高中物理人教版2第五章交變電流單元測(cè)試 公開課獎(jiǎng)

第5章交變電流本卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分。滿分100分，時(shí)間90分鐘第Ⅰ卷(選擇題共40分)一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第1～6小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，第7～10小題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全部選對(duì)的得4分，選不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分)1．如圖甲至丁是交流電發(fā)電過程的示意圖，圖中只示意了一匝線圈，線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在滑環(huán)L上，導(dǎo)體做的兩個(gè)電刷E、F分別壓在兩個(gè)滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接．線圈沿逆時(shí)針方向以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的面積為S，磁場(chǎng)可視為水平向右的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電路的總電阻為R、以下說法中正確的是()A．由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，線圈中的電流方向?yàn)锳→B→C→D→AB．由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，線圈中的電流方向?yàn)锳→B→C→D→AC．轉(zhuǎn)到丙位置時(shí)，穿過線圈的磁通量為零D．轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過程中，線圈產(chǎn)生的電能為eq\f(2πωB2S2,R)答案：B解析：A.由甲轉(zhuǎn)到乙的過程中，穿過線圈的磁通量變小，根據(jù)楞次定律，可以判斷電流方向?yàn)锳→D→C→B→A；故A錯(cuò)誤；B.當(dāng)線圈由丙轉(zhuǎn)到丁的過程中，通過線圈的磁通量變小，根據(jù)楞次定律，可以判斷電流方向?yàn)锳→B→C→D→A；故B正確；C.丙位置時(shí)，線圈處于中性面上，此時(shí)磁通量最大，故C錯(cuò)誤；D.轉(zhuǎn)動(dòng)一圈過程中，線圈中產(chǎn)生的能量Q＝eq\f(E2,R)T＝eq\f(nBSω2,\r(2)2R)×eq\f(2π,ω)＝eq\f(πn2B2S2ω,R)，故D錯(cuò)誤。2．圖甲、圖乙分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲所示電壓按正弦規(guī)律變化，下列說法正確的是()A．圖甲表示交流電，圖乙表示直流電B．電壓的有效值是311VC．電壓的有效值圖甲大于圖乙D．圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u＝220sin100πt(V)答案：C解析：由于兩圖中表示的電流方向都隨時(shí)間變化，因此都為交流電，故A錯(cuò)誤；兩種電壓的最大值是311V，有效值要小于311V，故B錯(cuò)誤；由于對(duì)應(yīng)相同時(shí)刻，圖甲電壓比圖乙電壓大，根據(jù)有效值的定義可知，圖甲有效值要比圖乙有效值大，故C正確；從圖甲可知，Em＝311V，ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，所以圖甲電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為u＝311sin100πt(V)，故D錯(cuò)誤。3．如圖所示，三只完全相同的燈泡a、b、c分別與盒子Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的三種元件串聯(lián)，再將三者并聯(lián)，接在正弦交變電路中，三只燈泡亮度相同。若保持電路兩端電壓有效值不變，將交變電流的頻率增大，觀察到燈a變暗、燈b變亮、燈c亮度不變。則三個(gè)盒子中的元件可能是()A．Ⅰ為電阻，Ⅱ?yàn)殡娙萜?，Ⅲ為電感器B．Ⅰ為電感器，Ⅱ?yàn)殡娮?，Ⅲ為電容器C．Ⅰ為電感器，Ⅱ?yàn)殡娙萜?，Ⅲ為電阻D．Ⅰ為電容器，Ⅱ?yàn)殡姼衅?，Ⅲ為電阻答案：C解析：當(dāng)交變電流的頻率增大時(shí)，線圈的感抗變大，電容器的容抗變小，由燈a變暗，燈b變亮可知，Ⅱ?yàn)殡娙萜?，Ⅰ為電感線圈，而電阻與交變電流的頻率無關(guān)，故Ⅲ為電阻。4．如圖甲所示，為一種調(diào)光臺(tái)燈電路示意圖，它通過雙向可控硅電子器件(不分得電壓)實(shí)現(xiàn)了無級(jí)調(diào)節(jié)亮度。給該臺(tái)燈接220V的正弦交流電后加在燈管兩端的電壓如圖乙所示，則此時(shí)交流電壓表的示數(shù)為()A．