第三章 交变电流与远距离输电 单元测试(word解析版)

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名称 第三章 交变电流与远距离输电 单元测试(word解析版)
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资源类型 教案
版本资源 鲁科版(2019)
科目 物理
更新时间 2021-08-29 06:43:37

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2021-2022学年鲁科版(2019)选择性必修第二册
第三章
交变电流与远距离输电
单元测试(解析版)
一、选择题(48分)
1.如图所示,ab间接有一电压稳定的正弦交流电,交流电流表和交流电压表均为理想电表,开始时开关S处于断开状态,下列说法正确的是(  )
A.若仅将滑动变阻器的滑动触头P向左滑动,电压表的示数将减小
B.若仅将滑动变阻器的滑动触头P向左滑动,电流表的示数将减小
C.若仅将开关S闭合,电压表的示数将减小
D.若仅将开关S闭合,电流表的示数将减小
2.如图所示,一正方形线圈通过电刷与自耦变压器相连,线圈平面与水平向右、磁感应强度为B的匀强磁场平行,现让线圈由图示位置以恒定的角速度转动并开始计时,转轴与磁场垂直。已知正方形线圈的匝数为N、边长为a,电阻不计。则下列说法正确的是(  )
A.线圈中产生的感应电动势的瞬时表达式为
B.若线圈的转速变为原来2倍,则电压表的示数变为原来2倍
C.若线圈的转速变为原来2倍,则定值电阻消耗的电功率变为原来2倍
D.若线圈的转速变为原来2倍,欲使电压表的示数不变,自耦变压器的滑动触头应向下移动
3.如图所示,变压器为理想变压器,原线圈一侧接在稳定交流电源上。R0为定值电阻,R为滑动变阻器,A1和A2为理想电流表,V1和V2为理想电压表。若将滑动变阻器的滑动片向a端移动,则(  )
A.V2示数变小
B.V1示数变大
C.A2示数变小
D.A1示数不变
4.如图所示,一导体圆环位于纸面内,为圆心。环内两个圆心角为90°的扇形区域(半径)中有方向相反且与纸面垂直的匀强磁场,磁感应强度。长为的导体杆可绕转动,电阻为,端通过滑动触点与圆环接触良好。在圆心和圆环间连有电阻。杆以角速度逆时针匀速转动,时恰好在图示位置,圆环的电阻忽略不计,则杆从开始转动一周的过程中,下列说法正确的是(  )
A.所产生电流为直流电
B.时通过的电流方向为到
C.时通过的电流大小为
D.电阻的电功率为
5.远距离输电示意图如图所示,两变压器均为理想变压器,升压变压器的原、副线圈的匝数分别为、。在的原线圈两端接入一电压的交流电源,已知升压变压器的原线圈输入的总电功率为,输电线的总电阻为,不考虑其他因素的影响,则用户消耗的电功率为(  )
A.
B.
C.
D.
6.如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数分别为、,且,定值电阻R1、R2的阻值相等,图中电流表、电压表均为理想电表。在a、b端输入交变电流,其电流的有效值不随负载变化。当向下调节滑动变阻器R3的滑动端P时,下列说法正确的是(  )
A.电流表示数一定减少
B.电压表示数一定减少
C.R1消耗的功率一定大于R2消耗的功率
D.电源的输出功率一定减少
7.如图为一电吹风内部电路示意图,其中变压器原副线圈匝数比为2:1.当原线圈接入市电:u=220sin100πt(V)后,闭合开关S,副线圈中电机M(额定电压100V,额定功率100W)刚好正常工作。则(  )
A.电动机内阻为R=100Ω
B.交变电压的频率为100Hz
C.副线圈中电流的有效值为1A
D.变压器的输入功率为110W
8.电容对交变电流的影响,以下说法中正确的是(  )
A.电容对直流有阻碍作用
B.电容的容抗越小,对交变电流的阻碍作用就越小
C.电容器的电容越大,电容器对交变电流的阻碍作用就越小
D.电容器具有“通直流、隔交流、通低频、阻高频”的作用
9.如图甲所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一匝数为n、面积为S、总电阻为r的矩形线圈abcd绕轴以角速度匀速转动,矩形线圈在转动中可以保持和外电路电阻R形成闭合电路,回路中接有一理想交流电流表。图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图像,则下列说法中正确的是(  )
A.电流表的示数为
B.从t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量为
C.t3时刻穿过线圈的磁通量变化率为BS
D.从t1到t3这段时间穿过线圈的磁通量变化量为零
10.如图所示电路,理想变压器原、副线圈匝数比为,电流表、电压表均为理想交流电表,R是光敏电阻(其阻值随照射光强度增大而减小),原线圈接入电压随时间按变化的交流电,下列说法正确的是(  )
A.交流电的频率为
B.电压表的示数为
C.照射R的光强度增大时,电流表的示数变大,灯泡变得更亮
D.其它条件不变,只使原线圈的匝数增多,灯泡将变得更亮
11.如图,发电机的矩形线圈长为、宽为L,匝数为N,放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,理想变压器的原、副线圈匝数分别为、和,两个副线圈分别接有电阻和,当发电机线圈以角速度匀速转动时,理想电流表读数为I,不计线圈电阻,下列说法正确的是(  )
A.通过电阻的电流为
B.电阻两端的电压为
C.与的比值为
D.发电机的功率为
12.如图,理想变压器输入有效值恒定的正弦式交流电,输出电压通过输电线送给用户(电灯等用电器),R表示输电线的电阻,原来开关S是断开的(  )
A.要提高用户的电压,滑动触头P应向上滑动
B.若P点不动,将变压器的原线圈的匝数增加,变压器的输入功率将增加
C.用电器增加(即开关S闭合时),输电线的热损耗减少
D.用电器增加时(即开关S闭合时),变压器的输入功率将增加
二、解答题(52分)
13.一台发电机产生的正弦式交变电流的电动势最大值是400V,线圈匀速转动的角速度是100πrad/s,写出瞬时电动势的表达式。在1s内电流方向改变多少次?
