2015-2016学年高中物理人教版选修3-2 第5章 交变电流综合能力测试

第5章
交变电流
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟
第Ⅰ卷(选择题　共40分)
一、选择题(共10小题，每小题4分，共4
( http: / / www.21cnjy.com )0分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．(北京市朝阳区2014～2015学年高
( http: / / www.21cnjy.com )二下学期期末)如图甲至丁是交流电发电过程的示意图，图中只示意了一匝线圈，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接．线圈沿逆时针方向以角速度ω匀速转动，线圈的面积为S，磁场可视为水平向右的匀强磁场，磁感应强度为B，电路的总电阻为R、以下说法中正确的是
(　　)
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A．由甲转到乙的过程中，线圈中的电流方向为A→B→C→D→A
B．由丙转到丁的过程中，线圈中的电流方向为A→B→C→D→A
C．转到丙位置时，穿过线圈的磁通量为零
D．转动一圈的过程中，线圈产生的电能为
答案：B
解析：A.由甲转到乙的过程中，穿过线圈的磁
( http: / / www.21cnjy.com )通量变小，根据楞次定律，可以判断电流方向为A→D→C→B→A；故A错误；B.当线圈由丙转到丁的过程中，通过线圈的磁通量变小，根据楞次定律，可以判断电流方向为A→B→C→D→A；故B正确；C.丙位置时，线圈处于中性面上，此时磁通量最大，故C错误；D.转动一圈过程中，线圈中产生的能量Q＝T＝×＝，故D错误。
2．(重庆一中2013～2
( http: / / www.21cnjy.com )014学年高二上学期期末)图甲、图乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化，下列说法正确的是
(　　)
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A．图甲表示交流电，图乙表示直流电
B．电压的有效值是311V
C．电压的有效值图甲大于图乙
D．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝220sin100πt(V)
答案：C
解析：由于两图中表示的电流方向都随时间
( http: / / www.21cnjy.com )变化，因此都为交流电，故A错误；两种电压的最大值是311V，有效值要小于311V，故B错误；由于对应相同时刻，图甲电压比图乙电压大，根据有效值的定义可知，图甲有效值要比图乙有效值大，故C正确；从图甲可知，Em＝311V，ω＝＝100π
rad/s，所以图甲电压的瞬时值表达式为u＝311sin100πt(V)，故D错误。
3．(北京市西城区2013～201
( http: / / www.21cnjy.com )4学年高二下学期期末)如图所示，三只完全相同的灯泡a、b、c分别与盒子Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的三种元件串联，再将三者并联，接在正弦交变电路中，三只灯泡亮度相同。若保持电路两端电压有效值不变，将交变电流的频率增大，观察到灯a变暗、灯b变亮、灯c亮度不变。则三个盒子中的元件可能是
(　　)
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A．Ⅰ为电阻，Ⅱ为电容器，Ⅲ为电感器
B．Ⅰ为电感器，Ⅱ为电阻，Ⅲ为电容器
C．Ⅰ为电感器，Ⅱ为电容器，Ⅲ为电阻
D．Ⅰ为电容器，Ⅱ为电感器，Ⅲ为电阻
答案：C
解析：当交变电流的频率增大时，线圈
( http: / / www.21cnjy.com )的感抗变大，电容器的容抗变小，由灯a变暗，灯b变亮可知，Ⅱ为电容器，Ⅰ
为电感线圈，而电阻与交变电流的频率无关，故Ⅲ为电阻。
4．(河北衡水中学2013～2014学年高二
( http: / / www.21cnjy.com )上学期期中)如图甲所示，为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件(不分得电压)实现了无级调节亮度。给该台灯接220V的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压表的示数为
(　　)
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A．220V
B．110V
C.V　　
D.V
答案：C
解析：设交流电的有效值为U，将交流电与直流电分别通过相同电阻R，分析一个周期内热量：
交流电Q＝·＋·
直流电Q＝T
解得：U＝V
5．(华北师大二附中201
( http: / / www.21cnjy.com )4～2015学年高二检测)如图所示电路中，电源电压u＝311sin100πtV，A、B间接有“220V　440W”的电暖宝、“220V　220W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝。下列说法正确的是
(　　)
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A．交流电压表的示数为311V
B．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3A
C．电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍
D．1
min内抽油烟机消耗的电能为1.32×104J
答案：D
解析：由u＝311sin
( http: / / www.21cnjy.com )100πtV可知，交变电压的有效值为220V，故交流电压表的示数为220V，选项A错误；由两用电器的额定功率为660W，根据P＝UI可知，保险丝的额定电流应不小于3A，选项B错误；因抽油烟机220W包括热功率及机械功率，故电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍还要多，选项C错误；根据W＝Pt可得1min内抽油烟机消耗的电能为1.32×104J，选项D正确。
6．图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之
( http: / / www.21cnjy.com )比n1?n2＝5?1，电阻R＝20Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电流，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1，S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是
