高中物理选修3-2(第五章-交变电流).doc

精彩回放 交变电流 2012-4-8 姓名交变电流本章测评一、选择题1.交流发电机的线圈在匀强磁场中转动，当线圈平面通过中性面时，下列说法正确的是（ ）A.穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大B.穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势最大C.穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于零D.穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势等于零2.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电流电动势如图5-1所示，下面说法正确的是（ ）A.交流电动势最大值为20 V B.交流电动势的有效值为10 VC.交流电动势的频率为50 Hz D.交流电动势的周期为0.04 s3.一只“220 V 100 W”的灯泡接在u=311sin314t V的交变电源上，则下列判断正确的是（ ）A.灯泡能正常发光 B.与灯泡串联的电流表的读数为0.45 AC.与灯泡并联的电压表的读数为220 V D.通过灯泡的电流表达式为i=0.64sin314t A4.如图5-2所示电路中，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25 mH的高频扼流圈，C是一个100 pF的电容器，R是负载电阻，下列说法正确的是（ ）A.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”D.通过R的电流中，低频电流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比5.在交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，频率可以改变，在如图5-3所示的电路a、b两点间逐次将图中的电路元件（1）、（2）、（3）单独接入，当使交变电流频率增加时，可以观察到下列所述的哪一种情况（ ）A.A1示数不变，A2增大A3减小 B.A1示数减小A2不变A3增大C.A1示数增大，A2不变A3减小 D.A1A2A3的示数均不变6.一个理想变压器，原线圈和副线圈的匝数分别为n1和n2，正常工作时输入和输出的电压、电流、功率分别为U1和U2，I1和I2，P1和P2，已知n1n2，则（ ）A.U1U2,P1P2 B.P1=P2,I1I2C.I1U2 D.P1P2,I1I27.理想变压器原、副线圈的匝数比为110，则正常工作时，变压器的输入功率与输出功率之比为（ ）A.110 B.101 C.11 D.11008.某发电厂原来用11 kV的交流电压输电，后来改用升压变压器将电压升高到220 kV输电，输送的电功率都是P.若输电线路的电阻为R，则下列说法正确的是（ ）A.据公式I=P/U，提高电压后输电线上的电流降为原来的1/20B.据公式I=U/R，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍C.据公式P=I2R，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的1/400D.据公式P=U2/R，提高电压后输电线上的功率损耗将增大为原来的400倍9.一个小水电站，输出的电功率为20 kW，输电线总电阻为0.5 ，如果先用400 V的电压输送，后又改用2 000 V的电压输送，则输送电压提高后，输电导线上损失的电功率变化情况是（ ）A.减少50 W B.减少1 200 WC.减少7.68106 W D.增大7.68106 W10（2011山东第20题）.为保证用户电压稳定在220V，变电所需适时进行调压，图甲为变压器示意图。保持输入电压不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。某此检测得到用户电压随时间t变化的曲线如图乙所示。以下正确的是 （ ）A.B.C.为使用户电压稳定在220V，应将P适当下移D.为使用户电压稳定在220V，应将P适当上移二、填空题11.如图5-4所示为一理想变压器，它的原线圈接在交流电源上，副线圈接有一个标有“12 V 100 W”字样的灯泡，已知变压器原、副线圈的匝数比为181，那么小灯泡正常工作时，图中的电压表的读数为_ V，电流表的读数为_ A.1234567891011图中的电压表的读数为_ V，电流表的读数为_ A.12.