2023-2023學(xué)年高中創(chuàng)新設(shè)計物理教科版選修3-2：第二章 交變電流 章末檢測2

第頁章末檢測(時間：90分鐘總分值：100分)一、選擇題(此題共6小題，每題4分，共24分.在每題給出的四個選項中，只有一個選項符合要求，選對的得4分，選錯或不答的得0分)1．如圖1甲為風(fēng)速儀的結(jié)構(gòu)示意圖．在恒定風(fēng)力作用下風(fēng)杯帶動與其固定在一起的永磁體轉(zhuǎn)動，線圈產(chǎn)生的電流隨時間變化的關(guān)系如圖乙．假設(shè)風(fēng)速減小到原來的一半，那么電流隨時間變化的關(guān)系圖可能是()圖1答案C解析根據(jù)Em＝NBSω，假設(shè)風(fēng)速減小到原來的一半時，那么最大感應(yīng)電動勢也變小，所以感應(yīng)電流也變?。桓鶕?jù)轉(zhuǎn)速與周期成反比，可知，假設(shè)風(fēng)速減小到原來的一半時，那么周期變大為原來兩倍，故C正確，A、B、D錯誤．2．圖2甲、乙分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲所示的電壓按正弦規(guī)律變化，圖乙所示的電壓是正弦函數(shù)的一局部，以下說法錯誤的選項是()圖2A．圖甲、圖乙所示的電壓的最大值不相等B．圖甲所示電壓的瞬時值表達(dá)式為u＝20sin(50πt)VC．圖乙所示電壓的有效值為20VD．圖乙所示電壓的有效值為10V答案D解析圖甲、圖乙所示電壓的最大值都等于20V，圖甲所示電壓的瞬時值表達(dá)式為u＝20sin(100πt)V，選項A、B錯誤；由有效值定義，eq\f(10\r(2)2,R)×0.02＝0.04×eq\f(U2,R)，解得題圖乙所示電壓的有效值為10V，選項D正確，C錯誤．3.用220V的正弦交流電通過理想變壓器對一負(fù)載供電，變壓器輸出電壓是110V，通過負(fù)載的電流隨時間變化的圖像如圖3所示，那么()圖3A.變壓器輸入功率約為3.9WB.輸出電壓的最大值是110VC.變壓器原、副線圈的匝數(shù)比是1∶2D.負(fù)載電流的函數(shù)表達(dá)式i＝0.05sin(100πt＋eq\f(π,2))A答案A解析變壓器的輸入功率等于輸出功率，等于輸出電壓的有效值與輸出電流的有效值的乘積，所以P＝UI＝110V×eq\f(0.05,\r(2))A≈3.9W，A正確；輸出電壓的有效值是110V，最大值是110eq\r(2)V，所以B錯；變壓器原、副線圈匝數(shù)之比是2∶1，C錯；負(fù)載電流的函數(shù)表達(dá)式是i＝0.05sin(100πt)A，D錯.4.一臺小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖像如圖4甲所示.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5Ω，外接一只電阻為95Ω的燈泡，如圖乙所示，那么()圖4A.電壓表的示數(shù)為220VB.電路中的電流方向每秒鐘改變50次C.燈泡實際消耗的功率為484WD.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J答案D解析電壓表示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值，由題圖知電動勢的最大值Em＝220eq\r(2)V，有效值E＝220V，燈泡兩端電壓U＝eq\f(RE,R＋r)＝209V，A錯；由題圖甲知T＝0.02s，一個周期內(nèi)電流方向變化兩次，可知1s內(nèi)電流方向變化100次，B錯；燈泡的實際功率P＝eq\f(U2,R)＝eq\f(2092,95)W＝459.8W，C錯；電流的有效值I＝eq\f(E,R＋r)＝2.2A，發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為Qr＝I2rt＝2.22×5×1J＝24.2J.D對.5.如圖5所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為10∶1，R1＝20Ω，R2＝10Ω，C為電容器，原線圈所加電壓的瞬時值表達(dá)式為u＝220eq\r(2)sin100πt(V).以下說法正確的選項是()圖5A.通過電阻R3的電流始終為零B.副線圈兩端交變電壓的頻率為5HzC.電阻R2的電功率為48.4WD.原、副線圈鐵芯中磁通量的變化率之比為10∶1答案C解析電容器能夠通交流，選項A錯誤；變壓器能夠改變交流電的電壓，但是不能改變交流電的頻率，選項B錯誤；根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U2＝22V，所以電阻R2的電功率為P2＝eq\f(U\o\al(

