第五章交变电流章末测试卷二（word答案含解析）—人教版高中物理选修3-2

人教版
物理选修3-2
第五章
交变电流
章末测试卷二
一、多选题(共16分)
1．(本题4分)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝220sin100πt(V)，则(　　)
A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22
V
B．当t＝s时，cd间的电压瞬时值为110
V
C．单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变大
D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变大
2．(本题4分)一正弦交变电流的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知（
）?
A．该交变电流的电压瞬时值的表达式为u=100sin（25πt）V
B．该交变电流的频率为25?Hz
C．该交变电流的电压的有效值为100V
D．若将该交流电压加在阻值R=100Ω的电阻两端,
则电阻消耗的功率为50W
3．(本题4分)如图是手机充电器的内部电路核心部分的简化模型，将变压器和二极管都视为理想元件，已知变压器的原、副线圈匝数比为20∶1，A、B端输入电压为U1＝220sin
100πt(V)，对于输出端CD(OD为副线圈的中心抽头)
A．输出电压的有效值为11
V
B．输出电压的有效值为5.5
V
C．CD端的输出功率和AB端的输入功率之比为1∶2
D．CD端的输出功率和AB端的输入功率之比为1∶1
4．(本题4分)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0Ω，则外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如图乙所示，则(
)
A．电压表V的示数为220V
B．电路中的电流方向每秒钟改变100次
C．灯泡实际消耗的功率为484W
D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J
二、单选题(共30分)
5．(本题3分)在一小型交流发电机中，矩形金属线圈abcd的面积为S，匝数为n，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕轴以角速度匀速转动(如图甲所示)，产生的感应电动势随时间的变化关系，如图乙所示，矩形线圈与阻值为R的电阻构成闭合电路，下列说法中正确的是(
)
A．从t1到t3这段时间内穿过线圈磁通量的变化量为零
B．从t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量为
C．t4时刻穿过线圈的磁通量的变化率大小为E0
D．在0-t4时间内电阻R上产生的热量为
6．(本题3分)如图所示，发电厂的输出电压和输电线的电阻、变压器不变，各变压器的匝数比不变，若发电厂增大输出功率，则下列说法正确的是(
)
A．升压变压器的输出电压增大
B．降压变压器的输出电压增大
C．输电线上损耗的功率增大
D．输电线上损耗的功率占总功率的比例减小
7．(本题3分)如图甲所示，理想变压器的原线圈匝数n1=100匝，副线圈匝数n2=50匝，电阻R=10Ω，电压表V是交流电压表，电流表A是交流电流表，原线圈加上如图乙所示的交流电，则下列说法正确的是（
）
A．流经电阻R的电流的频率为100Hz
B．电压表V的示数为V
C．电流表A的示数为2A
D．变压器原线圈输入功率为10W
8．(本题3分)如图甲为理想变压器的示意图，其原、副线圈的匝数比为，电压表和电流表均为理想电表，为阻值随温度升高而减小的热敏交流电阻，为定值电阻.若发电机向原线圈输入如图乙所示的正弦交流电.下列说法中正确的是（
）
A．输入变压器原线圈的交流电压的表达式为
B．变压器原、副线圈中的电流之比为
C．s时，发电机的线圈平面位于中性面
D．处温度升高时，变压器的输入功率变小
9．(本题3分)将闭合多匝线圈置于如图所示的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向垂直,线圈可绕MN轴自由转动，则下列表述中正确的是（
）
A．当磁感应强度均匀增加时，线圈不动，线圈中感应电动势的大小与线圈的匝数无关
B．当磁感应强度增加时，线圈不动，线圈中感应电流为顺时针方向
C．线圈以MN为轴匀速转动时，可以产生正弦式交流电
D．当磁感应强度恒定时，线圈匝数越大，穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大
10．(本题3分)用电高峰期，电灯往往会变暗，其原理可简化为如下物理问题：如图所示，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2
，输电线的等效电阻为R，原线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关S闭合时，以下说法中正确的是
(
)
A．R两端的电压增大
B．原线圈中电流减小
C．副线圈输出电压减小
D．原线圈输入功率减小
11．(本题3分)如图所示，匀强磁场的磁感应强度B=0.5T，边长L=0.1m的正方形线圈共N=100匝，线圈总电阻r=1，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO’匀速转动，转速为r/s，外电路中的电阻R=4，图示位置线圈平面与磁感线平行，以下说法中正确的是（
）
A．如从图示位置计时，线圈中产生电流按正弦规律变化
B．线圈从图示位置转动30°，流经R上的电荷量为0.05C
C．每转动一周线圈上产生的热量为J
D．电阻R上的电压为8V