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1/48 s，感应电动势的大小为_.13.一阻值恒定的电阻器，当两端加上10 V的直流电压时，测得它的功率为P；当两端加上某一正弦交流电压时，测得它的功率为P/2，由此可知该交流电压的有效值为_ V，最大值为_ V.14.远距离输电，原来用电压U0输送，输电线上损失的功率为P0，现要使输电线路上损失的功率减少到原来的1%，在保持输送功率不变的情况下，输电电压变为_U0.三、综合题15. (盐城市期末)如图518所示，在B0.5 T的匀强磁场中，有一个n100匝的矩形线圈，边长L10.1 m，L20.2 m，线圈从图中位置开始绕中心轴OO以角速度314 rad/s逆时针方向匀速转动，求：(1)线圈中产生的感应电动势的最大值和有效值；(2)线圈转过1/4周过程中感应电动势的平均值；(3)线圈转过30时感应电动势的瞬时值16.如图5-6所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈长度为a、宽度为b,共有n匝，总电阻为r,与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO匀速转动，沿转轴OO方向看去，线圈转动方向沿顺时针.求：（1）从图中画出线圈经过图示位置时通过电阻R上的感应电流的方向;（2）从图示位置（线圈平面平行于磁场方向）开始计时，经多长时间，通过电阻R上的电流的瞬时值第一次为零;（3）与电阻并联的交流电压表的示数是多大.17. (江苏)题13-1图为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头。原线圈输入正弦式交变电压的u-t图象如题13-2图所示。若只在ce间接一只Rce=400 的电阻，或只在de间接一只Rde=225 的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80W。(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式；(2)求只在ce间接400的电阻时，原线圈中的电流I1；(3)求ce和de 间线圈的匝数比。本章测评一、选择题1.交流发电机的线圈在匀强磁场中转动，当线圈平面通过中性面时，下列说法正确的是（ ）A.穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大B.穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势最大C.穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势等于零D.穿过线圈的磁通量等于零，线圈中的感应电动势等于零思路解析：题中“当线圈平面通过中性面时”，穿过线圈的磁通量最大，而此时磁通量的变化率为零，线圈中感应电动势为零（因此得名“中性面”），故C选项正确.答案:C2.一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电流电动势如图5-1所示，下面说法正确的是（ ）图5-1A.交流电动势的最大值为20 V B.交流电动势的有效值为10 VC.交流电动势的频率为50 Hz D.交流电动势的周期为0.04 s思路解析：此题属于交变电流的图象类问题，由图象知Em=20 V，T=0.04 s，f=25 Hz,E=10 V，故正确选项为ABD.答案:ABD3.一只“220 V 100 W”的灯泡接在u=311sin314t V的交变电源上，则下列判断正确的是（ ）A.灯泡能正常发光 B.与灯泡串联的电流表的读数为0.45 AC.与灯泡并联的电压表的读数为220 V D.通过灯泡的电流表达式为i=0.64sin314t A思路解析：由u=311sin314t V知：U=V=220 V，灯泡能正常发光，选项A正确.I= A=0.45 A，电流表和电压表的读数均为有效值，故选项BC正确.Im=I=0.45 A=0.64 A，故D正确，故该题正选项为ABCD.答案:ABCD4.如图5-2所示电路中，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25 mH的高频扼流圈，C是一个100 pF的电容器，R是负载电阻，下列说法正确的是（ ）图5-2A.