2018_2019学年高中物理第五章交变电流章末知识测评新人教版选修3_2.docx

第五章 交变电流 ‎　　本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分.第Ⅰ卷40分,第Ⅱ卷60分,共100分,考试时间90分钟.‎ 第Ⅰ卷　(选择题　共40分)‎ 一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分.1~7小题只有一个选项符合题意,8~10小题有多个选项符合题意.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,选错或不答的得0分)‎ ‎❶某正弦式交变电流的电流i随时间t变化的图像如图C2-1所示.由图可知 (　　)‎ 图C2-1‎ A.电流的最大值为10A B.电流的有效值为10A C.该交流电的周期为0.03s D.该交流电的频率为0.02Hz ‎❷当交流发电机的转子线圈平面与磁感线平行时,电流方向如图C2-2所示,当转子线圈平面旋转到中性面位置时 (　　)‎ 图C2-2‎ A.线圈中的感应电流最大,方向将不变 B.线圈中的感应电流最大,方向将改变 C.线圈中的感应电流等于零,方向将不变 D.线圈中的感应电流等于零,方向将改变 ‎❸如图C2-3所示的电路中,L为电感线圈,C为电容器,A、B为两个相同的灯泡,将它们接在交流电源上,两个灯泡的亮度一样.保持电源电压不变,某一时刻A灯泡变暗,B灯泡变亮,造成这一现象的原因可能是 (　　)‎ 11‎ 图C2-3‎ A.电源的频率增大 B.电源的频率减小 C.电感线圈短路 D.电容器被击穿 ‎❹图C2-4为某小型水电站的电能输送示意图,A为升压变压器,其输入功率为P1,输出功率为P2,输出电压为U2;B为降压变压器,其输入功率为P3,输入电压为U3.若A、B均为理想变压器,输电线的总电阻为r,则下列关系式中正确的是 (　　)‎ 图C2-4‎ A.P1>P2‎ B.P2=P3‎ C.U2>U3‎ D.U2=U3‎ ‎❺小型交流发电机中的矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间的关系如图C2-5所示.此线圈与一个阻值R=10Ω的电阻构成闭合电路,不计电路的其他电阻.关于通过电阻的电流,下列说法中正确的是 (　　)‎ 图C2-5‎ A.交变电流的周期为0.125s B.交变电流的频率为8Hz C.交变电流的有效值为‎2‎A D.交变电流的最大值为4A 11‎ ‎❻[2017·长沙长郡中学高二期末]如图C2-6甲所示,交流发电机的矩形线圈边长ab=cd=0.2m,ad=bc=0.4m,线圈匝数为50匝,线圈的总电阻r=1Ω,线圈在磁感应强度B=0.2T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以‎100‎πr/s的转速匀速转动,外接电阻R=9Ω,电压表为理想交流电表,则 (　　)‎ 图C2-6‎ A.图甲中交流电压表的示数为80‎2‎V B.图甲中电阻R上消耗的电功率为1152‎2‎W C.如图乙所示,外电路接原、副线圈匝数之比n1∶n2=3∶1的理想变压器时,电阻R上消耗的电功率最大 D.如图乙所示,外电路接原、副线圈匝数之比n1∶n2=1∶3的理想变压器时,电阻R上消耗的电功率最大 ‎❼[2017·成都七中高二月考]如图C2-7所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1,b是原线圈的中心抽头,电压表和电流表均为理想交流电表,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=220‎2‎sin100πt(V),则 (　　)‎ 图C2-7‎ A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为22‎2‎V B.单刀双掷开关由a拨到b后,原线圈的输入功率变为原来的4倍 C.单刀双掷开关与a连接,在滑动变阻器的滑片P向上移动的过程中,电压表和电流表的示数均变小 D.