高中物理教科版选修3-2 能力提升训练：第二章 交变电流 A Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理教科版选修3-2 能力提升训练：第二章 交变电流 A Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 409.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-09-10 09:08:11 | ||
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文档简介
第二章检测(A)
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包含10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中,1~6题只有一个选项符合题目要求,7~10题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)
1.下列关于交变电流的说法正确的是( )
A.交变电流的大小和方向都是随时间变化的
B.交变电流的有效值就是交变电流的平均值
C.线圈平面跟中性面重合时,穿过线圈的磁通量最大而线圈中的感应电动势等于零
D.线圈平面跟中性面垂直时,穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势也等于零
解析:交变电流需满足大小或方向随时间周期性变化,选项A错误;交变电流的有效值不是其平均值,选项B错误;线圈位于中性面内时,磁通量最大,感应电动势为零,选项C正确;线圈垂直中性面时,感应电动势最大,选项D错误.
答案:C
2.右图为调压变压器原理图,如将它作为升压变压器使用,则( )
A.将交流电源接a、b端,用电器接在c、d端
B.将交流电源接c、d端,用电器接在a、b端
C.将交流电源接在a、c端,用电器接在b、d端
D.若要进一步升压,应使P逆时针方向旋转
解析:根据变压器电压关系U1U2=n1n2可知,要升压就必须增加副线圈的匝数,即要保证输出端的匝数多于输入端的匝数,故选项B正确.
答案:B
3.(2018·全国Ⅲ)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正.该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示.则 Q方∶Q正等于( )
A.1:2
B.2∶1
C.1∶2
D.2∶1
解析:对于方波交流电源,电压的有效值和最大值相等,即u方=u0,在周期T内产生的热量为Q方=u02R·T,对于正弦交流电源,电压的有效值u正=u02,在周期T内产生的热量为Q正=(u02)?2R·T,整理可得Q方∶Q正=2∶1,选项D正确.
答案:D
4.(2018·江苏)采用220 kV高压向远方的城市输电.当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减小为原来的14,输电电压应变为( )
A.55 kV B.110 kV C.440 kV D.880 kV
解析:输电功率P=UI,U为输电电压,I为输电线路中的电流,输电线路损失的功率为P损=I2R,R为输电线路的电阻,即P损=PU2R.当输电功率一定时,输电线路损失的功率为原来的14,则输电电压为原来的2倍,即440 kV,故选项C正确.
答案:C
5.如图所示,理想变压器原线圈输入电压U=Umsin ωt,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器.V1和V2是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;A1和A2是理想交流电流表,示数分别用I1和I2表示.下列说法正确的是( )
A.I1和I2表示电流的瞬时值
B.U1和U2表示电压的最大值
C.滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大
D.滑片P向下滑动过程中,U2变小、I1变小
解析:交流电压表V1和V2及交流电流表A1和A2的示数为有效值,故选项A、B错误;滑动变阻器滑片P向下滑动时,接入电路的电阻R变小,由于交流电源原、副线圈匝数不变,故U1和U2均不变,所以由欧姆定律I2=U2R0+R知副线圈电路中的电流变大,由I1I2=n2n1知I1=n2n1I2变大,故选项C正确,D错误.
答案:C
6.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1,V和A均为理想电表,灯泡电阻RL=6 Ω,AB端电压u1=122sin 100πt(V).下列说法正确的是( )
A.电流频率为100 Hz B.V的读数为24 V
C.A的读数为0.5 A D.变压器输入功率为6 W
解析:交流电压的瞬时值的表达式为U=Umsin ωt=Umsin 2πft,可见电流频率为50 Hz,U1=Um2=12 V,电压表示数 U2=U1n2n1=6 V,电流表示数I2=U2RL=1 A,理想变压器输入功率与输出功率相等,P1=P2=I2U2=6 W,选项D正确.