2,2),R2)＝48.4W，選項C正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，原、副線圈鐵芯中磁通量的變化率之比為1∶1，選項D錯誤.6．如圖6所示為音箱的電路圖，高、低頻混合電流由a、b端輸入，L1和L2是線圈，C1和C2是電容器，那么()圖6A．甲揚(yáng)聲器是高頻揚(yáng)聲器B．C2的作用是阻礙高頻電流通過乙揚(yáng)聲器C．L1的作用是阻礙高頻電流通過甲揚(yáng)聲器D．L2的作用是減少通過乙揚(yáng)聲器的高頻電流答案C解析由電感和電容對高、低頻的阻礙作用可知，電感L對高頻電流的阻礙作用大，所以電感L1阻礙高頻電流通向甲，電感L2阻礙高頻電流通過乙，C正確，D錯誤；電容對高頻電流的阻礙作用小，所以電容C2阻礙低頻電流通向乙．甲是低頻揚(yáng)聲器，乙是高頻揚(yáng)聲器，A、B錯誤．二、多項選擇題(本大題共4小題，每題5分，共20分．在每題給出的四個選項中，有多個選項符合題目要求，全部選對得5分，選對但不全的得3分，有選錯或不答的得0分)7．如圖7，M為半圓形導(dǎo)線框，圓心為OM；N是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框，圓心為ON；兩導(dǎo)線框在同一豎直面(紙面)內(nèi)；兩圓弧半徑相等；過直線OMON的水平面上方有一勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于紙面．現(xiàn)使線框M、N在t＝0時從圖示位置開始，分別繞垂直于紙面、且過OM和ON的軸，以相同的周期T逆時針勻速轉(zhuǎn)動，那么()圖7A．兩導(dǎo)線框中均會產(chǎn)生正弦交流電B．兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的周期都等于TC．在t＝eq\f(T,8)時，兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等D．兩導(dǎo)線框的電阻相等時，兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值也相等答案BC解析當(dāng)線框進(jìn)入磁場過程中，根據(jù)E＝eq\f(1,2)BR2ω可得，感應(yīng)電動勢恒定，感應(yīng)電流恒定，不是正弦式交流電，A錯誤，C正確；當(dāng)線框進(jìn)入磁場時，根據(jù)楞次定律可得，兩線框中的感應(yīng)電流方向為逆時針，當(dāng)線框穿出磁場時，根據(jù)楞次定律可得，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為順時針，所以感應(yīng)電流的周期和線框運(yùn)動周期相等，B正確；線框N在完全進(jìn)入磁場后有eq\f(T,4)時間內(nèi)穿過線框的磁通量不變化，沒有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，即線框N在0～eq\f(T,4)和eq\f(3T,4)～T內(nèi)有感應(yīng)電動勢，其余時間內(nèi)沒有；而線框M在整個過程中都有感應(yīng)電動勢，即便兩導(dǎo)線框電阻相等，兩者的電流有效值不會相同，D錯誤．8.如圖8甲所示，理想變壓器的原線圈電路中裝有0.5A的保險絲L，原線圈匝數(shù)n1＝600匝，副線圈匝數(shù)n2＝120匝.當(dāng)原線圈接在如圖乙所示的交變電源上時，要使整個電路和用電器正常工作，那么副線圈兩端可以接()圖8A.阻值為14.4Ω的電阻B.并聯(lián)兩盞“36V,40W〞的燈泡C.工作頻率為10Hz的電視D.耐壓值為36V的電容器答案AB解析理想變壓器可以變壓、變流，但不可以改變功率和頻率；由題圖乙可知，原線圈中交變電源的周期為0.02s，頻率為50Hz，那么副線圈得到的交變電流的頻率也為50Hz，故接入工作頻率為10Hz的電視不能正常工作，C錯誤；由題圖乙可知，原線圈所接電源的電壓有效值為180V，由理想變壓器特點(diǎn)可知，變壓比等于匝數(shù)比，那么U＝eq\f(120,600)×180V，得U＝36V，B中兩燈泡接入電路時，原線圈中的電流I1≈0.44A＜0.5A，B正確；副線圈兩端電壓的有效值為36V，但其最大值大于電容器的耐壓值，故D錯誤；由理想變壓器特點(diǎn)可知，原、副線圈消耗的功率相等，那么eq\f(36V2,R)＝180V×0.5A，解得R＝14.4Ω，A正確.9.如圖9所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個相同的燈泡L1和L2，輸電線的等效電阻為R.開始時，開關(guān)S斷開，當(dāng)S接通后()圖9A.變壓器的輸出電壓減小B.輸電線等效電阻R兩端的電壓增大C.通過燈泡L1的電流減小D.