2023高中物理第三章交变电流质量评估新人教版选择性

第三章质量评估(时间:75分钟满分:100分)一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的.1.一台家用电冰箱的铭牌上标有“220V100W”字样,这表明该电冰箱所用交流电压的 ()A.峰值是380VB.峰值是220VC.有效值是220V D.有效值是311V解析:交流电表的示数、保险丝的熔断电流、铭牌上标的“220V”,都是有效值,故选项C正确.答案:C2.图甲是线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动产生的交流电压图像.将该电压加在图乙所示的理想变压器的M、N两端.变压器原、副线圈匝数比为5∶1,电阻R的阻值为2Ω,电流表、电压表均为理想电表.下列说法不正确的是 ()甲乙A.电流表的示数为2AB.线圈转动的角速度为50πrad/sC.流过灯泡的电流方向每秒改变50次D.0.01s时穿过线圈的磁通量最大解析:原线圈两端的电压的有效值为10022V=100V,由电压与匝数的关系可得副线圈两端的电压有效值为U2=n2n1U1=15×100=20V;副线圈中的电流I2=U2R=10A,由电流与匝数的关系得I2A,故选项A说法正确.根据题图甲可以知道,交流的周期是0.04s,ω=2π2π0.04rad/s=50πrad/s,故选项B说法正确.交流的周期是0.04s,在一个周期内电流的方向改变2次,所以流过灯泡的电流方向每秒改变50次,故选项C说法正确.由图像可知,在t答案:D3.如图所示,边长为l、匝数为N、电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω绕转轴OO'匀速转动,轴OO'垂直于磁感线且位于线圈平面内(题图所示位置),在线圈外接一含有理想变压器的电路,变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2.下列判断正确的是 ()A.交流电压表V1的示数等于NBωl2B.变压器的输入功率与输出功率之比为n1∶n2C.交流电压表V2的示数为副线圈两端电压的有效值D.在图示位置时穿过线圈的磁通量为0,感应电动势最小解析:交流电压的最大值Em=NBωl2,电压表V1的示数为电压的有效值,E=NBωl22,选项A错误.理想变压器的输入功率与输出功率之比为1∶1,选项B错误.交流电压表V2的示数为副线圈两端电压的有效值,选项C正确答案:C4.下图为一交流电压随时间变化的图像.每个周期内,前三分之一周期电压按正弦规律变化,后三分之二周期电压恒定.根据图中数据可得,此交流电压的有效值为 ()A.7.5V B.8VC.313V D.215V解析:题图所示的电流不是正弦式电流,因此有效值U与最大值Um不满足U=Um2.把一个周期进行分段,在0~0.01s电流是正弦式电流,电压的有效值等于32V;在0.01~0.03s是恒定电流,电压有效值等于9V.由电流热效应得(32V)2R×13T+(9V)2答案:D5.在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁感线垂直的轴匀速转动,如图甲所示.产生的感应电动势随时间变化的规律如图乙所示.下列说法正确的是 ()甲乙A.t=0.01s时穿过线框的磁通量最小B.该电动势的有效值为112VC.该电动势的瞬时值表达式为e=222sin100πt(V)D.电动势瞬时值为22V时,线圈平面与中性面的夹角为30°解析:t=0.01s时,感应电动势为0,穿过线框的磁通量最大,选项A错误.该电动势的有效值为E=Em2=2222V=22V,选项B错误.当t=0时,电动势为0,线圈平面与磁场方向垂直,故该电动势的瞬时值表达式为e=222sin100πt答案:C6.正弦式电流加在一氖管的两端,其电压的瞬时值表达式为u=50sin100πt(V),已知氖管两端的电压达到253V及以上时才发光,则此氖管在1min内发光的总时间为 ()A.15s B.20s C.30s D.40s解析:电流的周期为T=0.02s,当50sin100πt≥253时,氖管才发光,所以在前半个周期,当t1=1300s时氖管开始发光,当t2=2300s时停止发光,发光时间为Δt=t2t1=1300s,则一个周期内发光的时间为2Δt=2300答案:B7.如图所示的电路中,理想变压器原、副线圈匝数比为1∶2,电阻R1、R2和R3的阻值分别是1Ω、2Ω和3Ω,正弦式交流电源的电压恒定.当开关S断开时,理想电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为 ()A.12I B.23I C.32解析:当开关S断开时,副线圈两端的电压U2=I(R2+R3),根据电压与匝数的关系得原线圈两端的电压为U1=12U2,根据电流与匝数成反比,得原线圈中的电流I1=2I,则电阻R1两端的电压为UR1=I1R1,在原线圈回路中总电压为U=U1+UR1;S闭合时R3被短接,设电流表示数为I',则副线圈两端的电压U2'=I'R2,根据电压与匝数的关系得原线圈两端的电压为U1'=12U2',根据电流与匝数的关系得原线圈中的电流I1'=2I',则电阻R1两端的电压为UR1'=I1'R1,在原线圈回路中总电压为U=U1'答案:C二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分.在每小题给出的四个选项中,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.8.某正弦式电流的it图像如图所示,则该电流的 ()A.频率f=0.02HzB.有效值I=102AC.峰值Im=102AD.瞬时值表达式为i=20sin100πt(A)解析:由图可知,周期T=0.02s,频率为f=1T=50Hz,故选项A错误.正弦式电流峰值Im=20A,有效值I=Im2=202A=102A,故选项B正确,选项C错误.角速度ω=2πf=100πrad/s,所以瞬时值表达式为答案:BD9.如图所示,边长为l的正方形线圈abcd,其匝数为N,总电阻为r,外电路的电阻为R,ab的中点和cd的中点的连线OO'恰好位于匀强磁场的边界上,磁场的磁感应强度为B,若从图示位置开始计时,线圈以角速度ω绕OO'轴匀速转动,则下列判断正确的是 ()A.闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式e=NBl2ωsinωtB.在t=π2C.从t=0时刻到t=π2ω时刻,电阻R上产生的热量为QD.从t=0时刻到t=π2ω时刻,通过R的电荷量为Q解析:线圈在匀强磁场中匀速转动,产生正弦式交变电流,根据规律可列出感应电动势的瞬时值表达式,最大值为有效值的2倍;每当线圈经过中性面时,电流方向改变;当穿过线圈的磁通量为0时,线圈切割磁感线速度最大,产生的感应电动势也最大.由感应电动势的瞬时值表达式e=Emsinωt,得回路中感应电动势的瞬时值表达式e=12NBωl2sinωt,选项A错误.在t=π2ω时刻,线圈从图示位置转过90°,此时穿过线圈的磁通量最小,磁通量变化率最大,选项B错误.电压的有效值为E=Em2,从t=0到t=π2ω时刻,电阻R产生的热量为Q=ER+r2R·π2ω=πN2B2l答案:CD10.下图是远距离输电示意图,电站的输出电压为U1=250V,输出功率P1=100kW,输电线电阻R=8Ω.进行远距离输电时,下列说法正确的是 ()A.若电站的输出功率突然增大,则降压变压器的输出电压减小B.若电站的输出功率突然增大,则升压变压器的输出电压增大C.若输电线损耗比例为5%,则所用升压变压器的匝数比n1nD.用10000V高压输电,输电线损失功率为800W解析:由I1=P1U1和U1不变知,P1增大,I1增大;由I线=n1n2I1知I线增大,损失的电压增大,U3减小,U4减小,故选项A正确,选项B错误.损失的功率ΔP=P×5%=5×103W,I2=25A,n1n2=25400=116,故选项C正确.用10000V高压输电,即U2'=10000V,I2'=P1U2'=10A,ΔP=答案:ACD三、非选择题:共54分.11.(8分)某实验小组进行了探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系的实验.(1)为了确保安全,下列做法正确的是.