答案:D
7.一矩形线圈在匀强磁场里转动产生的交流电压e=2202sin 100πt V,以下说法正确的是( )
A.频率是50 Hz
B.t=0时,线圈平面与中性面垂直
C.t=1200 s时,e有最大值
D.交流电压有效值为220 V
答案:ACD
8.一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈输入电压的变化规律如图甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,P为滑动变阻器的滑片.则( )
A.副线圈输出电压的频率为50 Hz
B.副线圈输出电压的有效值约为31 V
C.P向右移动时,原线圈中的电流变小
D.P向右移动时,负载R的功率变大
解析:根据原线圈输入电压的变化规律知,原线圈输入电压最大值为310 V,频率为50 Hz,故A正确,B错误;P向右移动时,副线圈负载电阻变小,电流变大,负载R的功率变大,原线圈中的电流也将变大,C错误,D正确.
答案:AD
9.某音响电路的简化电路图如图所示,输入信号既有高频成分,也有低频成分,则 ( )
A.电感L1的作用是通高频
B.电容C2的作用是通高频
C.扬声器甲用于输出高频成分
D.扬声器乙用于输出高频成分
解析:电感线圈对交流电的阻碍作用用感抗表示,XL=2πfL,频率越高阻碍作用越大,对输入端的高频和低频交流信号的作用是通低频、阻高频,所以A错误;电容对交流电的阻碍作用用容抗表示,XC=12πfC,频率越高阻碍作用越小,所以是通高频、阻低频,故B、D正确;C错误.
答案:BD
10.图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示.
以下判断正确的是( )
A.电流表的示数为10 A
B.线圈转动的角速度为50π rad/s
C.0.01 s时线圈平面与磁场方向平行
D.0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左
解析:电流表显示的是交变电流的有效值,即I=Im2=10 A,选项A正确;从题图可知周期T=2×10-2 s,则ω=2πT=100π rad/s,选项B错误;0.01 s时,线圈转过了半个周期,线圈平面与磁场方向平行,选项C正确;0.02 s 时线圈转动到图示位置,AB边向下切割磁感线,根据右手定则可判断电流方向从B指向A,即电阻R中电流的方向自左向右,选项D错误.
答案:AC
二、填空题(本题包含2小题,共20分)
11.(8分)一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以某一边为轴做匀速转动,磁场方向与轴垂直.线圈中感应电动势e与时间t的关系如图所示.则磁感应强度B= .在t=T12时刻,线圈平面与磁感线的夹角等于______________________.?
解析:线圈在匀强磁场中匀速转动产生余弦式交变电流Em=BSω=BS2πT,故B=EmT2πS.在t=T12时刻线圈转过角度θ=ωt=2πT·T12=π6=30°,也就是线圈平面与磁感线夹角为30°.
答案:EmT2πS 30°
12.(12分)有一个教学用的可拆变压器,如图甲所示,它有两个用相同的导线绕制的线圈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,则A线圈的电阻为 Ω,由此可推断 (选填“A”或“B”)线圈的匝数较多.?
(2)如果把它看作理想变压器,现要测量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)?
答案:(1)24 A
(2)①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈;②将A线圈与低压交流电源相连接;③用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U UAUn(其他方法,只要合理即可)
三、计算题(本题包含4小题,共40分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的不得分.有数值计算的题,答案中必须写明数值和单位)
13.(8分)交流发电机电枢电阻为2 Ω,感应电动势瞬时值表达式为u=389sin 100πt V,给电阻R= 8 Ω的用电器供电,则:
(1)通过用电器的电流为多少?
(2)电源的输出功率和交流发电机的总功率为多少?
(3)交流发电机输出端电压为多少?
解析:(1)交变电流的电动势的最大值Em=389 V
有效值E=Em2=3892 V≈275 V
根据闭合电路欧姆定律得
I=ER+r=2758+2 A=27.5 A.
(2)交流发电机的输出功率即电阻消耗的电功率
P出=I2R=6 050 W
交流发电机的总功率P=EI=7 562.5 W.
(3)交流发电机输出端电压,即路端电压U=IR=220 V.
答案:(1)27.5 A (2)6 050 W 7 562.5 W (3)220 V
14.(10分)如图所示,变压器原线圈输入电压为220 V,副线圈输出电压为36 V,两只灯泡的额定电压均为36 V,L1额定功率为12 W,L2额定功率为6 W.求:
(1)该变压器的原、副线圈匝数比;
(2)两灯均工作时原线圈的电流以及只有L1工作时原线圈中的电流.
