2017_2018学年高中物理第五章交变电流单元质量评估新人教版.docx

第五章 交变电流单元质量评估(二) (90分钟100分)一、不定项选择题(本大题共10小题,每小题4分,共40分。每小题至少一个选项正确)1.(2017天津高考)在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属线圈,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2,则()A.t=0时,线圈平面平行于磁感线B.t=1s时,线圈中的电流改变方向C.t=1.5s时,线圈中的感应电动势最大D.一个周期内,线圈产生的热量为82J【解析】选A、D。t=0时,磁通量为零,线圈平面平行于磁感线,故A正确;每经过一次中性面(线圈平面垂直于磁感线,磁通量有最大值)电流的方向改变一次,t=1 s时磁通量为零,线圈平面平行于磁感线,故B错误;t=1.5 s时,磁通量有最大值,但磁通量的变化率为零(=0),根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为零,故C错误;感应电动势最大值Em=NBS=Nm=4V,有效值E=2V,一个周期内线圈产生的热量Q=T=82J,故D正确。【补偿训练】如图所示,一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交变电动势的图象如图,则()A.交变电流的频率是4HzB.当t=0时,线圈平面与磁感线平行C.当t=0.5s时,e有最大值D.交流电的周期是0.5 s【解析】选D。由图象可得交流电的周期是0.5s,则交变电流的频率是2 Hz,故A错、D对;当t=0时,电动势有最小值,故线圈平面与磁感线垂直,B项错;当t=0.125s或t=0.375s时,e有最大值,故C项错。2.如图甲所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时,线圈中产生的交变电流如图乙所示,设沿abcda方向为电流正方向,则()A.乙图中Oa时间段对应甲图中A至B图的过程B.乙图中c时刻对应甲图中的C图C.若乙图中d等于0.02s,则1s内电流的方向改变了50次D.若乙图中b等于0.02s,则交流电的频率为50Hz【解析】选A。由交变电流的产生原理可知,甲图中的A、C两图中线圈所在的平面为中性面,线圈在中性面时电流为零,再经过个周期电流达到最大值,再由楞次定律判断出电流的方向,因此甲图中A至B图的过程电流为正,且从零逐渐增大到最大值,A对;甲图中的C图对应的电流为零,B错;每经过中性面一次线圈中的电流方向就要改变一次,所以一个周期内电流方向要改变两次,所以在乙图中对应Od段等于交变电流的一个周期,若已知d等于0.02s,则频率为50Hz,1s内电流的方向将改变100次,C错;若乙图中b等于0.02s,则交流电的频率应该为25Hz,D错。3.(2017杭州高二检测)关于变压器的工作原理,以下说法正确的是()A.通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变B.穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等C.穿过副线圈磁通量的变化使副线圈产生感应电动势D.原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈【解析】选C。通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积S不变,故磁通量变化,A错误;因铁芯是闭合的,没有漏磁,原、副线圈的磁通量总相等,故B错误;由于通过副线圈的磁通量发生变化,根据法拉第电磁感应定律,在副线圈上产生感应电动势,故C正确;原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈中的电能,原、副线圈通过磁场联系在一起,故D错误。【补偿训练】把直流电源接到变压器的原线圈上,变压器却不能改变直流电压。其原因是()A.没有磁通量通过原线圈B.没有磁通量通过副线圈C.通过原、副线圈的磁通量没有变化D.通过原、副线圈的磁通量不相等【解析】选C。直流电的磁场是不变的,所以通过原、副线圈的磁通量就不变,也就没有在副线圈上产生感应电动势,故C选项正确。4.(2016全国卷)如图,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时,两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是()A.原、副线圈匝数之比为91B.原、副线圈匝数之比为19C.此时a和b的电功率之比为91D.此时a和b的电功率之比为19【解析】选A、D。设灯泡的额定电压为U0,两灯均能正常发光,所以原线圈输出端电压为U1=9U0,副线圈两端电压为U2=U0,故=,=,A正确,B错误;根据公式=可得=,由于小灯泡两端的电压相等,所以根据公式P=UI可得两者的电功率之比为19,C错误、D正确。