2018_2019学年高中物理第五章交变电流章末提升训练新人教版选修3_2.docx

第五章 交变电流 ‎(时间:60分钟　分值:100分)‎ 一、选择题(本题共6小题,每小题8分,共48分.每小题给出的四个选项中,至少有一项是正确的,全部选对得8分,部分选对得4分,有选错或不选的得0分)‎ ‎❶(多选)图5-T-1为交流发电机的示意图,线圈的AB边连在金属滑环K上,CD边连在金属滑环L上,两个导体电刷E、F分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接.关于其工作原理,下列分析正确的是 (　　)‎ 图5-T-1‎ A.当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大 B.当线圈平面转到中性面的瞬间,线圈中的感应电流最大 C.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小 D.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,线圈中的感应电流最小 ‎❷多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇,过去是用变压器来实现上述调节的,缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或风扇的转速.现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的,图5-T-2为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压,即在正弦式交变电压的每一个‎1‎‎2‎周期中,前面的‎1‎‎4‎被截去,从而改变了电灯上的电压.那么现在电灯上的电压为(　　)‎ 图5-T-2‎ A.Um　　　B.Um‎2‎　　　C.Um‎2‎　　　D.‎Um‎4‎ ‎❸(多选)如图5-T-3所示,面积为S、匝数为N、电阻为r的线圈与电阻R构成闭合回路,理想交流电压表并联在电阻R的两端.线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转动轴以角速度ω匀速转动,则 (　　)‎ 8‎ 图5-T-3‎ A.在图示位置,线圈平面处于中性面位置,流过电阻R的电流为零,电压表的读数也为零 B.1s内流过电阻R的电流方向改变ωπ次 C.在电阻R的两端再并联一个电阻后,电压表的读数将减小 D.在电阻R的两端再并联一个电容较大的电容器后,电压表的读数不变 ‎❹(多选)发电机的输出电压为U,经电阻为r的输电线向远处的用户供电,发电机的输出功率为P,则 (　　)‎ A.输电线上的电流为PU B.输电线上的功率损失为U‎2‎r C.用户得到的功率为P-PU‎2‎r D.用户得到的电压为PrU ‎❺(多选)图5-T-4是某供电系统的原理图,它由发电机和副线圈匝数可调的变压器组成,图中R0表示输电线的电阻.滑片P置于a处时,用户的用电器恰好正常工作.要保证用电器仍能正常工作,下列说法中正确的是(　　)‎ 图5-T-4‎ A.当发电机输出的电压发生波动使电压表V1的示数小于正常值时,应使滑片P向上滑动 B.当发电机输出的电压发生波动使电压表V1的示数小于正常值时,应使滑片P向下滑动 C.如果电压表V1的示数保持正常值不变,那么当用电器个数增加时,滑片P应向上滑动 D.如果电压表V1的示数保持正常值不变,那么当用电器个数增加时,滑片P应向下滑动 ‎❻[2017·广东三校联考]如图5-T-5所示为一自耦变压器,保持输入电压不变,以下说法正确的是 (　　)‎ 8‎ 图5-T-5‎ A.滑动触头P不动,滑片Q上移,电流表示数不变 B.滑动触头P不动,滑片Q上移,电压表示数变小 C.滑动触头P向b方向移动,滑片Q下移,电流表示数减小 D.滑动触头P向b方向移动,滑片Q不动,电流表示数增大 二、实验题(共16分)‎ ‎❼利用DIS(数字化信息处理系统)探究手摇发电机(如图5-T-6所示)的线圈产生的交变电流.‎ 图5-T-6‎ 实验步骤为:‎ ‎①将电压传感器接入数据采集器;‎ ‎②电压传感器的测量夹与发电机的输出端并联;‎ ‎③点击“数据采集设置”设定“采样点时间间隔”;‎ ‎④缓慢摇动发电机的手柄,观察工作界面上的信号.‎ 图5-T-7‎ ‎(1)工作界面上出现的电压波形如图5-T-7所示,从图中可以看出,手摇发电机产生的电压波形不是正弦波,其原因是　　　　　　　　　　　　.(写出一条即可) ‎ ‎(2)研究交变电流的波形,发现在用手摇动发电机手柄的2min内屏上出现了61个向上的“尖峰”,则交变电流的平均周期为T=　　　　　　s;如果发电机手摇大轮的半径是转子小轮半径的2倍,则手摇大轮转动的平均角速度ω=　　　　　　rad/s. ‎ 8‎ 三、计算题(本题共2小题,共36分,解答应写出必要的文字说明、表达式和重要的演算步骤.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)‎ ‎❽(16分)如图5-T-8甲所示,一台小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴OO'转动,线圈的匝数n=100匝.发电机的内阻r=5Ω,外电路的电阻R=95Ω.穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化,如图乙所示.已知感应电动势的最大值Emax=nωΦmax,其中Φmax为穿过每匝线圈磁通量的最大值.求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数.