届高考物理二轮总复习专题过关检测
) 交变电流 电磁场 电磁波 (时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(本题包括10小题,共40分.每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,错选或不选的得0分) 1.某电路中电场随时间变化的图象如图13-1所示,能发射电磁波的电场是哪一种( )
图13-1
解析:周期性变化的电场才能产生周期性变化的磁场,均匀变化的电场产生稳定的磁场,振荡的电场产生同频率振荡的磁场.故只有选项D 对. 答案:D
2.关于电磁波与声波,下列说法正确的是( ) A.电磁波的传播不需要介质,声波的传播需要介质 B.由空气进入水中时,电磁波速度变小,声波速度变大 C.由空气进入水中时,电磁波波长变小,声波波长变大
D.电磁波和声波在介质中的传播速度,都是由介质决定的,与频率无关
解析:可以根据电磁波的特点和声波的特点进行分析,选项A 、B 均与事实相符,所以选项A 、B 正确.根据f
v
=
λ,电磁波波速变小,频率不变,波长变小;声波速度变大,频率不变,波长变大,所以选项C 正确.电磁波在介质中的速度与介质有关,也与频率有关,在同一种介质中,频率越大,波速越小,所以选项D 错误. 答案:ABC
3.某空间出现了如图13-2所示的一组闭合的电场线,这可能是( )
图13-2
A.沿AB 方向磁场在迅速减弱
B.沿AB 方向磁场在迅速增加
C.沿BA 方向磁场在迅速增加
D.沿BA 方向磁场在迅速减弱
解析:根据电磁感应,闭合回路中的磁通量变化时,使闭合回路中产生感应电流,该电流可用楞次定律判断.根据麦克斯韦电磁场理论,闭合回路中产生感应电流,是因为闭合回路中受到了电场力的作用,而变化的磁场产生电场,与是否存在闭合回路没有关系,故空间内磁场变化产
生的电场方向,仍然可用楞次定律判断,四指环绕方向即为感应电场的方向,由此可知A、C正确.
答案:AC
4.如图13-3所示,在闭合铁芯上绕着两个线圈M和P,线圈P与电流表构成闭合回路.若在t1至t2这段时间内,观察到通过电流表的电流方向自上向下(即由c经电流表至d),则可以判断出线圈M两端的电势差u ab随时间t的变化情况可能是图13-4中的()
图13-3
图13-4
解析:对A图,u ab不变,A表中无电流,对B图,u ab均匀增大,由安培定则知,M中有向上增强的磁场,P中有向下增加的磁通量,又由楞次定律和安培定则知,A表中电流方向由d经电流表至c,故A、B错,同理分析得C、D正确.
答案:CD
5.如图13-5所示,把电阻R、电感线圈L、电容器C分别串联一个灯泡后并联在电路中.接入交流电源后,三盏灯亮度相同.若保持交流电源的电压不变,使交变电流的频率减小,则下列判断正确的是()
图13-5
A.灯泡L1将变暗
B.灯泡L2将变暗
C.灯泡L3将变暗
D.灯泡亮度都不变
解析:当交变电流的频率减小时,R不变,电感线圈感抗减小,电容器容抗增大,则灯泡L3亮度不变,L2变暗,L1变亮,故B正确.
