2024-2025學(xué)年高中物理第五章交變電流綜合評估含解析新人教版選修3-2

PAGEPAGE10第五章《交變電流》綜合評估時間：90分鐘分值：100分一、選擇題(1－6為單選，每小題4分，7－10為多選，每小題5分，共44分)1.一矩形線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場且位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動．線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變更關(guān)系如圖所示．下列說法中正確的是(D)A．t1時刻穿過線圈的磁通量為零B．t2時刻穿過線圈的磁通量最大C．t3時刻穿過線圈的磁通量的變更率最大D．每當(dāng)e變換方向時，穿過線圈的磁通量都為最大解析：由e－t圖象可知，在t＝0時，線圈中的感應(yīng)電動勢最大，故此時線圈處于如圖所示的位置，穿過線圈的磁通量為零，但磁通量變更得最快，即磁通量的變更率最大．經(jīng)過eq\f(T,4)，到達(dá)t1時刻，線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°，線圈平面與磁場方向垂直(位于中性面)，此時穿過線圈的磁通量最大，但磁通量的變更率等于零，e＝0，選項A錯誤．再經(jīng)過eq\f(T,4)，到達(dá)t2時刻，線圈平面又平行于磁場方向，Φ＝0，但eq\f(ΔΦ,Δt)最大，選項B錯誤．同理，t3時刻，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，選項C錯誤．每當(dāng)e變換方向時，e的瞬時值為零，這時線圈處于中性面，Φ最大，選項D正確．2．處在勻強(qiáng)磁場中的矩形線圈abcd，以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動，磁場方向平行于紙面并與ab邊垂直．在t＝0時刻，線圈平面與紙面重合，如圖所示，線圈的cd邊離開紙面對外運(yùn)動．若規(guī)定沿a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正，則能反映線圈中感應(yīng)電流i隨時間t變更的圖象是(C)解析：線圈在磁場中從題圖位置起先勻速轉(zhuǎn)動時可以產(chǎn)生按余弦規(guī)律變更的溝通電．對于題圖起始時刻，線圈的cd邊離開紙面對外運(yùn)動，速度方向和磁場方向垂直，產(chǎn)生的電動勢的瞬時值最大；用右手定則推斷出電流方向?yàn)槟鏁r針方向，與規(guī)定的正方向相同，所以C對．3．如圖所示，一志向自耦變壓器的線圈AB繞在一圓環(huán)形的閉合鐵芯上，輸入端AB間加一正弦式溝通電壓，在輸出端BP間連接了志向溝通電流表、燈泡和滑動變阻器．移動滑動觸頭P的位置，可變更副線圈的匝數(shù)，變阻器的滑動觸頭標(biāo)記為Q.則(D)A．只將Q向下移動時，燈泡的亮度變大B．只將Q向下移動時，電流表的讀數(shù)變大C．只將P沿順時針方向移動時，電流表的讀數(shù)變大D．只提高輸入端的電壓U時，電流表的讀數(shù)變大解析：將Q向下移動，R增大，電流表讀數(shù)減小，變壓器輸出電壓不變，燈泡兩端電壓不變，燈泡亮度不變，A、B項錯誤；將P順時針轉(zhuǎn)動，副線圈匝數(shù)削減，輸出電壓降低，電流表讀數(shù)減小，C項錯誤；僅提高輸入電壓，則輸出電壓提高，電流表讀數(shù)增大，D項正確．4．如圖表示一溝通電電流隨時間變更的圖象，其中電流的正值為正弦曲線的正半周，其最大值為Im；電流的負(fù)值強(qiáng)度為Im，則該溝通電的有效值為(D)A.eq\f(Im,\r(2)) B.eq\r(2)ImC．Im D.eq\f(\r(3),2)Im解析：依據(jù)有效值的定義，取一個周期T，則Q＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Im,\r(2))))2Req\f(T,2)＋I(xiàn)eq\o\al(2,m)Req\f(T,2)＝I2RT，解得I＝eq\f(\r(3),2)Im，故選D.5．如圖所示電路中，電阻R、電感器L、電容器C并聯(lián)接在某一溝通電源上，三個相同的溝通電流表的示數(shù)相同．若保持電源的電壓不變，而將其頻率增大，則三個電流表的示數(shù)I1、I2、I3的大小關(guān)系是(D)A．