原線圈中的電流減小答案BC解析當(dāng)S接通后，變壓器的輸出電壓不變，副線圈負(fù)載電阻減小，引起總電流增大，因此輸電線的等效電阻兩端的電壓增大，燈泡L1兩端的電壓減小，通過燈泡L1的電流減小，選項A錯誤，選項B、C正確；S接通后，變壓器輸出功率增大，輸入功率增大，原線圈中的電流增大，選項D錯誤.10.如圖10為某小型水電站的電能輸送示意圖，發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電.輸電線的總電阻R＝10Ω，降壓變壓器T2原、副線圈的匝數(shù)之比為4∶1，副線圈與用電器R0組成閉合電路.假設(shè)T1、T2均為理想變壓器，T2的副線圈的輸出電壓的瞬時值表達(dá)式為u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，用電器的電阻R0＝11Ω，那么()圖10A.通過用電器R0的電流的有效值是20AB.升壓變壓器的輸入功率為4650WC.發(fā)電機(jī)中的交變電流的頻率為100HzD.當(dāng)用電器的電阻R0減小時，發(fā)電機(jī)的輸出功率減小答案AB解析由T2的副線圈的輸出電壓的表達(dá)式可知，副線圈的輸出電壓的有效值為220V，電流的有效值為I＝eq\f(220,11)A＝20A，選項A正確；通過輸電線的電流I′＝eq\f(20,4)A＝5A，所以升壓變壓器的輸入功率為P＝I′2R＋I(xiàn)2R0＝52×10W＋202×11W＝4650W，選項B正確；發(fā)電機(jī)中的交變電流的頻率與T2的輸出電壓的頻率相同，也為50Hz，選項C錯誤；當(dāng)用電器的電阻R0減小時，其消耗的功率變大，發(fā)電機(jī)的輸出功率變大，選項D錯誤.三、填空題(共2小題，共10分)11.(4分)有一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為1320匝、144匝，將原線圈接在220V的交流電壓上，副線圈上電壓為________V，穿過鐵芯的磁通量的最大變化率為________Wb/s.答案24eq\f(\r(2),6)解析由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U2＝24V，穿過鐵芯的磁通量的最大變化率等于每一匝線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值，即eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(ΔΦ,Δt)))m＝eq\f(Em,n)＝eq\f(220\r(2),1320)Wb/s＝eq\f(\r(2),6)Wb/s.12.(6分)利用DIS(數(shù)字化信息處理系統(tǒng))探究手搖發(fā)電機(jī)(如圖11所示)的線圈產(chǎn)生的交變電流.圖11實驗步驟如下：①將電壓傳感器接入數(shù)據(jù)采集器；②電壓傳感器的測量夾與發(fā)電機(jī)的輸出端并聯(lián)；③點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)采集設(shè)置〞設(shè)定“采樣點(diǎn)時間間隔〞；④緩慢搖動發(fā)電機(jī)的手柄，觀察工作界面上的信號.圖12(1)屏上出現(xiàn)的電壓波形如圖12所示，從圖中可以看出，手搖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓波形不是正弦波，其原因可能是________________________(寫出一條即可).(2)研究交變電流的波形，發(fā)現(xiàn)在用手搖動發(fā)電機(jī)手柄的2min內(nèi)屏上出現(xiàn)了61個向上的“尖峰〞，那么交變電流的平均周期為____________.如果發(fā)電機(jī)手搖大輪的半徑是轉(zhuǎn)子小輪半徑的2倍，那么手搖大輪轉(zhuǎn)動的平均角速度為__________.答案(1)轉(zhuǎn)子不是在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(或手搖動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不均勻)(2)2s0.5πrad/s解析只有線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的交變電流才是標(biāo)準(zhǔn)的正弦式電流，手搖發(fā)電機(jī)的磁場是由條形磁鐵產(chǎn)生的，所以不是勻強(qiáng)磁場，由于是手搖轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速難以保證恒定.