答案:B
6.如图13-6所示,理想变压器有三个线圈A、B、C,其中B、C的匝数分别为n2、n3,电压表的示数为U,电流表的示数为I,L1、L2是完全相同的灯泡,根据以上条件可以计算出的物理量是()
图13-6
A.线圈A 的匝数
B.灯L 2两端的电压
C.变压器的输入功率
D.通过灯L 1的电流
解析:由题意知线圈B 两端的电压为U ,设线圈C 两端的电压为U C ,则
2
3
n n U U C =,所以U n n U C 2
3
=
,B 正确;通过L 2的电流为I,则可以求出L 2的电阻,L 2与L 1的电阻相同,所以可求出通过L 1的电流,D 正确;根据以上数据可以求出L 1、L 2的功率,可得变压器总的输出功率,它也等于变压器的输入功率,C 正确;根据题意无法求出线圈A 的匝数,A 错. 答案:BCD
7.某同学在研究电容、电感对恒定电流与交变电流的影响时,采用了如图13-7所示的电路,其中L 1、L 2是两个完全相同的灯泡,已知把开关置于3、4时,电路与交流电源接通,稳定后的两个灯泡发光亮度相同,则该同学在如下操作过程中能观察到的实验现象是( )
图13-7
A.当开关置于1、2时,稳定后L 1、L 2两个灯泡均发光且亮度相同
B.当开关置于1、2时,稳定后L 1、L 2两个灯泡均发光,且L 1比L 2亮
C.当开关置于3、4时,稳定后,若只增加交变电流的频率,则L 1变暗,L 2变亮
D.在开关置于3、4的瞬间,L 2立即发光,而L 1亮度慢慢增大
解析:当开关置于1、2时,稳定后因电容器隔直流,故电路断开,L 2不发光,A 、B 错误;在开关置于3、4的瞬间,电容器通交流,L 2立即发光,由于电感的自感作用,L 1亮度慢慢增大,D 正确.当开关置于3、4稳定后,增加交变电流频率,容抗减小,感抗增大,L 1变暗,L 2变亮,C 正确. 答案:CD
8.如图13-8所示,理想变压器初级线圈的匝数为n 1,次级线圈的匝数为n 2,初级线圈的两端a 、b 接正弦交流电源,电压表V 的示数为220,V ,负载电阻R =44,Ω,电流表A 1的示数为0.20,A.下列判断中正确的是( )
图13-8
A.初级线圈和次级线圈的匝数比为2∶1
B.初级线圈和次级线圈的匝数比为5∶1
C.电流表A 2的示数为1.0,A
D.电流表A 2的示数为0.4,A
解析:对于理想变压器,P 1=U 1I 1=220×0.20,W=44,W ,则负载电阻消耗的功率P 2=P 1=44,W ,
据,2
22R U P =得44V,V 44442
2=?==R P U 则,544
2202121===U U n n 故B 正确.A 2的读数1A,A 44
4422===
R U I 故C 正确. 答案:BC
9.某理想变压器原、副线圈的匝数比为55∶9,原线圈所接电源电压按图示规律变化,副线圈接有一灯泡,此时灯泡消耗的功率为40,W ,则下列判断正确的是( )
图13-9
A.副线圈两端输出的电压为V 236
B.原线圈中电流表的示数约为0.18,A
C.变压器的输入、输出功率之比为55∶9
D.原线圈两端电压的瞬时值表达式为u =220sin100πt (V)
解析:根据变压器的原、副线圈的电压之比等于匝数之比,故副线圈两端输出的电压为
V U n n U 361122==
,A 错;根据理想变压器知P 1=P 2,故有A U P
I 18.01
11≈=,B 选项正确,C 错;原线圈两端电压的瞬时值表达式为)(100sin 2220V t u π=,D 错.只有B 选项正确. 答案:B
10.利用如图13-10所示的电流互感器可以测量被测电路中的大电流,若互感器原、副线圈的匝数比n 1∶n 2=1∶100,交流电流表A 的示数是50,mA ,则( )
图13-10
A.被测电路的电流有效值为0.5,A
B.被测电路的电流平均值为0.5,A
C.被测电路的电流最大值为A 25
D.原副线圈中的电流同时达到最大值
解析:交流电流表示数为副线圈中电流的有效值,即I 2=50,mA=0.05,A ,根据
1
2
21n n I I =得,I 1=5,A ,A 、B 均错误;原线圈(被测电路)中电流的最大值A 2521lm ==I I ,C 项正确;原线
圈中电流最大时,线圈中磁通量的变化率等于零,此时副线圈中的电流最小;原线圈中电流等于0时,磁通量的变化率最大,副线圈中电流最大.所以原、副线圈电流有相位差,故不能同时达到最大值,D 项错误. 答案:C
二、问答与计算(本题包括6小题,共60分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题目,答案中必须明确写出数值和单位)
11.(8分)在“练习使用示波器”实验中,某同学欲按要求先在荧光屏上调出亮斑,为此,他进行了如下操作:首先将辉度调节旋钮逆时针转到底,竖直位移和水平位移旋钮转到某位置,将衰减调节旋钮置于1,000挡,扫描范围旋钮置于“外x 挡”.然后打开电源开关(指示灯亮),过2,min 后,顺时针旋转辉度调节旋钮,结果屏上始终无亮斑出现(示波器完好).那么,他应再调节什么旋钮才有可能在屏上出现亮斑?
