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2015-2016学年高中物理 第2章 交变电流章末检测 教科版选修3-2


第二章

交变电流

章末检测

(时间:90 分钟 满分:100 分) 一、选择题(本题共 10 小题,每小题 4 分,共 40 分) 1.如图 1 是某种正弦式交变电压的波形图,由图可确定该电压的( ) A.周期是 0.01 s B.最大值是 311 V C.有效值是 220 V D.表达式为 u=220sin 10

0π t V 2.有一交变电流如图 2 所示,则由此图象可知( ) A.它的周期是 0.8 s B.它的峰值是 4 A C.它的有效值是 2 2 A D.它的频率是 0.8 Hz 3. 图 3 为某种交变电流的波形, 每半个周期按各自的正弦规律变化, 其有效值为( A.7 A B.5 A C.3 2 A D.4 2 A

)

图1 图2 图3 4.一电饭煲和一台洗衣机同时并入 u=311sin 314t V 的交流电源上,均正常工作,用 电流表分别测得电饭煲的电流是 5 A,洗衣机的电流是 0.5 A.下列说法正确的是( ) A.电饭煲的电阻是 44 Ω ,洗衣机电动机线圈电阻是 440 Ω B.电饭煲消耗的功率为 1 555 W,洗衣机电动机消耗的功率为 155.5 W 4 3 C.1 min 内电饭煲消耗的电能为 6.6×10 J,洗衣机电动机消耗的电能为 6.6×10 J D.电饭煲的发热功率是洗衣机电动机发热功率的 10 倍 5.如图 4 甲所示为一种调光台灯电路示意图,它通过双向可控硅电子器件实现了无级 调节亮度.给该台灯接 220 V 的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示,则此时交流 电压表的示数为( )

图4 220 110 A.220 V B.110 V C. V D. V 2 2 6.图 5 甲所示电路中,A1、A2、A3 为相同的电流表,C 为电容器,电阻 R1、R2、R3 的阻 值相同,线圈 L 的电阻不计.在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示,则 在 t1~t2 时间内( )

图5 A.电流表 A1 的示数比 A2 的小 B.电流表 A2 的示数比 A3 的小 C.电流表 A1 和 A2 的示数相同 D.电流表的示数都不为零 7.图 6 中为一理想变压器,其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连,Q 为滑动 头.现令 Q 从均匀密绕的副线圈最底端开始,沿副线圈匀速上滑,直至白炽灯 L 两端的电压 等于其额定电压为止.用 I1 表示流过原线圈的电流,I2 表示流过灯泡的电流,U2 表示灯泡两

1

端的电压,P2 表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值,电功率指平均值).下 列四个图中,能够正确反映相应物理量的变化趋势的是( )

图6

8.图 7 所示, M 为理想变压器,电表均可视为理想电表,接线柱 a、b 接电压 u=311sin 314t V 的正弦交流电源. 当滑动变阻器的滑片 P 向上滑动时, 示数发生变化的电表是( )

图7 A.A1、A2 B.A2、V2 C.A1、A2、V2 D.A1、A2、V1、V2 9. 在变电站里, 经常要用交流电表去监测电网上的强电流, 所用的器材叫电流互感器. 如 图所示的四个图中,能正确反应其工作原理的是( )

10.汽油机做功冲程开始时,汽缸中的汽油、空气混合气要靠火花塞点燃,但是汽车蓄 电池的电压只有 12 V,不能在火花塞中产生火花,为此设计了如图 8 所示的点火装置,这 个装置的核心是一个变压器, 它的原线圈通过开关连到蓄电池上, 副线圈接到火花塞的两端, 开关由机械进行自动控制,做功冲程开始时,开关由闭合变为断开,这样就能在火花塞中产 生火花了,下列说法中正确的是( )

图8 A.该设计方案不可行,因为蓄电池提供的是直流电,变压器不能改变直流电压 B.该设计方案可行,因为变压器能将直流电改变为交变电流 C.该设计方案可行,因为通过变压器原线圈的是变化的电流,可以通过变压器发生互 感现象 D.该变压器可以是升压变压器,也可以是降压变压器 题 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答 案 二、填空题(本题共 2 小题,共 16 分) 11.(6 分)如图 9 所示,单匝矩形闭合导线框 abcd 全部处于磁感应强度为 B 的水平匀 强磁场中, 线框面积为 S, 电阻为 R.线框绕与 cd 边重合的竖直固定转轴以角速度 ω 匀速转

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π 动,线框中感应电流的有效值 I=______.线框从中性面开始转过 的过程中,通过导线横 2 截面的电荷量 q=________.

