单元测试十三 交变电流 电磁场和电磁波.doc

或单元测试十三 交变电流 电磁场和电磁波第卷（选择题 共40分）一、本题共10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分,选不全的得2分,有错选或不答的得0分.1.如图所示,在电路两端接上交变电流,保持电压不变,使频率增大,发现各灯的亮暗变化情况是：灯1变暗、灯2变亮、灯3不变.则M、N、L处所接元件可能是( )A.M为电阻,N为电容器,L为电感器 B.M为电阻,N为电感器,L为电容器C.M为电感器,N为电容器,L为电阻 D.M为电容器,N为电感器,L为电阻答案：C解析：电感、电容、电阻对交变电流的阻碍作用的大小分别用感抗XL=2fL、容抗Xc=,电阻R=来表示,当交变电流的频率f时,显然XL,XC,R不变,即f时,电感对交变电流的阻碍作用增大,灯变暗,M可能是电感器;电容器对交变电流的阻碍作用变小,灯变亮,N可能是电容器;L是电阻.综上可知：C选项正确.2.中央电视台焦点访谈多次报道某些边远落后农村电价过高，农民负担过重.其中客观原因是电网陈旧老化.近来进行农村电网改造，为减少远距离输电的损耗而降低电费价格，可采取的措施有( )A.提高输送功率 B.应用超导材料做输电线C.提高输电的电压 D.减小输电导线的横截面积答案：C解析：远距离输电，主要损耗是线路电阻发热，即P损=I2R=I2.要减小损耗，一是增大导线的横截面积，但这是十分有限的；二是减小材料的电阻率，这也是有限的，目前情况下更不可能应用超导材料做输电线；最有效的方法是减小电流，而在输送功率一定的情况下，只要提高电压就能减小电流，所以可采取的措施是采用高压输电.3.(2006第四次全国大联考)如图所示为一理想变压器,在原线圈输入电压不变的条件下,要提高变压器的输入功率,可采用的方法是( )A.只增加原线圈的匝数 B.只增加副线圈的匝数C.只减小用电器R1的电阻 D.断开开关S答案：BC解析：理想变压器P入=P出,P入决定于P出,而P出=U2I2.=,U2=,I2=,由以上各式知：B、C选项正确,A、D选项错.4.当前,人们的生活已离不开电磁波.关于电磁场和电磁波,下列说法正确的是( )A.把带电体和永磁体放在一起,就会在周围空间产生电磁场B.电磁波在传播过程中,其波长始终保持不变C.电视机、收音机和手机所接收的信息都属于电磁波D.微波炉内所产生的微波不是电磁波,而是波长微小的机械波答案：C解析：注意电磁波产生的条件及电磁波传播的规律.5.如图(a)中呈柱面的磁极N、S与位于两极间的圆柱形铁芯O,使隙缝中磁场的磁感线沿圆的半径分布,磁感应强度的方向如图(b)中的箭头所示,大小处处都是B.一边长为L的正方形平面线框abcd,其ab、cd两边与铁芯的轴线OO垂直,如图(a)所示,线框以恒定的角速度绕OO逆时针旋转,当t=0时,线框平面位于水平位置.则不同时刻线框中的感应电动势E的大小( )A.当t=时,E=L2B B.当t=时,E=L2BC.当t=时,E=L2B D.当t=2时,E=0答案：BC解析：在缝隙四面八方都存在沿半径方向的磁场,且磁场磁感应强度等大,线框切割磁感线时的速度总与磁场垂直,故线框转到任一位置上感应电动势大小都为E=BL2,故B、C正确,A、D错误.6.(2006北京高考理综)正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照图1所示的方式连接，R=10 ，交流电压表的示数是10 V.图2是交变电源输出电压u随时间t变化的图象.则（ ）图1图2A.通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=cos100t AB.通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR=cos50t AC.R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5cos100t VD.R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR=5cos50t V答案：A解析：由题意可知,R两端电压的最大值Um=10 V=10 V;由图象可求得：= rad/s=100 rad/s;所以R两端电压：UR=Umcost=10cos100t V;通过R的电流：iR=cost=cos100t A,A选项正确.7.如图甲所示,单匝矩形线圈的一半放在具有理想边界的匀强磁场中,线圈轴线OO与磁场边界重合.