階段驗收評價（三） 交變電流與遠(yuǎn)距離輸電

階段驗收評價（三）交變電流與遠(yuǎn)距離輸電(本試卷滿分：100分)一、單項選擇題(本題共8小題，每小題3分，共24分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的)1．下列關(guān)于交變電流的說法正確的是()A．若交變電流的峰值為5A，則它的最小值是－5AB．用交流電流表測交變電流時，指針來回擺動C．我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用的交變電流頻率為50Hz，故電流方向每秒改變50次D．正弦交變電流的峰值為20A，則有效值為10eq\r(2)A解析：選D電流的負(fù)值表示電流方向與原來方向相反，不表示大小，A項錯誤；交流電流表測交變電流時，指針不會來回擺動，B項錯誤；我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用的交變電流，周期為0.02s，交流電方向一個周期改變兩次，所以每秒改變100次，C項錯誤；由I＝eq\f(Im,\r(2))得有效值為10eq\r(2)A，D項正確。2．有一單匝閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中，線圈中的最大磁通量為Φm，最大感應(yīng)電動勢為Em，下列說法中正確的是()A．當(dāng)磁通量為零時，感應(yīng)電動勢也為零B．當(dāng)磁通量減小時，感應(yīng)電動勢也減小C．當(dāng)磁通量等于0.5Φm時，感應(yīng)電動勢為0.5EmD．角速度ω＝eq\f(Em,Φm)解析：選D由交變電流的產(chǎn)生原理可知，感應(yīng)電動勢與磁通量的變化率有關(guān)，與磁通量的大小無關(guān)。磁通量最大時，感應(yīng)電動勢為零；而磁通量為零時，感應(yīng)電動勢最大且Em＝BSω＝Φmω，則D正確，A、B錯誤。當(dāng)磁通量等于0.5Φm時，線圈平面和磁場方向夾角為30°或150°，此時感應(yīng)電動勢的大小e＝BSωsin60°＝eq\f(\r(3),2)Em，C錯誤。3．理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為5∶1，正常工作時，下列說法不正確的是()A．穿過原、副線圈的磁通量相等，且每一匝線圈磁通量的變化率相等B．原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動勢瞬時值之比為5∶1C．原、副線圈的電壓之比為5∶1D．原、副線圈的輸入、輸出功率之比為1∶1解析：選B對理想變壓器，無磁通量損失，因而穿過原、副線圈的磁通量相等，磁通量變化率也相等，因而每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等，所以電壓與匝數(shù)成正比，A、C正確，B錯誤；理想變壓器可以忽略各種損耗，故輸入功率等于輸出功率，D正確。4.如圖所示，電壓互感器、電流互感器可看成理想變壓器，已知電壓互感器原、副線圈匝數(shù)比是1000∶1，電流互感器原、副線圈匝數(shù)比是1∶200，電壓表讀數(shù)為200V，電流表讀數(shù)為1.5A，則交流電路輸送電能的功率是()A．3×102W B．6×104WC．3×105W D．6×107W解析：選D根據(jù)eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)，解得U1＝1000×200V＝2×105V；根據(jù)I1n1＝I2n2，解得I1＝300A；所以輸送電能的功率P＝I1U1＝6×107W。選項D正確。5．有人改裝了一輛自行車，他在后車輪上裝上了一個小型發(fā)電機，想看電視時，就騎在自行車上不停地蹬車，可供電視、照明用電。該發(fā)電機原理如圖所示，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，放置一個有固定轉(zhuǎn)軸的發(fā)電輪，發(fā)電輪平面與磁場方向垂直，發(fā)電輪半徑為r，輪軸和輪緣為兩個輸出電極，該發(fā)電機接一理想變壓器后，再給電視和照明系統(tǒng)供電，則下列說法正確的是()A．當(dāng)人蹬車的速度增大時，變壓器副線圈兩端的電壓降低B．當(dāng)人蹬車的速度增大時，變壓器副線圈兩端的電壓不變C．