高中物理粤教版选修3-2 第二章 交变电流 章末测试题3 Word版含解析

章末测试题3
一、选择题(本题共10小题，每小题6分，共60分。在每小题给出的四个选项中第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)
1．如图甲所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时，线圈中产生的交流电如图乙所示，设沿abcda方向为电流正方向，则(　　)
　甲　　　　　　　　　　乙
A．乙图中Oa时间段对应甲图中A至B图的过程
B．乙图中c时刻对应甲图中的C图
C．若乙图中d等于0.02 s，则1 s内电流的方向改变了50次
D．若乙图中b等于0.02 s，则交流电的频率为50 Hz
A　[由交变电流的产生原理可知，甲图中的A、C两图中线圈所在的平面为中性面，线圈在中性面时电流为零，再经过1/4个周期电流达到最大值，再由楞次定律判断出电流的方向，因此甲图中A至B图的过程电流为正且从零逐渐增大到最大值，A对；甲图中的C图对应的电流为零，B错；每经过中性面一次线圈中的电流方向将要改变一次，所以一个周期内电流方向要改变两次，所以在乙图中对应Od段等于交变电流的一个周期，若已知d等于0.02 s，则频率为50 Hz,1 s内电流的方向将改变100次，C错；而D选项频率应该是25 Hz。]
2．(2019·永州模拟)边长为a的N匝正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线且与线圈在同一平面内的对称轴匀速转动，转速为n，线圈所围面积内的磁通量Φ随时间t变化的规律如图所示，图象中Φ0为已知。下列说法正确的是(　　)
A．t1时刻线圈中感应电动势最大
B．t2时刻线圈中感应电流方向发生变化
C．匀强磁场的磁感应强度大小为
D．线圈中感应电动势的瞬时表达式为e＝2nNπΦ0sin 2πnt
C　[t1时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于零，故线圈中感应电动势为零，A错误。t2时刻通过线圈的磁通量为零，线圈与磁场平行，磁通量变化率最大，线圈中感应电流为最大值，方向不变，B错误。磁通量与线圈匝数无关，所以磁感应强度B＝，C正确。线圈中瞬时感应电动势的表达式为e＝2nNπΦ0cos 2πnt，D错误。]
3．一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中(　　)
A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高
C．U2C　[原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2，由变压器的电压比＝可知，U1>U2。滑动触头从M点移动到N点，n2减小，因此U2降低，C正确。]
4．(2019·盐城模拟)图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示。发电机线圈内阻为10 Ω，外接一只电阻为90 Ω的灯泡，不计电路的其他电阻，则(　　)
甲　　　　　　　　乙
A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直
B．每秒钟内电流方向改变100次
C．灯泡两端的电压为22 V
D．0～0.01 s时间内通过灯泡的电量为0
B　[由题图乙电动势随时间变化的正弦规律图象可知：计时起点e＝0，即从中性面开始计时，选项A错误；由图象可知：电动势周期为0.02 s，所以频率为50 Hz，即每秒钟内电流方向改变100次，选项B正确；由图象可知：电动势的有效值为22 V，所以灯泡两端的电压为U＝×22 V＝19.8 V，选项C错误；0～0.01 s时间内通过灯泡的电流均为正方向，所以电量不为0，选项D错误。]
5．如图所示，两个相同变压器的副线圈接有相同的灯泡L1、L2，原线圈接有定值电阻R，导轨和金属棒MN的电阻不计。现使金属棒沿轨道向右匀速运动，乙图中金属棒移动速度大于甲图中棒的移动速度，则在棒运动的过程中(　　)
甲　　　　　　　　乙
A．L1、L2都发光，L2比L1亮
B．L1、L2都不发光
C．L2发光，L1不发光
D．L1发光，L2不发光
D　[由E＝BLv可知甲图产生的是变化电动势，乙图产生的是恒定电动势，所以甲的原线圈会出现变化的电流，乙的原线圈出现的是恒定电流。又由电磁感应可知甲的副线圈有感应电流，乙的副线圈没有感应电流，所以L1发光，L2不发光。故A、B、C均错误，D正确。]
6.(2019·福州模拟)如图所示是一台理想自耦变压器，在a、b之间接电压不变的正弦交流电，A为理想交流电流表。变压器调压端的滑动头P原来处于线圈中点，电阻箱的电阻为R。若将滑动头P向上移到最高处，并调节电阻箱的阻值为R′，使电流表的读数变为原来的2倍，则R′等于(　　)
A．　　　　B．　　　　C.　　　　D．4R
C　[当滑动触头P向上移到最高处时，输入电压U1不变，输入电压的匝数变为原来2倍，输出电压匝数不变，根据＝可知，U2变为原来的一半。根据P1＝P2及P＝UI＝可知，变化前有UI＝，变化后有U×2I＝，联立解得R′＝，C正确。]
7.(2016·全国卷Ⅰ)一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为(　　)
A．2 B．3 C．4 D．5
B　[设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I时，副线圈电流为kI；原线圈电流为4I时，副线圈电流为4kI。根据变压器的输入功率等于输出功率得
UI－I2R1＝(kI)2(R2＋R3)
4UI－(4I)2R1＝(4kI)2R2
联立两式代入数据解得k＝3
选项B正确。]
