2024-2025學(xué)年高中地理選擇性必修2-第三章　交變電流

姓名班級考號姓名班級考號密○封○裝○訂○線密○封○裝○訂○線密封線內(nèi)不要答題密○封○裝○訂○線密○封○裝○訂○線密○封○裝○訂○線密○封○裝○訂○線密封線內(nèi)不要答題第三章交變電流滿分100分,限時90分鐘一、單項(xiàng)選擇題(本大題共8小題,每小題3分,共24分。在每小題給出的四個選項(xiàng)中只有一個符合題目要求)1.對于如圖所示的電流i隨時間t做周期性變化的圖像,下列說法中正確的是()A.電流大小變化,方向不變,是直流電B.電流大小、方向都變化,是交流電C.電流最大值為0.2A,周期為0.01sD.電流大小周期性變化,是交流電2.我國領(lǐng)先全球的特高壓輸電技術(shù)將為國家“碳中和”作出獨(dú)特的貢獻(xiàn)。若在傳輸電能總功率不變的情況下,從原先150kV高壓輸電升級為1350kV特高壓輸電,則下列說法正確的是()A.若輸電線不變,則輸電線上損失的電壓變?yōu)樵鹊?B.若輸電線不變,則輸電線上損失的功率變?yōu)樵鹊?C.如果損失的功率不變,相同材料、傳輸?shù)较嗤胤剿鑼?dǎo)線橫截面積是原先的1D.如果損失的功率不變,相同材料、粗細(xì)的輸電線傳輸距離是原先的9倍3.在勻強(qiáng)磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖甲所示,產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,已知線框內(nèi)阻為1.0Ω,外接一只電阻為9.0Ω的燈泡,交流電壓表為理想電表,則()A.電壓表V的示數(shù)為20VB.電路中的電流方向每秒改變10次C.0.1s時線框處于中性面位置D.電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=20sin10πtV4.某交變電流的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示(初始部分為正弦函數(shù)的四分之一周期),下列說法正確的是()A.該交變電流的周期為2sB.該交變電流電壓的有效值為200VC.將該交變電流加在交流電壓表兩端時,電壓表讀數(shù)為2002VD.將該交變電流加在啟輝電壓(達(dá)到或超過啟輝電壓后氖管會發(fā)光)為200V的氖管上,氖管未被擊穿,則氖管1s內(nèi)發(fā)光100次5.某電動自行車充電器內(nèi)有一輸入電壓為220V、輸出電壓為60V的變壓器。由于副線圈燒壞了需要維修,維修人員拆下燒壞的副線圈,用絕緣導(dǎo)線在鐵芯上繞出了一個5匝的線圈,如圖所示。將原線圈接到220V交流電源上,測得新繞線圈兩端電壓為1V。則()A.該變壓器原線圈有2200匝B.該變壓器原線圈有5500匝C.被燒壞的副線圈有300匝D.被燒壞的副線圈有250匝6.如圖為理想自耦變壓器,其中P為變壓器上的滑動觸頭,P'為滑動變阻器上的滑片,則以下說法正確的是()A.P不動,P'向下滑動時,U2一直在減小B.P'不動,P逆時針轉(zhuǎn)動,可使電壓U1減小C.P'不動,P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度時,電流表示數(shù)增大D.P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度,同時P'向下滑動時,小燈泡的亮度可能不變7.某小型水電站的電能輸送示意圖如圖甲所示,發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器和降壓變壓器向用戶供電。已知輸電線的總電阻r=10Ω,降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n3∶n4=n∶1,降壓變壓器的副線圈兩端電壓如圖乙所示,降壓變壓器的副線圈與阻值為R0=22Ω的電阻組成閉合電路。若將變壓器視為理想變壓器,則下列說法正確的是()A.發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電的頻率為0.5HzB.通過R0的電流的最大值為10AC.輸電線損失的功率為1000nD.降壓變壓器的副線圈兩端電壓的瞬時值表達(dá)式為u=220sin100πtV8.一含有理想變壓器的電路如圖所示,圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω、1Ω和4Ω,A為理想交流電流表,U為正弦交流電源,輸出電壓的有效值恒定。