图9 姓 名 : ________ 班 级 : ________ 学 号 : ________ 12.(10 分)示波器面板如图 11 所示,图 10 中甲图为一信号源.

得 分 : ________

乙 丙 图 10 图 11 (1)若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形(正弦交流信号的电流 i 随时间 t 做周 期性变化的图象如图乙所示), 应将信号源的 a 端与示波器面板上的________接线柱相连, b 端与________接线柱相连. (2)若示波器所显示的输入波形如图丙所示,要将波形上移,应调节面板上的________ 旋钮;要使此波形横向展宽,应调节________旋钮;要使屏上能够显示 3 个完整的波形,应 调节________旋钮. 三、计算题(本题共 4 小题,共 44 分) 13.(10 分)如图 12 所示,一个小型旋转电枢式交流发电机,其矩形线圈的长度为 l1, 宽度为 l2,共有 n 匝,总电阻为 r,与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为 R 的定值 电阻,线圈以角速度 ω 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴 OO′匀 速运动,沿转轴 OO′方向看去,线圈转动沿逆时针方向,t=0 时刻线圈平面与磁感线垂直.



图 12 (1)表示出线圈经过图示位置时通过电阻 R 的感应电流的方向. (2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式. (3)求线圈从 t=0 位置开始到转过 90°的过程中的平均电动势. (4)求线圈从 t=0 位置开始到转过 60°时的瞬时电流.

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14.(8 分)黑光灯是利用物理方法灭蛾杀虫的一种环保型设备,它发出的紫色光能够引 诱害虫飞近黑光灯,然后被黑光灯周围的交流高压电网“击毙”.如图 13 所示是高压电网 的工作电路.高压电网是利用变压器将有效值为 220 V 的交流电压变成高压,高压电网相邻 两极间距离为 0.5 cm,已知空气在常温常压下的击穿电压为 6 220 V/cm,为防止空气被击 穿而造成短路,变压器的原、副线圈匝数比不得超过多少?

图 13

15.(12 分)如图 14 所示,变压器原线圈输入电压为 220 V,副线圈输出电压为 36 V, 两只灯泡的额定电压均为 36 V,L1 额定功率为 12 W,L2 额定功率为 6 W.试求:

图 14 (1)该变压器的原副线圈匝数比. (2)两灯均工作时原线圈的电流以及只有 L1 工作时原线圈中的电流.

16.(14 分)某村在较远的地方建立了一座小型水电站,发电机的输出功率为 100 kW, 输出电压为 500 V,输电导线的总电阻为 10 Ω ,导线上损耗的电功率为 4 kW,该村的用电 电压是 220 V.

图 15 (1)输电电路如图 15 所示,求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比; (2)如果该村某工厂用电功率为 60 kW, 则该村还可以装“220 V 40 W”的电灯多少盏?

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第二章 交变电流 章末检测 答案 1. BC [本题考查正弦交变电流的基础知识, 考查考生对正弦交流电基本知识及图象的 掌握.由图象可知,该交变电压周期为 0.02 s,最大值为 311 V,瞬时值表达式为 u=311sin 311 100π t V,A、D 项错误,B 项正确;有效值为 V=220 V,C 项正确.] 2 1 2.AB [由图象可读得 T=0.8 s,f= =1.25 Hz,故 A 对,D 错;又可由图象读得 Im T Im =4 A,故 B 对;因为电流并非正弦交流电,故其有效值 I≠ =2 2 A,C 错.] 2 3.B [根据有效值的定义得 ? 8 ?2 T ? 6 ?2 T 2 Q=? ? R +? ? R =I RT, ? 2? 2 ? 2 ? 2 解得 I=5 A,故 B 正确.] 4.C 5 . B [ 本题考查电压的有效值的计算.设电压的有效值为 U ,根据有效值定义有 220 ? ?2

? ? ? 2?

