第三章 交变电流 单元自测（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第三章 交变电流 单元自测（word版含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-25 10:39:42 | ||
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文档简介
第三章 交变电流 单元自测
一、单选题
1．如图所示，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为，原线圈两端接入正弦交流电源，电压为，副线圈接有一个交流电流表和一个电动机。电动机线圈电阻为，当开关接通后，电流表读数为，在磁感应强度为的匀强磁场中，电动机带动一电阻为、质量为、长为的金属杆在光滑的没有电阻的导轨上以速度匀速上升，重力加速度为。下列判断正确的是（ ）
A．电动机两端电压为，其消耗的电功率为
B．原线圈中的电流为，变压器的输入功率为，副线圈电流的频率为
C．变压器的输入功率为
D．电动机的热功率为，副线圈电压的有效值为
2．传统的自行车发电机内部电路如图甲所示，驱动轴一端与自行车车轮相连，另一端连接条形永久磁铁，车轮转动过程中，驱动轴带动永久磁铁在形软铁芯之间匀速转动，发电机线圈两端产生的交变电压波形如图乙所示。已知波形图中正、负尖峰电压分别为和，两个相邻正、负尖峰电压所对应的时间差为，发电机线圈匝数为。下列判断正确的是（ ）
A．驱动轴转动的角速度
B．线圈电压的有效值
C．穿过线圈磁通量变化率的最大值
D．相邻两个向上尖峰时间内，线圈电压的平均值
3．如图所示，甲图是远距离输电线路的示意图，乙图是发电机输出电压随时间变化的图象，则（ ）
A．用户用电器上交流电的频率是100 Hz
B．发电机输出交流电的电压有效值是500 V
C．输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定
D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小
4．如图所示，匝数n=100的矩形金属线圈ABCD处于磁感应强度大小B=T水平匀强磁场中，线圈面积S=0.04m2，电阻r=2Ω。线圈绕垂直于磁场的轴OO′以角速度=10πrad/s匀速转动，通过滑环和电刷与一个阻值R=18Ω的小灯泡和一个理想二极管连接，小灯泡正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．线圈中产生的感应电动势的最大值为40V
B．线圈中电流的最大值为A
C．灯泡的额定电压为18V
D．灯泡的额定功率为36W
5．汽油发动机内经过压缩的汽油与空气的混合物，需要火花塞来点燃。某汽油发动机火花塞需要高达10kV的电压才能点火，一同学设计了如图所示的点火电路。已知直流电源的电压为12V，升压变压器的输出端接到火花塞上，开关是自动控制的。下列说法正确的是（ ）
A．两电路都不可能使火花塞点火，因为变压器不能改变直流电压
B．图（a）和（b）的电路中，保持开关闭合，输出端都会获得持续的高压
C．图（a）的电路中，在开关断开瞬间，输出端会产生高压
D．图（b）的电路中，在开关断开瞬间，输出端会产生高压
6．电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示。其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上。则电流互感器（ ）
A．是一种降压变压器
B．能测量直流电路的电流
C．原、副线圈电流的频率不同
D．副线圈的电流小于原线圈的电流
7．图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=22：3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω， 滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为（ ）
A．1 Ω B．5 Ω C．6 Ω D．8 Ω
8．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率，发电机的电压，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻，在用户端用降压变压器把电压降为。已知输电线上损失的功率，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是（ ）
A．发电机输出的电流
B．输电线上的电流
C．降压变压器的匝数比
D．用户得到的电流
二、多选题
9．如图甲所示为一理想自耦变压器，、端输入电压如图乙所示，、和、分别是接入原线圈和副线圈中的理想交流电流表和电压表，其示数分别用、、、表示，为定值电阻，现将滑片从图示位置逆时针匀速转动，在转动过程中，电流表和电压表示数均未超过其量程，下列选项中能正确反映、、、变化规律的是（ ）
A． B．
C． D．
10．图甲中的变压器为理想变压器，原线圈匝数与副线圈匝数之比为，变压器的原线圈接如图乙所示的正弦交流电，电阻和电容器连接成如图甲所示的电路，其中电容器的击穿电压为，电表均为理想交流电表，则（ ）
A．开关处于断开状态时，电压表的读数约为
B．开关处于断开状态时，电流表的读数为
C．开关处于断开状态时，电阻上消耗的功率为
D．闭合开关，电容器会被击穿
11．某兴趣小组利用如图所示的装置给小灯泡供电。矩形闭合导线框abcd处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，线框电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动，并通过变压器给小灯泡供电。下列说法正确的是（ ）
A．图示位置穿过线框的磁通量为零
B．图示位置线框产生的感应电动势为零
C．使用变压器的目的是提高输出功率
D．若灯泡偏暗，可通过稍微减少原线圈匝数来提高灯泡亮度
12．在图（a）所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2=10，R3=20，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图（b）所示。下列说法正确的是（ ）
A．所用交流电的频率为50Hz B．电压表的示数为100V
C．电流表的示数为1.0A D．变压器传输的电功率为15.0W
三、填空题
13．有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线．
(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的A、B位置，由此可推断________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)．
(2)如果把它看成理想变压器，现要测定A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)________;A线圈的匝数为nA＝________.(用所测物理量符号表示).