電視和照明系統(tǒng)的總功率與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速無關(guān)D．電視和照明系統(tǒng)的總功率隨發(fā)電機轉(zhuǎn)速的增大而增大解析：選D轉(zhuǎn)輪發(fā)電機的電動勢為E＝eq\f(1,2)Br2ω，當(dāng)人蹬車的速度增大時，角速度增大，電動勢增大，變壓器原線圈兩端的電壓、副線圈兩端的電壓都增大，電視和照明系統(tǒng)的總功率增大，D正確。6．如圖，利用理想變壓器進行遠(yuǎn)距離輸電，發(fā)電廠的輸出電壓恒定，輸電線路的電阻不變，當(dāng)用電高峰到來時()A．輸電線上損耗的功率減小B．電壓表V1的示數(shù)減小，電流表A1的示數(shù)增大C．電壓表V2的示數(shù)增大，電流表A2的示數(shù)減小D．用戶消耗的功率與發(fā)電廠輸出功率的比值減小解析：選D設(shè)輸電線的電阻為R，當(dāng)用電高峰到來時，用戶消耗的功率變大，則電流表A2示數(shù)變大，輸電線上的電流變大，輸電線上損耗的功率變大，選項A錯誤；電流表A1示數(shù)增大，因為發(fā)電廠的輸出電壓恒定，則升壓變壓器的次級線圈兩端電壓不變，即電壓表V1的示數(shù)不變，選項B錯誤；輸電線上的電壓損失ΔU變大，故降壓變壓器的初級線圈兩端電壓減小，降壓變壓器次級線圈兩端電壓也減小，即電壓表V2的示數(shù)減小，選項C錯誤；用戶消耗的功率占發(fā)電廠輸出總功率的比例為eq\f(P－P損,P)＝1－eq\f(I12R,U1I1)＝1－eq\f(ΔU,U1)，因為輸電線上的電壓損失增大，升壓變壓器的次級線圈兩端電壓U1不變，所以用戶消耗的功率占發(fā)電廠輸出總功率的比例減小，故D正確。7．如圖所示，接于理想變壓器的四個燈泡規(guī)格相同，且全部正常發(fā)光，則這三個線圈的匝數(shù)比n1∶n2∶n3應(yīng)為()A．1∶2∶3B．2∶3∶1C．3∶2∶1D．2∶1∶3解析：選C由于所有燈泡規(guī)格相同，且都正常發(fā)光，則eq\f(U2,U3)＝eq\f(n2,n3)＝eq\f(2U,U)＝eq\f(2,1)，式中U為燈泡的額定電壓，設(shè)I為燈泡的額定電流，由理想變壓器的功率關(guān)系P1＝P2＋P3，U1I＝U2I＋U3I＝2UI＋UI＝3UI，所以U1＝3U，則eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(3U,2U)＝eq\f(3,2)，由此得n1∶n2∶n3＝3∶2∶1。8.如圖所示區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場，磁場的邊界由x軸和y＝2sineq\f(π,2)x(0≤x≤2m)曲線圍成，現(xiàn)把一邊長l＝2m的正方形單匝線框以水平速度v＝10m/s勻速地拉過該磁場區(qū)，磁場區(qū)的磁感應(yīng)強度為0.4T，線框電阻R＝0.5Ω，不計一切摩擦阻力，則()A．水平拉力F的最大值為8NB．拉力F的最大功率為12.8WC．拉力F要做25.6J的功才能讓線框通過此磁場區(qū)D．拉力F要做12.8J的功才能讓線框通過此磁場區(qū)解析：選C線框通過磁場區(qū)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流為正弦式電流，穿過磁場區(qū)的時間為eq\f(2l,v)＝0.4s，感應(yīng)電動勢最大值為Em＝Blv＝8V，有效值為4eq\r(2)V，感應(yīng)電流最大值為16A，有效值為8eq\r(2)A，則水平拉力最大值為Fm＝BIml＝12.8N，選項A錯誤；拉力的最大功率為Pm＝Fmv＝128W，選項B錯誤；線框勻速通過，拉力做的功等于焦耳熱，Q＝I2Rt＝25.6J，選項C正確，選項D錯誤。二、多項選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分。在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分)9．如圖所示為遠(yuǎn)距離高壓輸電的示意圖，關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電，下列表述正確的是()A．增大輸電導(dǎo)線的橫截面積有利于減少輸電過程中的電能損失B．高壓輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗的C．在輸電電壓一定時，輸送的電功率越大，輸電過程中的電能損失越小D．