高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊(cè)1 交變電流復(fù)習(xí)練習(xí)題

這是一份高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊(cè)1 交變電流復(fù)習(xí)練習(xí)題，共8頁。試卷主要包含了單項(xiàng)選擇題，多項(xiàng)選擇題，非選擇題等內(nèi)容，歡迎下載使用。
一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的)
1．如圖所示是一正弦式交變電流的電流隨時(shí)間變化的圖像。由圖可知，這個(gè)電流的( )
A．最大值為5 A，變化周期為0.02 s
B．最大值為5 A，變化周期為0.01 s
C．有效值為5 A，變化周期為0.02 s
D．有效值為5 A，變化周期為0.01 s
解析：選A 從題圖中可知該交流電的最大值為5 A，因?yàn)槭钦沂浇蛔冸娏?，所以有效值為i＝eq \f(im,\r(2))＝eq \f(5\r(2),2) A，變化周期為0.02 s。故A正確。
2．如圖所示，為一交變電流的電流隨時(shí)間而變化的圖像，此交變電流的有效值是( )
A．4eq \r(2) A B．3eq \r(3) A
C.eq \f(5\r(2),2) A D．5 A
解析：選D 令I(lǐng)m1＝5eq \r(2) A，Im2＝5 A，設(shè)交變電流的電流有效值為I′，周期為T，電阻為R，則(I′)2RT＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(Im1,\r(2))))2R·eq \f(T,2)＋I(xiàn)eq \\al(2,m2)R·eq \f(T,2)，解得：I′＝5 A，故D正確。
3．電站向某地輸送5 000 kW的電功率，輸電線上損耗的電功率為100 kW，如果把輸電電壓提高為原來的10倍，同時(shí)將輸電線的橫截面積減為原來的一半，而輸送的電功率不變，那么輸電線損耗的電功率為( )
A．0.2 kW B．0.5 kW
C．2.0 kW D．5.0 kW
解析：選C 輸電電壓提高為原來的10倍，根據(jù)P＝UI知，輸送電流減小為原來的eq \f(1,10)，根據(jù)電阻定律R＝ρeq \f(L,S)知，輸電線的橫截面積減為原來的一半，則輸電線的電阻增大為原來的2倍，根據(jù)P損＝I2R知，輸電線上損耗的電功率減小為原來的eq \f(1,50)，則輸電線上損耗的電功率為2 kW，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。
4.
如圖所示，理想變壓器的交流輸入電壓U1＝220 V，有兩組副線圈，其中n2＝36匝與標(biāo)有“9 V,9 W”的燈泡相連，n3與“6 V,12 W”的燈泡相連，且均能正常發(fā)光。則n1與n3的匝數(shù)分別為( )
A．880 24 B．660 27
C．880 27 D．660 24
解析：選A 根據(jù)題意，燈泡均正常發(fā)光，則有U2＝9 V，U3＝6 V。根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比，有eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)，代入數(shù)據(jù)，eq \f(220,n1)＝eq \f(9,36)＝eq \f(6,n3)，解得n1＝880，n3＝24，故A正確。
5.