當(dāng)開關(guān)S斷開時,電流表的示數(shù)為I;當(dāng)S閉合時,電流表的示數(shù)為4I。該變壓器原、副線圈匝數(shù)的比值為()A.2B.3C.4D.5二、多項(xiàng)選擇題(本大題共4小題,每小題4分,共16分。在每小題給出的四個選項(xiàng)中,有多個選項(xiàng)符合題目要求,全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯或不答的得0分)9.如圖甲所示,在勻強(qiáng)磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖像如圖乙所示,下列說法正確的是()A.t=0.005s時,線框所在平面平行于磁場B.t=0.010s時,線框所在平面為中性面C.t=0.015s時,穿過線框的磁通量最大D.當(dāng)線框平面與磁場的夾角為30°時,電動勢約為156V10.如圖甲所示,在理想變壓器輸入端加上如圖乙所示的交變電壓U1=Umsinωt,在副線圈的輸出端串接上一只理想整流二極管D和滑動變阻器R,則()A.當(dāng)滑片P上移時,原線圈中的電流I1變大B.當(dāng)滑片P上移時,原線圈的輸入功率變小C.當(dāng)拿掉二極管后,副線圈中的交流電周期與原來相同D.保持滑片P不動,R上電流有效值是無二極管時的111.某電廠對用戶進(jìn)行供電的原理如圖所示。發(fā)電機(jī)的輸出電壓為U1=380V,輸電線的總電阻r=15Ω,為了減小損耗采用了高壓輸電。變壓器視為理想變壓器,其中升壓變壓器的匝數(shù)比為n1∶n2=1∶20,用戶獲得的電壓為U4=220V,發(fā)電廠的輸出功率為P1=7.6×105W,則下列說法中正確的有()A.輸電線上的電流為100AB.用戶獲得的功率為1.5×105WC.降壓變壓器的匝數(shù)比為n3∶n4=380∶11D.若用戶端消耗的功率增大,在發(fā)電廠的輸出電壓不變的情況下,用戶端獲得的電壓減小12.如圖所示,在xOy直角坐標(biāo)系中的第二象限有垂直坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場,第四象限有垂直坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B。直角扇形導(dǎo)線框半徑為L、總電阻為R,在坐標(biāo)平面內(nèi)繞坐標(biāo)原點(diǎn)O以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動周期為T。線框從圖中所示位置開始轉(zhuǎn)動一周的過程中()A.消耗的電功率不變B.在0~T4時間內(nèi),C.感應(yīng)電流的有效值為I=BD.在轉(zhuǎn)動過程中受到的安培力始終不變?nèi)?、非選擇題(本大題共6小題,共60分)13.(6分)為探究變壓器線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系,我們把兩個線圈套在同一閉合的鐵芯上,一個線圈連到學(xué)生電源的輸出端,另一個線圈連到小燈泡上,如圖所示,請回答下列問題:(1)將與燈泡相連的線圈匝數(shù)減少,其余裝置不變繼續(xù)實(shí)驗(yàn),燈泡亮度將(選填“變亮”或“變暗”),這說明燈泡兩端的電壓(選填“變大”或“變小”);

(2)在實(shí)驗(yàn)中,測得變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為120和60,原、副線圈兩端的電壓分別為8.2V和3.6V,據(jù)此可知電壓比與匝數(shù)比不相等,可能原因是。

14.(8分)某學(xué)習(xí)小組在“探究變壓器原、副線圈電壓和匝數(shù)關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中,采用了可拆式變壓器,將原、副線圈套在鐵芯A的兩臂上,鐵芯B安裝在鐵芯A上形成閉合鐵芯,如圖所示。(1)下列說法正確的是;

A.為保證實(shí)驗(yàn)安全,原線圈應(yīng)接低壓直流電源B.電表應(yīng)置于直流電壓擋C.保持原線圈電壓及匝數(shù)不變,改變副線圈的匝數(shù),研究副線圈的匝數(shù)對輸出電壓的影響D.變壓器正常工作后,電能由原線圈通過鐵芯導(dǎo)電輸送到副線圈(2)為了減小渦流的影響,鐵芯應(yīng)該選擇;

