_学年高中物理第五章交变电流过关检测一_高中物理第一章检测

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第五章 交变电流

(时间:45分钟 满分:100分)

一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)1.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场且位于线圈平面内的固定轴转动。线圈中的感应电动势e随时间t的变化关系如图所示。下列说法中正确的是()A.t1时刻穿过线圈的磁通量为零 B.t2时刻穿过线圈的磁通量最大 C.t3时刻穿过线圈的磁通量的变化率最大 D.每当e变换方向时,穿过线圈的磁通量都为最大

解析:由e-t图象可知,在t=0时,线圈中的感应电动势最大,故此时线圈处于如图所示的位置,穿过线圈的磁通量为零,但磁通量变化得最快,即磁通量的变化率最大。经过,到达t1时刻,线圈由图示位置转过90°,线圈平面与磁场方向垂直(位于中性面),此时穿过线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率等于零,e=0,选项A错误。再经过,到达t2时刻,线圈平面又平行于磁场方向,Φ=0,但最大,选项B错误。同理,t3时刻,=0,选项C错误。每当e变换方向时,e的瞬时值为零,这时线圈处于中性面,Φ最大,选项D正确。

答案:D 2.如图所示,在铁芯P上绕着两个线圈a和b,则()A.线圈a输入正弦交变电流,线圈b可输出恒定电流 B.线圈a输入恒定电流,穿过线圈b的磁通量一定为零 C.线圈b输出的交变电流不对线圈a的磁场造成影响

D.线圈a的磁场变化时,线圈b中一定有电场

解析:线圈a输入正弦交变电流,由楞次定律可知线圈b一定输出交流电,选项A错误;线圈a输入恒定电流,产生恒定磁场,穿过线圈b的磁通量一定不变,但不为零,选项B错误;线圈b输出的交变电流所产生的交变磁场反过来对线圈a的磁场也有影响,选项C错误;变化的磁场将在周围空间产生电场,选项D正确。答案:D 3.如图所示为远距离交流输电的简化电路图。发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端间的电压为U1。在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2。则()

A.用户端的电压为 B.输电线上的电压降为U C.理想变压器的输入功率为r D.输电线路上损失的电功率为I1U

解析:根据理想变压器原、副线圈的功率相等,有U1I1=U2I2,解得用户端电压为U2=,选项A正确;输电线上的电压降为I1r,选项B错误;理想变压器的输入功率为UI1-r,选项C错误;输电线路上损失的电功率为r,选项D错误。答案:A 4.图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示。

以下判断正确的是()A.电流表的示数为10 A B.线圈转动的角速度为50π rad/s C.0.01 s时线圈平面与磁场方向垂直 D.0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左

解析:电流表显示的是交变电流的有效值,即I==10 A,选项A正确;从图象可知周期T=2×10 s,则 ω==100π rad/s,选项B错误;0.01 s时,线圈转过了半个周期,线圈平面与磁场方向平行,选项C错误;0.02 s 时线圈转动到图示位置,AB边向下切割磁感线,根据右手定则可判断电流方向从B指向A,即电阻R中电流的方向自左向右,选项D错误。答案:A

5.如图甲所示,黑箱输入端A、B输入含有直流成分和交流成分的电流,为了使输出端a、b输出只有直流成分的电流,黑箱中可能有电容器、电感线圈或电阻,其中效果最好的是图乙中的()

甲

乙

解析:电感通直流,阻交流;电容通交流,隔直流。选项C中,交流成分被电容器短路,没有去除的交流成分又被电感线圈阻碍,故去除交流成分的效果最好。答案:C 6.为了减少输电线路中电力损耗,发电厂发出的电通常是经过变电所升压后进行远距离输送,再经变电所将高压变为低压。某变电所电压u0=11 000sin 100πt V 的交变电流降为220 V供居民小区用电,则变电所变压器()A.原、副线圈匝数比为50∶1 B.副线圈中电流的频率是50 Hz C.原线圈的导线比副线圈的要粗

D.输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和

解析:u0=11 000sin 100πt V中的11 000 指的是电压的峰值,有效值为11 000 V,则原、副线圈之间的匝数之比等于两线圈的电压之比,即 50∶1,选项A正确;由ω=100π rad/s可得频率为 50 Hz,变压器不改变电流的频率,因此,副线圈的频率也是50 Hz,选项B正确;电流与匝数成反比,即原线圈的电流比副线圈电流要小,因此,副线圈的导线要比原线圈粗,选项C错误;居民小区各个用电器都是并联的,它们的电流总和等于副线圈中的电流,故选项D错误。答案:AB 7.如图所示,发电机内部线圈处于磁铁和圆柱形铁芯之间的径向磁场中,两半边间的过渡区域宽度很小,可忽略不计。线圈的总匝数为N、总电阻为r,每匝线圈的面积为S,线圈所在位置的磁感应强度大小为B。当线圈以角速度ω匀速转动时,额定电压为U、电阻为R的小灯泡在电路中恰能正常发光,则发电机产生的感应电动势的有效值是