线圈按图示方向匀速转动.若从图示位置开始计时,并规定电流方向沿abcda为正方向,则线圈内感应电流随时间变化的图象是图乙中所示的( )甲乙答案：C解析：显然线圈内产生的是正弦式交变电流,0T内,i大小从O开始增大,方向adcba;内,i大小从最大减小到0,方向adcba;T内,i大小从最小增大到最大,方向abcda;TT内,i大小逐渐减小到0,方向abcda.C正确.8.图甲为某型号电热毯的电路图.将电热丝接在u=156sin120t V的电源上,电热毯被加热到一定温度后,由于P的作用使输入的正弦交变电流仅有半个周期能够通过,即电压变为图乙所示的波形,从而进入保温状态.则此时交流电压表的读数是( )A.156 V B.110 V C.78 V D.55 V答案：C解析：交流电压表的读数应为电压的有效值,原正弦交流电电压的最大值是156 V,所以原有效值为U0= V.设图乙所示的波形电压有效值为U,由有效值的概念可得：=T,代入数据可解得：U=78 V.9.如图所示，A、B是一对平行的金属板.在两板间加上一周期为T的交变电压U0，A板的电势A=0，B板的电势B随时间的变化规律为：在0到时间内，B=U0（正的常数）；在到T时间内，B=-U0；在T到T时间内，B=U0；在T到2T时间内，B=-U0现有一电子从A板上的小孔进入两板间的电场区内，设电子的初速度和重力影响均可忽略.则( )图甲A.若电子是在t=0时刻进入的，它将一直向B板运动B.若电子是在t=时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最后打在B板上C.若电子是在t=T时刻进入的，它可能时而向B板运动，时而向A板运动，最后打在B板上D.若电子是在t=时刻进入的，它可能时而向B板运动,时而向A板运动答案：AB解析：依题意可画出A、B板电压随时间的变化图象如图乙所示,电子在t=0时刻进入电场后的v-t图象如图丙所示,由图象可知电子一直向B板运动,最后打到B板上,A正确.图乙图丙电子在t=时刻进入电场后的v-t图象如图丙所示,由图象可知,在电子运动的一周内,电子先向B运动后向A板运动,但向B板运动的位移大于向A板的位移,故最后要打在B板上,B正确.同理,由第条v-t图线可知C错误.电子在t=T时刻进入电场,电子开始就受力向A返回,不能在电场中运动,故D不对.10.如图所示,理想变压器的初、次级分别接着完全相同的灯泡L1、L2,初、次级线圈的匝数比n1n2=21,交流电源电压为U,则( )A.灯L1两端的电压为U/5 B.灯L1两端的电压为3U/5C.灯L2两端的电压为2U/5 D.灯L2两端的电压为U/2答案：AC解析：设原线圈电压为U1,则副线圈电压为,因副线圈电流是原线圈的2倍,所以L2电压是L1电压的2倍,即灯L1两端电压为.由U=+U1得U1=U所以灯L2电压U2=U,灯L1电压为=.第卷（非选择题 共60分）二、本题共4小题,每小题4分,共16分.把答案填在题中的横线上或按题目要求作答.11.两只相同的电阻,分别接在正弦交流电和提供方波形交流电的电源上,两种交流电流的最大值相等,波形如图所示.在正弦交流电的一个周期内,电流在电阻上产生的焦耳热Q1与方波形交流电在电阻上产生的焦耳热Q2之比为_.答案：12解析：正弦式交流电的有效值I1=A;方波形交流电的有效值I2=1 A.1T内：Q1=I12RT=()2RT=RT Q2=I22RT=RT Q1Q2=12.12.如图所示,一个矩形线圈abcd,已知ab为l1,ad为l2,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度(从图中位置开始)匀速转动.则线圈中感应电动势的大小为_.答案：Bl1l2sint解析：当线圈平面与磁场方向平行时,产生的感应电动势最大：Em=Bl1vab2，vab=，=Emsint综上可知：=Bl1l2sint.13.电子感应加速器是利用变化磁场产生的电场来加速电子的,如图所示.在圆形磁铁的两极之间有一环形真空室,用交变电流励磁的电磁铁在两极间产生交变磁场,从而在环形室内产生很强的电场,使电子加速.被加速的电子同时在洛伦兹力的作用下沿圆形轨道运动,设法把高能电子引入靶室,能使其进一步加速.在一个半径为r=0.84 m的电子感应加速器中,电子在被加速的4.210-3 s时间内获得的能量为12 MeV,这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性变化的,磁通量从零增到1.8 Wb.电子共绕行了_周.