220V B．110V\f(220,\r(2))V \f(110,\r(2))V答案：C解析：設(shè)交流電的有效值為U，將交流電與直流電分別通過相同電阻R，分析一個(gè)周期內(nèi)熱量：交流電Q＝eq\f(\f(Um,\r(2))2,R)·eq\f(T,4)＋eq\f(\f(Um,\r(2))2,R)·eq\f(T,4)直流電Q＝eq\f(U2,R)T解得：U＝eq\f(220,\r(2))V5．如圖所示電路中，電源電壓u＝311sin100πtV，A、B間接有“220V440W”的電暖寶、“220V220W”的抽油煙機(jī)、交流電壓表及保險(xiǎn)絲。下列說法正確的是()A．交流電壓表的示數(shù)為311VB．電路要正常工作，保險(xiǎn)絲的額定電流不能小于3eq\r(2)AC．電暖寶發(fā)熱功率是抽油煙機(jī)發(fā)熱功率的2倍D．1min內(nèi)抽油煙機(jī)消耗的電能為×104J答案：D解析：由u＝311sin100πtV可知，交變電壓的有效值為220V，故交流電壓表的示數(shù)為220V，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由兩用電器的額定功率為660W，根據(jù)P＝UI可知，保險(xiǎn)絲的額定電流應(yīng)不小于3A，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；因抽油煙機(jī)220W包括熱功率及機(jī)械功率，故電暖寶發(fā)熱功率是抽油煙機(jī)發(fā)熱功率的2倍還要多，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)W＝Pt可得1min內(nèi)抽油煙機(jī)消耗的電能為×104J，選項(xiàng)D正確。6．圖甲中理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1n2＝51，電阻R＝20Ω，L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡，S1為單刀雙擲開關(guān)。原線圈接正弦交變電流，輸入電壓u隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示。現(xiàn)將S1接1，S2閉合，此時(shí)L2正常發(fā)光。下列說法正確的是()A．輸入電壓u的表達(dá)式u＝20eq\r(2)sin(50πt)VB．只斷開S2后，L1、L2均正常發(fā)光C．只斷開S2后，原線圈的輸入功率增大D．若S1換接到2后，R消耗的電功率為答案：D解析：由題圖知，Um＝20eq\r(2)V，T＝，則ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，輸入電壓u＝20eq\r(2)sin(100πt)V，故A錯(cuò)；由變壓器的變壓規(guī)律知：eq\f(u1,u2)＝eq\f(n1,n2)，故u2＝eq\f(u1n2,n1)＝eq\f(20×1,5)V＝4V，由題中將S1接1，S2閉合時(shí)，燈泡L2正常發(fā)光可得，燈泡L2的額定電壓為4V，當(dāng)只斷開S2后，副線圈兩端電壓不變，此時(shí)副線圈的負(fù)載為L(zhǎng)1、L2串聯(lián)，故L1、L2均不能正常發(fā)光，B錯(cuò)；此時(shí)P出＝eq\f(u\o\al(2,2),R總)，副線圈負(fù)載R總增大，故P出減小，又P入＝P出，故原線圈的輸入功率減小，C錯(cuò)誤；當(dāng)S1換接到2后，副線圈的負(fù)載僅是電阻R，故P＝eq\f(U\o\al(2,2),R)＝eq\f(42,20)W＝，D正確。7.如圖所示，為了減少輸電線路中電力損失，發(fā)電廠發(fā)出的電通常是經(jīng)過變電所升壓后通過遠(yuǎn)距離輸送，再經(jīng)變電所將高壓變?yōu)榈蛪骸Ｄ匙冸娝鶎㈦妷簎0＝11000eq\r(2)sin100πtV的交流電降為220V供居民小區(qū)用電，則變電所變壓器()A．原、副線圈匝數(shù)比為50∶1B．副線圈中電流的頻率是50HzC．原線圈的導(dǎo)線比副線圈的要粗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答案：AB解析：u0＝11000eq\r(2)sin100πtV中的11000eq\r(2)指的是電壓的峰值，有效值為11000V，則原、副線圈之間的匝數(shù)之比等于兩線圈的電壓之比，即50∶1，A正確；由ω＝100π可得頻率為50Hz，變壓器不改變電流的頻率，因此，副線圈的頻率也是50Hz，B正確；電流與匝數(shù)成反比，即原線圈的電流比副線圈電流要小，因此，副線圈的導(dǎo)線要比原線圈粗，C錯(cuò)誤；居民小區(qū)各個(gè)用電器都是并聯(lián)的，它們的電流總和等于副線圈中的電流，故D錯(cuò)誤。8.實(shí)驗(yàn)室里的交流發(fā)電機(jī)可簡(jiǎn)化為如圖所示的模型，正方形線圈(電阻不計(jì))在水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于磁感線的OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。