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
单元测试题(解析版)
第I卷(选择题)
一、选择题(48分)
1.一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图所示。则下列说法正确的是( )
A.t=0.01
s时刻,Φ的变化率最大
B.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直
C.t=0.02
s时刻,交流电动势达到最大
D.t=0.03
s时刻,
线圈平面在中性面
2.在匀强磁场中,一个200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2Ω,则( )
A.0.5s时,线圈中的感应电动势为8πV
B.1.
0
s时,线圈中的电流改变方向
C.2.0s时,线圈中的电流为πA
D.一个周期内,线圈产生的热量为32π2J
3.教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电,电路如图所示,理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U,R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的2倍,则( )
A.R消耗的功率变为P
B.电压表V的读数变为U
C.电流表A的读数变为2I
D.通过R的交变电流频率不变
4.供电站向远方输送正弦式交流电,输送的电功率恒定,若将输电电压提高到原来的2倍,则( )
A.输电电流为原来的2倍
B.输电导线上损失的电压为原来的2倍
C.输电导线上损失的电功率为原来的
D.输电导线上损失的电功率为原来的
5.如图所示,a、b、c三种交流电,分别通过同一电阻,在0.8s内,电阻产生的热量分别为、和,则( )
A.
B.
C.
D.
6.电流随时间变化的规律如图所示,每个周期的前半个周期电流随时间按照正弦形式的规律变化,后半个周期的电流为0,已知电流的最大值为I。则在0?T过程中的平均电流( )
A.I0
B.
C.
D.
7.如图所示,理想变压器原线圈ab端输入交流电电压的瞬时表达式为,e为副线圈cd的中心抽头,D1、D2为理想二极管(具有单向导电性,正向电阻为零,反向电阻无穷大),定值电阻R=10Ω,S为开关。已知变压器原、副线圈的匝数比为20:1,下列说法正确的是( )
A.输入交流电的频率为100Hz
B.开关闭合时,电阻两端的电压为11V
C.开关闭合时,原线圈ab的输入功率为3.025W
D.开关断开后,副线圈cd两端的电压为0
8.如图所示,交流发电机两输出端的电压为。理想变压器的原、副线圈匝数分别为、。原线圈中接一阻值为的电阻,副线圈中接一阻值为的电阻,两个交流电流表和交流电压表均为理想电表。当开关S闭合电路正常工作时,交流电流表的读数为,交流电流表的读数为,交流电压表V的读数为,下列关系正确的是( )。
A.
B.
C.
D.
9.如图所示,单匝矩形线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的de边匀速转动,周期为0.2s,线圈电阻为。磁场只分布在de边的左侧,若线圈从如图所示开始计时,线圈转过时的感应电流为1A,那么( )
A.线圈中感应电流的有效值为2A
B.线圈磁通量变化率的最大值为(wb/s)
C.线圈从图示位置转过的整个过程中,流经线圈导线横截面的电量为(C)
D.线圈消耗的电功率为5W
10.如图所示,理想变压器原线圈接入一稳定的正弦交流电源,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器,所有电表均为理想电表,在滑动变阻器滑片向下移动的过程中,下列说法正确的是( )
A.电流表A2的示数变大,电压表V2的示数变大
B.电流表A1的示数变大,电压表V1的示数不变
C.电流表A2的示数变大,电压表V3的示数变小
D.R0消耗的功率变大,原线圈输入的功率变小
11.如图所示,理想变压器原、副线圈分别接有一只电阻,阻值关系为,原线圈接到交变电压上后,电阻上的电压是电阻上的电压的3倍,下面说法正确的是( )
A.变压器原、副线圈匝数比为
B.变压器原、副线圈匝数比为
C.上的电压等于电源电压的
D.上的电压等于电源电压的
12.如图,xOy平面为光滑水平面,现有一长为d宽为L的单匝线框MNPQ在沿x轴正方向的外力F作用下,沿x轴正方向以速度v做匀速直线运动,空间存在竖直方向的磁场,磁感应强度(式中B0为已知量),规定竖直向下方向为磁感应强度正方向,线框电阻为R,t=0时刻MN边恰好在y轴处,则下列说法正确的是( )
A.线框在运动的过程中合外力对其做功不为零
B.时,通过线圈的瞬时电流大小为
C.在t=0~t=的时间内,线框中产生的电热
D.外力F与位移x变化的关系式为
第II卷(非选择题)
二、解答题(52分)
13.如图所示,线圈abcd的面积是0.05m2,共100匝,线圈电阻为1Ω,外接电阻R=9Ω,匀强磁场的磁感应强度为B=T,当线圈以5r/s的转速匀速转动时,求:
(1)转动中感应电动势的最大值和有效值;
(2)电路中交流电压表和电流表的示数;
(3)线圈从图示位置转过的过程中通过电阻R的电量。
14.我国交变电流的周期和频率各是多少?家用交变电流电压的有效值、最大值又是多少?
15.如图甲所示,发电机的输出电压为220V,输出功率为44kW,每条输电线电阻为,求用户得到的电压和电功率各是多少?如果如图乙所示,发电机先用变压比为的升压变压器将电压升高,经同样的输电线且经变压比为的降压变压器降压后再供给用户,则用户得到的电压和电功率各是多少?
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.A
【详解】
A.由图像可知t=0.01s时图像斜率最大,斜率表示的变化率,故A正确;
B.由图像可知t=0s时磁通量最大,说明此时线圈与中性面平行,故B错误;
C.由图像可知t=0.02s时图像斜率为零,即的变化率为零,故交流电动势为零,故C错误;
D.t=0.03
s时刻,磁通量为零,说明此时线圈与中性面垂直,故D错误。
故选A。
2.D
【详解】
A.0.5s时,线圈磁通量最大,则感应电动势为零,故A错误;
B.经过中性面磁通量最大,电流方向改变,所以1.