四、解答题
14．如图所示，一匝数为的矩形线圈，面积，内阻不计，绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动。设线圈经过的磁场为匀强磁场，磁感应强度，线圈通过一理想变压器后，接一标有“ ”字样的灯泡，变压器原线圈的总匝数为，是原线圈的中心抽头，副线圈的匝数为。当开关拨到位置时，小灯泡恰好正常发光。
（1）求此时电路中两电表的读数；
（2）求线圈转动的角速度；
（3）若将开关拨到位置，并将一个理想二极管接到、之间，其他条件不变，则此时线圈提供的功率为多少？（假设小灯泡的电阻不随温度发生变化）
15．一种自行车车头灯发电机的结构示意图如图所示。转动轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮。线圈绕在固定的U形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦式交变电流，给车头灯供电。已知自行车车轮半径r=35cm，摩擦小轮半径r0=1.00cm，线圈匝数n=800匝，线圈横截面积S=20cm2，总电阻R1=40Ω。磁极在线圈处产生的磁场可视为匀强磁场，其感应强度B=0.01T，车头灯电阻R2=10Ω。当车轮转动的角速度ω=8rad/s时，车头灯中电流的有效值大约为多少
16．如图所示，有水平边界的匀强的磁感应强度为B，下方磁场无限大。一个质量为m、边长为l、总电阻为R的正方形导线框abcd，从磁场上方某处由静止开始下落。ab边刚进入磁场时，线框速度的大小为v1。下落过程中，线框平面始终保持在同一个竖直面内，ab边与磁场的水平边界线平行。在线框运动过程中，不计空气阻力。重力加速度大小为g，求：
(1)线框ab边距磁场上边界距离h；
(2)线框ab边刚进入磁场时，线框中感应电流的大小和方向；
(3)若线框cd边刚要进入磁场时，线框的加速度大小为，方向竖直向下，试求此时线框速度v2的大小。
17．如图所示，在扶贫工作中，要给某山村供电，需要设计输电方案。现有用220V和11kV电压输电的两种意见。在输电线的材料、输送距离、输送电功率和线路损耗功率一定的情况下，如果用11kV的电压输电，则使用横截面积为16mm2的输电线。那么，在用220V电压输电时，所用同材质导线的直径应是多少 你认为哪一种方案更合适
18．电磁炉专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成。起加热作用的是安在锅底的一系列半径不同的同心导电环，如图所示（图中没有画出所有的圆环）。导电环所用的材料每米的电阻，从中心向外第n个同心圆环的半径为（n为正整数且），已知。当电磁炉开启后，能产生垂直于锅底方向的变化磁场，已知该磁场的磁感应强度B的变化率为。忽略同心导电圆环感应电流之间的相互影响，不计其他电磁辐射等损失。（取）
（1）写出第1个同心圆环中感应电动势e的瞬时表达式，并求其电功率；
（2）麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发出感生电场（也称为涡旋电场），上述各环中的感应电流就是电子在感生电场的作用下定向移动形成的。设某段时间内，磁场垂直纸面向里增强，试分析此过程中感生电场方向，并简述判断理由；
（3）所有导电圆环的总功率P是多大？
试卷第1页，共3页
试卷第8页，共9页
参考答案：
1．C
2．C
3．D
4．C
5．C
6．D
7．A
8．C
9．AC
10．AC
11．BD
12．AD
13． (1)A (2)①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈；②把低压交流电源接B线圈，测得线圈的输出电压为U；③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈的输出电压为UA；
14．（1），；（2）；（3）
15．0.064A
16．(1)；(2)，方向为逆时针方向；(3)
17．0.226m，使用11kv电压输电更合适
18．（1），；（2）感生电场沿逆时针方向；（3）
一、单选题
1．如图所示，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为，原线圈两端接入正弦交流电源，电压为，副线圈接有一个交流电流表和一个电动机。电动机线圈电阻为，当开关接通后，电流表读数为，在磁感应强度为的匀强磁场中，电动机带动一电阻为、质量为、长为的金属杆在光滑的没有电阻的导轨上以速度匀速上升，重力加速度为。下列判断正确的是（ ）
A．电动机两端电压为，其消耗的电功率为
B．原线圈中的电流为，变压器的输入功率为，副线圈电流的频率为
C．变压器的输入功率为
D．电动机的热功率为，副线圈电压的有效值为
2．传统的自行车发电机内部电路如图甲所示，驱动轴一端与自行车车轮相连，另一端连接条形永久磁铁，车轮转动过程中，驱动轴带动永久磁铁在形软铁芯之间匀速转动，发电机线圈两端产生的交变电压波形如图乙所示。已知波形图中正、负尖峰电压分别为和，两个相邻正、负尖峰电压所对应的时间差为，发电机线圈匝数为。下列判断正确的是（ ）
A．驱动轴转动的角速度
B．线圈电压的有效值
C．穿过线圈磁通量变化率的最大值
D．相邻两个向上尖峰时间内，线圈电压的平均值
3．如图所示，甲图是远距离输电线路的示意图，乙图是发电机输出电压随时间变化的图象，则（ ）
A．用户用电器上交流电的频率是100 Hz
B．发电机输出交流电的电压有效值是500 V