当单刀双掷开关由a拨向b时,电压表和电流表的示数均变小 11‎ ‎❽[2017·黑龙江大庆高二一检]如图C2-8所示,N匝矩形导线框在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴OO'匀速转动,线框面积为S,线框的电阻、电感均不计,外电路接有电阻R、理想电流表A和二极管D.电流表的示数为I,二极管D具有单向导电性,即正向电阻为零,反向电阻无穷大.下列说法正确的是 (　　)‎ 图C2-8‎ A.导线框转动的角速度为‎2RINBS B.导线框转动的角速度为‎4RINBS C.导线框转到图示位置时,线框中的磁通量最大,瞬时电动势为零　‎ D.导线框转到图示位置时,线框中的磁通量最大,瞬时电动势也最大 ‎❾在两块金属板间加上交变电压u=Umsin‎2πTt,当t=0时,板间有一个电子恰好处于静止状态,关于电子以后的运动情况,下列判断正确的是 (　　)‎ A.t=T时,电子回到原出发点 B.电子始终向一个方向运动 C.t=T‎2‎时,电子将有最大速度 D.t=T‎2‎时,电子的位移最大 ‎[2017·河南鹤壁中学高二期末]如图C2-9所示,有一矩形线圈的面积为S,匝数为N,内阻不计,全部处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的水平轴OO'以角速度ω匀速转动.矩形线圈通过滑环与外电路连接,外电路中R0为定值电阻,R为电阻箱,变压器为理想变压器,滑动触头P上下移动时可改变原线圈的匝数,图中仪表均为理想电表.从线圈平面与磁感线平行的位置开始计时,则下列判断正确的是 (　　)‎ 图C2-9‎ A.矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωsinωt 11‎ B.矩形线圈从开始计时到t=π‎2ω时间内,穿过线圈平面的磁通量变化量为BS C.当R不变时,将滑动触头P向上移动,电流表读数变大 D.若ω=100πrad/s,则通过R0的电流方向每秒钟改变50次 第Ⅱ卷(非选择题　共60分)‎ 二、实验题(本题共2小题,11题6分,12题9分,共15分)‎ 交流电流表是一种能够测量交变电流有效值的仪表.使用时,只要将电流表串联接入电路即可.若要扩大交流电流表的量程,则可以给它并联一个分流电阻,还可以给它配接一个变压器.如图C2-10所示,变压器a、b两个接线端子之间线圈的匝数为n1,c、d两个接线端子之间线圈的匝数为n2,并且n1>n2,若将电流表“3A”的量程扩大,应该将交流电流表的接线柱“0”和“3A”分别与变压器的　　　　　(选填“a、b”或“c、d”)接线端子相连,这时电流表的量程为　　　　　　A. ‎ 图C2-10‎ 图C2-11是一种触电保安器的电路图,变压器A处用火线和零线双股平行绕制成线圈,然后接上用电器.B处有一个输出线圈,一旦线圈中有电流,经放大后便能推动保安器开关J切断电源,试说明:‎ 图C2-11‎ ‎(1)多开灯不会使保安器切断电源的原因是                              　; ‎ ‎(2)有人“手—地”触电时,触电保安器会切断电源的原因是                       　; ‎ 11‎ ‎(3)该保安器　　　　(选填“能”或“不能”)为双手“火线—零线”触电时提供保安,因为         　. ‎ 三、计算题(本题共3小题,13题12分,14题15分,15题18分,共45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)‎ 如图C2-12所示,间距为L的光滑平行金属导轨水平放置在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,导轨一端接有阻值为R的电阻.质量为m、电阻为r的导体棒ab放置在导轨上且始终与导轨保持良好接触,在外力F的作用下,导体棒从t=0时刻开始运动,其速度v=vmsinωt,不计导轨的电阻,忽略感应电流的磁场对原磁场的影响,求:‎ ‎(1)感应电动势的瞬时值表达式;‎ ‎(2)电阻上的发热功率.‎ 图C2-12‎ 11‎ 如图C2-13甲所示,在两根水平放置的平行金属导轨两端各接有一个R=1Ω的电阻,导轨间距L=0.2m,导轨的电阻忽略不计,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.8T.一根电阻r=0.3Ω的导体棒ab置于导轨上,且始终与导轨保持良好接触.