0
s时,线圈中的电流没有改变方向,故B错误;
CD.2.0s时,线圈中的电流最大,最大感应电流为
有效值
一个周期内,线圈产生的热量为
32π2J
故C错误D正确。
故选D。
3.C
【详解】
B.根据可知,发电机线圈的转速变为原来的2倍,理想变压器的原线圈的电压为原来的2倍,根据可知,理想变压器的副线圈的电压为原来的2倍,电压表V的读数变为2U,故B错误;
A.根据可知,R消耗的功率变为4P,故A错误;
C.根据闭合电路欧姆定律可知通过理想变压器的副线圈的电流为原来的2倍,根据可知,理想变压器的副线圈的电流为原来的2倍,电流表A的读数变为2I,故C正确;
D.由可知通过R的交变电流频率变为原来的2倍,故D错误;
故选C。
4.D
【详解】
A.由于输送的电功率恒定,则根据
可知,若将输电电压提高到原来的2倍,则输电电流为原来的,故A错误;
B.根据欧姆定律由
将输电电压提高到原来的2倍,输电电流为原来的,则输电导线上损失的电压为原来的,故B错误;
CD.根据
可知,将输电电压提高到原来的2倍,输电电流为原来的,则输电导线上损失的电功率为原来的,故C错误,D正确。
故选D。
5.A
【详解】
根据正弦交流的性质,可得正弦交流电a的有效值为
根据图象,交流电b在一个周期内电流大小不变,故有效值为为
设交流电c的有效值为,则根据等效热值法可得
解得
根据焦耳定律可得
BCD错误,A正确。
故选A。
6.D
【详解】
根据
,
,
联立解得
则在0?T过程中为
电流的最大值为
联立解得
在0?T过程中的平均电流为
所以D正确;ABC错误;
故选D。
7.C
【详解】
A.由
可知,输入交流电的频率为50Hz,故A错误;
B.开关闭合时,由
可知
又
故
故B错误;
C.开关闭合时,电阻R消耗的功率
因变压器及二极管均为理想,故变压器的输入功率等于电阻消耗的电功率,故C正确;
D.由
可知,开关断开后,副线圈cd两端的电压
故D错误。
故选C。
8.BC
【详解】
A.由变压器的电压与匝数关系可得
由题意可知
,
故
A错误;
B.由变压器的电流与匝数关系可得
B正确;
C.由欧姆定律可得
C正确;
D.由能量守恒可得
由于
对比可知
D错误。
故选BC。
9.CD
【详解】
AD.由图可知,产生的交变电流为半波式正弦交变电流,线圈转过时的感应电流为1A,所以电流的最大值为2A,此线框只有半个周期时间内有电流,因此由有效值的定义可得
电流的有效值为1A,线圈消耗的功率
故A错误,D正确;
B.由A可知,电动势的最大值为10V
线圈磁通量变化率的最大值为10(wb/s),故B错误;
C.由B可知
所以
解得
线圈从图示位置转过的整个过程中,磁通量的变化量为,此时流经横截面的电荷量为
故C正确。
故选CD。
10.BC
【详解】
ABC.由于原线圈所接交流电源电压稳定,所以电压表V1和V2的示数均不变。在滑动变阻器R滑片向下移动的过程中,R接入电路的阻值变小,副线圈电流变大,则原线圈电流也变大,因此电流表A1和A2示数均变大。根据欧姆定律可知电阻R0两端电压变大,根据串联电路分压规律可知R两端电压变小,即电压表V3示数变小,故A错误,BC正确;
D.R0消耗的功率为
因为I2变大,所以P0变大。
原线圈输入的功率P1与副线圈消耗的功率P2相等,即
因为R变小,所以P1变大,故D错误。
故选BC。
11.AD
【详解】
已知,电阻上的电压是电阻上的电压的3倍
联立解得
电流与匝数成反比,所以变压器原、副线圈匝数比为,设副线圈的电流为I,副线圈的电压为
原副线圈的电压之比等于匝数之比,因此原线圈的电压为
所以电源电压
因此上的电压等于电源电压的,故选AD。
12.BC
【详解】
A.线框做匀速运动,由动能定理可知,在运动的过程中合外力对其做功为零,所以A错误;
B.在时,
,线框MN边产生的感应电动势为
,
线框PQ边产生的感应电动势为
,
两边的感应电动势方向相同,则总的电动势为
通过线圈的瞬时电流大小为
所以B正确;
C.在t=0~t=的时间内,线框产生的是正余弦交变电流,其峰值电动势为
则线框中产生的电热为
所以C正确;
D.感应电动势随位移的关系为
外力随位移的关系为
所以D错误;
故选BC。
13.(1)50V,;(2)3.54A,31.82V;(3)
【详解】
(1)根据转动中感应电动势的最大值表达式,则有
有效值为
(2)回路中电流
电压表示数
(3)从图示位置转过的过程中有,又因为,解得
14.0.02s;50Hz;220V;311V
【详解】
我国交变电流的周期是0.02s,频率是50Hz;家用交变电流电压的有效值是220V、最大值是311V。
15.140V;28kW;;
【详解】
采用220V低压直接供电时,回路总电流
线路上的电压损失
线路上损失的功率
则用户获得的电压
用户获得的功率
若采用题图乙所示高压供电由升压变压器规律
得
升压后的输电电流
则线路上的电压损失
线路上的功率损失
则降压变压器原线圈上电压为
则由
得
则有
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
由
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