2024秋新教材高中物理階段驗收評價三交變電流粵教版選擇性必修第二冊

階段驗收評價（三）交變電流(本試卷滿分：100分)一、單項選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28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.如圖所示是一正弦式交變電流的電流隨時間變更的圖像。由圖可知，這個電流的()A．最大值為5A，變更周期為0.02sB．最大值為5A，變更周期為0.01sC．有效值為5A，變更周期為0.02sD．有效值為5A，變更周期為0.01s解析：選A從題圖中可知該溝通電的最大值為5A，因為是正弦式交變電流，所以有效值為i＝eq\f(im,\r(2))＝eq\f(5\r(2),2)A，變更周期為0.02s。故A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，最大感應電動勢為Em，下列說法中正確的是()A．當磁通量為零時，感應電動勢也為零B．當磁通量減小時，感應電動勢也減小C．當磁通量等于0.5Φm時，感應電動勢為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，感應電動勢與磁通量的變更率有關(guān)，與磁通量的大小無關(guān)。磁通量最大時，感應電動勢為零；而磁通量為零時，感應電動勢最大且Em＝BSω＝Φmω，則D正確，A、B錯誤。當磁通量等于0.5Φm時，線圈平面和磁場方向夾角為30°或150°，此時感應電動勢的大小e＝BSωsin60°＝eq\f(\r(3),2)Em，C錯誤。3．志向變壓器原、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更率相等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對志向變壓器，無磁通量損失，因而穿過原、副線圈的磁通量相等，磁通量變更率也相等，因而每匝線圈產(chǎn)生的感應電動勢相等，所以電壓與匝數(shù)成正比，A、C正確，B錯誤；志向變壓器可以忽視各種損耗，故輸入功率等于輸出功率，D正確。4．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)電機接一志向變壓器后，再給電視和照明系統(tǒng)供電，則下列說法正確的是()A．當人蹬車的速度增大時，變壓器副線圈兩端的電壓降低B．當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。5．如圖，利用志向變壓器進行遠距離輸電，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。6．如圖所示，接于志向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應為()A．1∶2∶3B．2∶3∶1C．3∶2∶1D．2∶1∶3解析：選C由于全部燈泡規(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，由志向變壓器的功率關(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。7．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，感應電動勢最大值為Em＝Blv＝8V，有效值為4eq\r(2)V，感應電流最大值為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，拉力做的功等于產(chǎn)生的焦耳熱，Q＝I2Rt＝25.6J，選項C正確，選項D錯誤。二、多項選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18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6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分)8．如圖所示，MN和PQ為兩光滑的電阻不計的水平金屬導軌，N、Q接志向變壓器，志向變壓器的輸出端接電阻元件R、電容器元件C，導軌上垂直放置一金屬棒ab。今在水平導軌部分加一豎直向上的勻強磁場，則下列說法中正確的是(IR、IC均為有效值)()A．若ab棒勻速運動，則IR≠0，IC＝0B．若ab棒勻速運動，則IR＝0，IC＝0C．若ab棒在某一中心位置兩側(cè)往復運動，則IR≠0，IC≠0D．若ab棒勻加速運動，則IR≠0，IC＝0解析：選BCDab棒勻速切割磁感線時產(chǎn)生恒定電動勢，原線圈兩端電壓不變，故副線圈中電流為0，A錯誤，B正確；若ab棒在某一中心位置兩側(cè)往復運動，原線圈兩端有變更的電壓，副線圈兩端產(chǎn)生變更的電壓，電容器進行充、放電，C正確；當ab勻加速運動時，產(chǎn)生的電動勢勻稱增加，原線圈中電流勻稱增加，產(chǎn)生的磁場勻稱增加，副線圈中產(chǎn)生穩(wěn)定的感應電動勢，副線圈兩端電壓不變，因而IC＝0，D正確。9．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，溫控器為志向二極管(具有單向?qū)щ娦?，電源電壓u＝311sin100πt(V)。當開關(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，溝通電壓表的讀數(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)樵瓉淼囊话耄?.5P0，故C正確，D錯誤。10.