若导体棒沿平行于导轨的方向在PQ和MN之间运动,其速度图像如图乙所示.求:‎ ‎(1)导体棒产生的感应电动势的瞬时值表达式;‎ ‎(2)整个电路在1min内产生的热量.‎ 图C2-13‎ 如图C2-14甲所示,理想变压器原线圈电路中接有一量程为3A的理想交流电流表,副线圈两端接有理想交流电压表和可变电阻R以及若干标称值为“6V　6W”的相同灯泡.输入端交变电压u的图像如图乙所示.电压表的读数为9V.‎ ‎(1)求变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2.‎ 11‎ ‎(2)要求灯泡均正常发光,求电路中最多允许接入的灯泡个数.‎ ‎(3)为满足第(2)问中要求,求可变电阻R应调到的电阻值.‎ 图C2-14‎ ‎1.B　[解析]由图像可知,电流的最大值为10‎2‎A,则有效值为I=‎10‎‎2‎‎2‎A=10A,选项A错误,选项B正确;由图像可知,周期为T=0.02s,则频率为f=‎1‎T=50Hz,选项C、D错误.‎ ‎2.D　[解析]线圈平面旋转到中性面位置时,磁感线与切割速度方向平行,根据公式E=BLvsinθ可知,线圈中的感应电流等于零,转过中性面之后,电路中又产生了感应电流,但是电流方向与之前线圈中的感应电流的方向相反,选项D正确.‎ 11‎ ‎3.A　[解析]若电感线圈短路,则A灯泡变亮,选项C错误;若电容器被击穿,则B灯泡变亮,A灯泡亮度不变,选项D错误;若电源的频率增大,则电感线圈的感抗增大,电容的容抗减小,灯泡A变暗,灯泡B变亮,选项A正确;同理,选项B错误.‎ ‎4.C　[解析]根据远距离输电和理想变压器的工作原理可知,P1=P2,P2>P3,U2>U3,选项C正确.‎ ‎5.C　[解析]由图像可以看出,交变电流的周期为0.250s,所以交变电流的频率为4Hz,选项A、B错误;电压的最大值Um=20V,交变电流的最大值Im=UmR=2A,有效值I=Im‎2‎=‎2‎A,选项C正确,选项D错误.‎ ‎6.D　[解析]根据ω=2πn得ω=200rad/s,电动势最大值Em=NBSω=50×0.2×0.2×0.4×200V=160V,从图示位置开始计时,感应电动势的瞬时值e=160cos200t(V),在图甲电路中,电流的瞬时值i=EmR+rcos200t(A)=16cos200t(A),路端电压的瞬时值u=iR=144cos200t(V),则有效值分别为E=‎160‎‎2‎V=80‎2‎V,I=8‎2‎A,U=72‎2‎V,A错误;电阻R上消耗的电功率P=I2R=(8‎2‎)2×9W=1152W,B错误;在图乙电路中,R消耗的功率等于变压器的输入功率,即交流电源的输出功率,最大值Pm=E‎2‎‎4r=3200W,此时U1=E‎2‎=40‎2‎V,U2=PmR=120‎2‎V,故n‎1‎n‎2‎=U‎1‎U‎2‎=‎1‎‎3‎,C错误,D正确.‎ ‎7.B　[解析]当单刀双掷开关与a连接时,原线圈的电压的最大值为220‎2‎V,根据原、副线圈的电压与匝数成正比可知,副线圈的电压的最大值为22‎2‎V,电压表测的是电压的有效值,所以电压表的示数为22V,A错误.若单刀双掷开关由a扳向b,则理想变压器原、副线圈的匝数之比由10∶1变为5∶1,副线圈的电压加倍,而电阻不变,故输出功率P=U‎2‎R变为原来的4倍,因输入功率等于输出功率,故输入功率也变为原来的4倍,B正确.单刀双掷开关与a连接,在滑动变阻器的滑片P向上移动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻增大,而副线圈的电压是由变压器决定的,即电压表的示数不变,所以电流表的示数变小,C错误.当单刀双掷开关由a扳向b时,理想变压器原、副线圈的匝数之比由10∶1变为5∶1,所以副线圈输出的电压升高,电压表和电流表的示数均变大,D错误.‎ ‎8.AC　[解析]导线框产生的最大感应电动势Em=NBSω;根据二极管的特点可知,在一个周期内有半个周期回路中有电流,根据交变电流的热效应可知,NBSω‎2‎R‎2‎R·T‎2‎=I2RT,解得ω=‎2RINBS,故A正确,B错误;导线框转到图示位置时,线框位于中性面处,导线框中的磁通量最大,瞬时电动势为零,故C正确,D错误.