解析:(1)由变压比公式得
U1U2=n1n2
n1n2=22036=559.
(2)两灯均工作时,
P1+P2=U1I1
I1=P1+P2U1=12+6220 A≈0.082 A
只有L1灯工作时,
P1=U1I2
解得I2=P1U1=12220 A≈0.055 A.
答案:(1)55∶9 (2)0.082 A 0.055 A
15.(10分)如图所示,半径为r=0.1 m的圆形线圈共 100匝,在匀强磁场中绕过直径的轴OO'匀速转动,磁感应强度B=0.1 T,角速度为ω=300π rad/s,电阻为R=10 Ω,求:
(1)线圈由图示位置转过90°时,线圈中的感应电流;
(2)写出线圈中电流的表达式(磁场方向如图所示,图示位置为t=0时刻);
(3)线圈转动过程中产生的热功率.
解析:(1)当从图示位置转过90°时,线圈中有最大感应电流.最大感应电动势为
Em=NBSω=100×0.1×π×0.12×300π V=30 V
则Im=EmR=3 A.
(2)由题意知i=Imsin ωt
即i=3sin 300πt A.
(3)感应电流的有效值I=Im2=32 A
发热功率P=I2R=322×10 W=45 W.
答案:(1)3 A (2)i=3sin 300πt A (3)45 W
16.(12分)某村在较远的地方建立了一座小型水电站,发电机的输出功率为100 kW,输出电压为500 V,输电导线的总电阻为10 Ω,导线上损耗的电功率为4 kW,该村的用电电压是220 V.
(1)输电线路如图所示,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60 kW,则该村还可以装“220 V 40 W”的电灯多少盏?
解析:(1)因为P损=I22R线
所以I2=P损R线=4×10310 A=20 A
I1=PU1=100×103500 A=200 A
则n1n2=I2I1=20200=110
U2=n2n1U1=5 000 V
U3=U2-I2R线=4 800 V
则n3n4=U3U4=4 800220=24011.
(2)设还可装灯n盏,据功率相等有P3=P4
其中P4=(n×40+60×103) W
P3=(100-4) kW=96 kW
所以n=900.
答案:(1)1∶10 240∶11 (2)900
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包含10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中,1~6题只有一个选项符合题目要求,7~10题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)
1.下列关于交变电流的说法正确的是( )
A.交变电流的大小和方向都是随时间变化的
B.交变电流的有效值就是交变电流的平均值
C.线圈平面跟中性面重合时,穿过线圈的磁通量最大而线圈中的感应电动势等于零
D.线圈平面跟中性面垂直时,穿过线圈的磁通量等于零,线圈中的感应电动势也等于零
解析:交变电流需满足大小或方向随时间周期性变化,选项A错误;交变电流的有效值不是其平均值,选项B错误;线圈位于中性面内时,磁通量最大,感应电动势为零,选项C正确;线圈垂直中性面时,感应电动势最大,选项D错误.
答案:C
2.右图为调压变压器原理图,如将它作为升压变压器使用,则( )
A.将交流电源接a、b端,用电器接在c、d端
B.将交流电源接c、d端,用电器接在a、b端
C.将交流电源接在a、c端,用电器接在b、d端
D.若要进一步升压,应使P逆时针方向旋转
解析:根据变压器电压关系U1U2=n1n2可知,要升压就必须增加副线圈的匝数,即要保证输出端的匝数多于输入端的匝数,故选项B正确.
答案:B
3.(2018·全国Ⅲ)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正.该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示.则 Q方∶Q正等于( )
A.1:2
B.2∶1
C.1∶2
D.2∶1
解析:对于方波交流电源,电压的有效值和最大值相等,即u方=u0,在周期T内产生的热量为Q方=u02R·T,对于正弦交流电源,电压的有效值u正=u02,在周期T内产生的热量为Q正=(u02)?2R·T,整理可得Q方∶Q正=2∶1,选项D正确.
答案:D
4.(2018·江苏)采用220 kV高压向远方的城市输电.当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减小为原来的14,输电电压应变为( )
A.55 kV B.110 kV C.440 kV D.880 kV
解析:输电功率P=UI,U为输电电压,I为输电线路中的电流,输电线路损失的功率为P损=I2R,R为输电线路的电阻,即P损=PU2R.当输电功率一定时,输电线路损失的功率为原来的14,则输电电压为原来的2倍,即440 kV,故选项C正确.