‎ 图5-T-8‎ 8‎ ‎❾(20分)某发电机输电电路的简图如图5-T-9所示,发电机的矩形线框ABCD处于磁感应强度大小为B=‎2‎‎10πT的水平匀强磁场中,线框面积为S=0.25m2,匝数为100匝,电阻不计.线框绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω=100πrad/s匀速转动,并与升压变压器的原线圈相连.降压变压器的副线圈接入若干“220V　100W”的灯泡,两变压器间的输电线总电阻R=20Ω,变压器均为理想变压器.当发电机输出功率为5×104W时,灯泡正常发光,线路损失的功率为输出功率的4%.‎ ‎(1)从线框平面与磁感线垂直时开始计时,写出线框中感应电动势随时间变化的关系式.‎ ‎(2)求升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数之比.‎ 图5-T-9‎ 8‎ ‎1.AC　[解析]当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大,但线圈中的感应电动势为零,感应电流也为零,选项A正确,选项B错误;当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小,但磁通量的变化率最大,线圈中的感应电动势最大,感应电流也最大,选项C正确,选项D错误.‎ ‎2.C　[解析]由有效值的定义知U‎2‎RT=Um‎2‎‎2‎R×T‎2‎,故U=Um‎2‎,选项C正确.‎ ‎3.BC　[解析]在图示位置,线圈平面处于中性面位置,流过电阻R的瞬时电流是零,电压表的读数为有效值,不是零,选项A错误;线圈每转过一圈,电流方向改变2次,故1s内电流方向改变的次数为2f=2×ω‎2π=ωπ,选项B正确;电阻R两端再并联一个电阻时,干路电流增大,路端电压减小,故电压表的读数减小,选项C正确;电阻R两端并联一个电容器后,由于电路与交流电源相连,电容器反复充、放电,该支路有电流通过,故路端电压减小,电压表的读数也减小,选项D错误.‎ ‎4.AC　[解析]由P=UI得输电线上的电流为I=PU,选项A正确;输电线上的功率损失为ΔP=I2r=PU‎2‎r,选项B错误;用户得到的功率为P-PU‎2‎r,选项C正确;用户得到的电压为U-ΔU=U-Ir=U-PrU,选项D错误.‎ ‎5.AC　[解析]当电压表V1的示数小于正常值时,副线圈的输出电压也要变小,要使用电器正常工作,滑片P应向上滑动,选项A正确,选项B错误;当用电器个数增加时,‎ 8‎ 副线圈中的电流增大,输电线上损失的电压增大,要使用电器正常工作,滑片P应向上滑动,选项C正确,选项D错误.‎ ‎6.C　[解析]当滑动触头P不动时,输出电压不变,滑片Q上移,负载电阻减小,功率增大,电流表读数增大,故A错误;当滑动触头P不动时,自耦变压器的输出电压不变,电压表测的是输出电压,示数不变,故B错误;当滑动触头P向b方向移动时,输出电压减小,滑片Q不动,电阻不变,故输出功率减小,输入功率也减小,电流表示数减小,故D错误;当滑动触头P向b方向移动时,输出电压减小,滑片Q下移时,电阻增大,故输出功率减小,输入功率也就减小,所以电流表读数减小,故C正确.‎ ‎7.(1)转子不是在匀强磁场中转动(或发电机的转速不均匀)　(2)2　0.5π ‎[解析](1)只有线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生的交变电流才是标准的正弦式交变电流,手摇发电机的磁场是由条形磁铁产生的,所以不是匀强磁场;由于是手摇转动,转速难以保持恒定.‎ ‎(2)屏上每出现一次向上尖峰,就代表经过了一个周期,2min内屏上出现了61个向上的尖峰,表明周期T=‎2×60‎‎61-1‎s=2s;大轮角速度等于小轮角速度的一半,所以大轮角速度ω=‎2πT×‎1‎‎2‎=0.5πrad/s.‎ ‎8.1.4A ‎[解析]由Φ-t图像可以看出Φmax=1.0×10-2Wb,T=3.14×10-2s.已知感应电动势的最大值Emax=nωΦmax,又ω=‎2πT,故电路中电流的最大值Imax=EmaxR+r=n·2π·‎ΦmaxT(R+r)‎=‎100×2×3.14×1.0×1‎‎0‎‎-2‎‎3.14×1‎0‎‎-2‎×(95+5)‎A=2A,交流电流表的读数是交变电流的有效值,即I=Imax‎2‎≈1.4A.‎ ‎9.(1)e=250‎2‎sin100πt(V)‎ ‎(2)1∶20　240∶11‎ ‎[解析](1)矩形线框ABCD在匀强磁场中转动时,产生的交流电动势的最大值为 Em=nBSω=100×‎2‎‎10π×0.25×100πV=250‎2‎V 从中性面开始计时,线框中产生的感应电动势 e=Emsinωt=250‎2‎sin100πt(V).‎ ‎(2)画出输电电路图,如图所示.‎ 8‎ 发电机输出的电压U1=Em‎2‎=250V 发电机输出的电功率P=5×104W 根据输电要求,有ΔP损=I‎2‎‎2‎R=P×4%‎ 解得I2=P×4‎R=‎5×1‎0‎‎4‎×0.04‎‎20‎A=10A 则U2=PI‎2‎=‎5×1‎‎0‎‎4‎‎10‎V=5×103V 所以升压变压器原、副线圈的匝数之比为 n‎1‎n‎2‎‎=U‎1‎U‎2‎=‎250‎‎5×1‎‎0‎‎3‎=‎‎1‎‎20‎ 输电线上的电压损失ΔU损=I2R=10×20V=200V U3=U2-ΔU损=5×103V-200V=4800V 据题意可知U4=220V 所以降压变压器原、副线圈的匝数之比为 n‎3‎n‎4‎‎=U‎3‎U‎4‎=‎4800‎‎220‎=‎240‎‎11‎.‎ 8‎