A.整塊硅鋼鐵芯B.整塊不銹鋼鐵芯C.絕緣的銅片疊成D.絕緣的硅鋼片疊成(3)該實(shí)驗(yàn)小組認(rèn)真檢查電路無誤后,分別測出相應(yīng)的原、副線圈電壓值。若原、副線圈匝數(shù)分別為n1=240、n2=120,在原線圈兩端依次加上不同的電壓,用多用電表合適的電壓擋分別測量原、副線圈兩端的電壓,數(shù)據(jù)如表所示:利用表格中的數(shù)據(jù)在圖中作出U1-U2圖像,圖像的斜率k=(保留2位有效數(shù)字)。

序號12345原線圈:U1/V2.04.06.08.010.0副線圈:U2/V0.901.822.753.634.5015.(6分)正方形線框abcd在勻強(qiáng)磁場中,繞垂直于磁感線的軸OO'以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,如圖所示。線框邊長為L,匝數(shù)為N,線框的總電阻為r,外電路的電阻為R,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B。求:(1)線框轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值;(2)線框轉(zhuǎn)動過程中,圖中理想電壓表的示數(shù)。16.(8分)一旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)的原理圖如圖甲所示,其線圈固定,磁體在外力的驅(qū)動下繞線圈對稱軸勻速轉(zhuǎn)動,輸出端通過一原、副線圈匝數(shù)比為n∶1的變壓器(視為理想變壓器)向電阻為R的用電器(可視為純電阻)供電,如圖乙所示,理想電壓表的示數(shù)為U2。已知磁體間的磁場為勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,線圈的匝數(shù)為N、面積為S、電阻為r。求:(1)變壓器原線圈所在電路中理想電流表的示數(shù)I1;(2)磁體轉(zhuǎn)動的角速度ω。17.(14分)如圖甲所示為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖,其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸沿圖示方向勻速轉(zhuǎn)動,線圈的匝數(shù)N=100,電阻r=4Ω,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接,電阻R的阻值為R=16Ω,與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表。在t=0時刻,線圈平面與磁場方向平行,穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化。(取π=3.14)求:(1)甲圖中從圖示位置開始計(jì)時,交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢的瞬時值表達(dá)式;(2)電路中交流電壓表的示數(shù);(3)從圖示位置轉(zhuǎn)過90°,通過線圈的電荷量q和電阻R產(chǎn)生的焦耳熱Q。18.(18分)如圖所示,用一小型交流發(fā)電機(jī)向遠(yuǎn)處用戶供電,已知發(fā)電機(jī)線圈abcd的匝數(shù)N=100、面積S=0.03m2,線圈勻速轉(zhuǎn)動的角速度ω=100πrad/s,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2πT,輸電時先用升壓變壓器將電壓升高,到達(dá)用戶區(qū)再用降壓變壓器將電壓降下來后供用戶使用,輸電導(dǎo)線的總電阻為R=10Ω,變壓器都是理想變壓器,降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n3∶n4=10∶1,若用戶區(qū)標(biāo)有“220V8.8kW”的電動機(jī)恰能正常工作,發(fā)電機(jī)線圈電阻r不可忽略。求(1)輸電線路上損耗的電功率ΔP;(2)發(fā)電機(jī)電動勢最大值和升壓變壓器副線圈兩端電壓U2;(3)若升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2=1∶8,交流發(fā)電機(jī)線圈電阻r上的熱功率與輸電線上損耗的電功率之比。答案與解析1.A2.C3.B4.D5.C6.D7.C8.B9.AB10.BC11.AD12.AC1.A由圖像可知,電流的大小周期性變化,方向始終不發(fā)生變化,所以是直流電,電流最大值為0.2A,周期為0.02s,A正確,B、C、D錯誤。