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”D.通过R的电流中，低频电流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比思路解析：L是一个自感系数很小的高频扼流圈，其作用是“通低频，阻高频”，A选项正确.C是一个电容很小的电容器，在题图所示电路中，对高频交流的容抗远小于对低频交流的容抗，其作用是“通高频，阻低频”，C选项正确.因电路中无直流电源，故B选项错误.由于L对高频交流的阻碍作用和C对高频交流的旁路作用，使得通过R的电流中，低频交流所占的百分比远大于高频交流所占的百分比，D选项正确，本题A、C、D选项正确.答案:ACD5.在交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，频率可以改变，在如图5-3所示的电路a、b两点间逐次将图中的电路元件（1）、（2）、（3）单独接入，当使交变电流频率增加时，可以观察到下列所述的哪一种情况（ ）图5-3A.A1示数不变，A2增大，A3减小 B.A1示数减小，A2不变，A3增大C.A1示数增大，A2不变，A3减小 D.A1、A2、A3的示数均不变思路解析：在交流电路中，当频率增加时，容抗减小，感抗增大，而电阻是与频率无关的，在电路中电源的电动势最大值不变，即a、b间的电压不变，所以当频率增加时，A1示数增大，A2不变，A3示数变小，因此，该题正确选项为C.答案:C6.一个理想变压器，原线圈和副线圈的匝数分别为n1和n2，正常工作时输入和输出的电压、电流、功率分别为U1和U2，I1和I2，P1和P2，已知n1n2，则（ ）A.U1U2,P1P2 B.P1=P2,I1I2C.I1U2 D.P1P2,I1I2思路解析：因为变压器为理想变压器，故有=,P1=P2,由题意知n1n2,U1U2,又因I1U1=I2U2，则I1I2，故B、C选项正确.答案:BC7.理想变压器原、副线圈的匝数比为110，则正常工作时，变压器的输入功率与输出功率之比为（ ）A.110 B.101 C.11 D.1100思路解析：不管理想变压器的原、副线圈匝数比如何，正常工作时，变压器的输入功率与输出功率相等（因为能量守恒），故比值为11，选项C正确.答案:C8.某发电厂原来用11 kV的交流电压输电，后来改用升压变压器将电压升高到220 kV输电，输送的电功率都是P.若输电线路的电阻为R，则下列说法正确的是（ ）A.据公式I=P/U，提高电压后输电线上的电流降为原来的1/20B.据公式I=U/R，提高电压后输电线上的电流增为原来的20倍C.据公式P=I2R，提高电压后输电线上的功率损耗减为原来的1/400D.据公式P=U2/R，提高电压后输电线上的功率损耗将增大为原来的400倍思路解析：由I=P/U，得I1=1,I2=，I1I2=U2U1=220 kV11 kV=201,I2=I1/20，A正确，B错.线路损耗P损=I2R，所以P损1=I12R，P损2=I22R，所以P损2P损1=I22I12=()2I12=1400.所以C正确，D错.（考查功率损失与电流平方正比关系的应用）答案:AC9.一个小水电站，输出的电功率为20 kW，输电线总电阻为0.5 ，如果先用400 V的电压输送，后又改用2 000 V的电压输送，则输送电压提高后，输电导线上损失的电功率变化情况是（ ）A.减少50 W B.减少1 200 WC.减少7.68106 W D.增大7.68106 W思路解析：用400 V的电压送电：P1=I2R=()2R=()20.5 W=1 250 W；改用2 000 V电压输电：P2=()2R=()20.5 W=50 W，损失电功率减少了P1-P2=（1 250-50） W=1 200 W，B正确.（考查输电线路损失功率与电压、电流的关系的应用）答案:B BD二、填空题10.如图5-4所示为一理想变压器，它的原线圈接在交流电源上，副线圈接有一个标有“12 V 100 W”字样的灯泡，已知变压器原、副线圈的匝数比为181，那么小灯泡正常工作时，图中的电压表的读数为_ V，电流表的读数为_ A.图5-4思路解析：灯泡正常发光，则副线圈两端电压为U2=12 V，电流为I2= A=8.3 A.由公式=得U1=U2=1812 V=216 V，所以电压表的读数为216 V.由，得I1=I2=8.3 A=0.46 A，所以电流表的读数为0.46 A.答案:216 0.4611.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1/48 s，感应电动势的大小为_.