如圖所示，志向自耦變壓器在鐵芯上只繞一個線圈，閉合開關(guān)S，可以變更原線圈的匝數(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，依據(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；依據(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。三、非選擇題(本題共5小題，共54分)11．(7分)在“探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系”的試驗中，某同學做了如下試驗：(1)當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)當開關(guān)S1、S2、S3順次閉合后，燈泡L亮度是否變更？若變更，試說明變更狀況。解析：(1)副線圈開路時燈泡L不亮。(2)當開關(guān)S1、S2、S3順次閉合后，燈泡L亮度變更且越來越亮。答案：見解析12.(9分)有一個教學用的可拆變壓器，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)某同學用多用電表的歐姆擋測量了A、B線圈的電阻值，發(fā)覺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)假如把它看作志向變壓器，現(xiàn)要測量A、B線圈的匝數(shù)，供應的器材有：一根足夠長的絕緣導線、一只多用電表和一只低壓溝通電源(輸出電壓的有效值不變)。現(xiàn)采納如下方法進行測量。請補充試驗步驟，完成A、B線圈匝數(shù)的測量(須要測量的物理量請用字母表示，并說明其含義)。①將絕緣導線一端與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將絕緣導線的另一端和A線圈下方接線柱分別與低壓溝通電源兩端相連接；③用多用電表的溝通電壓擋先后測量低壓溝通電源兩端的電壓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)依據(jù)電阻定律知，導線越長，電阻越大，故B線圈匝數(shù)多。(2)結(jié)合上下步驟知，④為用多用電表的溝通電壓擋測量A線圈兩端的電壓U1。依據(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用多用電表的溝通電壓擋測量A線圈兩端的電壓U1⑤eq\f(nU1,U0－U1)eq\f(nU,U0－U1)13．(11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)當開關(guān)S接e時，電流表的讀數(shù)為多少？電阻R的熱功率為多大？(2)當開關(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，從中性面起先計時，線框產(chǎn)生的感應電動勢為E＝NBSωsinωt＝24sin4πt(V)依據(jù)正弦曲線的變更規(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)4Hz400s14．(12分)如圖甲所示，一固定的矩形導體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的勻稱分布的磁場。已知線圈的匝數(shù)n＝100，電阻r＝1.0Ω，所圍成的矩形的面積S＝0.040m2；小燈泡的電阻R＝9.0Ω。磁場的磁感應強度隨時間變更的規(guī)律如圖乙所示。線圈中產(chǎn)生的感應電動勢瞬時值的表達式為e＝nBmSeq\f(2π,T)coseq\f(2π,T)t，其中Bm為磁感應強度的最大值，T為磁場變更的周期。不計燈絲電阻隨溫度的變更，求：(1)線圈中產(chǎn)生感應電動勢的最大值。(2)小燈泡消耗的電功率。(3)在磁感應強度變更的0～eq\f(T,4)時間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量。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由感應電動勢瞬時值的表達式可知，感應電動勢的最大值Em＝nBmSeq\f(2π,T)＝8.0V。(2)電動勢的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))＝4eq\r(2)V由I＝eq\f(E,R＋r)，PR＝I2R可求得小燈泡消耗的電功率PR＝2.88W。(3)由eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)，eq\x\to(E)＝neq\f(BmS,\f(T,4))q＝eq\x\to(I)·eq\f(T,4)可求得在磁感應強度變更的0～eq\f(T,4)時間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量q＝4.0×10－3C。答案：(1)8.0V(2)2.88W(3)4.0×10－3C15．(15分)如圖甲所示，兩個長為l、寬為L的矩形單匝導體線框abcd、a′b′c′d′相互垂直，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，磁場的方向總是與線框平面平行。磁場中長為l的線框邊所在處的磁感應強度大小恒為B，設(shè)兩線框的總電阻均為r，以相同的角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動，通過電刷跟C、D相連的定值電阻R＝2r。(1)求線框abcd轉(zhuǎn)到圖乙位置時感應電動勢的大小；(2)求轉(zhuǎn)動過程中電阻R上的電壓最大值；(3)從線框