T U · = T,解得 B 项正确.] R 2 R 6.C [理想变压器原、副线圈的磁场变化情况相同,由图乙知原线圈的磁场均匀变化, nΔ Φ nΔ B 据法拉第电磁感应定律 E= = ·S 知副线圈中产生恒定电流, 线圈对直流电无阻碍 Δt Δt 作用,直流电不能通过电容器,所以电流表 A1、A2 的示数相同,A3 的示数为 0,C 选项符合 题意.] U1 n1 7.BC [滑动头向上匀速滑动,副线圈匝数均匀增加,与时间 t 成正比,由 = 得: U2 n2 n2U1 U2= ,故 U2 与 t 也成正比,选项 C 正确;随着白炽灯变亮,其本身电阻也逐渐增大,灯 n1 泡的 I-t 图线斜率逐渐减小,B 项正确;由于副线圈输出功率增大,原线圈的输入功率也 2 U2 增大,由 P=UI 知,输入电流也要增大,故 A 错;灯泡消耗的功率 P2= ,所以 P2 与 U2 不 R 成正比,即 P-t 图象不满足正比例函数关系,故 D 错.] U1 n1 8.A [由变压器特点,可知 = ,只要 n1、n2 的比值不变,U1 不变,那么 U2 也不变; U2 n2 I1 n2 由 = 知:原线圈中电流因副线圈中电流的改变而改变,因滑动变阻器的电阻变化,A2 的 I2 n1 示数变化,所以 A1 的示数也会发生变化,故应选 A.] I1 n2 9.A [电流互感器串联在电路中,且连电流表的线圈电流小,由 = 知:电流小的线 I2 n1 圈匝数多,故 A 正确.] 10. C [变压器只能改变交变电流的原因是如果在原线圈上接恒定电压, 则线圈的磁通 量保持不变,从而不能产生感应电动势,副线圈中也就没有输出电压了.在本装置中,开关 的闭合、断开,导致电流不断地变化,从而使得磁通量不断地变化,能够使变压器工作.] 2BSω BS 11. 2R R Emax Imax 2BSω 解析 线框转动产生交变电流 Emax=BSω , Imax= =BSω /R, 有效值 I= = ; R 2R 2

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π ΔΦ ΔΦ Δ Φ BS 线框转过 的过程中,Δ Φ =BS, E = ,I= ,q= I Δ t= = . 2 Δt R·Δ t R R 12.(1)Y 输入 地 (2)竖直位移 X 增益 扫描范围和扫描微调 解析 (1)观察外部输入信号,应把信号源接“Y 输入”和“地”接线柱.(2)通过调节 竖直位移旋钮(↑↓)可将波形上移, 通过调节 X 增益旋钮可使波形横向展宽. 通过调节扫描 范围旋钮和扫描微调旋钮可使波形数改变. 13.(1)自下而上 (2)e=nBl1l2ω sin ω t 2nBl1l2ω 3nBl1l2ω (3) (4) π 2?R+r? 解析 (1)根据右手定则或楞次定律判断可知,线圈中的电流方向是 badcb,故流过 R 的电流是自下而上. (2)从中性面开始计时,感应电动势随时间按正弦规律变化,且最大感应电动势 Em= nBl1l2ω ,所以感应电动势的瞬时值表达式为 e=nBl1l2ω sin ω t. ΔΦ Bl1l2 2nBl1l2ω (3) E =n =n = Δt π /?2ω ? π π nBl1l2ω sin 3 e 3nBl1l2ω (4)线圈从 t=0 开始转过 60°时,瞬间电流为 i= = = R+r R+r 2?R+r? 1 14. 10 解析 电网两极间电场可看做匀强电场 Um=Emd, 由题意, 空气被击穿时 Em=6 220 V/cm, Um=6 220×0.5 V=3110 V U1 n1 由理想变压器电压关系: = U2 n2 由峰值与有效值关系:Um= 2U2 n1 1 由以上各式,得 = n2 10 所以原、副线圈匝数比不得超过 1∶10. 15.(1)55∶9 (2)0.082 A 0.055 A 解析 (1)由变压比公式得 U1 n1 = 代入数据,得 U2 n2 n1 220 55 = = n2 36 9 (2)两灯均工作时,由能量守恒得 P1+P2=U1I1 P1+P2 12+6 I1= = A U1 220 =0.082 A 只有 L1 灯工作时,由能量守恒得 P1=U1I1′ P1 12 解得 I1′= = A=0.055 A U1 220 16.(1)1∶10 240∶11 (2)900 盏 2 解析 (1)因为 P 损=I2R 线 3 P损 4×10 所以 I2= = A=20 A R线 10 3 P 100×10 I1= = A=200 A U1 500
6

n1 I2 20 1 则 = = = n2 I1 200 10 U3=U2-I2R 线=(500×10-20×10) V=4 800 V n3 U3 4 800 240 则 = = = n4 U4 220 11 (2)设还可装灯 n 盏,据降压变压器输入功率等于输出功率有 P3=P4 3 其中 P4=(n×40+60×10 ) W P4=P3=(100-4) kW=96 kW 所以 n=900

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