()A.NBSω C.U B.NBSω D.(1+)U

解析:线圈转动时所处的磁场磁感应强度大小不变,线圈切割磁感线的方向总与磁场垂直,所以感应电动势大小恒定,为NBSω,选项A正确。根据闭合电路欧姆定律可知感应电动势的有效值为(1+)U,选项D正确。答案:AD

8.如图,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表A接正弦交流电源,一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Ucd和Ucd,则()A.Uab∶Ucd=n1∶n2

B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数变小 C.负载电阻的阻值越小,cd间的电压Ucd越大 D.将二极管短路,电流表的读数加倍

解析:设副线圈两端电压为U2,则有,由于二极管具有单向导电性,根据有效值定义可知,T,则Ucd=,故选项A错误;增大负载电阻,则变压器的输出功率减小,输入功率也减小,由P1=UabI1可知,电流表读数减小,选项B正确;cd间的电压Ued与R大小无关,选项C错误;将二极管短路,变压器的输出功率P2=,为原来的2倍,由P2=P1=UabI1可知,电流表的读数变为原来的2倍,选项D正确。答案:BD

二、填空题(本题共2小题,共17分。将正确答案填在题中横线上或按题目要求作答)9.(8分)闭合线圈在匀强磁场中匀速转动,转速为240 r/min,若线圈平面转至与磁感线平行时的电动势为2 V,则从中性面开始计时,所产生的感应电动势表达式为e= V,从中性面起经 s,感应电动势的大小为 V。

解析:由n=240 r/min= r/s=4 r/s 得ω=2πn=2π×4 rad/s=8π rad/s,当线圈平面与磁感线平行时,感应电动势最大,即Em=2 V。

所以e=Emsin ωt=2sin 8πt V t= s时,e=2sin 8π× V=2sin V=2× V=1 V。

答案:2sin 8πt 1 10.(9分)某发电厂用2.2 kV的电压将电能输送到远处的用户,后改用22 kV的电压,在原有输电线路上输送同样的电功率,前后两种输电方式消耗在输电线上电功率之比为 ,要将2.2 kV的电压升高到22 kV,若变压器原线圈的匝数为180匝,则副线圈匝数应该是 匝。

解析:由于前后两次输送的电功率相等,则有

IU=I'U', 所以=100,由变压器的原理 ,可得,所以n2=1 800匝。答案:100∶1 1 800

三、计算题(本题共2小题,共35分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,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)11.(17分)如图是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图,转轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮。电枢线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦式交变电流,给车头灯供电。

已知自行车车轮半径r=35 cm,摩擦小轮半径r0=1.00 cm,线圈有n=800匝,线圈横截面积S=20 cm,总电阻R1=40 Ω,旋转磁极的磁感应强度 B=0.010 T,车头灯电阻R2=10 Ω。当车轮转动的角速度ω=8 rad/s 时。求: 2

(1)发电机磁极转动的角速度;(2)车头灯中电流的有效值。

解析:(1)磁极与摩擦小轮转动的角速度相等,由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动,故有 ω0·r0=ω·r

ω0==8× rad/s=280 rad/s。

(2)摩擦小轮带动磁极转动,线圈产生的感应电动势的最大值为

Em=NBSω0=800×0.010×280×20×10-4 V=4.48 V 感应电动势的有效值E= V=3.2 V 通过电流的有效值I= A=64 mA。答案:(1)280 rad/s(2)64 mA 12.(18分)一个小型水力发电站(如图所示),发电机输出电压U0=250 V,内电阻可以忽略不计,最大输出功率为Pm=30 kW,它通过总电阻R线=2.0 Ω的输电线直接向远处的居民区供电。设居民区所有用电器都是额定电压U用=220 V的白炽灯,总功率为P用=22 kW,不计灯丝电阻随温度的变化。

(1)当居民区的电灯全部使用时,电灯两端的电压是多少伏?发电机实际输出的电功率多大?(2)若采用高压输电,在发电机端用升压变压器,在用户端用降压变压器,且不计变压器和用户线路的损耗。已知用户变压器的降压比为40∶1,当全部用户电灯正常发光时,输电线上损耗的功率多大? 解析:(1)如题图所示,由P用=求得用户总的电阻 R用= 2.2 Ω,电路中的电流为

I==59.5 A U灯=IR用=130.9 V≈131 V P输=U0I=14 875 W≈14.9 kW。

(2)如题图,P用=U4I4,U4=220 V,I4==100 A ,I3==2.5 A P损=R线=12.5 W。

答案:(1)131 V 14.9 kW(2)12.5 W