C．输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定
D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小
4．如图所示，匝数n=100的矩形金属线圈ABCD处于磁感应强度大小B=T水平匀强磁场中，线圈面积S=0.04m2，电阻r=2Ω。线圈绕垂直于磁场的轴OO′以角速度=10πrad/s匀速转动，通过滑环和电刷与一个阻值R=18Ω的小灯泡和一个理想二极管连接，小灯泡正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．线圈中产生的感应电动势的最大值为40V
B．线圈中电流的最大值为A
C．灯泡的额定电压为18V
D．灯泡的额定功率为36W
5．汽油发动机内经过压缩的汽油与空气的混合物，需要火花塞来点燃。某汽油发动机火花塞需要高达10kV的电压才能点火，一同学设计了如图所示的点火电路。已知直流电源的电压为12V，升压变压器的输出端接到火花塞上，开关是自动控制的。下列说法正确的是（ ）
A．两电路都不可能使火花塞点火，因为变压器不能改变直流电压
B．图（a）和（b）的电路中，保持开关闭合，输出端都会获得持续的高压
C．图（a）的电路中，在开关断开瞬间，输出端会产生高压
D．图（b）的电路中，在开关断开瞬间，输出端会产生高压
6．电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示。其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上。则电流互感器（ ）
A．是一种降压变压器
B．能测量直流电路的电流
C．原、副线圈电流的频率不同
D．副线圈的电流小于原线圈的电流
7．图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=22：3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω， 滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为（ ）
A．1 Ω B．5 Ω C．6 Ω D．8 Ω
8．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率，发电机的电压，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻，在用户端用降压变压器把电压降为。已知输电线上损失的功率，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是（ ）
A．发电机输出的电流
B．输电线上的电流
C．降压变压器的匝数比
D．用户得到的电流
二、多选题
9．如图甲所示为一理想自耦变压器，、端输入电压如图乙所示，、和、分别是接入原线圈和副线圈中的理想交流电流表和电压表，其示数分别用、、、表示，为定值电阻，现将滑片从图示位置逆时针匀速转动，在转动过程中，电流表和电压表示数均未超过其量程，下列选项中能正确反映、、、变化规律的是（ ）
A． B．
C． D．
10．图甲中的变压器为理想变压器，原线圈匝数与副线圈匝数之比为，变压器的原线圈接如图乙所示的正弦交流电，电阻和电容器连接成如图甲所示的电路，其中电容器的击穿电压为，电表均为理想交流电表，则（ ）
A．开关处于断开状态时，电压表的读数约为
B．开关处于断开状态时，电流表的读数为
C．开关处于断开状态时，电阻上消耗的功率为
D．闭合开关，电容器会被击穿
11．某兴趣小组利用如图所示的装置给小灯泡供电。矩形闭合导线框abcd处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中，线框电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω匀速转动，并通过变压器给小灯泡供电。下列说法正确的是（ ）
A．图示位置穿过线框的磁通量为零
B．图示位置线框产生的感应电动势为零
C．使用变压器的目的是提高输出功率
D．若灯泡偏暗，可通过稍微减少原线圈匝数来提高灯泡亮度
12．在图（a）所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2=10，R3=20，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图（b）所示。下列说法正确的是（ ）
A．所用交流电的频率为50Hz B．电压表的示数为100V
C．电流表的示数为1.0A D．变压器传输的电功率为15.0W
三、填空题
13．有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线．
(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的A、B位置，由此可推断________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)．
(2)如果把它看成理想变压器，现要测定A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)________;A线圈的匝数为nA＝________.(用所测物理量符号表示).
