高中物理人教版 阶段检测题选修3-2 交变电流 单元检测 Word版含解析

一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分，1～5为单选题，6～8为多选题)
1．一个矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电压e＝220sin 100πt(V)，那么(　　)
A．该交变电流的频率是100 Hz
B．当t＝0时，线圈平面恰好与中性面垂直
C．当t＝ s时，e最大
D．该交变电流电动势的有效值为220 V
解析：选C.线圈的角速度为100π rad/s，故其频率f＝＝50 Hz，有效值为220 V，A、D错误；当t＝0时，e＝0，所以线圈平面恰好处于中性面，B错误；当t＝ s时，e有最大值220 V，C正确．
2．如图甲所示，自耦变压器输入端a、b接入如图乙所示的交流电源，副线圈两端接入一个二极管和两个阻值均为R＝40 Ω的负载电阻．当滑片位于线圈中点位置时，开关S处于断开状态，下列说法正确的是(图中电表均为理想交流电表)(　　)
A．t＝0.01 s时，电压表示数为零
B．t＝0.015 s时，电流表示数为22 A
C．闭合开关S后，电压表示数增大
D．闭合开关S后，电流表示数为16.5 A
解析：选D.副线圈两端电压的有效值为440 V，选项A错误；根据欧姆定律可知，电流表示数为11 A，选项B错误；副线圈两端电压取决于原线圈两端电压及原、副线圈匝数比，闭合开关S后，电压表示数不变，选项C错误；原线圈两端电压有效值为U1＝220 V，滑片位于原线圈中点位置时，副线圈两端电压有效值为U2＝440 V，闭合开关S后，副线圈在一个周期内消耗的能量等于原线圈一个周期内消耗的能量，即·＋·＝U1I1T，代入数据解得：I1＝33 A，而I1n1＝I2n2，故I2＝16.5 A，选项D正确．
3．(2019·吉林长春质检)如图甲所示，理想变压器的原线圈电路中装有0.5 A的保险丝L(电阻忽略不计)，原线圈匝数n1＝600，副线圈匝数n2＝120.当原线圈接在如图乙所示的交流电源上，要使整个电路和用电器正常工作，则副线圈两端可以接(　　)
A．阻值为12 Ω的电阻
B．并联两盏“36 V　40 W”的灯泡
C．工作频率为10 Hz的用电设备
D．耐压值为36 V的电容器
解析：选B.根据题图乙可知，原线圈输入的交变电压的最大值U1m＝180 V，有效值U1＝180 V，周期T1＝0.02 s，频率f1＝＝50 Hz，又因为n1∶n2＝5∶1，所以副线圈的输出电压的最大值为U2m＝36 V，有效值U2＝36 V，周期T2＝T1＝0.02 s，频率f2＝f1＝50 Hz，故选项C错误；若副线圈两端接阻值为12 Ω的电阻，则I2＝＝3 A，I1＝＝0.6 A＞0.5 A，即流过保险丝的电流超过了其熔断电流，选项A错误；若并联两盏“36 V　40 W”的灯泡，流过保险丝的电流I1＝＝0.2I2＝0.2×2× A＝ A＜0.5 A，故选项B正确；电容器的耐压值指的是允许加在电容器两端的最大电压值，副线圈输出电压的最大值为U2m＝36  V＞36 V，即超过了电容器的耐压值，故选项D错误．
4．(2019·安徽黄山模拟)有一理想变压器，副线圈所接电路如图所示，灯L1、L2为规格相同的两只小灯泡．当S断开时，灯L1正常发光．S闭合后，下列说法正确的是(　　)
A．灯L1、L2都能正常发光
B．原线圈的输入功率减小
C．原、副线圈的电流比增大
D．电阻R消耗的功率增大
解析：选D.断开S时，L1正常发光，当闭合S后，总电阻减小，回路中总电流增大，R两端电压变大，灯泡两端电压减小，两灯不能正常发光，A项错误；由P入＝P出＝，且R总减小，U2不变，则P入增大，B项错误；由＝可知，因线圈匝数比不变，则原、副线圈的电流比不变，C项错误；电阻R的功率P＝I2R，因I增大，R不变，则P增大，D项正确．
5．(2019·湖南长沙模拟)如图所示，负载电阻R接在理想变压器的副线圈上，虚线部分可以用一个电阻R1来等效替代，R1称为等效电阻，这里的等效，是指输入电路的电压、电流、功率不变．若理想变压器的原、副线圈的匝数之比为n1∶n2，则有(　　)
A．R1＝R　　　　　　 B．R1＝R
C．R1＝R D．R1＝R
解析：选B.设副线圈中的电流为I，则副线圈两端的电压为U2＝IR，根据＝，得U1＝IR，由＝，得I1＝I，等效电阻R1＝＝＝R，故选项B正确．