答案:C
5.如图所示,理想变压器原线圈输入电压U=Umsin ωt,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器.V1和V2是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;A1和A2是理想交流电流表,示数分别用I1和I2表示.下列说法正确的是( )
A.I1和I2表示电流的瞬时值
B.U1和U2表示电压的最大值
C.滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大
D.滑片P向下滑动过程中,U2变小、I1变小
解析:交流电压表V1和V2及交流电流表A1和A2的示数为有效值,故选项A、B错误;滑动变阻器滑片P向下滑动时,接入电路的电阻R变小,由于交流电源原、副线圈匝数不变,故U1和U2均不变,所以由欧姆定律I2=U2R0+R知副线圈电路中的电流变大,由I1I2=n2n1知I1=n2n1I2变大,故选项C正确,D错误.
答案:C
6.如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1,V和A均为理想电表,灯泡电阻RL=6 Ω,AB端电压u1=122sin 100πt(V).下列说法正确的是( )
A.电流频率为100 Hz B.V的读数为24 V
C.A的读数为0.5 A D.变压器输入功率为6 W
解析:交流电压的瞬时值的表达式为U=Umsin ωt=Umsin 2πft,可见电流频率为50 Hz,U1=Um2=12 V,电压表示数 U2=U1n2n1=6 V,电流表示数I2=U2RL=1 A,理想变压器输入功率与输出功率相等,P1=P2=I2U2=6 W,选项D正确.
答案:D
7.一矩形线圈在匀强磁场里转动产生的交流电压e=2202sin 100πt V,以下说法正确的是( )
A.频率是50 Hz
B.t=0时,线圈平面与中性面垂直
C.t=1200 s时,e有最大值
D.交流电压有效值为220 V
答案:ACD
8.一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈输入电压的变化规律如图甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,P为滑动变阻器的滑片.则( )
A.副线圈输出电压的频率为50 Hz
B.副线圈输出电压的有效值约为31 V
C.P向右移动时,原线圈中的电流变小
D.P向右移动时,负载R的功率变大
解析:根据原线圈输入电压的变化规律知,原线圈输入电压最大值为310 V,频率为50 Hz,故A正确,B错误;P向右移动时,副线圈负载电阻变小,电流变大,负载R的功率变大,原线圈中的电流也将变大,C错误,D正确.
答案:AD
9.某音响电路的简化电路图如图所示,输入信号既有高频成分,也有低频成分,则 ( )
A.电感L1的作用是通高频
B.电容C2的作用是通高频
C.扬声器甲用于输出高频成分
D.扬声器乙用于输出高频成分
解析:电感线圈对交流电的阻碍作用用感抗表示,XL=2πfL,频率越高阻碍作用越大,对输入端的高频和低频交流信号的作用是通低频、阻高频,所以A错误;电容对交流电的阻碍作用用容抗表示,XC=12πfC,频率越高阻碍作用越小,所以是通高频、阻低频,故B、D正确;C错误.
答案:BD
10.图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示.
以下判断正确的是( )
A.电流表的示数为10 A
B.线圈转动的角速度为50π rad/s
C.0.01 s时线圈平面与磁场方向平行
D.0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左
解析:电流表显示的是交变电流的有效值,即I=Im2=10 A,选项A正确;从题图可知周期T=2×10-2 s,则ω=2πT=100π rad/s,选项B错误;0.01 s时,线圈转过了半个周期,线圈平面与磁场方向平行,选项C正确;0.02 s 时线圈转动到图示位置,AB边向下切割磁感线,根据右手定则可判断电流方向从B指向A,即电阻R中电流的方向自左向右,选项D错误.
答案:AC
二、填空题(本题包含2小题,共20分)
11.(8分)一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中以某一边为轴做匀速转动,磁场方向与轴垂直.线圈中感应电动势e与时间t的关系如图所示.则磁感应强度B= .在t=T12时刻,线圈平面与磁感线的夹角等于______________________.?