2.C在輸送功率不變時,輸電電壓升高到原來的9倍,則輸電電流變?yōu)樵瓉淼?9,若輸電線不變,輸電線上損失的電壓ΔU=Ir,將變?yōu)樵瓉淼?9,選項(xiàng)A錯誤;輸電線上損失的功率ΔP=I2r,因此若輸電線不變,輸電線上損失的功率變?yōu)樵鹊?81,選項(xiàng)B錯誤;如果損失的功率不變,PU2r=P9U2r',r'=81r,相同材料,則電阻率不變,當(dāng)傳輸距離不變時,所需導(dǎo)線橫截面積是原先的181,選項(xiàng)C正確;如果損失的功率不變,3.B從題圖乙可知,電動勢的最大值Em=202V,電動勢的有效值E=Em2=20V,電路中的電流I=ER+r=2A,電壓表V的示數(shù)U=IR=18V,A錯誤;周期T=0.2s,頻率為5Hz,故電路中的電流方向每秒改變10次,B正確;0.1s時,感應(yīng)電動勢最大,穿過線框的磁通量為零,線框與中性面垂直,C錯誤;角速度ω=2πT=10πrad/s,電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=202cos104.D由圖像可知,該交變電流的周期為0.02s,A錯誤;根據(jù)電流的熱效應(yīng)計(jì)算電壓的有效值,有20022V2R×T4+(2002V)2R×T2=U2RT,解得有效值U=1005V,B錯誤;交流電壓表讀數(shù)為交變電流電壓的有效值,所以電壓表讀數(shù)為1005V,C錯誤;只有當(dāng)交流電壓大于或等于啟輝電壓200V時,氖管才能發(fā)光,由圖像可知,一個周期氖管發(fā)光兩次,5.C設(shè)該變壓器的原、副線圈和新繞線圈的匝數(shù)分別為n1、n2、n3,變壓器的原、副線圈和新繞線圈兩端電壓分別為U1、U2、U3,則有U1U3=n1n3,解得該變壓器原線圈匝數(shù)為n1=U1U3·n3=1100,A、B錯誤;同理可得U1U2=n1n2,6.DP不動,P'向下滑動時,自耦變壓器輸入電壓U1不變,根據(jù)U1U2=n1n2,輸出電壓U2不變,A錯誤;輸入電壓U1與匝數(shù)無關(guān),B錯誤;P'不動,P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度時,副線圈匝數(shù)減小,根據(jù)U1U2=n1n2可知副線圈兩端電壓減小,則電流減小,變壓器輸出功率減小,而理想變壓器輸入功率等于輸出功率,則輸入功率減小,原線圈中的電流減小,C錯誤;P順時針轉(zhuǎn)動一個小角度,U2變小,7.C變壓器不改變交流電的頻率,由題圖乙可知,交流電的頻率為f=12×10?2Hz=50Hz,A錯誤;通過R0的電流的最大值為Im=UmR0=102A,B錯誤;通過R0的電流的有效值I=Im2=10A,根據(jù)理想變壓器原、副線圈中的電流與匝數(shù)的關(guān)系可知通過輸電線的電流為I3=n4n3I=10nA,輸電線損失的功率為P=I32r=1000n28.B設(shè)原、副線圈的匝數(shù)比為k,原線圈中的電流為I原,則副線圈中的電流為I副=kI原,U副=kI原R副。原線圈兩端電壓U原=k2I原R副,因?yàn)殡娫措妷旱挠行е岛愣?所以有IR1+k2I(R2+R3)=4R1I+4k2IR2,代入數(shù)據(jù)則有3I+5k2I=12I+4k2I,解得k=3,故選項(xiàng)B正確。導(dǎo)師點(diǎn)睛本題可用等效電阻思想分析。設(shè)n1n2=k,由以上分析,S斷開時有U=IR1+k2I(R2+S閉合時有U=4IR1+4k2IR2解得k=3。9.ABt=0.005s時,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,穿過線框的磁通量最小,線框所在平面平行于磁場,A正確;t=0.010s時,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零,穿過線框的磁通量最大,線框處在中性面位置,B正確;t=0.015s時,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,穿過線框的磁通量最小,C錯誤;感應(yīng)電動勢的瞬時值可表示為e=311sinθ(V),當(dāng)θ=60°時線框平面與磁場的夾角為30°,代入可得電動勢為e=311×32V≈269V,D10.BC當(dāng)滑片P上移時,副線圈電路的電阻變大,副線圈電路電壓不變,所以副線圈中的電流變小,副線圈的輸出功率變小,相應(yīng)的原線圈的輸入功率變小,原線圈中的電流變小,A錯誤,B正確。