14.如图甲所示,边长L=1m的单匝正方形导线框,虚线MN为中轴线,其左侧有方向垂直纸面向里的匀强磁场分别求出下列三种情况感应电动势的大小:
(1)若磁感应强度大小B0=0.2T,让线框以线速度v=2.5m/s绕MN从图示位置匀速转过90°的过程中,线框产生的感应电动势E1;
(2)磁感应强度大小不变,将线框以(1)中速度水平向右匀速拉出,线框产生的感应电动势E2;
(3)若线框保持如图甲位置不动,磁感应强度大小随时间按图乙所示规律变化线框产生的感应电动势E3。
15.如图所示为余弦式交变电流的图像,根据图像求解下列问题:
(1)该交变电流的周期;
(2)该交变电流的频率;
(3)若该交变电流通过10Ω的电阻时,电阻消耗的电功率。
16.某电站输电的电功率,输出电压,用原、副线圈匝数之比的变压器升压后向某小区供电,电能到达该小区后再用变压器降为220V。测得安装在输电线路起点和终点处的两只电能表一昼夜(24h)示数相差480度。
(1)求输电线的总电阻r和小区端降压变压器原、副线圈的匝数之比;
(2)若要使输电效率提高到87.2%,又不改变输电线,只换变压器,分别求升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数之比。
参考答案
1.C
【详解】
AB.当滑动变阻器的滑动触头P向左滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻将减小,副线圈中电压一定,则副线圈的电流将变大,电压表的示数为
可知示数将变大;由
可知原线圈中的电流变大,即电流表的示数变大,AB项错误;
CD.若将开关S闭合,副线圈所接负载电阻的总阻值减小,副线圈中的电流增大,滑动变阻器R上的电压变大,则电压表的示数将减小;由
可知电流表的示数增大;C项正确,D错误;
故选C。
2.B
【详解】
A.正方形线圈由平行于磁场的位置开始计时,正方形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为
A错误;
B.正方形线圈的转速加倍,正方形线圈的角速度变为原来的2倍,据
可得,正方形线圈中产生交流电电动势的最大值变为原来的2倍,原线圈两端电压变为原来的2倍,据
可得副线圈两端电压变为原来的2倍,电压表的读数变为原来的2倍,B正确;
C.定值电阻R消耗的功率
副线圈两端电压变为原来的2倍,则定值电阻R消耗的功率变为,C错误;
D.欲保持电压表的示数不变,应使原线圈的匝数增加,即应使自耦变压器的滑动触头向上移动,D错误。
故选B。
3.A
【详解】
B.理想变压器副线圈的电压由原线圈电压决定,原线圈电压不变,副线圈的电压也不变,即V1示数U1不变,B错误;
C.根据闭合电路欧姆定律
滑动变阻器的滑动片向a端移动,R减小,电流I2增大,A2示数变大,C错误;
A.根据闭合电路欧姆定律
I2增大,U2示数变小,即V2示数变小,A正确;
D.根据
A2示数变大,A1示数也增大,D错误。
故选A。
4.C
【详解】
A.两处磁场方向相反,所以电流方向相反,产生交流电,A错误;
B.时导体棒转过的角度为
导体棒在垂直纸面向里的磁场中,所以根据右手定则知通过的电流方向为到,B错误;
C.感应电动势为
所以电流为
C正确;
D.根据有效值的定义得
解得
所以电阻的电功率为
D错误。
故选C。
5.A
【详解】
升压变压器原线圈输入电压的最大值为,有效值为
根据变压器的变压比
可知副线圈电压为
输电电流
输电线上损失的电功率为
用户消耗的电功率为
联立解得
故选A。
6.C
【详解】
A.输入端电流不变,根据变压器电流的关系
可知电流表示数不变,故A错误;
B.向下调节滑动变阻器R3的滑动端P时,滑动变阻器的有效电阻增大,在副线圈回路中,副线圈电压
可得电压表示数将变大,故B错误;
C.根据
及变压器匝数的关系
可知通过的电流一定大于的电流,由
可知R1消耗的功率一定大于R2消耗的功率,故C正确;
D.因为副线圈电流不变,电压增大,由
可知变压器的输出功率变大,而输入端的电流不变,定值电阻的功率不变,所以电源的输出功率一定变大,故D错误。
故选C。
7.C
【详解】
B.由u=220sin100πt(V)可知
则交变电压的频率
B错误;
C.电机M(额定电压100V,额定功率100W)刚好正常工作,根据
可知副线圈电流为1A,此电流为有效值,C正确;
A.若电动机内阻为R=100Ω,则
显然不可能,A错误;
D.由u=220sin100πt(V)可知原线圈电压有效值
则副线圈电压
电机M电压100V,则r上的电压为10V,功率
所以副线圈的功率为110W,变压器的输入功率为110W,D错误。
故选C。
8.BC
【详解】
A.电容对直流有阻止的作用,即直流无法通过电容,故A错误;
B.电容的容抗越小,对交变电流的阻碍作用就越小,故B正确;
C.由容抗公式可知,电容器的电容越大,电容器对交变电流的阻碍作用就越小,故C正确;
D.电容对电流的影响可概括为“隔直流、通交流、通高频,阻低频”,故D错误。
故选BC。
9.ACD
【详解】
A.产生的电动势E=nBSω;电流表的示数为有效值,则有:
故A正确;
B.从t3到t4这段时间磁通量的变化为BS,则平均电动势,因此通过电阻R的电荷量为
故B错误;
C.t3时刻电动势E=nBSω;则由法拉第电磁感应定律可知:,则穿过线圈的磁通量变化率为BSω;故C正确;?
D.t1和t3两时刻平面与磁场方向平行,磁通量均为零,从t1到t3这段时间穿过线圈的磁通量变化量为零,故D正确。
故选ACD。
10.BC
【详解】
A.交流电的周期为
所以频率为,A错误;
B.原线圈的两端电压的有效值为220
V,原、副线圈匝数比为,所以副线圈两端电压的有效值即电压表的示数为110
V,B正确;
C.照射R的光强度增大时,其阻值减小,故副线圈上的电流增大,而匝数比不变,故原线圈上的电流增大,所以电流表的示数变大,灯泡变得更亮,C正确;
D.其它条件不变,只使原线圈的匝数增多,则副线圈两端的电压变小,灯泡将变暗,D错误。
故选BC。
11.BC
【详解】
AB.由题知理想电流表读数为I,则根据欧姆定律
U1=
IR1
根据变压器电压与匝数的关系有

