【達標卷】第三章交變電流達標檢測（教師版+學生版）-人教版高中物理選修二-試卷下載-教習網(wǎng)

第三章交變電流本章達標檢測 (時間:75分鐘　滿分:100分) 一、選擇題(共11題,第1~7題為單項選擇題,每題4分;第8~11題為多項選擇題,每題6分,共52分) 1.下圖為交流發(fā)電機示意圖,線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上,CD邊連在滑環(huán)L上,兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上,線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接。下列說法正確的是(　　) A.當線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,穿過線圈的磁通量最小 B.當線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,穿過線圈的磁通量最小 C.當線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,線圈中的感應(yīng)電流最大 D.當線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,線圈中的感應(yīng)電流最小答案 B 解析　當線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間,線圈平面與磁場垂直,穿過線圈的磁通量最大,但磁通量的變化率最小,為零,故感應(yīng)電流為零,選項A、C錯誤。當線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間,線圈平面與磁場平行,穿過線圈的磁通量最小,為零,但磁通量的變化率最大,故感應(yīng)電流最大,選項B正確,D錯誤。 2. (2019·贛州市瑞金三中高二下期中)矩形線圈匝數(shù)為50匝，在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量Φ隨時間t的變化規(guī)律如圖1所示，則(　　) 圖1 A．感應(yīng)電動勢的最大值約為157 V B．在t＝0.1 s和t＝0.3 s時，感應(yīng)電動勢最大 C．在t＝0.1 s和t＝0.3 s時，線圈與中性面垂直 D．t＝0.4 s時，磁通量變化率最大，其值為157 Wb/s 答案　A 解析　由題圖可知Φm＝0.2 Wb、T＝0.4 s，根據(jù)Em＝NBSω＝NΦm·eq \f(2π,T)，可得Em＝50×0.2×eq \f(2π,0.4) V≈157 V，A項正確；在t＝0.1 s和t＝0.3 s時，線圈中磁通量最大，線圈處于中性面位置，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動勢為零，B、C項錯誤；t＝0.4 s時，線圈中磁通量為零，此時刻磁通量的變化率最大，且此時刻eq \f(ΔΦ,Δt)＝eq \f(Em,N)＝3.14 Wb/s，D項錯誤． 3.電阻R1、R2與交流電源按照圖甲所示方式連接,R1=10 Ω,R2=20 Ω。合上開關(guān)S后,通過電阻R2的正弦式交變電流i隨時間t變化的情況如圖乙所示。則(　　) A.通過R1的電流有效值是1.2 A B.R1兩端的電壓有效值是6 V C.通過R2的電流有效值是1.22 A D.R2兩端的電壓最大值是62 V 答案 B 解析　由題圖乙可知通過R2的電流最大值為0.62 A,由正弦式交變電流最大值與有效值的關(guān)系Im=2I可知其有效值為0.6 A,由于R1與R2串聯(lián),所以通過R1的電流有效值也是0.6 A,選項A、C錯誤。R1兩端電壓有效值為U1=IR1=6 V,選項B正確。R2兩端電壓最大值為U2m=ImR2=0.62×20 V=122 V,選項D錯誤。 4.一臺發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示,其中N、S是永久磁鐵的兩個磁極,它們的表面呈半圓柱面形狀。M是圓柱形鐵芯,鐵芯外套有一矩形線圈,線圈繞鐵芯M中心的固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動。磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑的輻向磁場。若從圖所示位置開始計時,此時電動勢為正值,圖中能正確反映線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化規(guī)律的是(　　) 答案 D 解析　由于磁場為沿半徑的輻向磁場,可以認為磁感應(yīng)強度的大小不變,線圈始終垂直切割磁感線,所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小不變,由于每個周期磁場方向要改變兩次,所以產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向也要改變兩次。