A.只能使用低压直流电源,所用电压不要超过12VB.连接好电路后,可以不经检查和确认,直接接通电源C.由于使用的电压较低,通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱D.为了多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测(2)多用电表刻度盘上的交流电压的刻度是(选填“均匀”或“不均匀”)的.

(3)某实验小组通过实验,记录的数据如下表所示.原线圈匝数n1100200400400副线圈匝数n2400400200800原线圈两端的电压U1/V1.964.908.004.86副线圈两端的电压U2/V7.809.763.909.64通过分析实验数据可得出的实验结论是.

解析:(1)连接电路后要经过检查和确认才能接通电源.为了保证人身安全,只能使用低压交流电源,所用电压不要超过12V;即使这样,通电时也不要用手接触裸露的导线、接线柱.为了保证多用电表的安全,使用交流电压挡测电压时,先用最大量程挡试测,大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量.(2)由多用电表的表盘可知,多用电表刻度盘上的交流电压的刻度是不均匀的.(3)分析实验数据.第一组:U1U2=1.967.80=0.第二组:U1U2=4.909.76=0.第三组:U1U2=8.003.90第四组:U1U2=4.869.64=0.可得出的实验结论是在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压比等于匝数比.答案:(1)D(2)不均匀(3)在误差允许范围内,变压器原、副线圈的电压比等于匝数比12.(10分)为探究变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系,某实验小组把没有用导线相连的两个线圈套在同一闭合的铁芯上,一个线圈连学生电源的输出端,另一个线圈两端连小灯泡,如图所示.(1)线圈应连到学生电源的(选填“直流”或“交流”).

