章末综合检测(3) 交流电（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

章末综合检测(三)　交流电 (满分：100分) 一、选择题(本题共8小题，每小题6分，第1～5题只有一个符合题目要求，第6～8题有多个选项符合要求。全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1．小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压(　　) A．峰值是e0 B．峰值是2e0 C．有效值是Ne0 D．有效值是Ne0 D　解析：由题意可知，线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，因此对单匝矩形线圈总电动势最大值为2e0，又因为发电机线圈共N匝，所以发电机线圈中总电动势最大值为2Ne0，根据闭合电路欧姆定律可知，在不计线圈内阻时，输出电压的峰值等于感应电动势的最大值，即其峰值为2Ne0，A、B错误；又由题意可知，发电机线圈中产生的感应电流为正弦交变电流，由其有效值与峰值的关系可知U＝，即U＝Ne0，C错误，D正确。 2．将阻值为5 Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图所示。下列说法正确的是 (　　) A．电路中交变电流的频率为0.25 Hz B．通过电阻的电流为 A C．电阻消耗的电功率为2.5 W D．用交流电压表测得电阻两端电压为5 V C　解析：由题意可知此交变电流为正弦交变电流，其有效电动势E＝＝ V，电阻消耗的功率P＝＝2.5 W，C正确；通过R的电流I＝＝ A，B错误；交变电流的频率f＝25 Hz，A错误；电压表所测电压为电压有效值，应为 V，D错误。 3．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示。已知发电机线圈内阻为10 Ω，外接一只电阻为90 Ω的灯泡，如图乙所示，则(　　) A．电压表的示数为220 V B．线圈转动的角速度为100 rad/s C．0.01 s时线圈在中性面位置 D．电路中的电流方向每秒改变50次 C　解析：电压表的示数为灯泡两端的电压，大小为U＝＝ V＝198 V，A错误；线圈转动的周期T＝0.02 s，则角速度为ω＝＝ rad/s＝100π rad/s，B错误；0.01 s时感应电动势为零，则线圈在中性面位置，C正确；交流电的频率为f＝50 Hz，则电路中的电流方向每秒改变100次，D错误。 4．小明分别按图1和图2电路探究远距离输电的输电损耗，将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路，忽略导线的自感作用。其中T1为理想升压变压器，T2为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡的电压相等，两次实验中(　　) A．都接直流电源 B．A两端的电压相等 C．A损耗的功率相等 D．图1中A的电流较大 D　解析：由于变压器只能改变交变电流，因此题图2中不可能接直流电源，A错误；T2是降压变压器，根据＝>1可知，由于流过两个灯的电流相等，可知题图2中流过A的电流较小，加在题图2中A两端的电压较低，题图2中A消耗的功率较小，B、C错误，D正确。 5．某住宅区的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成。发电机中矩形线圈所围的面积为S，匝数为N，电阻不计。它可绕水平轴OO′在磁感应强度为B的水平匀强磁场中以角速度ω匀速转动。矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，R0表示输电线的电阻。以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列判断正确的是(　　) A．若发电机线圈某时刻处于图示位置，变压器原线圈的电流瞬时值最小 B．发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωcos ωt C．当用户数目增多时，为使用户电压保持不变，滑动触头P应向下滑动 D．当滑动触头P向下移动时，变压器原线圈两端的电压将升高 B　解析：若发电机线圈某时刻处于题图所示位置，磁通量变化最快，感应电动势最大，最大值为NBSω，变压器原线圈的电流瞬时值最大，发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωcos ωt，A错误，B正确；当用户数目增多时，总电流增大，输电线上的电势降落得多，为使用户电压保持不变，滑动触头P应向上滑动才能增大变压器的输出电压，C错误；滑动触头P向下或向上移动，变压器原线圈两端的电压都不变，D错误。 6．如图所示，变频交变电源的频率可在20 Hz到20 kHz之间调节。在某一频率时，A1、A2两只灯泡的炽热程度相同，则下列说法正确的是(　　) A．如果将频率增大，A1炽热程度减弱、A2炽热程度加强 B．如果将频率增大，A1炽热程度加强、A2炽热程度减弱 C．如果将频率减小，A1炽热程度减弱、A2炽热程度加强 D．如果将频率减小，A1炽热程度加强、A2炽热程度减弱 BC　解析：某一频率时，两只灯泡炽热程度相同，可知两灯泡消耗的功率相同，频率增大时，感抗增大，而容抗减小，故通过A1的电流增大，通过A2的电流减小，B正确；同理可得C正确。 7.在如图所示的电路中，有一自耦变压器，左侧并联一个理想交流电压表V1后接在稳定的交流电源上，右侧串联灯泡L和滑动变阻器R，R上并联一个理想交流电压表V2。下列说法正确的是(　　) A．若F不动，滑片P向上滑动时，V1示数不变，V2示数变小 B．若F不动，滑片P向上滑动时，灯泡L消耗的功率变小 C．若P不动，滑片F向上移动时，V1、V2的示数均变大 D．若P不动，滑片F向上移动时，灯泡L消耗的功率变大 AD　解析：V1测的是原线圈的输入电压，其示数始终不变，C错误；若F不动，副线圈的输出电压不变，滑片P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变小，又因为灯泡L与滑动变阻器串联，故V2示数变小，灯泡L两端的电压变大，灯泡L消耗的功率变大，A正确，B错误；若P不动，滑片F向上移动时，副线圈的输出电压增大，加在灯泡L和滑动变阻器两端的电压均增大，故灯泡L消耗的功率变大，V2的示数变大，D正确。 