(　　)
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A．输入电压u的表达式u＝20sin(50πt)V
B．只断开S2后，L1、L2均正常发光
C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大
D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8W
答案：D
解析：由题图知，Um＝20V，T＝0.02s，则ω＝＝100πrad/s，输入电压u＝20sin(100πt)V，故A错；由变压器的变压规律知：＝，故u2＝＝V＝4V，由题中将S1接1，S2闭合时，灯泡L2正常发光可得，灯泡L2的额定电压为4V，当只断开S2后，副线圈两端电压不变，此时副线圈的负载为L1、L2串联，故L1、L2均不能正常发光，B错；此时P出＝，副线圈负载R总增大，故P出减小，又P入＝P出，故原线圈的输入功率减小，C错误；当S1换接到2后，副线圈的负载仅是电阻R，故P＝＝W＝0.8W，D正确。
7.如图所示，为了减少输电线路中电
( http: / / www.21cnjy.com )力损失，发电厂发出的电通常是经过变电所升压后通过远距离输送，再经变电所将高压变为低压。某变电所将电压u0＝11
000sin100πtV的交流电降为220V供居民小区用电，则变电所变压器
(　　)
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A．原、副线圈匝数比为50
∶1
B．副线圈中电流的频率是50Hz
C．原线圈的导线比副线圈的要粗
D．输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和
答案：AB
解析：u0＝11
000sin100π
( http: / / www.21cnjy.com )tV中的11
000指的是电压的峰值，有效值为11
000V，则原、副线圈之间的匝数之比等于两线圈的电压之比，即50
∶1，A正确；由ω＝100π可得频率为50Hz，变压器不改变电流的频率，因此，副线圈的频率也是50Hz，B正确；电流与匝数成反比，即原线圈的电流比副线圈电流要小，因此，副线圈的导线要比原线圈粗，C错误；居民小区各个用电器都是并联的，它们的电流总和等于副线圈中的电流，故D错误。
8.实验室里的交流发电机可简化为如图
( http: / / www.21cnjy.com )所示的模型，正方形线圈(电阻不计)在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动。今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表，并让线圈每秒转25圈，读出电压表的示数为10V。已知R＝10Ω，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是
(　　)
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A．线圈位于图中位置时，线圈中的瞬时电流为零
B．从线圈经过中性面开始计时，线圈中电压瞬时值表达式为U＝10sin50πt(V)
C．流过电阻R的电流每秒方向改变50次
D．电阻R上的热功率等于10W
答案：CD
解析：电压表的示数是有效值，故电压最大
( http: / / www.21cnjy.com )值Um＝10V。图示位置与中性面垂直，此时产生的感应电流最大，故A错；产生的最大电压Um＝U＝10V，ω＝2π×25rad/s＝50π
rad/s，从中性面开始计时的瞬时值表达式是U＝Umsinωt＝10sin50πt(V)，故B错；交变电流在一个周期内方向改变2次，因此流过电阻R的电流每秒钟方向改变50次，故C对；P＝＝10W，故D正确。
9．下图为模拟远距离输电实验电
( http: / / www.21cnjy.com )路图，两理想变压器的匝数n1＝n42R，忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时
(　　)
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A．A1、A2两表的示数相同
B．L1、L2两灯泡的亮度相同
C．R1消耗的功率小于R3消耗的功率
D．R2两端的电压小于R4两端的电压
答案：CD
解析：高压远距离输电的目的是使输送线路
( http: / / www.21cnjy.com )上损失的能量更少，因此必须使A1中的电流比A2中的电流小，即I110．(青岛市2014～2015学年高二下
( http: / / www.21cnjy.com )学期三校联考)可调理想变压器原线圈与一台小型发电机相连，副线圈与灯泡L、可调电阻R、平行板电容器C连成如图所示的电路。当副线圈上的滑片P处于图示位置时，灯泡L能发光。要使灯泡变亮，可以采取的方法有
(　　)
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A．增大发动机的转速
B．将滑片P向下滑动
C．将可调电阻R减小
D．减小电容器极板间的距离
答案：AD
解析：要使灯泡变亮，应使副线
( http: / / www.21cnjy.com )圈两端电压增大，由Em＝NBSω知，当增大发动机的转速时，交流电源的电压增大，根据理想变压器工作原理可知，副线圈两端电压也增大，灯泡变亮，故A正确；当滑片P向下滑动时，副线圈匝数减少，根据理想变压器工作原理可知，副线圈两端电压减小，灯泡变暗，故B错误；将可调电阻R减小，副线圈两端电压不变，通过灯泡的电流不变，灯泡亮度不变，故C错误；当减小平行板电容器极板间的距离时，平行板电容器的电容增大，减小了容抗，通过灯泡的电流增大，灯泡变亮，故D正确。
第Ⅱ卷(非选择题　共60分)
二、填空题(共3小题，共18分。把答案直接填在横线上)
11．(4分)下图中画出了六种电流随时
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答案：(a)(c)(e)(f)　(c)
解析：大小、方向周期性变化的电流为交变电流。按正、余弦规律变化的交变电流为正弦交流电。
12．(6分)一台理想变压器的原副线圈
( http: / / www.21cnjy.com )匝数比为2?1，原线圈接入20V的正弦交流电，一只理想二极管和一个阻值为10Ω的指示灯串联后接在副线圈上，则指示灯消耗的功率为________。
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答案：5W
解析：由于二极管的单向导电性，通过灯泡的电流为正弦半波电流，其有效值为U＝＝5V，所以P＝＝5W。
13．(8分)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。