(2)将与灯泡相连的线圈拆掉数匝,其余装置不变继续实验,灯泡亮度将(选填“变亮”或“变暗”),这说明灯泡两端的电压(选填“变大”或“变小”).

(3)在探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系的实验中,变压器原、副线圈的匝数分别为120和60,测得的原、副线圈两端的电压分别为8.2V和3.6V,据此可知电压比与匝数比不相等,可能的原因是.(写出一条即可)

解析:(1)变压器的工作原理是互感现象,原线圈接交流电压,输出电压也是交流电压.(2)与灯泡相连的线圈匝数减少,由U1U2=(3)变压器线圈通过电流时会发热;铁芯在交变磁场的作用下会发热;此外,交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内.所有这些,使得变压器工作时有能量损失.答案:(1)交流(2)变暗变小(3)漏磁(或铁芯发热,或导线发热)13.(10分)如图所示,理想变压器的交流输入电压U1=220V,有两组副线圈,其中n2=36,标有“6V9W”“12V12W”的电灯分别接在两组副线圈上,且均正常发光.求:(1)原线圈的匝数n1和另一副线圈的匝数n3;(2)原线圈中电流I1.解析:(1)由于两灯泡均正常发光,所以有U2=6V,U3=12V.根据原、副线圈电压与匝数的关系,由U1U2=n1n2、U2U3=n3=U3U2(2)由于P入=P出,P出=P2+P3,所以P入=P2+P3.即I1U1=P2+P3,则I1=P2+P答案:(1)132072(2)0.095A14.(12分)如图所示,匝数为100、面积为0.01m2的线圈,处于磁感应强度B1为1πT的匀强磁场中.当线圈绕垂直于磁场的轴O1O2以转速n=300r/min匀速转动时,电压表、电流表的读数分别为7V、1A.电动机的电阻r=1Ω,牵引一根原来静止的、长l=1m、质量m=0.2kg的导体棒MN沿轨道上升.导体棒的电阻R=1Ω,架在倾角为30°的框架上,它们处于方向与框架平面垂直、磁感应强度B2为1T的匀强磁场中.当导体棒沿轨道上滑1.6m时获得稳定的速度,这一过程中导体棒上产生的热量为4J.不计框架电阻及一切摩擦,g取10m/s2(1)假设从线圈平面处于中性面开始计时,写出感应电动势的瞬时值表达式.(2)求导体棒MN的稳定速度.(3)求导体棒MN从静止到达到稳定速度所用的时间.解析:(1)线圈转动过程中感应电动势的最大值为Em=NB1Sω=NB1S·2πn=100×1π×0.从线圈平面处于中性面开始计时,感应电动势瞬时值表达式为e=Emsinωt=10sin10πt(V).(2)电动机中的电流I=1A,两端的电压U=7V,电动机的输出功率P出=IUI2r,又P出=F·v,而棒产生的感应电流I'=ER=B稳定时棒处于平衡状态,故有F=mgsinθ+B2I'l,联立以上各式代入数据,解得棒的稳定速度v=2m/s,v=3m/s(舍去).(3)由能量守恒定律得P出·t=mgh+12mv2+Q其中h=xsinθ=0.80m,Q=4J,解得t=1.0s.答案:(1)e=10sin10πt(V)(2)2m/s(3)1.0s15.(14分)为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种“闪烁”装置.如图所示,自行车后轮由半径r1=5.0×102m的金属内圈、半径r2=0.40m的金属外圈和绝缘辐条构成.后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条,每根金属条的中间均接有一个电阻为R的小灯泡.支架上装有磁体,形成了磁感应强度B=0.10T、方向垂直于纸面向外的“扇形”匀强磁场,其内半径为r1、外半径为r2、张角θ=π6.后轮以角速度ω=2πrad/s相对于转轴转动.不计其他电阻,忽略磁场的边缘效应(1)当金属条ab进入“扇形”磁场时,求感应电动势E,并指出ab上的电流方向.(2)当金属条ab进入“扇形”磁场时,画出“闪烁