代入数据有
U0=
,U2=
再由欧姆定律有
U2=
I2R2
可计算出
I2=
综上可知,A错误、B正确;
C.由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈,则有
Emax=
NB2L2ω,U0=
=
NBL2ω
由选项AB知
U0=

C正确;
D.由于变压器为理想变压器则有
P0=
P1
+
P2=
U1I
+
U2I2=
I2R1
+
U2I2
代入选项ABC公式有
P0=
由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈,则发电机的功率为P0,D错误。
故选BC。
12.AD
【详解】
A.根据变压器原理可知输出电压
解得
当滑动触头P应向上滑时,n2增大,所以输出电压增大,
A正确;
B.若P点不动,将变压器的原线圈的匝数增加,根据
副线圈的电压减小,输出功率减小,则变压器的输入功率将减小,B错误;
C.由于用电器是并联的,因此用电器增加时总电阻变小,输出电压不变,总电流增大,故输电线上热损耗增大,C错误;
D.用电器增加时总电阻变小,输出电压不变,总电流增大,输出功率增大,所以输入功率增大,D正确。
故选AD。
13.400sin100πt(V),100次
【详解】
由e=Emsinωt,得
e=400sin100πt(V)
由于
即每秒钟会出现50个周期,而每个周期里电流方向改变两次,故每秒钟电流方向改变100次。
14.(1);(2)0.5V;(3)1V
【详解】
(1)由法拉第电磁感应定律得
解得线框产生的感应电动势
(2)线框产生的感应电动势
(3)根据
解得线框产生的感应电动势
15.(1)0.08s;(2)12.5Hz;(3)605W
【详解】
解:(1)由图像可知T=0.08s
(2)因f=,所以
f=Hz=12.5Hz
(3)该交变电流的电压有效值为
U=V=55V
P=W=605W
16.(1)8Ω;;(2);
【详解】
(1)输电线一昼夜消耗电能480度,则有
在升压变压器中,有
其中
解得
输电线上损耗的电压
则降压变压器的输入电压
降压变压器原、副线圈的匝数之比
(2)输电效率提高到87.2%后,输电线损失的功率
解得

解得
解得
输电线上损耗的电压
降压变压器原、副线圈的匝数之比为