【补偿训练】如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n2=41,原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的电阻B阻值相等,a、b两端加一定的交变电压U后两电阻消耗的功率之比PAPB为()A.41B.14C.161D.116【解析】选D。设电路中通过A、B的电流分别为IA、IB,有IAIB=n2n1=14,故PAPB=116。5.(2016全国卷)一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3、1和4, 为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定。当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为()A.2B.3C.4D.5【解析】选B。设变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2,当开关S断开时,电流表的示数为I,副线圈电流为I,因此有(U-IR1)I=()2I2(R2+R3);当S闭合时,电流表的示数为4I,同理有(U-4IR1)4I=()2(4I)2R2,联立解得原、副线圈匝数比为3,故选B。【补偿训练】如图甲、乙所示,从某一装置中输出的电流既有交流成分,又有直流成分,现要把交流成分输送给下一级,有关甲、乙图的说法正确的是()A.应选用甲图电路,其中C的电容要大B.应选用甲图电路,其中C的电容要小C.应选用乙图电路,其中C的电容要大D.应选用乙图电路,其中C的电容要小【解析】选C。电容器在电路中起到“隔直流,通交流”的作用,应选乙图电路。要使交流成分都顺利通过电容器而输送到下一级,则电容器的容抗要小,故电容要大。6.如图甲所示,一个理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2=61,副线圈两端接三条支路,每条支路上都接有一只灯泡,电路中L为电感线圈,C为电容器,R为定值电阻。当原线圈两端接有如图乙所示的交流电时,三只灯泡都能发光。如果加在原线圈两端的交流电的最大值保持不变,而将其频率变为原来的2倍,则对于交流电的频率改变之后与改变前相比,下列说法中正确的是()A.副线圈两端的电压有效值均为216 VB.副线圈两端的电压有效值均为6 VC.灯泡变亮D.灯泡变亮【解析】选B、D。由图乙知原线圈两端电压有效值为36V,根据=得U2=6V,A错、B对;将频率增大,感抗增大,容抗减小,C错、D对。7.(2017湖州高二检测)某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电,用户通过降压变压器用电。若发电厂输出电压为U1,输电导线总电阻为R,在某一时段用户需求的电功率为P0,用户的用电器正常工作的电压为U2。在满足用户正常用电的情况下,下列说法正确的是()A.输电线上损耗的功率为B.输电线上损耗的功率为C.若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电D.采用更高的电压输电会降低输电的效率【解析】选C。设发电厂输出功率为P,则输电线上损耗的功率P=P-P0,P=I2R=,A、B项错误;采用更高的电压输电,可以减小导线上的电流,故可以减少输电线上损耗的功率,C项正确;采用更高的电压输电,输电线上损耗的功率减少,则发电厂输出的总功率减少,故可提高输电的效率,D项错误。8.(2017江苏高考)某音响电路的简化电路图如图所示,输入信号既有高频成分,也有低频成分,则()A.电感L1的作用是通高频B.电容C2的作用是通高频C.扬声器甲用于输出高频成分D.扬声器乙用于输出高频成分【解析】选B、D。电感是阻高频,通低频,电容器是通高频,阻低频,所以A项错误,B项正确;电感L1的作用是通低频,甲输出低频成分,C项错误;同理判断扬声器乙用于输出高频成分,D项正确。9.如图所示,L1和L2是输电线,甲是电压互感器,乙是电流互感器,若已知甲的变压比为5001,乙的变流比为2001,并且已知加在电压表两端的电压为220V,通过电流表的电流为5A,则输电线的输送功率为()A.1.1102WB.1.1104WC.1.1106WD.1.1108W【解析】选D。根据理想变压器的原、副线圈电压比=可知,输电线上的电压U1=1.1105V。再根据理想变压器的原、副线圈电流比=可知,输电线上的电流I1=1.0103A,由功率公式得P=U1I1=1.1108W,故选项D正确。10.(2014新课标全国卷)如图所示,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【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)理解二极管的单向导电性。