解析:线圈在匀强磁场中匀速转动产生余弦式交变电流Em=BSω=BS2πT,故B=EmT2πS.在t=T12时刻线圈转过角度θ=ωt=2πT·T12=π6=30°,也就是线圈平面与磁感线夹角为30°.
答案:EmT2πS 30°
12.(12分)有一个教学用的可拆变压器,如图甲所示,它有两个用相同的导线绕制的线圈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,则A线圈的电阻为 Ω,由此可推断 (选填“A”或“B”)线圈的匝数较多.?
(2)如果把它看作理想变压器,现要测量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)?
答案:(1)24 A
(2)①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈;②将A线圈与低压交流电源相连接;③用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U UAUn(其他方法,只要合理即可)
三、计算题(本题包含4小题,共40分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的不得分.有数值计算的题,答案中必须写明数值和单位)
13.(8分)交流发电机电枢电阻为2 Ω,感应电动势瞬时值表达式为u=389sin 100πt V,给电阻R= 8 Ω的用电器供电,则:
(1)通过用电器的电流为多少?
(2)电源的输出功率和交流发电机的总功率为多少?
(3)交流发电机输出端电压为多少?
解析:(1)交变电流的电动势的最大值Em=389 V
有效值E=Em2=3892 V≈275 V
根据闭合电路欧姆定律得
I=ER+r=2758+2 A=27.5 A.
(2)交流发电机的输出功率即电阻消耗的电功率
P出=I2R=6 050 W
交流发电机的总功率P=EI=7 562.5 W.
(3)交流发电机输出端电压,即路端电压U=IR=220 V.
答案:(1)27.5 A (2)6 050 W 7 562.5 W (3)220 V
14.(10分)如图所示,变压器原线圈输入电压为220 V,副线圈输出电压为36 V,两只灯泡的额定电压均为36 V,L1额定功率为12 W,L2额定功率为6 W.求:
(1)该变压器的原、副线圈匝数比;
(2)两灯均工作时原线圈的电流以及只有L1工作时原线圈中的电流.
解析:(1)由变压比公式得
U1U2=n1n2
n1n2=22036=559.
(2)两灯均工作时,
P1+P2=U1I1
I1=P1+P2U1=12+6220 A≈0.082 A
只有L1灯工作时,
P1=U1I2
解得I2=P1U1=12220 A≈0.055 A.
答案:(1)55∶9 (2)0.082 A 0.055 A
15.(10分)如图所示,半径为r=0.1 m的圆形线圈共 100匝,在匀强磁场中绕过直径的轴OO'匀速转动,磁感应强度B=0.1 T,角速度为ω=300π rad/s,电阻为R=10 Ω,求:
(1)线圈由图示位置转过90°时,线圈中的感应电流;
(2)写出线圈中电流的表达式(磁场方向如图所示,图示位置为t=0时刻);
(3)线圈转动过程中产生的热功率.
解析:(1)当从图示位置转过90°时,线圈中有最大感应电流.最大感应电动势为
Em=NBSω=100×0.1×π×0.12×300π V=30 V
则Im=EmR=3 A.
(2)由题意知i=Imsin ωt
即i=3sin 300πt A.
(3)感应电流的有效值I=Im2=32 A
发热功率P=I2R=322×10 W=45 W.
答案:(1)3 A (2)i=3sin 300πt A (3)45 W
16.(12分)某村在较远的地方建立了一座小型水电站,发电机的输出功率为100 kW,输出电压为500 V,输电导线的总电阻为10 Ω,导线上损耗的电功率为4 kW,该村的用电电压是220 V.
(1)输电线路如图所示,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60 kW,则该村还可以装“220 V 40 W”的电灯多少盏?
解析:(1)因为P损=I22R线
所以I2=P损R线=4×10310 A=20 A
I1=PU1=100×103500 A=200 A
则n1n2=I2I1=20200=110
U2=n2n1U1=5 000 V
U3=U2-I2R线=4 800 V
则n3n4=U3U4=4 800220=24011.
(2)设还可装灯n盏,据功率相等有P3=P4
其中P4=(n×40+60×103) W
P3=(100-4) kW=96 kW
所以n=900.
答案:(1)1∶10 240∶11 (2)900