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(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后
( http: / / www.21cnjy.com )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，现要测量A线圈
( http: / / www.21cnjy.com )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)。
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A线圈的匝数为nA＝________。(用所测物理量符号表示)
答案：(1)A　(2)步骤见解析　nA＝n
解析：(1)由图乙可知a位置的阻值大于b位置的阻值，由电阻定律可得A线圈的匝数多于B线圈的匝数。
(2)①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈。
②把低压电源接B线圈，测得线圈的输出电压U。
③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈输出电压UA。
nA＝n
三、论述·计算题(共4小题，42分。
( http: / / www.21cnjy.com )解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
14．(10分)(福建省四地六校201
( http: / / www.21cnjy.com )4～2015学年高二下学期联考)如图所示为交流发电机示意图，匝数n＝100匝的矩形线圈，边长分别为10cm和20cm，内阻为5Ω，在磁感应强度B＝0.5T的匀强磁场中绕OO′轴以50rad/s的角速度匀速转动，线圈和外部20Ω的电阻R相连接，已知线圈绕OO′轴转动时产生的电动势最大值Em＝NBSω，求：
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(1)电压表和电流表示数？
(2)电阻R上所消耗的电功率是多少？
(3)由图示位置转过90°的过程中，通过R的电量是多少？
答案：(1)40V,2.0A　(2)80W　(3)0.04C
解析：(1)感应电动势最大值Em＝nBSω＝100×0.5×0.1×0.2×50＝50V
有效值：E＝＝50V
电键S合上后，由闭合电路欧姆定律得：
I＝＝＝2.0A，
U＝IR＝2×20＝40V。
(2)电阻R上所消耗的电功率P＝IU＝2×40＝80W
(3)由图示位置转过90°的过程中，通过R上的电量Q＝Δt＝＝＝0.04C。
15．(10分)某村在较远的地方建立了一
( http: / / www.21cnjy.com )座小型水电站，发电机的输出功率为200kW，输出电压为500V，输电导线的总电阻为10Ω，导线上损耗的电功率为16kW，该村的用电电压是220V。
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)输电电路如图所示，求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比；
(2)如果该村某工厂用电功率为80kW，则该村还可以接“220V　40W”的电灯多少盏？
答案：(1)1?10　230?11　(2)2
600
解析：(1)因为P损＝IR线
所以I2＝＝40A
I1＝＝400A
则＝＝
U3＝U2－I2R线＝(500×10－40×10)V＝4
600V
则＝＝
(2)据降压变压器输入功率等于输出功率有P3＝P4＝184kW
灯可以消耗的功率是P灯＝104kW
所以还可装灯n＝104
000/40＝2
600盏。
16．(10分)(河南大学附中高二
( http: / / www.21cnjy.com )期末)交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动。一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05m2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B＝T。如果用此发电机带动两个标有“220V
11kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器，电路如下图。求：
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(1)发电机的输出电压为多少？
(2)变压器原副线圈的匝数比为多少？
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少？
答案：(1)1
100V　(2)5?1　(3)20A
解析：(1)根据Em＝NBSω＝1
100V
得输出电压的有效值为U1＝＝1
100V
(2)根据＝得＝
(3)根据P入＝P出＝2.2×104W
再根据P入＝U1I1，解得I1＝20A
17．(12分)如图所示，曾经流行过
( http: / / www.21cnjy.com )一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图甲为其结构示意图，图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点与ab边平行，它的一端有一半径r0＝1.0cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图乙所示。当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动，设线框由N＝800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S＝20cm2，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感应强度B＝0.010T，自行车车轮的半径R1＝35cm，小齿轮的半径R2＝4.0cm，大齿轮的半径R3＝10.0cm，现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮角速度为多大时才能使额定电压为3.2V的车头灯正常发光(假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动，线框的电阻不计)
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答案：ω3＝3.2rad/s
解析：设摩擦小轮的角速度为ω，发电机输出电压为：
U＝＝①
设自行车车轮的角速度为ω1，小齿轮和大齿轮的角速度分别为ω2和ω3则有：
ωr0＝ω1R1②
ω1＝ω2③
ω3R3＝ω2R2④
解①②③④联立方程组可得：ω3＝
代入数据可得：ω3＝3.2rad·s－1