12．(本题3分)图甲是阻值为1Ω的单匝线圈与阻值为9Ω的电阻R构成的回路．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的规律如图乙所示，电压表为交流电压表．则（　　）
A．电压表的示数为14.14V
B．0﹣0.01s的时间内通过电阻R的电量为0.04πC
C．电阻R上消耗的功率为18W
D．通过电阻的电流方向每秒变化100次
13．(本题3分)如图所示,匀强磁场的磁感应强度，边长的正方形线圈共匝，线圈总电阻，线圈绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动，转速为，外电路中的电阻，图示位置线圈平面与磁感线平行，以下说法中正确的是(
)
A．如从图示位置计时，线圈中产生正弦形式交流电
B．电阻R上的电压为8V
C．每转动一周线圈上产生的热量为J
D．线圈从图示位置转动300，流经R上的电荷量为0.05C
14．(本题3分)如图所示，在匀强磁场中有一矩形单匝线圈，线圈两端外接一电阻和一个交流电流表。若线圈绕对称轴OO′匀速转动，从中性面开始计时，闭合电路中产生的感应电流的瞬时值i＝sin50πt(A)，下列说法正确的是
(
　　)
A．在t＝0时，感应电流i为0，电流表示数为0
B．在t＝0时，感应电流i为0，电流表示数为1A
C．在t＝0时，感应电流i为0，电流表示数为A
D．在t＝0.01s时，感应电流i为A，电流表示数为A
三、解答题(共54分)
15．(本题14分)图1是交流发电机模型示意图．在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的对称轴OO′转动，由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路．图2是线圈的主视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示．已知ab长度为L1，bc长度为L2，线圈以恒定角速度ω逆时针转动（只考虑单匝线圈）．
（1）线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式；
（2）若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热．(其它电阻均不计)
16．(本题13分)如图所示，ab=25cm，ad=20cm，匝数为50匝的矩形线圈。线圈总电阻r=1Ω，外电路电阻R=9Ω。磁感应强度B=0.4T。线圈绕垂直于磁感线的轴以角速度50rad/s匀速转动。求：
（1）从此位置开始计时，它的感应电动势的瞬时值表达式。
（2）转动过程中感应电动势的最大值。
（3）1min内R上消耗的电能。
（4）当从该位置转过60°时，R的瞬时电功率是多少？
（5）线圈由如图位置转过30°的过程中，通过R的电量为多少？
17．(本题13分)如图所示为交流发电机示意图，匝数为n=100匝的矩形线圈，边长分别为a=10cm和b=20cm，内阻为r=5Ω，在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中绕OO′轴以ω=rad/s的角速度匀速转动，转动开始时线圈平面与磁场方向平行，线圈通过电刷和外部R=20Ω的电阻相接．求电键S合上后，
（1）写出线圈内产生的交变电动势瞬时值的表达式；
（2）电压表和电流表示数；
（3）从计时开始，线圈转过的过程中，通过外电阻R的电量．
18．(本题14分)如图所示PQ、MN为足够长的两平行金属导轨（其电阻不计），它们之间连接一个阻值R=8Ω的电阻，导轨间距为L=lm。一质量为m=0.1kg，电阻r=2Ω，长约1m的均匀金属杆水平放置在导轨上，它与导轨间的动摩擦因数，导轨平面的倾角为=30°，在垂直导轨平面方向有匀强磁场，磁感应强度为B=0.5T。今让金属杆AB由静止开始下滑，从杆开始下滑到恰好匀速运动的过程中经过杆的电荷量q=1C。（取g=10m/s2），求：
（1）当AB下滑速度为2m/s时加速度a的大小；
（2）AB下滑的最大速度vm的大小；
（3）AB从开始下滑到匀速运动过程R上产生的热量QR。
(
2
)
(
1
)
参考答案
答案含解析
1．AD
【解析】
原线圈中的有效电压值为220V，当单刀双掷开关与a连接时，原副线圈的匝数比为10:1，所以根据，所以副线圈中电压表的示数为22V，A正确．无论在什么时间，电压表的示数一直为交变电流的有效值，故仍为22V，B错误．开关与a连接，在滑片P触头向上移动的过程中，原副线圈的匝数比不发生变化，所以电压表和电流表的示数不变化，C错误．当单刀双掷开关由a扳向b时，原副线圈的匝数比减小，所以根据得增大，所以I增大，故电压表和电流表示数增大，D正确．
2．BD
【解析】
由图象可知，交流电的最大值为，电流的周期为T=0.04s，交流电的角速度，所以交流电的电压瞬时值的表达式为，故A错误，交流电的频率为，故B正确；交流电的电压有效值为，故C错误；将该交变电流的电压加在阻值R=100Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为，故D正确；故选BD。
【点睛】根据图象可以知道交流电的最大值和交流电的周期，根据最大值和有效值的关系即可求得交流电的有效值和频率．
3．BD
【详解】
AB.由于OD为副线圈的中心抽头，AB与CD线圈匝数之比为40∶1，则线圈CD间电压的最大值为V，而本题中的两个二极管相当于把CD之间的交变电压的负半部分对称地变为正半部分，这样交变电流就全部变为正值，且周期为原来的一半，因而有效值为5.5
V，A错误，B正确；
CD.变压器AB端的输入功率等于CD端的输出功率，C错误，D正确．
4．BD
【解析】
【详解】
A.由图可知交流电的电动势有效值为220V，设内电阻为r，外电阻为R，则电压表的示数为
，
选项A不合题意.