如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq \f(\r(2),5π) T，單匝矩形線圈的面積S＝1 m2，電阻不計(jì)，繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈通過電刷與理想變壓器原線圈相連接，A為理想電流表。調(diào)整副線圈的觸頭P，當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1時(shí)，副線圈電路中標(biāo)有“6 V 6 W”的燈泡正常發(fā)光，以下判斷正確的是( )
A．電流表的示數(shù)為1 A
B．矩形線圈產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的有效值為18 V
C．從矩形線圈轉(zhuǎn)到中性面開始計(jì)時(shí)，矩形線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律為e＝12eq \r(2)sin(30πt)V
D．若矩形線圈的轉(zhuǎn)速增大，為使燈泡仍能正常發(fā)光，應(yīng)將P適當(dāng)上移
解析：選D 副線圈的電流I2＝eq \f(P2,U2)＝eq \f(6,6) A＝1 A，由eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可得，電流表示數(shù)I1＝eq \f(n2,n1)I2＝0.5 A，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；原線圈兩端電壓的有效值為U1＝eq \f(n1,n2)U2＝12 V，矩形線圈產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的有效值為12 V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；矩形線圈產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em＝BSω＝12eq \r(2) V，得ω＝60π rad/s，從矩形線圈轉(zhuǎn)到中性面開始計(jì)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律為e＝12eq \r(2)sin(60πt)V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；矩形線圈的轉(zhuǎn)速增大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，P適當(dāng)上移可以保持副線圈兩端電壓不變，燈泡仍能正常發(fā)光，選項(xiàng)D正確。
6．為了減少輸電線路中電能損失，發(fā)電廠發(fā)出的電通常是經(jīng)過升壓變電站升壓后再遠(yuǎn)距離輸送，然后再經(jīng)過降壓變電站將高壓變?yōu)榈蛪?。若某降壓變電站將電壓U0＝11 000eq \r(2)·sin(100πt)V的交流電降為220 V供居民小區(qū)用電，則下列說法錯(cuò)誤的是( )
A．降壓變電站原、副線圈匝數(shù)比為50∶1
B．輸電電流的頻率是50 Hz
C．降壓變電站副線圈的導(dǎo)線比原線圈的要粗
D．輸入原線圈的電流等于居民小區(qū)各用電器電流的總和
解析：選D 原電壓的有效值為U1＝11 000 V，由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)得，eq \f(n1,n2)＝eq \f(50,1)， A正確；變壓器不改變交流電的頻率，f＝eq \f(ω,2π)＝50 Hz，B正確；由eq \f(n1,n2)＝eq \f(I2,I1)得，副線圈的電流大，要想導(dǎo)線發(fā)熱少，導(dǎo)線要粗一些(電阻小)，C正確；居民小區(qū)各用電器電流總和應(yīng)該等于副線圈的電流，D錯(cuò)誤。
7.
如圖所示區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的邊界由x軸和y＝2sineq \f(π,2)x(0≤x≤2 m)曲線圍成，現(xiàn)有一邊長為2 m的正方形單匝線框在水平拉力F的作用下，以水平速度v＝10 m/s勻速穿過該磁場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4 T，線框電阻R＝0.5 Ω，不計(jì)一切摩擦阻力，則( )
A．拉力F的最大值為8 N
B．拉力F的最大功率為12.8 W
C．拉力F要做25.6 J的功才能讓線框通過此磁場(chǎng)區(qū)
D．拉力F要做12.8 J的功才能讓線框通過此磁場(chǎng)區(qū)
解析：選C 當(dāng)線框的BC邊或AD邊到達(dá)磁場(chǎng)區(qū)中線位置時(shí)，回路中電流最大，拉力F最大，拉力F的功率也最大，由E＝BLv，I＝eq \f(E,R)，F(xiàn)安＝BIL可得，拉力F的最大值Fm＝F安＝eq \f(B2L2v,R)＝12.8 N，拉力F的最大功率Pm＝Fmv＝128 W，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；由e＝Byv＝8sineq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(π,2)vt))V可知，線框中產(chǎn)生的是正弦交變電流，電動(dòng)勢(shì)的有效值為E＝eq \f(8,\r(2)) V＝4eq \r(2) V ，電流存在時(shí)間t＝eq \f(2L,v)＝0.4 s，故拉力F要做的總功為W＝eq \f(E2,R)t＝25.6 J，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。
二、多項(xiàng)選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18分。每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分)