今在發(fā)電機(jī)的輸出端接一個(gè)電阻R和理想電壓表，并讓線圈每秒轉(zhuǎn)25圈，讀出電壓表的示數(shù)為10V。已知R＝10Ω，線圈電阻忽略不計(jì)，下列說法正確的是()A．線圈位于圖中位置時(shí)，線圈中的瞬時(shí)電流為零B．從線圈經(jīng)過中性面開始計(jì)時(shí)，線圈中電壓瞬時(shí)值表達(dá)式為U＝10sin50πt(V)C．流過電阻R的電流每秒方向改變50次D．電阻R上的熱功率等于10W答案：CD解析：電壓表的示數(shù)是有效值，故電壓最大值Um＝10eq\r(2)V。圖示位置與中性面垂直，此時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大，故A錯(cuò)；產(chǎn)生的最大電壓Um＝eq\r(2)U＝10eq\r(2)V，ω＝2π×25rad/s＝50πrad/s，從中性面開始計(jì)時(shí)的瞬時(shí)值表達(dá)式是U＝Umsinωt＝10eq\r(2)sin50πt(V)，故B錯(cuò)；交變電流在一個(gè)周期內(nèi)方向改變2次，因此流過電阻R的電流每秒鐘方向改變50次，故C對(duì)；P＝eq\f(U2,R)＝10W，故D正確。9．下圖為模擬遠(yuǎn)距離輸電實(shí)驗(yàn)電路圖，兩理想變壓器的匝數(shù)n1＝n4<n2＝n3，四根模擬輸電線的電阻R1、R2、R3、R4的阻值均為R，A1、A2為相同的理想交流電流表，L1、L2為相同的小燈泡，燈絲電阻RL>2R，忽略燈絲電阻隨溫度的變化。當(dāng)A、B端接入低壓交流電源時(shí)()A．A1、A2兩表的示數(shù)相同B．L1、L2兩燈泡的亮度相同C．R1消耗的功率小于R3消耗的功率D．R2兩端的電壓小于R4兩端的電壓答案：CD解析：高壓遠(yuǎn)距離輸電的目的是使輸送線路上損失的能量更少，因此必須使A1中的電流比A2中的電流小，即I1<I2；R1和R3消耗的功率分別為P1＝Ieq\o\al(2,1)R1，P3＝Ieq\o\al(2,2)R3，R1＝R3＝R，所以P1<P3；R2、R4兩端電壓分別是：U2＝I1R2＝I1R，U4＝I2R4＝I2R，所以U2<U4，因此選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，C、D正確。10．可調(diào)理想變壓器原線圈與一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)相連，副線圈與燈泡L、可調(diào)電阻R、平行板電容器C連成如圖所示的電路。當(dāng)副線圈上的滑片P處于圖示位置時(shí)，燈泡L能發(fā)光。要使燈泡變亮，可以采取的方法有()A．增大發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速B．將滑片P向下滑動(dòng)C．將可調(diào)電阻R減小D．減小電容器極板間的距離答案：AD解析：要使燈泡變亮，應(yīng)使副線圈兩端電壓增大，由Em＝NBSω知，當(dāng)增大發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，交流電源的電壓增大，根據(jù)理想變壓器工作原理可知，副線圈兩端電壓也增大，燈泡變亮，故A正確；當(dāng)滑片P向下滑動(dòng)時(shí)，副線圈匝數(shù)減少，根據(jù)理想變壓器工作原理可知，副線圈兩端電壓減小，燈泡變暗，故B錯(cuò)誤；將可調(diào)電阻R減小，副線圈兩端電壓不變，通過燈泡的電流不變，燈泡亮度不變，故C錯(cuò)誤；當(dāng)減小平行板電容器極板間的距離時(shí)，平行板電容器的電容增大，減小了容抗，通過燈泡的電流增大，燈泡變亮，故D正確。第Ⅱ卷(非選擇題共60分)二、填空題(共3小題，共18分。把答案直接填在橫線上)11．(4分)下圖中畫出了六種電流隨時(shí)間變化的圖象。這六個(gè)圖中的電流都隨時(shí)間t做周期性變化，其中屬于交流電的是________，屬于正弦交流電的是________。答案：(a)(c)(e)(f)(c)解析：大小、方向周期性變化的電流為交變電流。按正、余弦規(guī)律變化的交變電流為正弦交流電。12．(6分)一臺(tái)理想變壓器的原副線圈匝數(shù)比為21，原線圈接入20V的正弦交流電，一只理想二極管和一個(gè)阻值為10Ω的指示燈串聯(lián)后接在副線圈上，則指示燈消耗的功率為________。答案：5W解析：由于二極管的單向?qū)щ娦裕ㄟ^燈泡的電流為正弦半波電流，其有效值為U＝eq\f(Um,2)＝5eq\r(2)V，所以P＝eq\f(U2,R)＝5W。13．(8分)有一個(gè)教學(xué)用的可拆變壓器，如圖甲所示。它有兩個(gè)外觀基本相同的線圈A、B，線圈外部還可以繞線。(1)某同學(xué)用一多用電表的同一歐姆擋先后測(cè)量了A、B線圈的電阻值，指針分別對(duì)應(yīng)圖乙中的a、b位置，由此可推斷________線圈的匝數(shù)較多(選填“A”或“B”)。