B.由于周期T=0.02s，可知其频率f=50Hz，电路中的电流方向每秒钟改变100次；选项B符合题意.
C.灯泡实际消耗的功率
；
选项C不合题意.
D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为
；
选项D符合题意.
5．B
【解析】
【详解】
A.
从t1到t3这段时间穿过线圈磁通量由正向BS变为负向BS，磁通量的变化量为△Φ=2Bs，不为零，故A错误；
B.
通过电阻的电荷量，所以t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量
，
又E0=nBSω，故：
，
故B正确；
C.
?t4时刻产生的电动势最大为E0，根据法拉第电磁感应定律：
所以磁通量的变化率为：
故C错误；
D.?计算热量应该用有效值，在0-t4时间内电阻R上产生的热量为
故D错误。
6．C
【解析】
【详解】
A、发电厂的输出电压不变，升压变压器的输入电压和输出电压之比等于原副线圈的匝数之比，则升压变压器的输出电压不变，故选项A错误；
B、输出功率变大，根据知输电线上的电流增大，则损失的电压变大，输入降压变压器的电压减小，则降压变压器的输出电压变小，故选项B错误；
CD、根据知输电线上损耗的功率变大，输电线上损耗的功率占总功率的比例为，因为电流变大，电阻不变，输出电压不变，则比例增大，故选项C正确，D错误。
7．D
【解析】
【详解】
A、由图乙可知交流电周期T=0.02s，故频率为Hz，故A错误；
B、由图乙可知交流电压最大值Um=V，故变压器的输入电压为：U1=20V；根据变压比公式，有：，解得：U2=10V，电压表V的示数为10V，故B错误；
C、根据功率关系可得，解得原线圈的电流强度为I1=0.5A，故C错误；
D、变压器的输入功率W，故D正确；
8．C
【详解】
由图乙可知交流电压最大值，周期s，可由周期求出角速度的值为，可得交流电压的表达式为(V)，故A错误；变压器原、副线圈中的电流之比与原、副线圈的匝数比成反比，为，故B错误；s时，电压瞬时值为零，发电机的线圈平面位于中性面，故C正确；处温度升高时，阻值减小，副线圈电流变大，功率变大，故输入功率变大，故D错误
【方法技巧】
含有热敏电阻的电路动态分析思路
首先分析热敏电阻的阻值如何变化；其次分析整个回路的电阻如何变化，电流如何变化；最后分析部分电路的电压、电流如何变化.
9．C
【解析】
【详解】
根据法拉第电磁感应定律可知，线圈中产生的感应电动势，感应电动势与线圈的匝数有关，A错误；根据楞次定律可知，线圈中产生的感应电流的方向为逆时针方向，B错误；当线圈以为轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量发生周期性变化，故可以产生正弦式交流电，C正确；根据可知，当磁感应强度恒定时，穿过线圈的磁通量的变化率为零，感应电动势为零，
D错误.