思路解析：由n=240 r/min=r/s=4 r/s,得=2n=24=8.当线圈平面与磁感线平行时（SB），感应电动势最大，即Em=2 V.所以e=Emsint=2sin8tt= s时，e=2sin（8） V=2sin V=2 V=1 V.答案:2sin8t 1 V12.一阻值恒定的电阻器，当两端加上10 V的直流电压时，测得它的功率为P；当两端加上某一正弦交流电压时，测得它的功率为P/2，由此可知该交流电压的有效值为_ V，最大值为_ V.思路解析：当电阻器两端加直流电压时，有P=U2/R；当电阻器两端加正弦交流电压时，设交流电压的有效值为U，有P/2=U2/R；联立以上两式可解得U=5 V，其最大值为Um=U=10 V.答案:5 1013.远距离输电，原来用电压U0输送，输电线上损失的功率为P0，现要使输电线路上损失的功率减少到原来的1%，在保持输送功率不变的情况下，输电电压变为_U0.思路解析：设输送功率为P，则P0=()2R线，0.01P0=()2R线,所以U=10U0.（考查输电线路功率损失跟输送电压的平方成反比关系）答案:10三、综合题14.闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，线圈的转速为240 r/min,已知这个线圈平面转到与磁场方向平行时的感应电动势为2 V，某时刻该线圈平面与中性面重合，从此时刻起的1/48 s内，线圈内的平均感应电动势是多少？在1/48 s时，线圈中的瞬时电流是多大?（已知线圈的总电阻为0.5 ）思路解析：线圈的角速度=2n=2240/60=8 rad/s,线圈平面与磁感线平行时，感应电动势最大Em=2 V.从Em=BS中可得到1=BS=Wb.当线圈从中性平面转t=1/48 s时，转的角度=t=8=,此时穿过线圈的磁通量2=1cos=1,所以磁通量的变化=1-2=（-） Wb= Wb.因此E= V=0.5 V.线圈从中性面开始（t=0）电动势的瞬时值表达式为e=Emsint=2sin8 V当t= s时，e=2sin V=1 V此时线圈中的电流为I= A=2 A.答案:0.5 V 2 A15.如图5-5所示，某发电厂的输出电压恒定，分别用甲、乙两种线路向同一用电器送电，用电器上的功率相同，甲线路中不用变压器，线路总电阻为0.9 ；乙线路中在用电器处装原、副线圈匝数比为910的升压变压器，线路总电阻为1.8 .求：图5-5（1）两种输电方式中线路损失的功率之比；（2）用电器的电阻.思路解析：(1)由用电器的功率相同，得甲图中：P线=I2R甲乙图中：P线=(I)2R乙所以.(2)由U源=IR甲+IR用 U源=IR乙+IR用解得R用=11 .答案:(1)81200 (2)11 16.如图5-6所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈长度为a、宽度为b,共有n匝，总电阻为r,与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO匀速转动，沿转轴OO方向看去，线圈转动方向沿顺时针.求：图5-6（1）从图中画出线圈经过图示位置时通过电阻R上的感应电流的方向;（2）从图示位置（线圈平面平行于磁场方向）开始计时，经多长时间，通过电阻R上的电流的瞬时值第一次为零;（3）与电阻并联的交流电压表的示数是多大.思路解析：(1)图示位置为垂直中性面位置，由右手定则可判定感应电流的方向自上而下流过电阻R.(2)线圈转动产生感应电流的周期为T=2/,从图示位置开始，过t=T/4=/2第一次出现i=0的情况.（3）线圈转动时产生感应电动势的最大值为Em=nBS=nBab感应电流最大值为Im=Em/(R+r)=nBab/(R+r)电阻两端电压的最大值为Um=ImR=nBabR/(R+r)交流电压表的示数为U=Um/=nBabR/ (R+r).答案:(1)电流自上而下流过电阻R (2)t=T/4=/2（3）U=Um/=nBabR/ (R+r)17.供电网中某一居民小区的用户变压器输入电压为U1=1104 V，此变压器的匝数比为1253.原来小区各用户用电总功率为44 kW，由于用电功率随生活条件的改善而增加，现在小区各户居民用电总功率增加到88 kW，打算在不改变线路的情况下更换一台用户变压器.设新用户变压器的输入电压仍为U1=1104 V不变，且用电器户正常工作电压为220 V.求：(1)居民小区输电线路的电阻R线；(2)新更换的用户变压器的原、副线圈匝数比.思路解析：(1)用户变压器副线圈电压U2=U1=1104 V=240 V用户工作总电