高中物理-交变电流单元检测

高中物理-交变电流单元检测

(时间：90分钟,满分：100分)

一、选择题(本题共12小题,每小题5分,共60分．在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确,全部选对的得5分,选对但不全的得2分,有选错或不答的得0分)

1．根据交变电流瞬时表达式i＝5sin500t(A)可知,从开始计时起,第一次出现电流峰值所需要的时间是()

A．2 ms B．1 ms

C．6.28 ms D．3.14 ms

解析：选D.法一：由已知条件有2π

T＝ω＝500 rad/s,则T＝2π/500.从中性面开始计时,第

一次出现电流峰值需Δt＝T/4＝2π/500×1

4s＝

π

1000s＝3.14×10

－3s.

法二：由交流电瞬时值表达式,令i为最大值时有sin(ωt)＝1,即(500t)＝π/2,则

t＝π/1000＝3.14×10－3(s)．选D.

2．边长为L的正方形闭合线圈共n匝,在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω绕垂直于磁感线并在线圈平面内的轴匀速转动,要使线圈中的感应电流增大1倍,下列措施可采用的是()

A．只将角速度ω增大1倍

B．只将线圈边长L增大至2L

C．只将线圈匝数增加至2n

D．只将磁感应强度增至2B

解析：选ABD.由公式I＝U

R＝

U m

2R

＝

nBSω

2R

可推得A、D正确．边长为2L时,S′＝4S,R′

＝2R,故B正确,若匝数n′＝2n,则R′＝2R,I不变,故C项错误．

3．一个矩形线圈在匀强磁场中转动,产生的感应电动势e＝2202sin100πt V,则() A．交流电的频率是100π Hz

B．t＝0时,线圈位于中性面

C．交流电的周期是0.02 s

D．t＝0.05 s时,e有最大值

解析：选BC.由瞬时值表达式可知：角速度ω＝100π rad/s.感应电动势是按正弦规律变

化的,所以t ＝0时,线圈平面位于中性面． 因ω＝2πf ,所以f ＝

ω2π＝100π2π

Hz ＝50 Hz 由T ＝1f 得T ＝1

50

s ＝0.02 s

当t ＝0.05 s 时,e ＝2202sin5π V ＝0,故B 、C 选项正确．

4.如图5－3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,A 1、A 2两只灯泡的炽热程度相同．则下列说法中正确的是( )

图5－3

A ．如果将频率增大,A 1炽热程度减弱、A 2炽热程度加强

B ．如果将频率增大,A 1炽热程度加强、A 2炽热程度减弱

C ．如果将频率减小,A 1炽热程度减弱、A 2炽热程度加强

D ．如果将频率减小,A 1炽热程度加强、A 2炽热程度减弱

解析：选BC.某一频率时,两只灯泡炽热程度相同,应有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A 1的电流增大,通过A 2的电流减小,故B 项正确；同理可得C 项正确,故选B 、C.

5．发电机的路端电压为U ,经电阻为r 的输电线向远处的用户供电,发电机的输出功率为P ,则( )

A ．输电线上的电流为P

U B ．输电线上的功率损失为U 2

r C ．用户得到的功率为P －(P

U )2r D ．用户得到的电压为Pr

U 解析：

选AC.由题知,其供电原理如图所示,由P ＝UI 得输电线上的电

流为

P U ,A 正确；输电线上的功率损失为ΔP ＝I 2r ＝(P U )2·r ,B 错误；用户得到的功率为P －(P U )2

r ,C 正确；用户得到的电压为U －ΔU ＝U －Ir ＝U －(P

U )r ,D 错误． 6.有一交变电流如图5－4所示,则由此图象可知( )

图5－4

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

解析：选AB.由图象可读得其T ＝0.8 s,f ＝1

T ＝1.25 Hz,故A 对,D 错；又由图象读得I m ＝4 A,故B 对；因为电流为非正弦式交流电,故有效值I ≠

I m

2

＝2 2 A,C 错． 7．一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈输入电压的变化规律如图5－5甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,P 为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是( )

图5－5

A ．副线圈输出电压的频率为50 Hz

B ．副线圈输出电压的有效值为31 V

C ．P 向右移动时,原、副线圈的电流比减小

D ．P 向右移动时,变压器的输出功率增加

解析：选AD.副线圈输出电压的频率等于输入电压的频率f ＝1

T ＝50 Hz,故选项A 正确；

原线圈输入电压的有效值U1＝310

2

V＝220 V,由

U1

U2＝

n1

n2知,U2＝22 V,故选项B错误；原、

副线圈的电流比I1

I2＝

n2

n1＝

1

10,故选项C错误；变压器的输出功率P＝

U22

R＋R P

,P向右移动

时,R P减小,所以P变大,故选项D正确．

8.如图5－6所示的电路图中,变压器是理想变压器,原线圈匝数n1＝600匝,装有0.5 A的保险丝,副线圈的匝数n2＝120匝．要使整个电路正常工作,当原线圈接在180 V的交流电源上时,则副线圈()

图5－6

A．可接耐压值为36 V的电容器

B．可接“36 V40 W”的安全灯两盏

C．可接电阻为14 Ω的电烙铁

D．可串联量程为3 A的电流表测量其电路的总电流

答案：B

9．有两个输出电压相同的交流电源,第一个电源外接一个电阻R1,第二个电源外接一个变压器,变压器的初级线圈匝数为n1,次级线圈的匝数为n2,变压器的负载为一个电阻R2,测得两个电源的输出功率相等．则此两电阻大小之比R1∶R2为()