10．A
【解析】
【详解】
AB、开关S闭合后，电阻减小，而电压不变，副线圈的电流增大，原线圈的电流也增大，副线圈电流增大，R两端的电压增大，故A正确，B错误；
C、副线圈电压由原线圈和匝数比决定，而原线圈电压和匝数比都没有变，所以副线圈输出电压不变，故C错误；
D、原线圈的电压不变，而电流增大，故原线圈的输入功率增大，故D错误。
11．B
【解析】
【详解】
A、图示位置，线圈平面与磁感线平行，此时产生的电动势最大，可知线圈中产生电流按余弦规律变化，A错误
B、根据可得：，B正确
C、线圈旋转产生的最大电动势，正弦式交流电的有效值是峰值的，线圈转一周产生的热量，C错误
D、电阻R上的电压为，D错误
12．C
【解析】
【详解】
从图象得出电动势最大值为20V，有效值为：，根据闭合电路欧姆定律，电流为，电阻两端电压为，故A错误；根据，角速度为：，可得：，根据可得~0.01s的时间内通过电阻R的电量为：，故B错误；电阻R上消耗的功率为：，故C正确；每个周期，电流方向改变两次，电流周期为0.04s，故每秒电流方向改变50次，故D错误．
13．D
【解析】
【详解】
A、从图中计时的话，此时磁通量为零，电动势最大，所以线圈中产生了余弦函数形式的交流电，故A错；
B、感应电动势的最大值为,则电动势的有效值为
电阻R上的电压为，故B错；
C、每转动一周线圈上产生的热量为
，故C错；
D、
，故D对；
14．B
【解析】
【详解】
ABC、在t＝0时，线圈处于中性面位置，磁通量最大，感应电动势为零，感应电流为零，由于电流表测量有效值，所以电流表的示数，故B正确，A、C错误；
D、在t＝0.01s时，线圈平面转动，线圈处于垂直中性面位置，感应电流最大为，电流表的示数，，故D错误；
故选B。
15．（1）BL1L2ωsinωt（2）πRω2
【解析】
【详解】
（1）矩形线圈abcd在磁场中转动时，只有ab和cd切割磁感线，且转动的半径为r＝，设ab和cd的转动速度为v，则：v＝ω·　
在t时刻，导线ab和cd因切割磁感线而产生的感应电动势均为：E1＝BL1vsinωt　
则整个线圈的感应电动势为：e1＝2E1＝BL1L2ωsinωt
（2）由闭合电路欧姆定律有：I＝　④
又：E＝
线圈转动一周在R上产生的焦耳热为：QR＝I2RT　
其中T＝　
得：QR＝πRω2
16．（1）（2）50V（3）6750J（4）（5）0.05C
【解析】
【详解】
（1）从此位置开始计时，它的感应电动势的瞬时值表达式：
（2）感应电动势的最大值
（3）产生的感应电流按正弦规律变化
感应电流：
所以消耗电能：
（4）从该位置转过60°时，R上的瞬时电压
R上的瞬时电功率
（5）线圈由如图位置转过30°的过程中，通过R的电量
17．（1）e=cost（V）（2）40V，2A（3）0.04C
【解析】
【分析】
（1）根据感应电动势最大值Em=nBSω，从垂直于中性面开始计时，则可确定电动势的瞬时表达式；（2）根据交流电的最大值与有效值的关系，结合闭合电路欧姆定律，即可确定电流表与电压表示数；（3）根据电量表达式，与感应电动势结合，得出q=I△t=公式，从而可求得．
【详解】
（1）线圈从平行磁场开始计时，感应电动势最大值：Em=nBSω=V．
故表达式为：e=Emcosωt=cost（V）；
（2）根据正弦式交变电流最大值和有效值的关系可知，有效值：，
代入数据解得E=50V．
电键S合上后，由闭合电路欧姆定律得：，U=IR．
联立解得I=2A，U=40V；
（3）由图示位置转过90°的过程中，通过R上的电量为：q=I△t=，
代入数据解得，q=0.04C．
【点睛】
本题主要考查了交流电的产生及其表达式与相关物理量的求解，较为简单．
18．（1）1.5m/s2　（2）8m/s　（3）0.64J
【解析】
【详解】
（1）取AB杆为研究对象其受力如图示建立如图所示坐标系
①
②
摩擦力
③
安培力④
⑤
⑥
联立上式，解得
当v=2m/s时，a=1.5m/s2
（2）由上问可知
，故AB做加速度减小的加速运动
当a=0．
（3）从静止开始到匀速运动过程中
，。而
联立可得
：
设两电阻发热和为,
电阻串联则
由能量守恒可知
解得：
(
2
)
(
1
)