6．(2019·河南开封模拟)国家电网公司推进智能电网推广项目建设，拟新建智能变电站1 400座．变电站起变换电压作用的设备是变压器，如图所示，理想变压器原线圈输入电压u＝200 sin 100πt(V)，电压表、电流表都为理想电表．则下列判断正确的是(　　)
A．输入电压有效值为200 V，电流频率为50 Hz
B．S打到a处，当变阻器的滑片向下滑动时，两电压表示数都增大
C．S打到a处，当变阻器的滑片向下滑动时，两电流表的示数都减小
D．若变阻器的滑片不动，S由a处打到b处，电压表V2和电流表A1的示数都减小
解析：选AD.输入电压的最大值U1m＝200 V，有效值U1＝ V＝200 V，由瞬时值知，角速度ω＝100π rad/s，电流频率f＝＝ Hz＝50 Hz，故A正确；S打到a处，变阻器的滑片向下滑动时，由＝，知U2不变即V2示数不变，副线圈接入电路的电阻减小，所以电流表A2的示数变大，故B、C错误；若变阻器的滑片不变，S由a处打到b处，副线圈匝数减少，输入电压不变，输出电压减少，电压表V2示数减少，输出功率P2＝减少，根据输入功率等于输出功率，P1＝U1I1减少，U1不变，则I1减少，即电流表A1的示数减小，故D正确．
7.如图所示，理想变压器的副线圈接有规格为“44 V　44 W”的灯泡和线圈电阻为r＝1 Ω的电动机M，原线圈上接有u＝220sin 100πt(V)的正弦交流电压，此时灯泡和电动机都正常工作，且原线圈中的理想交流电流表示数为1 A，不考虑灯泡电阻变化和电动机内阻变化，则下列说法正确的是(　　)
A．变压器原、副线圈的匝数之比为4∶1
B．电动机的输出功率为176 W
C．电动机的热功率为16 W
D．若电动机被卡住，灯泡仍正常发光，则电流表示数将变为9 A，此时应立即切断电源
解析：选CD.原线圈电压有效值为U1＝220 V，副线圈灯泡正常工作，故电压有效值U2＝44 V，原、副线圈的匝数的比值＝＝5，选项A错误；根据U1I1＝U2I2，得副线圈电流有效值I2＝5 A，灯泡电流IL＝＝1 A，则通过电动机的电流IM＝I2－IL＝4 A，电动机输入功率P入＝U2IM＝176 W，内耗热功率P热＝Ir＝16 W，输出功率为P出＝P入－P热＝160 W，故选项C正确，B错误；若电动机被卡住，灯泡仍正常发光，则通过电动机的电流变为I′M＝＝44 A，副线圈中电流变为I′2＝I′M＋IL＝45 A，原线圈中电流变为I′1＝I′2＝9 A，电路中消耗的功率增大，此时应立即切断电源，选项D正确．
8．如图甲所示，矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴在匀强磁场中匀速转动，输出交流电的电动势图象如图乙所示，经原、副线圈的匝数比为1∶10的理想变压器给一灯泡供电，如图丙所示，副线圈电路中灯泡额定功率为22 W．现闭合开关，灯泡正常发光，则(　　)
A．t＝0.01 s时刻穿过线框回路的磁通量为零
B．线框的转速为50 r/s
C．变压器原线圈中电流表示数为1 A
D．灯泡的额定电压为220 V
解析：选BC.由题图乙知t＝0.01 s时e＝0，此时线圈平面位于中性面，磁通量最大，A错；周期T＝0.02 s，所以n＝＝50 r/s，B对；由理想变压器原理得：＝，其中U1＝ V，得UL＝220 V，IL＝＝0.1 A，而＝，得I1＝1 A，C对；灯泡的额定电压为交流电压的有效值 220 V，D错．
二、实验题(本题共1小题，共14分)
9.(14分)如图，把一热敏电阻RT放在控温容器M内；A为毫安表，量程6 mA，内阻RA为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻不计；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关．已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在95～20 ℃之间的多个温度下RT的阻值．
(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图．
(2)完成下列实验步骤中的填空．
①依照实验原理电路图连线．
②调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃.