8．如圖所示，MN和PQ為兩光滑的電阻不計(jì)的水平金屬導(dǎo)軌，N、Q接理想變壓器，理想變壓器的輸出端接電阻元件R、電容器元件C，導(dǎo)軌上垂直放置一金屬棒ab。今在水平導(dǎo)軌部分加一豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則下列說法中正確的是(IR、IC均為有效值)( )
A．若ab棒勻速運(yùn)動(dòng)，則IR≠0，IC＝0
B．若ab棒勻速運(yùn)動(dòng)，則IR＝0，IC＝0
C．若ab棒在某一中心位置兩側(cè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則IR≠0，IC≠0
D．若ab棒勻加速運(yùn)動(dòng)，則IR≠0，IC＝0
解析：選BCD ab棒勻速切割磁感線時(shí)產(chǎn)生恒定電動(dòng)勢(shì)，原線圈兩端電壓不變，故副線圈中電流為零，A錯(cuò)誤，B正確；若ab棒在某一中心位置兩側(cè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，原線圈兩端有變化的電壓，副線圈兩端產(chǎn)生變化的電壓，電容器進(jìn)行充、放電，C正確；當(dāng)ab勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)均勻增加，原線圈中電流均勻增加，產(chǎn)生的磁場(chǎng)均勻增強(qiáng)，副線圈中產(chǎn)生穩(wěn)定的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，副線圈兩端電壓不變，因而IC＝0，D正確。
9．如圖甲所示，一矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈所圍的磁通量Φ隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示。下列論述正確的是( )
A．t1時(shí)刻線圈平面與中性面重合
B．t2時(shí)刻導(dǎo)線ad的速度方向跟磁感線平行
C．t3時(shí)刻線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為0
D．t4時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流方向發(fā)生改變
解析：選AC t1時(shí)刻通過線圈的磁通量最大，線圈平面與中性面重合，故A正確；t2時(shí)刻磁通量為零，線圈與磁場(chǎng)平行，故導(dǎo)線ad的速度方向跟磁感線垂直，故B錯(cuò)誤；t3時(shí)刻線圈的磁通量最大，處于中性面，而磁通量的變化率等于零，故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，故C正確；由題圖可知t4時(shí)刻線圈中磁通量變化率方向沒變，故感應(yīng)電流方向沒變，故D錯(cuò)誤。
10.
如圖所示的電路中，T為一降壓式自耦調(diào)壓變壓器。開始時(shí)燈泡L正常發(fā)光，現(xiàn)在電源電壓U略降低，為使燈泡L仍能正常發(fā)光，可采用的措施是( )
A．將自耦調(diào)壓變壓器的滑片P適當(dāng)上滑
B．將自耦調(diào)壓變壓器的滑片P適當(dāng)下滑
C．適當(dāng)增大滑動(dòng)變阻器R2的阻值
D．適當(dāng)減小滑動(dòng)變阻器R2的阻值
解析：選AC 保持負(fù)載總電阻不變，電源電壓U略降低，為使L仍能正常發(fā)光，只需輸出電壓U2保持不變，根據(jù)變壓比eq \f(U,U2)＝eq \f(n1,n2)，可得U2＝eq \f(n2,n1)U，由此可知，n2應(yīng)增大，滑片P應(yīng)適當(dāng)上滑，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；保持匝數(shù)比不變，根據(jù)變壓比eq \f(U,U2)＝eq \f(n1,n2)，可得U2減小，為使L仍能正常發(fā)光，加在L兩端的電壓應(yīng)不變，則加在R1兩端的電壓應(yīng)減小，總電流應(yīng)減小，負(fù)載總電阻應(yīng)增大，R2應(yīng)增大，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。
三、非選擇題(本題共4小題，共54分)
11．(8分)
如圖所示為演示用的手搖發(fā)電機(jī)模型，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5 T，線圈匝數(shù)N＝50，每匝線圈面積為0.48 m2，轉(zhuǎn)速為150 r/min，線圈在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，從圖示位置開始計(jì)時(shí)。寫出交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式。
解析：由題意可知從線圈平面經(jīng)過中性面時(shí)開始計(jì)時(shí)，則線圈在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度為ωt，于是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e＝Emsin ωt。
其中Em＝NBSω。
由題意知N＝50，B＝0.5 T，S＝0.48 m2，
ω＝eq \f(2π×150,60)rads＝5π rad/s，
Em＝NBSω＝50×0.5×0.48×5π V≈188 V，
所以e＝188sin(5πt)V。
答案：e＝188sin(5πt)V
12．(14分)
如圖所示，矩形線圈的匝數(shù)N＝100，線圈為邊長L＝0.1 m的正方形，線圈電阻r＝1 Ω，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以角速度5 rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，外電路電阻R＝4 Ω，(不計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)中的一切摩擦)，求：