8．如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，电流表和电压表均为理想电表，R是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)，L是理想线圈，C是耐压值和电容都足够大的电容器，D是灯泡，S是单刀双掷开关。当原线圈接入如图乙所示的正弦交流电时，下列说法不正确的是(　　) A．开关S连通1时，电压表的示数为44 V B．开关S连通1时，若光照增强，电流表的示数变小 C．开关S连通2时，灯泡D不亮 D．开关S连通2时，若光照增强，电压表的示数减小 BCD　解析：开关S接通1时，根据题图乙可知原线圈电压有效值为U1＝ V＝220 V，根据＝，可得U2＝44 V，即电压表的示数为44 V，A正确；开关S连通1时，若光照增强，则电阻R减小，则副线圈总电阻减小，而U2不变，则副线圈电流I2增大，根据＝可知，原线圈电流I1增大，即电流表的示数变大，B错误；开关S连通2时，由于交变电流可以“通过”电容器，故灯泡D发光，C错误；开关S连通2时，若光照增强，则电阻R减小，但是由于原、副线圈两端的电压之间关系为＝，与副线圈总电阻无关，故电压表的示数不变，D错误。 二、非选择题(本题共6小题，共52分) 9．(6分)某同学选用匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验，变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压________(选填“交流电源”或“直流电源”)。先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)。上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是________(选填“控制变量法”“转换法”或“类比法”)。 答案：交流电源　增大　减小　控制变量法 解析：变压器不能改变直流电的电压，故电源应为低压交流电源。由＝知U2＝U1，原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数n2，则副线圈两端的电压增大；由U2＝U1可知，n2不变，n1增大时，U2减小。上述实验采用的方法是控制变量法。 10．(6分)汽车等交通工具中用电火花点燃汽油混合气，如图所示。已知汽车蓄电池电压为12 V，变压器匝数之比为1∶100，当开关S闭合后，火花塞上电压为多少？当开关S从闭合到突然断开，可为火花塞提供瞬时高电压，产生电火花。蓄电池提供的是直流电，为什么变压器的副线圈也能得到高电压呢？ 答案：见解析 解析：当开关S闭合后，变压器的原线圈中是恒定电流，铁芯中的磁通量不变，副线圈中没有感应电动势，火花塞上电压为零。当开关从闭合到突然断开，铁芯中磁通量突然变小，在副线圈中会产生一个瞬时高电压(脉冲高电压可达104 V左右)，使火花塞产生电火花。 11．(8分)如图所示，匝数为100匝、边长为0.2 m的正方形线圈，在磁感应强度为2 T的匀强磁场中，从中性面开始以10π rad/s的角速度绕OO′轴匀速转动。若线圈自身电阻为2 Ω，负载电阻R＝6 Ω，取π2＝10，则开始转动 s内在R上产生的热量为多少焦耳？ 答案：150 J 解析：电动势最大值为 Em＝NBSω＝100×2×0.2×0.2×10π V＝80π V 有效值为E＝＝40π V 电流有效值为I＝＝ A＝5π A t＝ s T＝＝0.2 s 所以t＝T 电流恰好由0增大到峰值 故产生的热量为Q＝I2Rt＝150 J。 12．(10分)发电机的转子是匝数为100匝、边长为20 cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B＝0.05 T的匀强磁场中，绕着垂直于磁感线方向的轴以ω＝100π rad/s的角速度转动，当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时，线圈和外电路的总电阻R＝10 Ω。 (1)写出交变电流瞬时值表达式。 (2)线圈从计时开始，转过过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？ 答案：(1)i＝2πsin 100πt A　(2)1×10－2 C 解析：(1)感应电动势的最大值为 Em＝nBSω＝20π V 感应电流最大值为Im＝＝2π A 由于从线圈平面与磁场方向垂直位置开始计时，因此瞬时值用正弦表示，则i＝2πsin 100πt A。 (2)线圈从计时开始，转过的过程中，通过某一截面的电荷量应该用平均值来计算 q＝t＝nΔt＝ ΔΦ＝BS－BS cos ＝BS 代入电荷量方程得q＝＝1×10－2 C。 13．(10分)校园脚踏式发电装置是利用脚踩踏板带动线圈转动发电的。线圈在磁场中转动时，线圈中的电流i随时间t按图示正弦规律变化，已知电路中的总电阻为10 Ω。求： (1)0～8 s内，电路中产生的焦耳热Q； (2)若线圈共200匝，穿过线圈磁通量变化率的最大值。 答案：(1)160 J　(2)0.1 Wb/s 解析：(1)由题意可知电流的有效值I＝ 电路中产生的焦耳热Q＝I2R总t 代入数据解得Q＝160 J。 (2)线圈中产生的感应电动势的最大值 Em＝n 根据闭合电路欧姆定律得Em＝IR总 代入数据解得＝0.1 Wb/s。 14．(12分)一台小型发电机的最大输出功率为100 kW, 输出电压恒为500 V, 现用电阻率为 1.8× 10－8 Ω·m、横截面积为1.0×10－5 m2的输电线向4×103 m远处的用电单位输电，要使发电机满负荷运行时，输电线上的损失功率为发电机总功率的4%。问： (1)所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是多少？ (2)如果用户用电器的额定电压为220 V，那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比是多少？ 答案：(1)1∶12　(2)288∶11 解析：(1)导线电阻R线＝ρ＝14.4 Ω 升压变压器原线圈电流I1满足P＝U1I1 解得I1＝200 A 升压变压器副线圈电流I2＝I线 又IR线＝4%P 解得I2＝ A 由＝得＝。 (2)降压变压器的输入电压U3满足 P－4%P＝U3I线 解得U3＝5 760 V 因为输出电压U4＝220 V 由＝得＝。 学科网（北京）股份有限公司 $$