【金版学案】高中物理 第五章交变电流章末过关检测卷(二)新人教版选修3-2

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第五章交变电流(测试时间:50分钟评价分值:100分)一、单项选择题(本题共5小题,每题4分,共20分.在每小题给出的四个选项中,只有一个选项正确.)1.处在匀强磁场中的矩形线圈abcd,以恒定的角速度绕ab边转动,磁场方向平行于纸面并与ab垂直.在t=0时刻,线圈平面与纸面重合(如图所示),线圈的cd边离开纸面向外运动.若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流为正,则能反映线圈中感应电流i随时间t变化的图线是( )解析:线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,可以产生按正弦规律变化的交流电.对于图示起始时刻,线圈的cd边离开纸面向纸外运动,速度方向和磁场方向垂直,产生的电动势的瞬时值最大;用右手定则判断出电流方向为逆时针方向,与规定的正方向相同,所以C对.答案:C2.如图所示为交变电流的电流随时间而变化的图象,此交变电流的有效值是( ) A .5 2 A B .5 A C.722A D .3.5 A解析:题图所示图象中的交变电流在一个周期内产生的热量:Q =I 21R T2+I 22R T2=(42)2RT2+(32)2R T2=25RT .令此交变电流的有效值为I ,应有Q =I 2RT ,故I 2RT =25RT ,解得I =5 A .B 项正确. 答案:B 3.如图所示,有一理想变压器,原、副线圈的匝数比为n ,原线圈接正弦交流电压U ,输出端接有一个交流电流表和一个电动机.电动机线圈电阻为R ,当输入端接通电源后,电流表读数为I ,电动机带动一重物匀速上升,下列判断正确的是( )A .原线圈中的电流为nIB .变压器的输入功率为UI nC .电动机输出的总功率为I 2R D .电动机两端电压为IR解析:电流表的读数为副线圈电流,所以原线圈电流为In,故A 错误;原线圈的输入功率则为U I n,故B 对;电动机上的热功率为I 2R ,电动机消耗功率为U I n ,两端电压为U n,故C 、D 错误.答案:B4.超导是当今高科技研究的热点,利用超导材料可实现无损耗输电.现有一直流电路,输电总电阻为0.4 Ω,它提供给用电器的电功率为40 kW ,电压为800 V .若用临界温度以下的超导电缆代替原来的输电线,保持供给用电器的功率和电压不变,那么节约的电功率为( )A .1 kWB .1.6×103kW C .1.6 kW D .10 kW解析:节约的电功率即为普通电路输电时损耗的电功率,I =P U =40×103800A =50 A .P 线=I 2R =502×0.4 W=1 000 W ,故节约的电功率为1 kW ,A 项正确.答案: A5.(2013·高考四川理综)用220 V 的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电压是110 V ,通过负载的电流图象如图所示,则( )A .变压器输入功率约为3.9 WB .输出电压的最大值是110 VC .变压器原、副线圈的匝数比是1∶2D .负载电流的函数表达式i =0.05sin(100πt +π2)A解析:通过负载的电流有效值为0.0252 A ,变压器输入功率约为P =UI =110×0.025 2 W =3.9 W ,选项A 正确.变压器输出电压的最大值是110 2 V ,选项B 错误.由变压公式,变压器原、副线圈的匝数比是2∶1,选项C 错误.负载电流的函数表达式i =0.05sin 100πt (A),选项D 错误.答案:A二、双项选择题(本题共6小题,每题6分,共36分.在每小题给出的四个选项中有两个选项正确,全部选对得6分,漏选得3分,错选或不选得0分.)6.一个矩形线圈在匀强磁场中匀角速度转动,产生交变电动势的瞬时值表达式为e =102sin 4πt (V),则( )A .该交变电动势的频率为2 HzB .零时刻线圈平面与磁场垂直C .t =0.25 s 时,e 达到最大值D .在1 s 时间内,线圈中电流方向改变100次解析:由题中给出的电动势的表达式可以得到该交变电动势的角速度是4π,由角速度和周期、频率的关系ω=2πT=2πf 得到此交变电动势的频率为2 Hz ,周期是0.5 s ,所以选项A 正确.周期是0.5 s ,所以1 s 内线圈中的电流方向改变4次,选项D 错误.代入表达式t =0.25 s ,得到e =0,选项C 错误.零时刻,电动势为零,此时穿过线圈的磁通量最大,选项B 正确.综上所述,本题的正确选项为A 、B.答案:AB7.某小型发电机产生的交变电动势为e =50sin 100πt (V).对此电动势,下列表述正确的有( )A .最大值是50 2 VB .频率是100 HzC .有效值是25 2 VD .周期是0.02 s解析:从中性面开始计时,交变电动势的表达式为e =E m sin ωt ,因e =50sin 100πt (V),所以最大值E m =50 V ,A 错误.由ω=2πf =100π rad/s 得f =50 Hz ,B 错误.有效值E =E m2=25 2 V ,C 正确.T =1f =0.02 s ,D 正确.答案:CD 8.如图所示,低温雨雪冰冻天气造成我国部分地区严重受灾,其中高压输电线因结冰而损毁严重.