四、解答题
14．如图所示，一匝数为的矩形线圈，面积，内阻不计，绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动。设线圈经过的磁场为匀强磁场，磁感应强度，线圈通过一理想变压器后，接一标有“ ”字样的灯泡，变压器原线圈的总匝数为，是原线圈的中心抽头，副线圈的匝数为。当开关拨到位置时，小灯泡恰好正常发光。
（1）求此时电路中两电表的读数；
（2）求线圈转动的角速度；
（3）若将开关拨到位置，并将一个理想二极管接到、之间，其他条件不变，则此时线圈提供的功率为多少？（假设小灯泡的电阻不随温度发生变化）
15．一种自行车车头灯发电机的结构示意图如图所示。转动轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮。线圈绕在固定的U形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦式交变电流，给车头灯供电。已知自行车车轮半径r=35cm，摩擦小轮半径r0=1.00cm，线圈匝数n=800匝，线圈横截面积S=20cm2，总电阻R1=40Ω。磁极在线圈处产生的磁场可视为匀强磁场，其感应强度B=0.01T，车头灯电阻R2=10Ω。当车轮转动的角速度ω=8rad/s时，车头灯中电流的有效值大约为多少
16．如图所示，有水平边界的匀强的磁感应强度为B，下方磁场无限大。一个质量为m、边长为l、总电阻为R的正方形导线框abcd，从磁场上方某处由静止开始下落。ab边刚进入磁场时，线框速度的大小为v1。下落过程中，线框平面始终保持在同一个竖直面内，ab边与磁场的水平边界线平行。在线框运动过程中，不计空气阻力。重力加速度大小为g，求：
(1)线框ab边距磁场上边界距离h；
(2)线框ab边刚进入磁场时，线框中感应电流的大小和方向；
(3)若线框cd边刚要进入磁场时，线框的加速度大小为，方向竖直向下，试求此时线框速度v2的大小。
17．如图所示，在扶贫工作中，要给某山村供电，需要设计输电方案。现有用220V和11kV电压输电的两种意见。在输电线的材料、输送距离、输送电功率和线路损耗功率一定的情况下，如果用11kV的电压输电，则使用横截面积为16mm2的输电线。那么，在用220V电压输电时，所用同材质导线的直径应是多少 你认为哪一种方案更合适
18．电磁炉专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成。起加热作用的是安在锅底的一系列半径不同的同心导电环，如图所示（图中没有画出所有的圆环）。导电环所用的材料每米的电阻，从中心向外第n个同心圆环的半径为（n为正整数且），已知。当电磁炉开启后，能产生垂直于锅底方向的变化磁场，已知该磁场的磁感应强度B的变化率为。忽略同心导电圆环感应电流之间的相互影响，不计其他电磁辐射等损失。（取）
（1）写出第1个同心圆环中感应电动势e的瞬时表达式，并求其电功率；
（2）麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发出感生电场（也称为涡旋电场），上述各环中的感应电流就是电子在感生电场的作用下定向移动形成的。设某段时间内，磁场垂直纸面向里增强，试分析此过程中感生电场方向，并简述判断理由；
（3）所有导电圆环的总功率P是多大？
试卷第1页，共3页
试卷第8页，共9页
参考答案：
1．C
2．C
3．D
4．C
5．C
6．D
7．A
8．C
9．AC
10．AC
11．BD
12．AD
13． (1)A (2)①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈；②把低压交流电源接B线圈，测得线圈的输出电压为U；③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈的输出电压为UA；
14．（1），；（2）；（3）
15．0.064A
16．(1)；(2)，方向为逆时针方向；(3)
17．0.226m，使用11kv电压输电更合适
18．（1），；（2）感生电场沿逆时针方向；（3）