選項D正確。 5．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 答案　C 解析　輸電電壓提高為原來的10倍，根據(jù)P＝UI知，輸電電流減小為原來的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)，則輸電線上損耗的功率為2.0 kW，故C正確，A、B、D錯誤． 6.下圖為理想變壓器,三個燈泡L1、L2、L3都標有“6 V　6 W”,L4標有“6 V　12 W”,若它們都能正常發(fā)光,則ab間的電壓Uab的大小為(　　) A.30 V B.32 V C.24 V D.36 V 答案 A 解析　通過L1燈泡的電流即為原線圈電流I1=PL1UL1=66 A=1 A,通過L4的電流即為副線圈電流I2=PL4UL4=126 A=2 A,故原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=I2∶I1=2∶1,n2路端電壓Un2=12 V,則n1路端電壓Un1=n1n2Un2=2×12 V=24 V,則Uab=UL1+Un1=6 V+24 V=30 V,選項A正確。 7．(2019·濟南市高二下期末)如圖5所示，變壓器輸入的交變電壓u＝220eq \r(2)sin 100πt (V)，副線圈匝數(shù)可調(diào)，電阻R＝100 Ω，L1、L2均是額定電壓為20 V、額定功率為20 W的小燈泡，通過調(diào)節(jié)副線圈的匝數(shù)，使S閉合前后，L1均能正常發(fā)光，則S閉合前后副線圈的匝數(shù)之比為(　　) 圖5 A．1∶11 B．2∶1 C．3∶5 D．6∶11 答案　D 解析　由變壓器輸入的交變電壓u＝220eq \r(2)sin 100πt (V)可知輸入電壓的有效值為U1＝220 V；S閉合前電阻R與L1串聯(lián)，L1正常發(fā)光，可知其額定電流為I＝eq \f(P,U)＝1 A，故U2＝IR＋U＝120 V，由變壓器原理可知eq \f(n1,n2)＝eq \f(U1,U2)＝eq \f(11,6)；S閉合后L1和L2并聯(lián)后再與R串聯(lián)，U2′＝2IR＋U＝220 V，同理可知eq \f(n1,n2′)＝eq \f(U1,U2′)＝eq \f(1,1)，聯(lián)立可得eq \f(n2,n2′)＝eq \f(6,11)，故選D. 8.在如圖所示的遠距離輸電電路圖中,升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器,發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變,隨著發(fā)電廠輸出功率的增大,下列說法正確的有 (　　) A.升壓變壓器的輸出電壓增大 B.降壓變壓器的輸出電壓增大 C.輸電線上損失的功率增大 D.輸電線上損失的功率占總功率的比例增大答案 CD 解析　發(fā)電廠的輸出電壓不變,升壓變壓器輸出的電壓U2應(yīng)不變,選項A錯誤。輸電線電流I=PU2會隨著P的增大而增大,輸電線電壓損失U損=IR也增大,所以降壓變壓器的輸入電壓U3=U2-U損減小,則降壓變壓器的輸出電壓減小,選項B錯誤。輸電線功率損失P損=I2R=PU22R,因P變大,所以P損變大,選項C正確。P損P=PU22RP=PRU22,因P變大,所以比值變大,選項D正確。 9．(2019·遼寧省六校協(xié)作體上學期聯(lián)考)圖7甲是一臺小型發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖，線圈逆時針轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電動勢e隨時間t變化的正弦規(guī)律圖像如圖乙所示．發(fā)電機線圈的內(nèi)電阻r＝2 Ω，外接燈泡的電阻為10 Ω.則(　　) 圖7 A．在t＝0.01 s時刻，穿過線圈的磁通量最大 B．理想電壓表的示數(shù)為6 V C．燈泡消耗的電功率為2.5 W D．線圈轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電動勢的表達式e＝60eq \r(2)sin 50πt V 答案　AC 解析　在t＝0.01 s時刻，電動勢為0，則線圈位于中性面，穿過線圈的磁通量最大，A正確；由題圖乙可知，電動勢的最大值為Em＝6eq \r(2) V，周期為0.02 s，則電動勢的瞬時值表達式為e＝Emsin (eq \f(2π,T)t)＝6eq \r(2)sin 100πt V；理想電壓表的示數(shù)為交流電的有效值，并且測量外電路電壓，故U＝eq \f(E,R＋r)R＝eq \f(\f(Em,\r(2)),R＋r)R＝5 V，B、D錯誤；燈泡消耗的電功率P＝eq \f(U2,R)＝eq \f(25,10) W＝2.5 W，C正確． 