高壓輸電必須綜合考慮各種因素，不一定是輸電電壓越高越好解析：選ABD根據(jù)遠(yuǎn)距離輸電原理可知，輸電線路上的功率損失ΔP＝I2R線，而R線＝ρeq\f(L,S)，增大輸電導(dǎo)線的橫截面積，可以減小輸電線路的電阻，從而減小輸電線上的功率損失，選項A正確；根據(jù)P＝UI可知，在輸電功率一定的情況下，輸電電壓U越大，則輸電電流越小，功率損失越小，選項B正確；若輸電電壓一定，輸電功率越大，則輸電電流I越大，輸電線路上損失的電功率越大，選項C錯誤；輸電電壓越高，對于安全和技術(shù)的要求越高，因此并不是輸電電壓越高越好，選項D正確。10.寒冷的冬季，人們常用電熱毯取暖。某電熱毯的電路原理圖如圖所示，溫控器為理想二極管(具有單向?qū)щ娦?，電源電壓u＝311sin100πt(V)。當(dāng)開關(guān)S閉合時，電熱絲的電功率為P0。則()A．開關(guān)閉合，電路中電流的頻率為100HzB．開關(guān)閉合，交流電壓表的讀數(shù)為220VC．開關(guān)斷開，電熱絲的電功率為0.5P0D．開關(guān)斷開，電熱絲的電功率為0.25P0解析：選BC由題可知ω＝100πrad/s，所以電流頻率為f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，故A錯誤；開關(guān)閉合，電壓表的示數(shù)即為輸入電壓的有效值，為U＝eq\f(311,\r(2))V＝220V，故B正確；開關(guān)斷開時，由于二極管的單向?qū)щ娦?，只有方向向右的電流能夠通過二極管輸入變壓器，使變壓器的輸入功率減為原來的一半，所以電熱絲的電功率也變?yōu)樵瓉淼囊话?，?.5P0，故C正確，D錯誤。11.如圖所示，理想自耦變壓器在鐵芯上只繞一個線圈，閉合開關(guān)S，可以改變原線圈的匝數(shù)。a和b兩個接線柱將線圈三等分，開關(guān)接a時，電壓表的讀數(shù)為Ua，電流表的讀數(shù)為Ia，電阻R消耗的電功率為Pa；開關(guān)接b時，電壓表的讀數(shù)為Ub，電流表的讀數(shù)為Ib，電阻R消耗的電功率為Pb，則()A.eq\f(Ua,Ub)＝eq\f(1,2) B.eq\f(Ua,Ub)＝eq\f(1,3)C.eq\f(Pa,Pb)＝eq\f(1,4) D.eq\f(Ia,Ib)＝eq\f(1,3)解析：選AC設(shè)線圈的總匝數(shù)為n，由于a、b兩個接線柱將線圈等分為三份，所以開關(guān)接a時，原線圈的匝數(shù)為eq\f(2,3)n，開關(guān)接b時，原線圈匝數(shù)為eq\f(1,3)n，根據(jù)變壓器的電壓比等于匝數(shù)比可得Ua＝eq\f(3,2)U，Ub＝3U，則eq\f(Ua,Ub)＝eq\f(1,2)，故A正確，B錯誤；根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得Ia＝eq\f(Ua,R)＝eq\f(3U,2R)，Ib＝eq\f(Ub,R)＝eq\f(3U,R)，則有eq\f(Ia,Ib)＝eq\f(1,2)，而Pa＝UaIa，Pb＝UbIb，所以eq\f(Pa,Pb)＝eq\f(UaIa,UbIb)＝eq\f(1,4)，故C正確，D錯誤。12．如圖所示，一理想變壓器輸入端接交流恒壓源，輸出端電路由R1、R2、R3三個電阻構(gòu)成。將該變壓器原、副線圈的匝數(shù)比由5∶1改為10∶1后()A．流經(jīng)R1的電流減小到原來的eq\f(1,4)B．R2兩端的電壓增加到原來的2倍C．R3兩端的電壓減小到原來的eq\f(1,2)D．電阻上總的熱功率減小到原來的eq\f(1,4)解析：選CD變壓器原、副線圈的匝數(shù)比由5∶1改為10∶1，則副線圈的輸出電壓減小為原來的eq\f(1,2)，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知，流經(jīng)R1的電流減小到原來的eq\f(1,2)，故A錯誤；根據(jù)串、并聯(lián)電路規(guī)律可知，R2兩端的電壓減小到原來的eq\f(1,2)，故B錯誤；同理，R3兩端的電壓減小到原來的eq\f(1,2)，故C正確；副線圈所在電路總電阻不變，根據(jù)功率公式P＝eq\f(U2,R)可知，總功率減小到原來的eq\f(1,4)，故D正確。三、非選擇題(本題共6小題，共60分)13．