‎ 11‎ ‎9.BC　[解析]t=0时,电子不受力,此时两极板间的电压为零,此后电压开始增大,t=T‎4‎时达到最大,此过程中电子沿电场力方向做加速度增大的加速运动,速度增大,T‎4‎~T‎2‎时间内,两极板间的电压减小,但电场方向不变,所以电子在这段时间内仍沿原方向做加速度减小的加速运动,速度继续增大.t=T‎2‎后电场方向改变,电子开始减速,但电子的运动方向不变,直至t=T时刻速度减为零.故在t=T‎2‎时电子有最大速度,电子始终向一个方向运动,选项B、C正确.‎ ‎10.BC　[解析]从垂直中性面时开始计时,矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSωcosωt,A错误;开始时磁通量为0,矩形线圈从图示位置经过t=π‎2ω时间,转过的角度为ωt=π‎2‎,此时磁通量为BS,故穿过线圈平面的磁通量变化量为BS-0=BS,B正确;当P向上移动、R不变时,根据理想变压器的变压公式U‎1‎U‎2‎=n‎1‎n‎2‎,输出电压变大,则输出电流变大,故输入电流也变大,电流表读数变大,C正确;若ω=100πrad/s,则周期为T=‎2πω=‎2π‎100πs=0.02s,在一个周期内电流方向改变两次,故电流方向改变n=‎1‎‎0.02‎×2=100(次),D错误.‎ ‎11.a、b　‎‎3‎n‎1‎n‎2‎ ‎[解析]当只有一组原、副线圈时,理想变压器的电流与匝数间的关系为I‎1‎I‎2‎=n‎2‎n‎1‎.在本题中,已知变压器a、b两个接线端子之间线圈的匝数为n1,c、d两个接线端子之间线圈的匝数为n2,且n1>n2,因此,交流电流表的接线柱“0”和“3A”应分别与变压器的接线端子a、b相连,这样,电流表的小示数才能反映原线圈中的大电流,起到扩大量程的作用.此时,电流表的量程为I2=n‎1‎n‎2‎I1=‎3‎n‎1‎n‎2‎A.‎ ‎12.略 ‎[解析](1)变压器A处的线圈因双股绕制,正向电流与反向电流产生的磁场相互抵消,多开灯、少开灯都如此,所以B处的线圈中无感应电流,保安器的控制开关J不工作,不会自动切断电源.(2)当人“手—地”触电时,火线中的电流有一部分直接通过人体流入大地,不从A处的线圈中回流,保安器铁芯中的磁通量发生变化,B处的线圈有电流输出,保安器开关J工作,自动切断电源.(3)“火线—零线”触电时,与多开几盏电灯的情况相似,A处的线圈中正、反向电流总是相等,不引起磁通量的变化,保安器不能自动切断电源,不起保安作用.‎ ‎13.(1)e=BLvmsinωt　(2)‎B‎2‎L‎2‎vm‎2‎R‎2(R+r‎)‎‎2‎ 11‎ ‎[解析](1)根据E=BLv,感应电动势的瞬时值表达式为e=BLvmsinωt.‎ ‎(2)产生的交变电动势的有效值E=BLvm‎2‎,‎ 电阻R两端的电压UR=RR+r·BLvm‎2‎,‎ 电阻R上的发热功率P=UR‎2‎R=B‎2‎L‎2‎vm‎2‎R‎2(R+r‎)‎‎2‎.‎ ‎14.(1)e=1.6sin10πt(V)　(2)96J ‎[解析](1)由v-t图像可得,导体棒运动的速度表达式为 v=10sin10πt(m/s)‎ 产生的感应电动势的瞬时值表达式为 e=BLv=1.6sin10πt(V).‎ ‎(2)感应电动势的最大值为Em=1.6V 感应电动势的有效值为E=Em‎2‎=‎1.6‎‎2‎V 电路中的总电阻为R'=r+R‎2‎=0.8Ω 电路中的总电流I=ER'‎=‎2‎A 整个电路在1min内产生的热量为Q=I2R't=96J.‎ ‎15.(1)3∶1　(2)9盏　(3)‎1‎‎3‎Ω ‎[解析](1)根据图像可得,原线圈中电压的最大值U1m=27‎2‎V,有效值为U1=27V 因为副线圈两端电压表的读数为9V,所以U2=9V 变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=U1∶U2=3∶1.‎ ‎(2)设原线圈中通过的电流为I1,副线圈中通过的电流为I2.‎ 为使副线圈接入的灯泡最多,则I1取允许通过的最大电流的有效值,即为3A.‎ 根据U1I1=U2I2‎ 解得I2=9A 正常发光时每个灯泡中电流为I灯=P额U额=1A 所以最多允许接入的灯泡个数为n=I‎2‎I灯=9盏.‎ ‎(3)可变电阻R两端的电压为UR=U2-U额=3V 可变电阻R的阻值为R=URI‎2‎=‎1‎‎3‎Ω. ‎ 11‎