电子感应加速器结构原理图答案：2.8104解析：环形室内的感应电动势E=4.29102 V设电子在加速器中绕行了N周,则电场力做功NeE应该等于电子动能的增量,即NeE=Ek=121061.610-19 J解得N=2.8104(周).14.如图所示,一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的市电上,向额定电压为1.80104 V的霓虹灯供电,使它正常发光.为了安全,需在原线圈回路中接入熔断器,使副线圈电路中电流超过12 mA时,熔丝就熔断.(1)熔丝的熔断电流是_A;(2)当副线圈电路中电流为10 mA时,变压器的输入功率是_W.答案：(1)0.98 (2)180解析：(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2.根据理想变压器P入=P出得：I1U1=I2U2,U1=220 V,U2=1.8104 V当I2=12 mA=1.210-2 A时,熔断电流I1=0.98 A.(2)当I2=10 mA=1.010-2 A时,输入功率P入=P出=I2U2代入数据得：P入=180 W.三、本小题共4小题,共44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.15.(10分)高频焊接是一种常用的焊接方法,其焊接的原理如图所示.将半径为10 cm的待焊接的圆形金属工件放在导线做成的100匝线圈中,然后在线圈中通以高频的交变电流,线圈产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场,磁场的磁感应强度B的变化率为1 000sint T/s.焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的99倍,工件非焊接部分每单位长度上的电阻为R0=0.001 m-1,焊接的缝宽非常小.求焊接过程中焊接处产生的热功率.(取2=10,不计温度变化对电阻的影响)答案：P=4.95104 W解析：工件中产生的最大感应电动势Em=S=r2代入数据得Em=100 V,有效值E=100 V工件非焊接部分的电阻R1=R02r,代入数据得R1=210-3 焊接部分电阻R2=99R1,总电阻R总=R1+R2=100R1=0.2 工件中电流I=500 A焊接处产生的热功率P=I2R2=4.95104 W.16.(12分)如图所示，矩形线框匝数n=250匝，ab=12 cm，ad=10 cm，线框置于B= T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以转速120 r/min匀速转动，线框通过滑环与外电路相连，外电路接有R=12 的电阻及一只发光电压和熄灭电压都为12 V的氖泡L.求：(1)当S接e时，电流表读数为多少？R的热功率为多大？10 min内外力对线框做功多少？(2)当S接e时,在线圈从图示位置转过90的过程中,流过电阻R的平均电流为多少?流过电阻R的电荷量为多少?(2=10)(3)当S接f时，氖泡闪光频率为多大？通电10 min，氖泡发光总时间为多少？（线框电阻不计）答案：(1)1.4 A 24 W 1.44104 J(2)1.27 A 0.16 C(3)4 Hz 400 s解析：(1)S接e时,由题知：=2n=4 rad/sI= A= A1.4 AP=I2R=()212 W=24 WW=Pt=241060 J=1.44104 J.(2)S接e时,=,=而T= s= s所以= A1.27 AQR=t=(或).代入数值得QR= C0.16 C.(3)S接f时,根据正弦曲线变化规律,可知在交变电流的一个周期T内,氖泡闪光2次,每次闪光时间为.因T= s,故氖泡闪光频率为4 Hz.通电10 min氖泡发光的总时间为：t= s=400 s.17.(10分)一座小型水电站,利用流量2 m3/s、落差5 m的河水发电,若单相发电机的效率为50%,输出电压为200 V,已知发电站到用户架设的输电线总电阻为12 ,输电中输电线上允许损耗的功率为6%,用户所需电压为220 V,求所用升压变压器和降压变压器的原副线圈的匝数比(变压器为理想变压器).答案： 解析：(1)画出输电的示意图(如图所示).(2)计算有关物理量发电站的发电功率P1=mgh=gh50%=5104 W 输电线上功率损失P损=I线2R线= 而P损=P16%=5104 W=3103 W 由知：I线= A=16 AU线= V=190 V对升压变压器：P