8．(2019·林州模拟)如图为远距离输送交流电的系统示意图，变压器均为理想变压器。随着用户负载增多，发电机F达到额定功率时，降压变压器输出功率仍然不足，用户的用电器不能正常工作。那么，在发电机以额定功率工作的情况下，为了适当提高用户的用电功率，可采取的措施是(　　)
A．适当减小输电线的电阻r
B．适当提高
C．适当提高的同时，降低
D．适当降低的同时，提高
AC　[当发电机输出功率一定时，为使用户得到更大的功率，需减小输电线上的功率损失，根据ΔP＝I2r，可以减小输电线的电阻r，A对；也可以通过提高输电电压，减小输送电流，即提高，这样使线圈n3两端电压变大，为使用户的用电器正常工作需要适当降低，C对。]
9．(2019·蚌埠检测)如图甲所示的变压器电路中，理想变压器原、副线圈匝数之比为2∶1，ab端输入如图乙所示的电流，副线圈电路中电阻R＝10 Ω，电路中的电流表、电压表都是理想电表，下列说法正确的是(　　)
甲　　　　　　　　　乙
A．电流表的示数为 A
B．副线圈中电流的最大值为 A
C．副线圈中电流的有效值为 A
D．电压表的示数为10 V
AC　[电流表的示数是该交流电的有效值，R·＝I2R·T，解得I＝ A，A正确；原、副线圈电流比等于匝数的反比，原线圈电流的最大值为 A，则副线圈电流的最大值为2 A，B错误；副线圈电流的有效值为 A，C正确；电压表的示数是副线圈电压的有效值，U＝10 V，D错误。]
10．(2019·永州模拟)海洋中蕴藏着巨大的能量，利用海洋的波浪可以发电。在我国南海上有一浮桶式波浪发电灯塔，其原理示意图如图甲所示。浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，浮桶内置线圈随波浪相对磁体沿竖直方向运动，且始终处于磁场中，该线圈与阻值R＝15 Ω的灯泡相连，浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(图中斜线阴影部分)，如图乙所示，其内为产生磁场的磁体，与浮桶内侧面的缝隙忽略不计；匝数N＝200的线圈所在处辐射磁场的磁感应强度B＝0.2 T，线圈直径D＝0.4 m，电阻r＝1 Ω。取重力加速度g＝10 m/s2，π2≈10。若浮桶随波浪上下运动的速度可表示为v＝0.4πsin(πt) m/s，则下列说法正确的是(　　)
甲　　　　　　乙
A．波浪发电产生电动势e的瞬时表达式e＝16sin(πt) V
B．灯泡中电流i的瞬时表达式i＝4sin(πt) A
C．灯光的电功率为120 W
D．灯泡两端电压的有效值为 V
BC　[线圈在浮桶里随波浪上下运动切割磁感线产生感应电动势，e＝NBLv＝NBπDv＝64sin(πt) V，A错误。电路总电阻R总＝R＋r＝16 Ω，则灯泡中电流i的瞬时表达式i＝＝4sin(πt) A，B正确。灯泡中电流的有效值I＝＝2 A，灯泡的电功率P＝I2R＝120 W，C正确。灯泡两端电压的有效值U＝IR＝30 V，D错误。]
二、非选择题(本题共3小题，共40分，按题目要求作答。计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)
11．(8分)图甲为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图所示，试根据这一特性，由图丙中给定的器材设计一个自动光控电路。
甲　　　　　　　　乙
丙
解析：由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，流过光敏电阻的电流增大，说明光敏电阻的阻值减小。根据题意设计一个自动光控电路，如图所示。
控制过程是：当有光照时，放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开；当无光照时，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，工作电路接通，电灯开始工作。
答案：见解析
12．(18分)如图甲为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的u -t图象如图乙所示。若只在ce间接一只Rce＝400 Ω的电阻，或只在de间接一只Rde＝225 Ω的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W。
甲　　　　　　　乙
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式；
(2)求只在ce间接400 Ω电阻时，原线圈中的电流I1；
(3)求ce和de间线圈的匝数比。
解析：(1)由题图乙知ω＝200π rad/s，Um＝400 V
电压瞬时值的表达式为uab＝400sin 200πt(V)。
(2)电压有效值U1＝200 V
理想变压器P1＝P2
原线圈中的电流I1＝，解得I1≈0.28 A。
(3)设ab间匝数为n1，＝，同理＝
由题意知＝，解得＝
代入数据得＝。
答案：见解析
13．(14分)有一正弦交流电源，电压有效值U＝120 V，频率为f＝50 Hz向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0＝60 V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间有多长？
解析：由正弦交流电的峰值与有效值U的关系得：Um＝120 V
设t＝0时交流电的瞬时电压U＝0，则交流电的瞬时表达式为U＝120sin 100πt V
如图所示，画出一个周期内交流电的U-t图象，其中阴影部分对应的时间t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1，
当U＝U0＝60 V时，由上式得t1＝1/600 s，再由对称性求得一个周期内能发光的时间：t＝T－4t1＝ s
再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为：
t＝50××3 600＝2 400 s。
答案：2 400 s