高中物理粤教版选修3-2作业题 第二章 章末质量评估（二）

章末质量评估(二)
(时间：90分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本大题共8小题，每小题4分，共32分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得3分，选错或不答的得0分)
1. 一电阻接在10 V直流电源上，电热功率为P；当它接到电压u＝10sin ωt(V)上时功率为(　　)
A．0.25P　　　　　 B．0.5P
C．P D．2P
解析：电阻接在10 V直流电源上，电热功率为P，则P＝；当它接到电压u＝10sin ωt(V)上时功率为P′＝＝＝0.5P，故B正确．
答案：B
2. 一边长为L的正方形单匝线框绕垂直于匀强磁场的固定轴转动，线框中产生的感应电动势e随时间t的变化情况如图所示．已知匀强磁场的磁感应强度为B，则结合图中所给信息可判定(　　)
A．t1时刻穿过线框的磁通量为BL2
B．t2时刻穿过线框的磁通量为零
C．t3时刻穿过线框的磁通量变化率为零
D．线框转动的角速度为
解析：t1时刻，感应电动势最大，穿过线框的磁通量应为零，A错误；t2时刻，穿过线框的磁通量最大为Φm＝BL2，B错误；t3时刻，感应电动势最大，则磁通量变化率也最大，C错误；交变电流的最大值为Em＝BL2ω，则ω＝，D正确．
答案：D
3．如图所示为某小型交流发电机的示意图，其矩形线圈abcd的面积为S＝0.03 m2，共有10匝，线圈总电阻为r＝1 Ω，线圈处于磁感应强度大小为 T的匀强磁场中，可绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO′转动，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路电阻R＝9 Ω的连接．在外力作用下线圈以10π rad/s绕轴OO′匀速转动时，下列说法中正确的是(　　)
A．电阻R的发热功率是3.6 W
B．交流电流表的示数是0.6 A
C．用该交流发电机给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔一定为0.02 s
D．如果将电阻R换成标有“6 V　3 W”字样的小灯泡，小灯泡能正常工作
解析：感应电动势最大值：Em＝nBωS＝10××10π×0.03 V＝6 V，电动势有效值：E＝＝6 V；电路中的电流：I＝＝ A＝0.6 A，则交流电流表的示数是0.6 A，选项B正确；电阻R的发热功率是PR＝I2R＝3.24 W，选项A错误；交流电的周期T＝＝ s＝0.2 s，则用该交流发电机给电磁打点计时器供电时，打点的时间间隔一定为0.2 s，选项C错误；如果将电阻R换成标有“6 V　3 W”字样的小灯泡，灯泡的电阻RL＝＝ Ω＝12 Ω，灯泡两端的电压UL＝RL＝×12 V＝5.54 V，故小灯泡不能正常工作，选项D错误．
答案：B
4．在电阻两端并联二极管如图所示电路，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大)，在A、B间加一正弦交变电流u＝20 sin 100πt (V)，则加在R2上的电压有效值为(　　)
A．10 V B．20 V
C．15 V D．5 V
解析：电压值取正值时，即在前半个周期内，二极管电阻为零，R2上的电压等于输入电压值，电压值取负值时，即在后半周期内，二极管电阻无穷大可看作断路，R2上的电压等于输入电压值的一半，据此可设加在R2的电压有效值为U，根据电流的热效应，在一个周期内满足T＝·＋·，可求出U＝5 V．故选项D正确．
答案：D
5. 如图所示为某交变电流随时间变化的图象，此交变电流有效值是(　　)
A．3 A B．5 A
C. A D．2 A
解析：将交变电流与直流电流通过阻值都为R的电阻，设直流电流为I，则根据有效值的定义，有()2R·＋R·＝I2RT，解得I＝ A.