10.如圖所示,理想變壓器上接有三個完全相同的燈泡,其中一個燈泡與原線圈串聯(lián),另外兩個燈泡并聯(lián)后接在副線圈兩端。已知交流電源的電壓u=182sin 100πt(V),三個燈泡均正常發(fā)光,忽略導線電阻,則變壓器(　　) A.副線圈電壓的頻率為100 Hz B.原線圈兩端的電壓為12 V C.原、副線圈的電流比為2∶1 D.原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1 答案 BD 解析　根據(jù)交流電源的電壓u=182sin 100πt(V),可知周期T=2π100π s=0.02 s,則頻率為f=1T= 50 Hz,選項A錯誤。設(shè)每個燈泡的額定電流為I,額定電壓為U,因并聯(lián)在副線圈兩端的兩個燈泡正常發(fā)光,所以副線圈中的總電流為2I,原、副線圈電流之比為1∶2,根據(jù)原、副線圈中電流之比與匝數(shù)之比的關(guān)系得n1n2=I2I1=21,故選項C錯誤,D正確。根據(jù)U1U2=n1n2得原線圈兩端電壓為U1=n1n2U2=2U,交流電源電壓為U'=U+2U=3U,該交流電源電壓的最大值為182 V,則有效值為18 V,所以3U=18 V,則燈泡的額定電壓為6 V,原線圈兩端的電壓等于2U=12 V,選項B正確。 11．如圖9甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為4∶1，電壓表和電流表均為理想電表，原線圈接如圖乙所示的正弦交流電，圖甲中Rt為NTC型熱敏電阻(阻值隨溫度的升高而減小)，R1為定值電阻，下列說法正確的是(　　) 圖9 A．交變電壓u的表達式u＝36eq \r(2)sin 100πt(V) B．Rt處溫度升高時，電壓表和電流表的示數(shù)均變大 C．變壓器原、副線圈中的電流之比隨Rt處溫度的變化而變化 D．Rt處溫度升高時，變壓器原線圈的輸入功率變大答案　AD 解析　由題圖乙可知交變電壓的最大值Um＝36eq \r(2) V，周期T＝0.02 s，角速度ω＝eq \f(2π,T)＝100π rad/s，則可得交變電壓u的表達式u＝36eq \r(2)sin 100πt(V)，故A正確；Rt處溫度升高時，其阻值減小，副線圈中電流變大，電流表的示數(shù)變大，原線圈中電流變大，電壓表的示數(shù)不變，故變壓器輸入功率變大，故B錯誤，D正確；變壓器原、副線圈中的電流之比等于n2∶n1，不隨Rt處溫度的變化而變化，故C錯誤．二、非選擇題(共5題,實驗題2題,計算題3題,共48分) 12.(8分)如圖12所示，圓形線圈共100匝，半徑為r＝0.1 m，在勻強磁場中繞過直徑的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，磁感應(yīng)強度B＝0.1 T，角速度為ω＝eq \f(300,π) rad/s，電阻為R＝10 Ω，求：圖12 (1)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°時，線圈中的感應(yīng)電流； (2)寫出線圈中電流的表達式(磁場方向如圖所示，圖示位置為t＝0時刻)； (3)線圈轉(zhuǎn)動過程中的熱功率．答案　(1)3 A　(2)i＝3sineq \f(300,π)t(A)　(3)45 W 解析　(1)當線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°時，線圈中感應(yīng)電流最大，感應(yīng)電動勢的最大值為 Em＝NBSω＝100×0.1×π×0.12×eq \f(300,π) V＝30 V，(2分) Im＝eq \f(Em,R)＝3 A．(1分) (2)由題意知i＝Imsin ωt，即i＝3sineq \f(300,π)t(A)(2分) (3)感應(yīng)電流的有效值I＝eq \f(Im,\r(2))＝eq \f(3\r(2),2) A，(1分) 線圈轉(zhuǎn)動過程中的熱功率 P＝I2R＝(eq \f(3\r(2),2))2×10 W＝45 W．(2分) 13.(8分)右圖是自行車上照明用的車頭燈發(fā)電機的結(jié)構(gòu)示意圖,轉(zhuǎn)軸的一端裝有一對隨軸轉(zhuǎn)動的磁極,另一端裝有摩擦小輪。電樞線圈繞在固定的U形鐵芯上,自行車車輪轉(zhuǎn)動時,通過摩擦小輪帶動磁極轉(zhuǎn)動,使線圈中產(chǎn)生正弦式交變電流,給車頭燈供電。已知自行車車輪半徑r=35 cm,摩擦小輪半徑r0=1.00 cm,線圈匝數(shù)n=800,線圈橫截面積S=20 cm2,總電阻R1=40 Ω,旋轉(zhuǎn)磁極的磁感應(yīng)強度B=0.01 T,車頭燈電阻R2=10 Ω。當車輪轉(zhuǎn)動的角速度ω=8 rad/s時,發(fā)電機磁極轉(zhuǎn)動的角速度為　　　 rad/s;車頭燈中電流的有效值為　　　　 mA。? 