(2)分析变压器原、副线圈电压、电流与匝数的关系。【解析】选B、D。若变压器原线圈电压为Uab,则副线圈电压为U2=Uab。由于二极管的单向导电性使得Ucd=U2,故=,A错误;增大负载电阻的阻值R,则变压器副线圈电流减小,原线圈电流也减小,即电流表的读数变小,B正确;cd间的电压由变压器的原线圈电压决定,与负载电阻无关,C错误;将二极管短路时,Ucd=U2,副线圈电流会加倍,所以原线圈电流也加倍,故D正确。二、实验题(本大题共2小题,共15分)11.(5分)(2017嘉兴高二检测)为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系,将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上,副线圈连接相同的灯泡L1、L2,电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2,导线电阻不计,如图所示。当开关S闭合后,(1)A1示数,A1与A2示数的比值。(2)V2示数,V1与V2示数的比值。【解析】开关S闭合后,变压器副线圈的负载电阻减小,V2不变,由欧姆定律可得A2示数变大,由于匝数比不变,A1示数变大。由于理想变压器原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上,则副线圈电压不变,V2示数不变,V1与V2示数的比值不变,又因为变压器为理想变压器,则P2=P1,所以A1与A2示数的比值不变。答案:(1)变大不变(2)不变不变12.(10分)实验室为方便学生实验准备了一些可拆变压器,其中有一个变压器有三个线圈,匝数分别是1 100匝、60匝、45匝,实验室备有220V的交流电源,但某实验小组需要3V的交流电压,试探究能否利用已有的变压器全部或部分线圈及220V交流电源满足该实验小组的需要,若能请画出线圈连接示意图。【解析】设原线圈匝数为n1,副线圈匝数为n2,由题意可知应满足=,即用已知线圈组成一个大倍数(几十倍)的降压变压器,可考虑用1 100匝线圈当原线圈,把60匝或45匝线圈当作副线圈,此时有,所以可考虑用1 100匝线圈与60匝线圈串联当原线圈,45匝的线圈为副线圈,也可以用1 100匝线圈与45匝线圈串联当原线圈,但由于,所以以上设想都不符合要求,所以应该考虑保持n1=1 100匝不变,减小n2的办法,即利用60匝线圈和45匝线圈磁通量抵消的办法(如图所示),副线圈匝数相当于(60-45)匝,此时恰好满足=的关系,即满足了题目要求。答案:见解析三、计算题(本大题共4小题,共45分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)13.(8分)如图所示,一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220V的市电上,向额定电压为1.80104V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12mA时,熔丝就熔断。(1)熔丝的熔断电流是多大?(2)当副线圈电路中电流为10mA时,变压器的输入功率是多大?【解析】(1)根据理想变压器的特点,有I1U1=I2U2(2分)当I2=12mA时,I1即为熔断电流,代入数据得I1=0.98A。(2分)(2)副线圈中电流为I2=10mA,变压器的输入功率为P1,则有P1=I2U2。(2分)代入数据得P1=180W。(2分)答案:(1)0.98A(2)180W14.(10分)(2017丽水高二检测)某发电站的输出功率为104kW,输出电压为4kV,通过理想变压器升压后向80km远处的用户供电。已知输电线的电阻率为=2.410-8m,导线横截面积为1.510-4m2,输电线路损失的功率为输出功率的4%。求:(1)升压变压器的输出电压。(2)输电线路上的电压损失。【解析】(1)导线电阻r=25.6(3分)输电线路上损失的功率为输出功率的4%,则4%P=I2r(1分)代入数据得I=125A(1分)由理想变压器P入=P出及P=UI得输出电压U=V=8104V(3分)(2)输电线路上的电压损失U=Ir=12525.6V=3.2103V(2分)答案:(1)8104V(2)3.2103V【总结提升】远距离输电的电压损失和功率损失(1)分析电压损失时注意U和U的区别:U是输电电压,U是输电线上损失的电压。(2)交流输电时,高中阶段计算中,可将输电线看作纯电阻电路,U=Ir、P=I2r =UI等公式都成立。15.(12分)交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO匀速转动。一小型发电机的线圈共220匝,线圈面积S=0.05m2,线圈转动的频率为50Hz,线圈内阻不计,磁场的磁感应强度B=T。如果用此发电机带动两个标有“220V11kW”的电机正常工作,需在发电机的输出端a、b