2024-2025学年高中物理第五章交变电流综合评估含解析新人教版选修3-2

PAGEPAGE10第五章《交变电流》综合评估时间：90分钟分值：100分一、选择题(1－6为单选，每小题4分，7－10为多选，每小题5分，共44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的变更关系如图所示．下列说法中正确的是(D)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更率最大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，但磁通量变更得最快，即磁通量的变更率最大．经过eq\f(T,4)，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，但磁通量的变更率等于零，e＝0，选项A错误．再经过eq\f(T,4)，到达t2时刻，线圈平面又平行于磁场方向，Φ＝0，但eq\f(ΔΦ,Δt)最大，选项B错误．同理，t3时刻，eq\f(ΔΦ,Δt)＝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，Φ最大，选项D正确．2．处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab边垂直．在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合，如图所示，线圈的cd边离开纸面对外运动．若规定沿a→b→c→d→a方向的感应电流为正，则能反映线圈中感应电流i随时间t变更的图象是(C)解析：线圈在磁场中从题图位置起先匀速转动时可以产生按余弦规律变更的沟通电．对于题图起始时刻，线圈的cd边离开纸面对外运动，速度方向和磁场方向垂直，产生的电动势的瞬时值最大；用右手定则推断出电流方向为逆时针方向，与规定的正方向相同，所以C对．3．如图所示，一志向自耦变压器的线圈AB绕在一圆环形的闭合铁芯上，输入端AB间加一正弦式沟通电压，在输出端BP间连接了志向沟通电流表、灯泡和滑动变阻器．移动滑动触头P的位置，可变更副线圈的匝数，变阻器的滑动触头标记为Q.则(D)A．只将Q向下移动时，灯泡的亮度变大B．只将Q向下移动时，电流表的读数变大C．只将P沿顺时针方向移动时，电流表的读数变大D．只提高输入端的电压U时，电流表的读数变大解析：将Q向下移动，R增大，电流表读数减小，变压器输出电压不变，灯泡两端电压不变，灯泡亮度不变，A、B项错误；将P顺时针转动，副线圈匝数削减，输出电压降低，电流表读数减小，C项错误；仅提高输入电压，则输出电压提高，电流表读数增大，D项正确．4．如图表示一沟通电电流随时间变更的图象，其中电流的正值为正弦曲线的正半周，其最大值为Im；电流的负值强度为Im，则该沟通电的有效值为(D)A.eq\f(Im,\r(2)) B.eq\r(2)ImC．Im D.eq\f(\r(3),2)Im解析：依据有效值的定义，取一个周期T，则Q＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Im,\r(2))))2Req\f(T,2)＋Ieq\o\al(2,m)Req\f(T,2)＝I2RT，解得I＝eq\f(\r(3),2)Im，故选D.5．如图所示电路中，电阻R、电感器L、电容器C并联接在某一沟通电源上，三个相同的沟通电流表的示数相同．若保持电源的电压不变，而将其频率增大，则三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系是(D)A．I1＝I2＝I3 B．I1>I2>I3C．I2>I1>I3 D．I3>I1>I2解析：交变电流的频率增大，电感器的阻碍作用增大，I2变小；电容器的阻碍作用减小，I3增大；电阻对交变电流的阻碍作用与频率无关，I1不变．故选项D正确．6．远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压分别为U1、U2，电流分别为I1、I2，输电线上的电阻为R.变压器为志向变压器，则下列关系式中正确的是(D)A.eq\f(I1,I2)＝eq\f(n1,n2) B．I2＝eq\f(U2,R)C．I1U1＝Ieq\o\al(2,2)R D．I1U1＝I2U2解析：由志向变压器可知eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，选项A错；I2＝eq\f(UR,R)，而U2＝UR＋U3，故I2＜eq\f(U2,R)，B错；P入＝P出，即U1I1＝U2I2，而U2≠I2R，C项错，D项正确．7．如图所示，变频交变电源的频率可在20Hz到20kHz之间调整，在某一频率时，L1、L2两只灯泡的炙热程度相同．则下列说法中正确的是(BC)A．假如将频率增大，L1炙热程度减弱、L2炙热程度加强B．假如将频率增大，L1炙热程度加强、L2炙热程度减弱C．假如将频率减小，L1炙热程度减弱、L2炙热程度加强D．假如将频率减小，L1炙热程度加强、L2炙热程度减弱解析：某一频率时，两只灯泡炙热程度相同，应有两灯泡消耗的功率相同，频率增大时，感抗增大，而容抗减小，故通过L1的电流增大，通过L2的电流减小，故B项正确；同理可得C项正确，故选B、C.8.在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在如图所示变压器铁芯的左右两个臂上．当通以沟通电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂．已知线圈1、2的匝数之比n1∶n2＝2∶1.在不接负载的状况下(BD)A．当线圈1输入电压为220V时，线圈2输出电压为110VB．当线圈1输入电压为220V时，线圈2输出电压为55VC．当线圈2输入电压为110V时，线圈1输出电压为220VD．当线圈2输入电压为110V时，线圈1输出电压为110V解析：在不考虑原、副线圈内电阻的状况下，变压器原、副线圈电压之比(U1/U2)等于原、副线圈中产生的感应电动势之比(E1/E2)．当给线圈1输入电压U1时，eq\f(U1,U2)＝eq\f(E1,E2)＝eq\f(n1\f(ΔΦ1,Δt),n2\f(ΔΦ2,Δt))＝eq\f(n1ΔΦ1,n2ΔΦ2)＝eq\f(2,1)×eq\f(2,1)＝eq\f(4,1).当给线圈2输入电压U2时，eq\f(U2,U1)＝eq\f(E2,E1)＝eq\f(n2\f(ΔΦ2,Δt),n1\f(ΔΦ1,Δt))＝eq\f(n2ΔΦ2,n1ΔΦ1)＝eq\f(1,2)×eq\f(2,1)＝1.所以选项B、D正确．9．一交变电压的表达式为u＝100eq\r(2)sin100πt(V)，由该表达式可知(AB)A．