③将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全．
④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________________．
⑤将RT的温度降为T1(20 ℃⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝____________________________________.
⑦逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥.
解析：(1)根据所给器材，要测量在不同温度下RT的阻值，只能将电阻箱、热敏电阻、毫安表与电源串联形成测量电路，如图所示．
(2)依照实验原理电路图连线；调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃，此时RT阻值为150 Ω，将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全；闭合开关，调节电阻箱，记录毫安表的示数I0，并记录电阻箱的读数R0，根据欧姆定律有：I0＝；将RT的温度降为T1(20 ℃答案：(1)见解析　(2)④电阻箱的读数R0　⑤仍为I0　电阻箱的读数为R1　⑥R0－R1＋150 Ω
三、计算题(本题共2小题，共38分)
10.(20分)如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5 T，边长为L＝10 cm的正方形线圈abcd共N＝100匝，线圈电阻r＝1 Ω.线圈绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，转动的角速度ω＝2π rad/s，外电路电阻R＝4 Ω.
(1)求交流电表的示数及由图示位置转过60°时的感应电动势的值；
(2)取π2＝10，求线圈转动一周电流产生的总热量；
(3)由图示位置开始，求在线圈转过周期的时间内通过电阻R的电荷量．
解析：(1)感应电动势的最大值，Em＝NBL2ω＝100×0.5×0.12×2π V＝3.14 V
电流的最大值Im＝≈0.63 A
电流的有效值I＝≈0.45 A
交流电压表的示数U＝IR＝1.80 V
转过60°时的瞬时感应电动势
e＝Emcos 60°＝3.14×0.5 V＝1.57 V.
(2)周期T＝＝1 s
线圈转动一周产生的热量Q＝I2(R＋r)T
联立解得Q≈1 J.
(3)Δt＝T内通过电阻R的电荷量q＝I·Δt
I＝
E＝N
ΔΦ＝BL2－0
联立解得q＝0.1 C.
答案：(1)1.80 V　1.57 V　(2)1 J　(3)0.1 C
11．(18分)一个小型水力发电站，发电机输出电压U0＝250 V，内电阻可以忽略不计，最大输出功率为Pm＝30 kW，它通过总电阻为R线＝2 Ω的输电线直接向远处的居民区供电．设居民区所有用电器都是额定电压为U＝220 V的白炽灯，总功率为P用＝22 kW，不计灯丝电阻随温度的变化．
(1)当居民区的电灯全部使用时，电灯两端的电压是多少？发电机实际输出的电功率为多大？
(2)若采用高压输电，在发电机端用升压变压器，在用户端用降压变压器，且不计变压器和用户线路的损耗．已知用户端变压器的降压比为40∶1，当全部用户电灯正常发光时，输电线上损耗的功率为多大？
解析：(1)由P＝知居民区的总电阻为
R用＝＝2.2 Ω
所以当居民区的电灯全部使用时，电灯两端的电压是
U灯＝R用≈131 V
发电机实际输出的电功率为
P实＝≈14 881 W.
(2)当全部用户的电灯正常发光时，用户变压器副线圈中的电流为I2＝＝100 A
由电流规律n1I1＝n2I2知输电线上的电流为
I1＝×100 A＝2.5 A
所以输电线上损耗的功率为ΔP＝IR线＝12.5 W.
答案：(1)131 V　14 881 W　(2)12.5 W