(6分)在“探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系”的實驗中，某同學(xué)做了如下實驗：(1)當(dāng)副線圈開路時副線圈無電流，原線圈也沒有電流，故燈泡L亮嗎？(2)當(dāng)開關(guān)S1、S2、S3順次閉合后，燈泡L亮度是否變化？若變化，試說明變化情況。解析：(1)副線圈開路時燈泡L不亮。(2)當(dāng)開關(guān)S1、S2、S3順次閉合后，燈泡L亮度變化且越來越亮。答案：見解析14.(8分)有一個教學(xué)用的可拆變壓器，如圖所示，它有兩個外觀基本相同的線圈A和B，線圈外部還可以繞線。(1)某同學(xué)用多用電表的歐姆擋測量了A、B線圈的電阻值，發(fā)現(xiàn)B線圈電阻約為A線圈電阻的3倍，則可推斷________線圈的匝數(shù)多。(選填“A”或“B”)(2)如果把它看作理想變壓器，現(xiàn)要測量A、B線圈的匝數(shù)，提供的器材有：一根足夠長的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和一只低壓交流電源(輸出電壓的有效值不變)?，F(xiàn)采用如下方法進行測量。請補充實驗步驟，完成A、B線圈匝數(shù)的測量(需要測量的物理量請用字母表示，并說明其含義)。①將絕緣導(dǎo)線一端與A線圈上方接線柱相連，順著原來的繞制方向在變壓器的鐵芯上再繞制n匝線圈；②將絕緣導(dǎo)線的另一端和A線圈下方接線柱分別與低壓交流電源兩端相連接；③用多用電表的交流電壓擋先后測量低壓交流電源兩端的電壓U0和B線圈的輸出電壓U；④__________________________________________________________________；⑤拆除電路并整理器材。A、B線圈的匝數(shù)nA和nB的表達式為nA＝________，nB＝________。解析：(1)根據(jù)電阻定律知，導(dǎo)線越長，電阻越大，故B線圈匝數(shù)多。(2)結(jié)合上下步驟知，④為用多用電表的交流電壓擋測量A線圈兩端的電壓U1。根據(jù)變壓器原、副線圈電壓比等于匝數(shù)比，有eq\f(U1,U0－U1)＝eq\f(nA,n)，eq\f(U,U0)＝eq\f(nB,n＋nA)，聯(lián)立解得A線圈的匝數(shù)nA＝eq\f(nU1,U0－U1)，B線圈的匝數(shù)nB＝eq\f(nU,U0－U1)。答案：(1)B(2)④用多用電表的交流電壓擋測量A線圈兩端的電壓U1⑤eq\f(nU1,U0－U1)eq\f(nU,U0－U1)15．(8分)如圖所示，矩形線框匝數(shù)N＝250匝，ab＝12cm，ad＝10cm，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B＝eq\f(2,π)T，線框繞垂直于磁場方向的軸以120r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動。線框通過滑環(huán)與外電路相連，外電路接有R＝12Ω的電阻和一個發(fā)光電壓與熄滅電壓都為12V的氖泡L。其他電阻不計。(1)當(dāng)開關(guān)S接e時，線框中電流為多少？電阻R的熱功率為多大？(2)當(dāng)開關(guān)S接f時，氖泡的閃光頻率為多大？通電10min，氖泡發(fā)光的總時間為多少？解析：(1)S接e時，電流表的讀數(shù)為I＝eq\f(Im,\r(2))＝eq\f(NBSω,\r(2)R)＝eq\f(250×\f(2,π)×0.12×0.1×2π×\f(120,60),\r(2)×12)A＝eq\r(2)AR的熱功率為P＝I2R＝(eq\r(2))2×12W＝24W。(2)S接f時，從中性面開始計時，線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝NBSωsinωt＝24sin4πt(V)根據(jù)正弦曲線的變化規(guī)律，可知在交變電流的一個周期T內(nèi)，氖泡發(fā)光2次，又氖泡的發(fā)光電壓與熄滅電壓都為12V，可得每次發(fā)光時間為eq\f(T,3)因T＝eq\f(1,2)s，故氖泡的發(fā)光頻率為4Hz通電10min，氖泡發(fā)光的總時間為t＝10×60×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,3)×\f(1,2)))s＝400s。答案：(1)eq\r(2)A24W(2)4Hz400s16．