用电压表测该电压时电压表的示数为100VB．该交变电压的周期为0.02sC．将该电压加在100Ω的电阻两端，电阻消耗的电功率为50WD．t＝eq\f(1,400)s时，该交变电压的瞬时值为50V解析：由表达式u＝100eq\r(2)sin100πt(V)可知该交变电压的最大值为100eq\r(2)V，角速度ω＝100πrad/s，所以T＝eq\f(2π,ω)＝0.02s，选项B正确；电压表的示数为交变电压的有效值，应为U＝eq\f(Um,\r(2))＝100V，选项A正确；将该电压加在100Ω的电阻两端，电阻消耗的电功率P＝eq\f(U2,R)＝eq\f(1002,100)W＝100W，选项C错误；当t＝eq\f(1,400)s时，该交变电压的瞬时值为u＝100eq\r(2)sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(100π·\f(1,400)))V＝100V，选项D错误．10.如图所示为一志向变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑片，U1为加在原线圈的电压，则(ABD)A．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大B．保持P的位置及U1不变，K由b合到a时，R消耗功率将减小C．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大解析：K由a合到b，n1减小而U1不变，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知副线圈上电压增大，负载R的电流I2增大，P2增大；又由于P1＝P2＝U1I1，故I1增大，A项正确．同理K由b合到a时，P2减小，B项正确．P上滑时，负载电阻R增大，而U1、U2均不变，由I2＝eq\f(U2,R)可知I2减小，又由于n1、n2均不变，由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知I1将减小，故C项错误．当U1增大时，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知U2也增大，I2＝eq\f(U2,R)增大，再由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知I1增大，故D项正确．二、填空题(每小题8分，共16分)11.如图所示，志向变压器原线圈与10V的沟通电源相连，副线圈并联两个小灯泡a和b，小灯泡a的额定功率为0.3W，正常发光时电阻为30Ω，已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为0.09A，可计算出原、副线圈的匝数比为103，流过灯泡b的电流为0.2_A.解析：副线圈电压U2＝Ua＝eq\r(PaRa)＝3V，eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(10,3)，Ub＝Ua＝3V，由能量守恒定律得：U1I1＝Pa＋UbIb代入数据得：Ib＝0.2A.12.原始的电话机将听筒和话筒串联成一个电路，当自己对着话筒讲话时，会从听筒中听到自己的声音，导致听觉疲惫而影响通话．现代的电话将听筒电路与话筒电路分开，改进的电路原理示意图如图所示，图中线圈Ⅰ与线圈Ⅱ匝数相等，R0＝1.2kΩ，R＝3.6kΩ，Rx为可变电阻．Rx调到某一值时，从听筒中就听不到话筒传出的声音了，这时Rx数值为1.8_kΩ.解析：当Ⅰ、Ⅱ线圈所在回路对称时，从听筒中就听不到话筒发出的声音，即Rx与R并联后的总电阻与R0相等，即可形成电路对称，则eq\f(RxR,Rx＋R)＝R0，将R0＝1.2kΩ，R＝3.6kΩ，代入解得Rx＝1.8kΩ.三、计算题(每小题10分，共40分)13.如图所示，线圈的面积是0.05m2，共100匝，匀强磁场的磁感应强度B＝eq\f(1,π)T，当线圈以300r/min的转速匀速旋转时，求：(1)若从线圈的中性面起先计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式．(2)从中性面起先计时，线圈转过eq\f(1,30)s时电动势瞬时值多大？答案：(1)e＝50sin(10πt)V(2)43.3V解析：(1)n＝300r/min＝5r/s，因为从中性面起先转动，并且求的是瞬时值，故e＝Emsinωt＝NBS·2πnsin(2πnt)＝50sin(10πt)V(2)当t＝eq\f(1,30)s时，e＝50sin(10π×eq\f(1,30))V≈43.3V.14．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边长为L1＝0.4m，ad和bc边长L2＝0.2m，匝数为N＝100，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10eq\r(2)V．开关S闭合时，外电路上标有“10V10W”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θ＝60°过程中通过灯泡的电荷量．(计算结果保留两位有效数字)答案：(1)12.5rad/s(2)5.7×10－2C解析：(1)当S断开，电压表示数为10eq\r(2)V，则：Em＝eq\r(2)×10eq\r(2)V＝20V，①而Em＝NBSω，②由①②式可得：ω＝12.5rad/s.③(2)S闭合，“10V10W”灯泡正常发光，则电路中电流：I＝eq\f(P额,U额)，④而E＝I(R＋r)，⑤线框转过θ＝60°过程中通过灯泡的电荷量：Q＝eq\x\to(I)Δt，⑥而eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)，⑦又eq\x\to(E)＝Neq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(NBS1－cos60°,Δt)，⑧由④⑤⑥⑦⑧式可得：Q≈5.7×10－2C.15．某发电站的输出功率为104kW，输出电压为4kV，通过志向变压器升压后向80km远处供电．已知输电导线的电阻率为ρ＝2.4×10－8Ω·m，导线横截面积为1.5×10－4m2，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．答案：(1)8×104V(2)3200V解析：(1)输电线路的电阻为R＝ρeq\f(L,S)＝2.4×10－8×eq\f(2×80000,1.5×10－4)Ω＝25.6Ω输电线上损失的功率为ΔP＝4%P＝4%×104kW＝400kW由ΔP＝I2R得I＝eq\r(\f(Δ