答案 280　64 解析　磁極與摩擦小輪轉(zhuǎn)動的角速度相等,由于自行車車輪與摩擦小輪之間無相對滑動,故有ω0r0=ωr,則ω0=ωrr0=280 rad/s。摩擦小輪帶動磁極轉(zhuǎn)動,線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為Em=nBSω=4.48 V,感應(yīng)電動勢的有效值E=22Em=3.2 V,通過車頭燈電流的有效值I=ER1+R2=0.064 A=64 mA。 14. (10分)(2019·泉州市高二檢測)如圖14是一個小型應(yīng)急交流發(fā)電機，內(nèi)部為n＝50匝、邊長L＝20 cm的正方形線圈，總電阻為r＝1 Ω.線圈在磁感應(yīng)強度為B＝0.1 T的勻強磁場中，繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動．發(fā)電機對一電阻為R＝9 Ω的電燈供電，線路中其他電阻不計，若發(fā)電機的轉(zhuǎn)動角速度為ω＝100 rad/s時，電燈正常發(fā)光．求：圖14 (1)交流發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢的最大值； (2)電燈正常發(fā)光的功率； (3)從圖示位置開始，線圈轉(zhuǎn)過30°的過程中，通過電燈的電荷量； (4)線圈每轉(zhuǎn)動一分鐘，外力所需做的功．答案　(1)20 V　(2)18 W　(3)0.01 C　(4)1 200 J 解析　(1)電動勢的最大值為Em＝nBSω＝nBωL2＝20 V；(2分) (2)電動勢的有效值為E＝eq \f(Em,\r(2))＝10eq \r(2) V(1分) 電燈正常發(fā)光的電流I＝eq \f(E,r＋R)＝eq \f(10\r(2),1＋9) A＝eq \r(2) A(1分) 電燈正常發(fā)光的功率P＝I2R＝18 W(2分) (3)q＝eq \x\to(I)Δt＝eq \f(nΔΦ,R＋r)＝eq \f(nBSsin 30°,R＋r)＝0.01 C(2分) (4)線圈每轉(zhuǎn)動一分鐘，整個回路上產(chǎn)生的熱量為Q＝I2(R＋r)t＝1 200 J(1分) W外＝Q＝1 200 J(1分) 15.(10分)下圖為遠距離輸電的示意圖。已知某個小型發(fā)電機的輸出功率為90 kW,發(fā)電機的電壓為250 V,通過升壓變壓器升高電壓后向遠處輸電,輸電線總電阻為5 Ω,在用戶端用一降壓變壓器把電壓降為220 V,要求在輸電線上損失的功率控制為2 kW(即用戶得到的功率為88 kW),求: (1)降壓變壓器輸出的電流和輸電線上通過的電流; (2)輸電線上損失的電壓和升壓變壓器輸出的電壓; (3)兩個變壓器各自的匝數(shù)比。答案 (1)400 A　20 A　(2)100 V　4 500 V　(3)1∶18　20∶1 解析　(1)由P=I4U4得降壓變壓器輸出電流為 I4=PU4=88 000220 A=400 A 由P損=I22r得輸電線上通過的電流 I2=P損r=2 0005 A=20 A。 (2)由歐姆定律可知輸電導線上損失的電壓為 U損=I2r=20×5 V=100 V 根據(jù)升壓變壓器功率守恒可得升壓變壓器輸出電壓U2=P出I2=90 00020 V=4 500 V。 (3)由輸電導線上兩端電壓的關(guān)系可知降壓變壓器原線圈兩端的電壓為 U3=U2-U損=4 500 V-100 V=4 400 V 根據(jù)理想變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系可知 n1n2=U1U2=2504 500=118,n3n4=U3U4=4 400220=201。 16.(12分)某興趣小組設(shè)計了一種發(fā)電裝置,如圖所示。在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場區(qū)域的圓心角α均為49π,磁場均沿半徑方向。匝數(shù)為n的矩形線圈abcd的邊長lab=lcd=l,lbc=lad=2l,線圈以角速度ω繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動,bc和ad邊同時進入磁場。在磁場中,兩條邊所經(jīng)過處的磁感應(yīng)強度大小均為B、方向始終與兩邊的運動方向垂直。線圈的總電阻為r,外接電阻為R。求: (1)線圈切割磁感線時,感應(yīng)電動勢的大小Em; (2)線圈切割磁感線時,bc邊所受安培力的大小F; (3)通過外接電阻的電流的有效值I。答案 (1)2nBl2ω　(2)4n2B2l3ωr+R　(3)4nBl2ω3(r+R) 解析 (1)bc、ad邊的運動速度v=ωl2 故感應(yīng)電動勢Em=4nBlv=2nBl2ω。 (2)電流Im=Emr+R 故bc邊所受安培力F=2nBIml=4n2B2l3ωr+R。 (3)一個周期內(nèi),有電流通過的時間t=49T,R上消耗的電能W=Im2Rt=I2RT 解得I=4nBl2ω3(r+R)。