A．n1∶n2B．n21∶n22

C．n2∶n1D．n22∶n21

答案：B

10．如图5－7所示,在远距离输电过程中,若保持原线圈的输入功率不变,下列说法正确的是()

图5－7

A．升高U1会减小输电电流I2

B．升高U1会增大线路的功率损耗C．升高U1会增大线路的电压损耗D．升高U1会提高电能的利用率

解析：选AD.提高输电电压U1,由于输入功率不变,则I1将减小,又因为I2＝n1

n2I1,所以I2

将减小,故A对,线路功率损耗P

损

＝I22R,因此功率损耗在减小,电压损失减小,故B、C错误,因线路损耗功率减小,因此利用率将升高．

11．如图5－8所示中A、B、C、D是四种亮度可调的台灯的电路示意图,它们所用的白炽灯泡相同,且都是“220 V40 W”,当灯泡所消耗的功率都调到20 W时,哪种台灯消耗的功率最小()

图5－8

解析：选C.利用变阻器调节到20 W时,除电灯消耗电能外,变阻器由于热效应也要消耗一部分电能,使台灯消耗的功率大于20 W,利用变压器调节时,变压器的输入功率等于输出功率,本身不消耗电能,所以C中台灯消耗的功率最小．

12．如图5－9所示,理想变压器的原副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1,原线圈接正弦式交流电,副线圈接电动机,电动机线圈电阻为R,当输入端接通电源后,电流表读数为I,电动机带动一质量为m的重物以速度v匀速上升,若电动机因摩擦造成的能量损失不计,则图中电压表的读数为()

图5－9

A．4IR＋mg v

I B.

mg v

I

C．4IR D.1

4IR＋

mg v

I

解析：选A.根据电流与匝数的关系知变压器的输出电流为2I,电动机消耗的总功率为P2

＝mg v＋4IR,又变压器的输入功率P1＝UI＝P2＝mg v＋4I2R,则U＝mg v

I＋4IR故A项正

确．

二、计算题(本题共4小题,共40分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位) 13．(8分)一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动,线圈匝数n＝100.穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化,如图5－10甲所示．发电机内阻r＝5.0 Ω,外电路电阻R＝95 Ω.已知感应电动势的最大值E max＝nωΦmax,其中Φmax为穿过每匝线圈磁通量的最大值．求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数．

图5－10

解析：从Φ－t图线看出

Φmax＝1.0×10－2Wb,T＝3.14×10－2s.(1分)

已知感应电动势的最大值

E max＝nωΦmax,又ω＝2π

T.(1分)

故电路中电流最大值

I max＝E max

R＋r

＝

n·2π·Φmax

T(R＋r)

＝100×2×3.14×1.0×10－2

3.14×(95＋5.0)×10－2

A＝2 A(4分)

交流电流表读数是交变电流的有效值,即

I＝I max

2

＝1.4 A．(2分)

答案：1.4 A

14．(8分)有一个电子元件,当它两端的电压的瞬时值高于u＝110 2 V时则导电,低于u ＝110 2 V时不导电,若把这个电子元件接到220 V,50 Hz的正弦式交变电流的两端,则它在1 s内导电多少次？每个周期内的导电时间为多少？

解析：由题意知,加在电子元件两端电压随时间变化的图象如图所示,

表达式为

u＝2202sinωt V．(2分)

其中ω＝2πf,f＝50 Hz,T＝1

f＝0.02 s,得

u＝2202sin100πt V．(2分)

把u′＝110 2 V代入上述表达式得到

t1＝1

600s,t2＝

5

600s(1分)

所以每个周期内的通电时间为

Δt＝2(t2－t1)＝

4

300s＝

1

75s．(2分)

由所画的u－t图象知,一个周期内导电两次,所以1 s内导电的次数为n＝2t

T＝100.(1分)

答案：1001 75s

15．(12分)如图5－11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5－11

(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．

解析：(1)由变压比公式得

U1 U2＝n1

n2(2分)

n1 n2＝220

36＝

55

9.(2分)

(2)两灯均工作时,由能量守恒得P1＋P2＝U1I1(2分)

I1＝P1＋P2

U1＝

12＋6

220A

＝0.082 A(2分)

只有L1灯工作时,由能量守恒得P1＝U1I′1(2分)

解得I′1＝P1

U1＝12

220A＝0.055 A．(2分)

答案：(1)55∶9(2)0.082 A0.055 A

16．(12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5－12

(1)输电电路如图5－12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 V40 W”的电灯多少盏？

解析：(1)因为P

损

＝I22R线(1分)

所以I2＝P损

R线

＝

4×103

10A＝20 A(2分)

I1＝P

U1＝

100×103

500A＝200 A(1分)

则n1

n2＝

I2

I1＝

20

200＝

1

10(1分)

U3＝U2－I2R线＝(500×10－20×10)V＝4800 V(1分)

则n3

n4＝

U3

U4＝

4800

220＝

240

11.(1分)

(2)设还可装灯n盏,据功率相等有P3＝P4(2分)

其中P4＝(n×40＋60×103)W(1分) P3＝(100－4)kW＝96 kW(1分)

所以n＝900.(1分)

答案：(1)1∶10240∶11(2)900盏