答案：C
6．如图所示电路中，L为电感线圈，C为电容器，当开关S由断开变为闭合时(　　)
A．灯LA中无电流通过，不可能变亮
B．灯LA中有电流通过，方向由a到b
C．灯LB逐渐熄灭，c点电势高于d点电势
D．灯LB逐渐熄灭，c点电势低于d点电势
解析：若开关S由断开变为闭合，则电容器C和灯LA将被短路，电容器放电，灯LA中电流方向为由b到a，A、B错误；由于在L中产生自感电动势，在线圈L、灯LB和电键形成回路，使得灯LB逐渐熄灭，电流方向为从c到d，由于L是电源，所以c点电势低于d点电势，选项D正确．
答案：D
7．如图，利用理想变压器进行远距离输电，发电厂的输出电压恒定，输电线路的电阻不变，当用电高峰到来时(　　)
A．输电线上损耗的功率减小
B．电压表V1的示数减小，电流表A1增大
C．电压表V2的示数增大，电流表A2减小
D．用户功率与发电厂输出功率的比值减小
解析：当用电高峰到来时，用户消耗的功率变大，则电流表A2读数变大，输电线上的电流变大，输电线上损耗的功率变大，选项A错误；电流表A1增大，因为发电厂的输出电压恒定，则升压变压器的次级线圈电压不变，即电压表V1的示数不变，选项B错误；输电线上的电压损失变大，故降压变压器的初级线圈电压减小，降压变压器次级线圈电压也减小，即电压表V2的示数减小，选项C错误；用户消耗的功率占发电厂输出总功率的比例＝1－＝1－，因为输电线上的电流增大，则电压损失增大，U1不变，所以用户消耗的功率占发电厂输出总功率的比例减小，故D正确．
答案：D
8．如图所示，有一矩形线圈绕OO′轴在匀强磁场中匀速转动产生交变电流，通过滑环接一理想变压器．线路中接有电压表和电流表，不计矩形线圈和导线的电阻．滑动接头P可以上下移动，副线圈上接有可调电阻R.下列判断正确的是(　　)
A．当P位置不动、R增大时，电压表的示数增大
B．当P位置不动、R增大时，电压表的示数减小
C．当P位置向上移动、R不变时，电流表的示数增大
D．当P位置向上移动、R不变时，电流表的示数减小
解析：因不计矩形线圈和导线的电阻，电压表的示数即电动势的有效值，电动势不变，电压表示数不变，故选项A、B错误；根据理想变压器变压规律＝，副线圈输出电压U2＝U1，因n1减小，U2会增大，由输出功率等于输入功率P2＝,R)＝P1＝U1I1知，电流表示数I1会增大，故选项C正确，选项D错误．
答案：C
二、多项选择题(本大题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，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，有选错或不答的得0分)
9．如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交变电流的图象，当调整线圈转速后，其在同一磁场中匀速转动过程中所产生正弦交变电流的图象如图线b所示. 以下关于这两个正弦交变电流的说法正确的是(　　)
A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零
B．线圈先后两次转速之比为3∶2
C．交变电流a的瞬时值为u＝10sin 5πt(V)
D．交变电流b电压的最大值为 V
解析：由题图可知，t＝0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，所以A错误；由图象可知TA∶TB＝2∶3，故nA∶nB＝3∶2，所以B正确；由图象可知，交流电a的最大值为10 V，角速度为ω＝＝ rad/s＝5π rad/s，所以交流电a的瞬时值为u＝10sin 5πt (V)，所以C正确；交流电最大值Um＝nBSω，故Uma∶Umb＝3∶2，故Umb＝Uma＝ V，D正确．
答案：BCD
10．如图所示，变频交变电源的频率可在20 Hz到20 kHz之间调节，在某一频率时，L1、L2两只灯泡的炽热程度相同，则下列说法中正确的是(　　)
A．如果将频率增大，L1炽热程度减弱、L2炽热程度加强
B．如果将频率增大，L1炽热程度加强、L2炽热程度减弱
C．如果将频率减小，L1炽热程度减弱、L2炽热程度加强
D．如果将频率减小，L1炽热程度加强、L2炽热程度减弱
解析：某一频率时，两个灯泡炽热程度相同，应有两灯泡消耗的功率相同，频率增大时，感抗增大，而容抗减小，故通过L1的电流增大，通过L2的电流减小，故B项正确，同理可得C项正确．
答案：BC
11．如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，?均为理想电表，R是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)、L是理想线圈、D是灯泡．原线圈接入如图乙所示的正弦交流电，下列说法正确的是(　　)
A．交流电的频率为50 Hz
B．电压表的示数为22 V
C．当光照增强时，?的示数变小
D．若用一根导线来代替线圈L，则灯D变亮
解析：因交流电的周期是0.02 s，所以频率为f＝＝ Hz＝50 Hz，故A正确；原线圈接入电压的最大值是220 V，所以原线圈接入电压的有效值是U1＝220 V，根据理想变压器变压比： ＝，代入数据解得副线圈的电压为： U2＝22 V，故B错误；有光照增强时， R阻值随光强增大而减小，根据P＝，得副线圈输出功率增大，所以原线圈输入功率增大，所以电流表?的示数变大，故C错误；用导线代替线圈，对电流的阻碍减小，所以D变亮，故D正确．
答案：AD
12．如图甲所示为一交变电压随时间变化的图象，每个周期内，前二分之一周期电压恒定，后二分之一周期电压按正弦规律变化．若将此交变电流连接成如图乙所示的电路，电阻R阻值为100 Ω，则(　　)
A．理想电压表读数为100 V
B．理想电流表读数为0.75 A
C．电阻R消耗的电功率为56 W
D．电阻R在100秒内产生的热量为5 625 J
解析：根据电流的热效应，一个周期内产生的热量Q＝T＝·＋·，解得U＝75 V，A错误；电流表读数I＝＝0.75 A，B正确；电阻R消耗的电功率P＝I2R＝56.25 W，C错误；在100秒内产生的热量Q＝Pt＝5 625 J，D正确．
答案：BD
三、非选择题(本题共3小题，共52分．解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位)
13．(16分)发电机转子是匝数n＝100，边长L＝20 cm的正方形线圈，其置于磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，绕着垂直磁场方向的轴以ω＝100π rad/s的角速度转动，当转到线圈平面与磁场方向垂直时开始计时．线圈的电阻r＝1 Ω，外电路电阻R＝99 Ω.