为消除高压输电线上的凌冰,有人设计了这样的融冰思路:利用电流的热效应除冰.若在正常供电时,高压线上送电电压为U ,电流为I ,热耗功率为ΔP ;除冰时,输电线上的热耗功率需变为9ΔP ,则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)( )A .输电电流为3IB .输电电流为9IC .输电电压为3UD .输电电压为13U解析:高压线上的热耗功率ΔP =I 2R 线① 若热耗功率变为9ΔP ,则9ΔP =I ′2R 线② 由①②得I ′=3I ,A 对.又输送功率不变,由P =UI =U ′I ′, 得U ′=13U ,所以D 对.答案:AD 9.如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1,电压表和电流表均为理想电表,原线圈接如图乙所示的正弦交流电,图中R t 为热敏电阻(其随温度升高电阻变小),R 为定值电阻.下列说法正确的是( )A .副线圈两端电压的瞬时值表达式为u =92sin 50πt (V)B .t =0.02 s 时电压表V 2的示数为9 VC .变压器原、副线圈中的电流之比和输入、输出功率之比均为1∶4D .R t 处温度升高时,电流表的示数变大,电压表V 2的示数不变解析:由题中图乙可知U 1=36 V ,T =2×10-2s ,由U 1U 2=n 1n 2得U 2=9 V ,所以副线圈两端电压的瞬时值表达式为 u =92sin 100πt (V),A 选项错;电压表示数为有效值,故B 选项正确;由变压器原、副线圈电流关系及输入、输出功率关系知,C 选项错;当R t 处温度升高时R t 电阻变小,U 2不变,副线圈中电流I 2变大,故D 选项正确.答案:BD10.对电容器能通交变电流的原因,下列说法正确的是( )A .当电容器接到交流电源上时,因为有自由电荷通过电容器,电路中才有交变电流B .当电容器接到交流电源上时,电容器交替进行充电和放电,电路中才有交变电流C .在有电容器的交流电路中,没有电荷定向移动D .在有电容器的交流电路中,没有电荷通过电容器解析:电容器实质上是通过反复充、放电来实现通电的,并无电荷流过电容器. 答案:BD11.(2013·高考江苏物理)如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P 处于图示位置时,灯泡L 能发光.要使灯泡变亮,可以采取的方法有( )A .向下滑动PB .增大交流电源的电压C .增大交流电源的频率D .减小电容器C 的电容解析:要使灯泡变亮,可以采取的方法有:向上滑动P ,或增大交流电源的电压,增大交流电源的频率,或增大电容器C 的电容,选项B 、C 两项正确,A 、D 两项错误.答案:BC三、非选择题(本大题2小题,共44分.按题目要求作答.解答题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,答案中必须明确写出数值和单位.)12.(20分)如图所示,在匀强磁场中有一个“π”形导线框可绕AB 轴转动,已知匀强磁场的磁感应强度B =52π T ,线框的CD 边长为20 cm ,CE 、DF 长均为10 cm ,转速为50 r/s.若从图示位置开始计时:(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式;(2)在et 坐标系中作出线框中感应电动势随时间变化关系的图象.解析:(1)线圈转动,开始计时的位置为线圈平面与磁感线平行的位置,在t 时刻线框转过的角度为ωt ,此时刻,e =Bl 1l 2ω cos ωt ,即e =BS ω cos ωt .其中B =52π T ,S =0.1×0.2 m 2=0.02 m 2,ω=2πn =2π×50 rad/s=100π rad/s. 故e =52π×0.02×100πcos 100πt (V),即:e =102cos 100πt (V).(2)线框中感应电动势随时间变化关系的图象如图所示:答案:(1)e =102cos 100πt (V) (2)见解析图13.(24分)如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图.其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO ′匀速转动,线圈的匝数n =100,电阻r =10 Ω,线圈的两端经集流环与电阻R 连接,电阻R =90 Ω,与R 并联的交流电压表为理想电表.在t =0时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t 按图乙所示正弦规律变化.求:(1)交流发电机产生的电动势最大值; (2)电路中电压表的示数; (3)R 上的热功率.解析:(1)交流发电机产生电动势的最大值:E m =nBS ω而Φm =BS ,ω=2πT ,所以E m =2n πΦm T.由Φ-t 图线可知:Φm =2.0×10-2WbT =6.28×10-2s ,所以E m =200 V.(2)电动势的有效值E =E m2=100 2 VU =R R +r E =90100×1002V =90 2 V =127.3 V. (3)R 上的功率为:PR =U 2R=2290W =180 W.答案:(1)200 V (2)127.3 V (3)180 W。