(2)如果把它看成理想變壓器，現(xiàn)要測(cè)量A線圈的匝數(shù)，提供的器材有，一根足夠長(zhǎng)的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和低壓交流電源。請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述實(shí)驗(yàn)的步驟(寫出要測(cè)的物理量，并用字母表示)。___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________A線圈的匝數(shù)為nA＝________。(用所測(cè)物理量符號(hào)表示)答案：(1)A(2)步驟見解析nA＝eq\f(UA,U)n解析：(1)由圖乙可知a位置的阻值大于b位置的阻值，由電阻定律可得A線圈的匝數(shù)多于B線圈的匝數(shù)。(2)①用長(zhǎng)導(dǎo)線繞一個(gè)n匝線圈，作為副線圈替代A線圈。②把低壓電源接B線圈，測(cè)得線圈的輸出電壓U。③用A線圈換下繞制的線圈測(cè)得A線圈輸出電壓UA。nA＝eq\f(UA,U)n三、論述·計(jì)算題(共4小題，42分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)14．(10分)如圖所示為交流發(fā)電機(jī)示意圖，匝數(shù)n＝100匝的矩形線圈，邊長(zhǎng)分別為10cm和20cm，內(nèi)阻為5Ω，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以50eq\r(2)rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈和外部20Ω的電阻R相連接，已知線圈繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大值Em＝NBSω，求：(1)電壓表和電流表示數(shù)？(2)電阻R上所消耗的電功率是多少？(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，通過R的電量是多少？答案：(1)40V,2.0A(2)80W(3)0.04C解析：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em＝nBSω＝100××××50eq\r(2)＝50eq\r(2)V有效值：E＝eq\f(Em,\r(2))＝50V電鍵S合上后，由閉合電路歐姆定律得：I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(50,20＋5)＝2.0A，U＝IR＝2×20＝40V。(2)電阻R上所消耗的電功率P＝IU＝2×40＝80W(3)由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，通過R上的電量Q＝eq\x\to(I)Δt＝eq\f(nΔΦ,R＋r)＝eq\f(nBS,R＋r)＝0.04C。15．(10分)某村在較遠(yuǎn)的地方建立了一座小型水電站，發(fā)電機(jī)的輸出功率為200kW，輸出電壓為500V，輸電導(dǎo)線的總電阻為10Ω，導(dǎo)線上損耗的電功率為16kW，該村的用電電壓是220V。(1)輸電電路如圖所示，求升壓、降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比；(2)如果該村某工廠用電功率為80kW，則該村還可以接“220V40W”的電燈多少盞？答案：(1)11023011(2)2600解析：(1)因?yàn)镻損＝Ieq\o\al(2,2)R線所以I2＝eq\r(\f(P損,R線))＝40AI1＝eq\f(P,U1)＝400A則eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1)＝eq\f(1,10)U3＝U2－I2R線＝(500×10－40×10)V＝4600V則eq\f(n3,n4)＝eq\f(U3,U4)＝eq\f(230,11)(2)據(jù)降壓變壓器輸入功率等于輸出功率有P3＝P4＝184kW燈可以消耗的功率是P燈＝104kW所以還可裝燈n＝104000/40＝2600盞。16．(10分)交流發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理是矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。一小型發(fā)電機(jī)的線圈共220匝，線圈面積S＝0.05m2，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率為50Hz，線圈內(nèi)阻不計(jì)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(\r(2),π)T。如果用此發(fā)電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)標(biāo)有“220V11kW”的電機(jī)正常工作，需在發(fā)電機(jī)的輸出端a、b與電機(jī)之間接一個(gè)理想變壓器，電路如下圖。求：(1)發(fā)電機(jī)的輸出電壓為多少？(2)變壓器原副線圈的匝數(shù)比為多少？(3)與變壓器原