答案:竖直位移旋钮和水平位移旋钮.
12.(12分)交流发电机的原理如图13-11甲所示,闭合的矩形线圈放在匀强磁场中,绕OO ′轴匀速转动,在线圈中产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示,已知线圈的电阻为R =2.0,Ω,求:
图13-11
(1)通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值是多少? (2)矩形线圈转动的周期是多少?
(3)线圈电阻上产生的电热功率是多少?
(4)保持线圈匀速运动,1,min 内外界对线圈做的功是多少?
解析:(1)由I t 图可知通过线圈导线的任一个横截面的电流的最大值I m =2.0,A.
(2)矩形线圈转动的周期T =4.0×10-
3,s.
(3)由有效值,2
m
I I =
线圈电阻上产生的电热功率为.422
2W R I
R I P m === (4)外界对线圈做功转化成电能再转化成电热,1分钟内外界对线圈做的功W =Pt =240,J.
答案:(,1)2.0,A (2)4.0×10-
3,s (3)4,W (4)240,J
13.(9分)有一台内阻为1,Ω的发电机,供给一学校照明用电,如图13-12所示.升压变压器原、副线圈匝数比为1∶4,降压变压器原、副线圈匝数比为4∶1,输电线的总电阻为4,Ω.全校共有22个班,每班有“220,V,,40,W”灯6盏,若保证全部电灯正常发光,则
图13-12
(1)发电机的电动势为多大? (2)发电机的输出功率为多大? (3)输电效率为多少?
解析:(1)由题意知U 4=220,V 则24A A 622220
403=??=?=
n U P I R 由降压变压器变压关系:
,4343n n U U =得V 8804343==n n
U U 由降压变压器变流关系:
,34
32n n I I =得A 63
342==n I n I 又因为U 2=U 3+I 2R =880,V+6×4,V=904,V 由升压变压器变压关系:
,2
1
21n n U U =得U 1=226,V 由升压变压器变流关系:
,1
2
21n n I I =得I 1=24,A 所以:
(1)发电机的电动势:E =U 1+I 1r =250,V .
(2)发电机的输出功率P 出=EI 1-I 12r =5,424,W. (3)输电的效率%.97%1005424
5280
%100542464022=?=???=
=
J J P P 出
有效η
答案:(1)250,V (2)5,424,W (3)97%
14.(9分)如图13-13甲所示是一种振动发电装置,它的结构由一个半径为r =0.1,m 的50匝的线圈套在辐形永久磁铁槽上组成,假设磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(如图乙).线圈运动区域内磁感应强度B 的大小均为
T π
51
,方向不变,线圈的总电阻为2,Ω,它的引出线接有8,Ω的电珠L ,外力推动线圈的P 端,使线圈做往复运动,便有电流通过电珠,当线圈向右的位移随时间变化的规律如图丙所示时(x 取向右为正).