(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值。
(2)在線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中通過電阻R的電荷量q。
(3)線圈每轉(zhuǎn)一周電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱Q。
解析：(1)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為
Em＝NBSω＝100×2×0.01×5 V＝10 V。
(2)產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為eq \x\t(E)＝Neq \f(ΔΦ,Δt)，
形成的平均感應(yīng)電流為eq \x\t(I)＝eq \f(\x\t(E),R＋r)
流過電阻的電荷量q＝eq \x\t(I)t
聯(lián)立以上各式，代入數(shù)據(jù)解得：q＝0.4 C。
(3)產(chǎn)生的交流電的電動(dòng)勢(shì)的有效值
E＝eq \f(Em,\r(2))＝eq \f(10,\r(2)) V＝5eq \r(2) V
回路中的電流I＝eq \f(E,R＋r)＝eq \r(2) A
轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間為T＝eq \f(2π,ω)＝eq \f(2π,5) s
電阻R產(chǎn)生的熱量
Q＝I2RT＝(eq \r(2))2×4×eq \f(2π,5) J＝eq \f(16π,5) J。
答案：(1)10 V (2)0.4 C (3)eq \f(16π,5) J
13．(16分)如圖甲所示，一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場(chǎng)。已知線圈的匝數(shù)n＝100，電阻r＝1.0 Ω，所圍成的矩形的面積S＝0.040 m2；小燈泡的電阻R＝9.0 Ω。磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示。線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式為e＝nBmSeq \f(2π,T)cseq \f(2π,T)t，其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，T為磁場(chǎng)變化的周期。不計(jì)燈絲電阻隨溫度的變化，求：
(1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值。
(2)小燈泡消耗的電功率。
(3)在磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的0～eq \f(T,4)時(shí)間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量。
解析：(1)由圖像知，線圈中產(chǎn)生的交變電流的周期T＝3.14×10－2s由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值的表達(dá)式可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝nBmSeq \f(2π,T)＝8.0 V。
(2)電動(dòng)勢(shì)的有效值E＝eq \f(Em,\r(2))＝4eq \r(2) V
由I＝eq \f(E,R＋r)，PR＝I2R
可求得小燈泡消耗的電功率PR＝2.88 W。
(3)由eq \x\t(I)＝eq \f(\x\t(E),R＋r)，eq \x\t(E)＝neq \f(BmS,\f(T,4))
q＝eq \x\t(I)·eq \f(T,4)
可求得在磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的0～eq \f(T,4)時(shí)間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量q＝4.0×10－3 C。
答案：(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×10－3 C
14．(16分)人們利用發(fā)電機(jī)把天然存在的各種形式的能(水流能、煤等燃料的化學(xué)能)轉(zhuǎn)化為電能，為了合理地利用這些能源，發(fā)電站要修建在靠近這些天然資源的地方，但用電的地方卻分布很廣，因此需要把電能輸送到遠(yuǎn)方。某發(fā)電站輸送電壓為U＝6 000 V，輸送功率為P＝500 kW，安裝在輸電線路的起點(diǎn)和終點(diǎn)的電度表一晝夜讀數(shù)相差4 800 kW·h(即4 800度電)。試求：
(1)輸電效率和輸電線的電阻；
(2)若要使輸電損失的功率降到輸送功率的2%，發(fā)電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電。
解析：(1)依題意輸電線上損失的功率為
P損＝eq \f(4 800,24) kW＝200 kW
則輸電效率η＝eq \f(P－P損,P)×100%＝eq \f(500－200,500)×100%＝60%
根據(jù)P損＝I2R線，又P＝IU
所以R線＝eq \f(P損,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U)))2)＝eq \f(200×1 000,\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(500×1 000,6 000)))2) Ω＝28.8 Ω。
(2)設(shè)升壓至U′可滿足要求，則輸送電流I′＝eq \f(P,U′)
輸電線上損失的功率為
P損′＝I′2R線＝P×2%＝10 000 W
聯(lián)立以上各式，代入數(shù)據(jù)解得U′≈2.68×104 V。
答案：(1)60% 28.8 Ω (2)2.68×104 V