由于理想整流二極管的作用是半波整流,將副線圈中負(fù)向電壓濾除,所以當(dāng)拿掉二極管后,副線圈中的交流電周期與原來相同,C正確。保持滑片P不動,在一個周期內(nèi),有二極管時R上產(chǎn)生的熱量是無二極管時的12,即I有2RT=12I無2RT,得I有=22I無11.AD根據(jù)P=UI,升壓變壓器原線圈中的電流為I1=P1U1=2000A,所以輸電線上的電流為I2=n1n2I1=100A,A正確;輸電線損失的功率ΔP=I22r=1.5×105W,則用戶獲得的功率P4=P1-ΔP=6.1×105W,B錯誤;升壓變壓器副線圈兩端電壓U2=n2n1U1=7600V,降壓變壓器原線圈兩端電壓U3=U2-I2r=6100V,降壓變壓器的匝數(shù)比為n3n4=U3U4=6100V220V=30511,C錯誤;若用戶端消耗的功率增大12.AC從圖示位置開始計(jì)時,在0~T4時間內(nèi),根據(jù)楞次定律結(jié)合安培定則可知,線框中的感應(yīng)電流沿順時針方向,線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小為E1=12BL2ω,感應(yīng)電流大小為I1=E1R=BL2ω2R;在T4~T2時間內(nèi),線框中的感應(yīng)電流沿逆時針方向,感應(yīng)電動勢大小為E2=12BL2ω,感應(yīng)電流大小為I2=E2R=BL2ω2R;在T2~3T4時間內(nèi),線框中的感應(yīng)電流沿逆時針方向,感應(yīng)電動勢大小為E3=12BL2ω,感應(yīng)電流大小為I3=E3R=BL2ω2R;在3T4~T時間內(nèi),線框中的感應(yīng)電流沿順時針方向,感應(yīng)電動勢大小為E4=12BL2ω,感應(yīng)電流大小為I4=E4R13.答案(1)變暗(2分)變小(2分)(2)漏磁、鐵芯發(fā)熱、導(dǎo)線發(fā)熱等(2分)解析(1)與燈泡相連的副線圈的匝數(shù)n2減少,由U1U2=n1n2得副線圈兩端電壓U(2)由于變壓器不是理想變壓器,電壓比不等于匝數(shù)比的原因可能是漏磁、鐵芯發(fā)熱、導(dǎo)線發(fā)熱等。14.答案(1)C(2分)(2)D(2分)(3)圖見解析(2分)2.2(2分)解析(1)變壓器的工作原理是互感現(xiàn)象,為保證實(shí)驗(yàn)安全,原線圈應(yīng)接低壓交流電源,A錯誤;變壓器使用的是交流電,電表應(yīng)置于交流電壓擋,B錯誤;為了研究副線圈的匝數(shù)對輸出電壓的影響,需要采用控制變量法,保持原線圈電壓及匝數(shù)不變,改變副線圈的匝數(shù),從而研究副線圈的匝數(shù)對輸出電壓的影響,C正確;變壓器正常工作后,電能由原線圈通過鐵芯,利用互感原理將電能輸送到副線圈,D錯誤。選C。(2)為了減小渦流的影響,鐵芯應(yīng)該選擇絕緣的硅鋼片疊成,選D。(3)在坐標(biāo)紙上描繪出相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn),用直線擬合各點(diǎn)跡,使點(diǎn)跡盡量多地分布在直線上,不在直線上的點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè),如圖所示。根據(jù)圖像,直線的斜率為k=125.4≈2.215.答案(1)NBL2ω(2)2R2(R解析(1)感應(yīng)電動勢的最大值Em=NBSω=NBL2ω(2分)(2)轉(zhuǎn)動過程中,電壓表的示數(shù)為有效值U=Um2(1分其中Um=RR+rEm(聯(lián)立可得U=2R2(R+r)NBL216.答案(1)U2nR(2解析(1)副線圈電路電阻R中的電流I2=U2R(1分根據(jù)理想變壓器原、副線圈中電流與匝數(shù)的關(guān)系,可得I1I2=n2n1=電流表的示數(shù)即原線圈中的電流為I1=U2nR(1分(2)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值Em=NBSω(1分)電動勢的有效值E=Em2(1分且有E=U1+I1r(1分)變壓器原線圈兩端電壓U1=nU2(1分)解得磁體轉(zhuǎn)動的角速度ω=2(n2R+17.答案(1)e=200cos100tV(2)802V(3)0.1C12.56J解析(1)由Φ-t圖線可知,磁通量最大值Φm=2.0×10-2Wb(1分)周期T=6.2