(1)写出交变电流瞬时值表达式；
(2)求外电阻上消耗的功率；
(3)从计时开始，线圈转过过程中，通过外电阻的电荷量是多少？
解析：(1)电动势的最大值：Em＝nBωL2＝628 V，
根据闭合电路欧姆定律得Im＝＝6.28 A，
故交变电流瞬时值表达式为：i＝6.28sin 100πt(A)．
(2)电流的有效值I＝Im，
由P＝I2R得外电阻上的消耗功率：
P＝R≈1.95×103 W.
(3)从计时开始到线圈转过过程中，由E＝n，得
＝n＝n·，
故平均电流 ＝＝，
通过外电阻的电荷量q＝·Δt＝＝1×10－2 C.
答案：(1) i＝6.28sin 100πt(A)　(2)1.95×103 W
(3)1×10－2C
14．(18分)如图所示，理想变压器原线圈中输入电压U1＝3 300 V，副线圈两端电压U2为220 V，输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2，绕过铁芯的导线所接的电压表V的示数U＝2 V.
(1)原线圈n1等于多少？
(2)当开关S断开时，表A2的示数I2＝5 A，则表A1的示数I1为多少？
(3)当开关S闭合时，表A1的示数I1′等于多少？
解析：(1)设伏特表所接线圈输出端电压为U3，得
＝，得n1＝×1＝1 650.
(2)由U1I1＝U2I2，得
I1＝＝ A≈0.33 A.
(3)当S闭合时，I′2＝2I2＝10 A，
U1I′1＝U2I′2，
I′1＝＝ A≈0.67 A.
答案：(1)1 650　(2)0.33 A　(3)0.67 A
15．(18分)一台小型发电机的最大输出功率为100 kW，输出电压恒为500 V，用电阻率为1.8×10－8Ω·m，横截面积为10－5m2的输电线向4×103 m远处的用户输电，要使发电机满负荷运行时，输电线上的损失功率不得超过发电机总功率的4%.
(1)所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是多少？
(2)如果用户用电器的额定电压为220 V，那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比是多少？
(3)想一想，当深夜接入电路的用电器减少时，用电器两端的电压是大于、小于还是等于220 V？若用电器电路中电流为100 A，求此时用电器两端的电压数值．
解析：(1)输电要用两根导线，则输电线的电阻为
r＝ρ＝1.8×10－8× Ω＝14.4 Ω，
由题意知P损＝P×4%＝r，
代入数据得U2＝6 000 V，
升压变压器原、副线圈匝数比为：＝＝＝.
(2)I2＝＝ A＝ A，
U损＝I2·r＝×14.4 V＝240 V，
而U3＝U2－U损＝6 000 V－240 V＝5 760 V，
＝＝＝，
降压变压器原、副线圈匝数比为288∶11.
(3)用电器总数减少时，用电器两端电压将增大，
由题知I′4＝100 A则由＝＝，
所以I′3＝ A，
U′损＝I′3·r＝×14.4 V＝55 V，
而U1、U2不变，
U′3＝U2－U′损＝(6 000－55) V＝5 945 V，
＝，
U′4＝U′3＝×5 945 V≈227 V.
答案：(1)1∶12　(2)288∶11　(3)大于220 V　227 V