图13-13
(1)画出通过电珠L 的电流图象(规定从L →b 为正方向); (2)在0.1,s ~0.15,s 内推动线圈运动过程中的作用力; (3)求该发电机的输出功率(其他损耗不计). 解析:(1)在0,s ~0.1,s 内:感应电动势E 1=nBLv 1
1m/s m/s 1
.010
.01==
v L =2πr ,A 2.01
1==
总
R E I 在0.1,s ~0.15,s 内:v 2=2,m/s ,E 2=nBLv 2,.A 4.02
2==
总
R E I
(2)因为外力匀速推动线圈,所以有:F =F 安=nBI 2L =nBI 2·2πr ,
0.8N.N 1.024.02
.050=????
=ππ
F
(3)电流的有效值为I ,则有: I 2R ×0.15=0.22R ×0.1+0.42R ×0.05
25
22=
I 所以.64.025
16
82522
W W W R I P ==?=
=出 答案:(1)略 (2)0.,8,N (3)0.64,W
15.(12分)如图13-14甲所示,一固定的矩形导体线圈水平放置,线圈的两端接一只小灯泡,在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n =100匝,电阻r =1.0,Ω,所围成矩形的面积S=0.040,m 2,小灯泡的电阻R =9.0,Ω,磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化,线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为
,2cos 2tV T
T S
nB e m π
π=其中B m 为磁感应强度的最大值,T 为磁场变化的周期.忽略灯丝电阻随温度的变化,求:
图13-14
(1)线圈中产生感应电动势的最大值; (2)小灯泡消耗的电功率; (3)在磁感应强度变化的4
~
0T
的时间内,通过小灯泡的电荷量. 解析:(1)因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同,所以由图象可知,
线圈中产生交变电流的周期为T =3.14×10-
2,s
所以线圈中感应电动势的最大值为V.0.82m m ==
T
S
nB E π (2)根据欧姆定律,电路中电流的最大值为A 80.0m
m =+=r
R E I
通过小灯泡电流的有效值为A 240.02/m ==I I 小灯泡消耗的电功率为P =I 2R =2.88,W.
(3)在磁感应强度变化的0~T /4内,线圈中感应电动势的平均值t
B nS E ??= 通过灯泡的平均电流t
r R B
nS r R E I ?+?=
+=
)( 通过灯泡的电荷量 C.100.43-?=+?=
?=r
R B
nS t I Q 答案:(1)8.0,V (2)2.88,W (3)4.0×10-
3,C
16.(10分)某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站,发电机输出功率为9,kW ,输出电压为500,V ,输电线的总电阻为10,Ω,允许线路损耗的功率为输出功率的4%.求:
(1)村民和村办小企业需要220,V 电压时,所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少?(不计变压器的损耗)
(2)若不用变压器而由发电机直接输送,村民和村办小企业得到的电压和功率是多少?
解析:建立如图甲所示的远距离输电模型,要求变压器原、副线圈的匝数比,先要知道原、副线圈两端的电压之比.本题可以线路上损耗的功率为突破口,先求出输电线上的电流I 线,再根据输出功率求出U 2,然后再求出U 3.
甲
(1)由线路损耗的功率P 线=I 线2R 线可得
A A R P I 610
%
49000=?=
=
线
线线
又因为P 输出=U 2I 线,所以
V V I P U 15006
9000
2==
=
线
输出 U 3=U 2-I 线R 线=(1,500-6×10),V=1,440,V 根据理想变压器规律
3115005002121===V V U U n n 11
72220V V 14404343===U U n n 所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别是1∶3和72∶11. (2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图乙所示),由
乙
P 输出=UI 线′可得
18A A 500
9000
'==
=
U
P I 输出线 所以线路损耗的功率
P 线=I 线′2R 线=182×10,W=3,240,W 用户得到的电压
U 用户=U -I 线′R 线=(500-18×10),V=320,V 用户得到的功率
P 用户=P 输出-P 线=(9,000-3,240),W=5,760,W. 答案:(1)1∶3 72∶11 (2)320,V 5,760,W
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