(8分)如圖所示，間距為L的光滑平行金屬導(dǎo)軌，水平放置在豎直向下的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，導(dǎo)軌一端接有阻值為R的電阻。一有效電阻為r、質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒放置在導(dǎo)軌上，在外力F作用下從t＝0時刻開始運動，其速度隨時間的變化規(guī)律為v＝vmsinωt，不計導(dǎo)軌電阻。求：(1)從t＝0到t＝eq\f(2π,ω)時間內(nèi)電阻R產(chǎn)生的熱量；(2)從t＝0到t＝eq\f(2π,ω)時間內(nèi)外力F所做的功。解析：(1)導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的電動勢為e＝BLvmsinωt，回路中產(chǎn)生正弦交流電，電動勢有效值為E＝eq\f(BLvm,\r(2))，在0～eq\f(2π,ω)時間內(nèi)，電阻R產(chǎn)生的熱量QR＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(E,R＋r)))2R·eq\f(2π,ω)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(BLvm,R＋r)))2eq\f(πR,ω)。(2)導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的熱量Qr＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(BLvm,R＋r)))2eq\f(πr,ω)由功能關(guān)系得，外力F所做的功等于導(dǎo)體棒與電阻R上產(chǎn)生熱量之和，故WF＝QR＋Qr＝eq\f(B2L2vm2π,ωR＋r)。答案：(1)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(BLvm,R＋r)))2eq\f(πR,ω)(2)eq\f(B2L2vm2π,ωR＋r)17．(14分)某發(fā)電廠通過兩條輸電線向遠(yuǎn)處的用電設(shè)備供電。當(dāng)發(fā)電廠輸出的功率為P0時，純電阻用電設(shè)備消耗的功率為P1。若發(fā)電廠用一臺升壓變壓器T1先把電壓升高，仍通過原來的輸電線供電，到達用電設(shè)備所在地，再通過一臺降壓變壓器T2把電壓降到低于用電設(shè)備的額定電壓后，供用電設(shè)備使用，如圖所示。這樣改動后，當(dāng)發(fā)電廠輸出的功率仍為P0時，用電設(shè)備可獲得的功率增加至P2。試求所用升壓變壓器T1的原線圈與副線圈的匝數(shù)比eq\f(N1,N2)以及降壓變壓器T2的原線圈與副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)各為多少？解析：設(shè)發(fā)電廠的輸出電流為I0，輸電線的電阻為R，用電設(shè)備的電阻為r，沒有變壓器時，輸電線上消耗的電功率為PR1＝P0－P1＝I02R ①用電設(shè)備消耗的功率為P1＝I02r ②用了變壓器后，輸電線上消耗的電功率為PR2＝P0－P2＝I2R ③(式中I是輸電導(dǎo)線上的電流，也是升壓變壓器副線圈和降壓變壓器原線圈上的電流)由①和③式可得I＝I0eq\r(\f(P0－P2,P0－P1)) ④所以eq\f(N1,N2)＝eq\f(I,I0)＝eq\r(\f(P0－P2,P0－P1))此時用電設(shè)備消耗的功率為P2＝I′2r ⑤聯(lián)立②⑤式得I′＝I0eq\r(\f(P2,P1)) ⑥由④式和⑥式得eq\f(n1,n2)＝eq\f(I′,I)＝eq\r(\f(P2,P1)·\f(P0－P1,P0－P2))。答案：eq\r(\f(P0－P2,P0－P1))eq\r(\f(P2,P1)·\f(P0－P1,P0－P2))18．(16分)如圖甲所示，兩個長為l、寬為L的矩形單匝導(dǎo)體線框abcd、a′b′c′d′互相垂直，彼此絕緣，可繞共同的中心軸O1O2轉(zhuǎn)動，將兩線框的始端并在一起接到金屬滑環(huán)C上，末端并在一起接到金屬滑環(huán)D上，兩金屬滑環(huán)C、D彼此絕緣，并分別通過一個電刷與定值電阻R相連。線框處于磁鐵和圓柱形鐵芯之間的磁場中，磁場邊緣之間所夾的圓心角為45°，如圖乙所示(圖中的圓表示圓柱形鐵芯，它使磁鐵和鐵芯之間的磁場沿半徑方向，如圖箭頭所示)。不論線框轉(zhuǎn)到磁場中的什么位置，磁場的方