屏上每出現(xiàn)一次向上的尖峰，就代表經(jīng)過了一個周期，2min內(nèi)屏上出現(xiàn)了61個向上的尖峰，說明周期T＝eq\f(2×60,61－1)s＝2s，大輪的角速度等于小輪的角速度的一半，所以大輪的角速度ω＝eq\f(2π,T)·eq\f(1,2)＝0.5πrad/s.四、解答題(此題共4小題，共46分.解容許寫出必要的文字說明，只寫出最后答案的不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)13.(10分)如圖13甲所示，固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置，線圈的兩端接一個小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場.線圈的匝數(shù)n＝100匝，總電阻r＝1Ω，所圍成的矩形的面積S＝0.04m2，小燈泡的電阻R＝9Ω，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間按圖乙所示的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e＝nBmSeq\f(2π,T)coseq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))t，其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，T為磁場變化的周期，不計燈絲電阻隨溫度的變化，求：圖13(1)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值；(2)小燈泡消耗的電功率；(3)在0～eq\f(T,4)時間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量.答案(1)8V(2)2.88W(3)4×10－3C解析(1)由圖像知，線圈中產(chǎn)生的交變電流的周期T＝3.14×10－2s，所以Em＝nBmSω＝eq\f(2πnBmS,T)＝8V.(2)電流的最大值Im＝eq\f(Em,R＋r)＝0.8A，有效值I＝eq\f(Im,\r(2))＝eq\f(2\r(2),5)A，小燈泡消耗的電功率P＝I2R＝2.88W.(3)在0～eq\f(T,4)時間內(nèi)，電動勢的平均值eq\x\to(E)＝eq\f(nSΔB,Δt)，平均電流eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)＝eq\f(nSΔB,R＋rΔt)，通過小燈泡的電荷量Q＝eq\x\to(I)Δt＝eq\f(nSΔB,R＋r)＝4×10－3C.14.(10分)如圖14所示，理想變壓器原線圈中輸入電壓U1＝3300V，副線圈兩端電壓U2為220V，輸出端連有完全相同的兩個燈泡L1和L2，繞過鐵芯的導(dǎo)線所接的電壓表V的示數(shù)U＝2V.求：圖14(1)原線圈n1等于多少匝？(2)當(dāng)開關(guān)S斷開時，電流表A2的示數(shù)I2＝5A.那么電流表A1的示數(shù)I1為多少？(3)當(dāng)開關(guān)S閉合時，電流表A1的示數(shù)I1′等于多少？答案(1)1650匝(2)0.33A(3)0.67A解析(1)由電壓與變壓器匝數(shù)的關(guān)系可得：eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝U，那么n1＝1650匝.(2)當(dāng)開關(guān)S斷開時，有：U1I1＝U2I2，I1＝eq\f(U2I2,U1)＝eq\f(1,3)A≈0.33A(3)當(dāng)開關(guān)S斷開時，有：R1＝eq\f(U2,I2)＝44Ω.當(dāng)開關(guān)S閉合時，設(shè)副線圈總電阻為R′，有R′＝eq\f(R1,2)＝22Ω，副線圈中的總電流為I2′＝eq\f(U2,R′)＝10A.由U1I1′＝U2I2′可知，I1′＝eq\f(U2I2′,U1)＝eq\f(2,3)A≈0.67A.15.(12分)一居民小區(qū)有440戶，以前每戶平均消耗電功率為100W，使用的區(qū)間變壓器匝數(shù)比為165∶6，恰好能使額定電壓為220V的家用電器正常工作，現(xiàn)在因家用電器增加，每戶平均消耗的電功率為250W，假設(shè)變壓器輸入電壓仍為6600V，區(qū)間輸電線路不變，為了使家用電器正常工作，需更換區(qū)間變壓器，那么更換后的區(qū)間變壓器的匝數(shù)比為多少？答案220∶9解析未換時，輸電電流I＝eq\f(P總,U用)＝eq\f(440×100,220)A＝200A.輸出電壓U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(6,165)×6600V＝240V，那么由U線＝U2－U用＝IR線知，R線＝eq\f(240－220,200)Ω＝0.1Ω.換變壓器后，I′＝eq\f(P