:a4.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,a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10 ab.线圈转动的角速度为50 rad/sc.0.01 s时线圈平面与磁场方向垂直d.0.02 s时电阻r中电流的方向自右向左解析:电流表显示的是交变电流的有效值,即i=im2=10 a,选项a正确;从图象可知周期t=210-2 s,则 =2t=100 rad/s,选项b错误;0.01 s时,线圈转过了半个周期,线圈平面与磁场方向平行,选项c错误;0.02 s 时线圈转动到图示位置,ab边向下切割磁感线,根据右手定则可判断电流方向从b指向a,即电阻r中电流的方向自左向右,选项d错误。答案:a5.如图甲所示,黑箱输入端a、b输入含有直流成分和交流成分的电流,为了使输出端a、b输出只有直流成分的电流,黑箱中可能有电容器、电感线圈或电阻,其中效果最好的是图乙中的()甲乙解析:电感通直流,阻交流;电容通交流,隔直流。选项c中,交流成分被电容器短路,没有去除的交流成分又被电感线圈阻碍,故去除交流成分的效果最好。答案:c6.为了减少输电线路中电力损耗,发电厂发出的电通常是经过变电所升压后进行远距离输送,再经变电所将高压变为低压。某变电所电压u0=11 0002sin 100t v 的交变电流降为220 v供居民小区用电,则变电所变压器()a.原、副线圈匝数比为501b.副线圈中电流的频率是50 hzc.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解析:u0=11 0002sin 100t v中的11 0002 指的是电压的峰值,有效值为11 000 v,则原、副线圈之间的匝数之比等于两线圈的电压之比,即 501,选项a正确;由=100 rad/s可得频率为 50 hz,变压器不改变电流的频率,因此,副线圈的频率也是50 hz,选项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,选项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,故选项d错误。答案:ab7.如图所示,发电机内部线圈处于磁铁和圆柱形铁芯之间的径向磁场中,两半边间的过渡区域宽度很小,可忽略不计。线圈的总匝数为n、总电阻为r,每匝线圈的面积为s,线圈所在位置的磁感应强度大小为b。当线圈以角速度匀速转动时,额定电压为u、电阻为r的小灯泡在电路中恰能正常发光,则发电机产生的感应电动势的有效值是() a.nbsb.22nbsc.ud.(1+rr)u解析:线圈转动时所处的磁场磁感应强度大小不变,线圈切割磁感线的方向总与磁场垂直,所以感应电动势大小恒定,为nbs,选项a正确。根据闭合电路欧姆定律可知感应电动势的有效值为(1+rr)u,选项d正确。答案:ad8.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ucd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uabu2=n1n2,由于二极管具有单向导电性,根据有效值定义可知,u22rt2=ucd2r1t,则ucd=u22,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ued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=u22r=2ucd2r,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、填空题(本题共2小题,共17分。将正确答案填在题中横线上或按题目要求作答)9.(8分)闭合线圈在匀强磁场中匀速转动,转速为240 r/min,若线圈平面转至与磁感线平行时的电动势为2 v,则从中性面开始计时,所产生的感应电动势表达式为e= v,从中性面起经 148 s,感应电动势的大小为 v。解析:由n=240 r/min=24060 r/s=4 r/s得=2n=24 rad/s=8 rad/s,当线圈平面与磁感线平行时,感应电动势最大,即em=2 v。所以e=emsin t=2sin 8t vt=148 s时,e=2sin 8148 v=2sin 6 v=212 v=1 v。答案:2sin 8t110.(9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电功率之比为,要将2.2 kv的电压升高到22 kv,若变压器原线圈的匝数为180匝,则副线圈匝数应该是匝。解析:由于前后两次输送的电功率相等,则有iu=iu,所以uu=ii=101,pp=i2ri2r=100,由变压器的原理 u1u2=n1n2,可得n1n2=2.222=110=180n2,所以n2=1 800匝。答案:10011 800三、计算题(本题共2小题,共35分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)11.(17分)如图是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图,转轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮。电枢线圈绕在固定的u形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦式交变电流,给车头灯供电。已知自行车车轮半径r=35 cm,摩擦小轮半径r0=1.00 cm,线圈有n=800匝,线圈横截面积s=20 cm2,总电阻r1=40 ,旋转磁极的磁感应强度 b=0.010 t,车头灯电阻r2=10 。当车轮转动的角速度=8 rad/s 时。求:(1)发电机磁极转动的角速度;(2)车头灯中电流的有效值。解析:(1)磁极与摩擦小轮转动的角速度相等,由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动,故有 0r0=r0=rr0=80.350.01 rad/s=280 rad/s。(2)摩擦小轮带动磁极转动,线圈产生的感应电动势的最大值为em=nbs0=8000.0102802010-4 v=4.48 v感应电动势的有效值e=em2=4.482 v=3.2 v通过电流的有效值i=er1+r2=3.240+10 a=64 ma。答案:(1)280 rad/s(2)64 ma12.(18分)一个小型水力发电站(如图所示),发电机输出电压u0=250 v,内电阻可以忽略不计,最大输出功率为pm=30 kw,它通过总电阻r线=2.0 的输电线直接向远处的居民区供电。设居民区所有用电器都是额定电压u用=220 v的白炽灯,总功率为p用=22 kw,不计灯丝电阻随温度的变化。(1)当居民区的电灯全部使用时,电灯两端的电压是多少伏?发电机实际输出的电功率多大?(2)若采用高压输电,在发电机端用升压变压器,在用户端用降压变压器,且不计变压器和用户线路的损耗。已知用户变压器的降压比为401,当全部用户电灯正常发光时,输电线上损耗的功率