I1＝I2＝I3 B．I1>I2>I3C．I2>I1>I3 D．I3>I1>I2解析：交變電流的頻率增大，電感器的阻礙作用增大，I2變??；電容器的阻礙作用減小，I3增大；電阻對交變電流的阻礙作用與頻率無關(guān)，I1不變．故選項D正確．6．遠(yuǎn)距離輸電的原理圖如圖所示，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，電壓分別為U1、U2，電流分別為I1、I2，輸電線上的電阻為R.變壓器為志向變壓器，則下列關(guān)系式中正確的是(D)A.eq\f(I1,I2)＝eq\f(n1,n2) B．I2＝eq\f(U2,R)C．I1U1＝Ieq\o\al(2,2)R D．I1U1＝I2U2解析：由志向變壓器可知eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，選項A錯；I2＝eq\f(UR,R)，而U2＝UR＋U3，故I2＜eq\f(U2,R)，B錯；P入＝P出，即U1I1＝U2I2，而U2≠I2R，C項錯，D項正確．7．如圖所示，變頻交變電源的頻率可在20Hz到20kHz之間調(diào)整，在某一頻率時，L1、L2兩只燈泡的炙熱程度相同．則下列說法中正確的是(BC)A．假如將頻率增大，L1炙熱程度減弱、L2炙熱程度加強(qiáng)B．假如將頻率增大，L1炙熱程度加強(qiáng)、L2炙熱程度減弱C．假如將頻率減小，L1炙熱程度減弱、L2炙熱程度加強(qiáng)D．假如將頻率減小，L1炙熱程度加強(qiáng)、L2炙熱程度減弱解析：某一頻率時，兩只燈泡炙熱程度相同，應(yīng)有兩燈泡消耗的功率相同，頻率增大時，感抗增大，而容抗減小，故通過L1的電流增大，通過L2的電流減小，故B項正確；同理可得C項正確，故選B、C.8.在繞制變壓器時，某人將兩個線圈繞在如圖所示變壓器鐵芯的左右兩個臂上．當(dāng)通以溝通電時，每個線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個線圈，另一半通過中間的臂．已知線圈1、2的匝數(shù)之比n1∶n2＝2∶1.在不接負(fù)載的狀況下(BD)A．當(dāng)線圈1輸入電壓為220V時，線圈2輸出電壓為110VB．當(dāng)線圈1輸入電壓為220V時，線圈2輸出電壓為55VC．當(dāng)線圈2輸入電壓為110V時，線圈1輸出電壓為220VD．當(dāng)線圈2輸入電壓為110V時，線圈1輸出電壓為110V解析：在不考慮原、副線圈內(nèi)電阻的狀況下，變壓器原、副線圈電壓之比(U1/U2)等于原、副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢之比(E1/E2)．當(dāng)給線圈1輸入電壓U1時，eq\f(U1,U2)＝eq\f(E1,E2)＝eq\f(n1\f(ΔΦ1,Δt),n2\f(ΔΦ2,Δt))＝eq\f(n1ΔΦ1,n2ΔΦ2)＝eq\f(2,1)×eq\f(2,1)＝eq\f(4,1).當(dāng)給線圈2輸入電壓U2時，eq\f(U2,U1)＝eq\f(E2,E1)＝eq\f(n2\f(ΔΦ2,Δt),n1\f(ΔΦ1,Δt))＝eq\f(n2ΔΦ2,n1ΔΦ1)＝eq\f(1,2)×eq\f(2,1)＝1.所以選項B、D正確．9．一交變電壓的表達(dá)式為u＝100eq\r(2)sin100πt(V)，由該表達(dá)式可知(AB)A．用電壓表測該電壓時電壓表的示數(shù)為100VB．該交變電壓的周期為0.02sC．將該電壓加在100Ω的電阻兩端，電阻消耗的電功率為50WD．t＝eq\f(1,400)s時，該交變電壓的瞬時值為50V解析：由表達(dá)式u＝100eq\r(2)sin100πt(V)可知該交變電壓的最大值為100eq\r(2)V，角速度ω＝100πrad/s，所以T＝eq\f(2π,ω)＝0.02s，選項B正確；電壓表的示數(shù)為交變電壓的有效值，應(yīng)為U＝eq\f(Um,\r(2))＝100V，選項A正確；將該電壓加在100Ω的電阻兩端，電阻消耗的電功率P＝eq\f(U2,R)＝eq\f(1002,100)W＝100W，選項C錯誤；當(dāng)t＝eq\f(1,400)s時，該交變電壓的瞬時值為u＝100eq\r(2)sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(100π·\f(1,400)))V＝100V，選項D錯誤．10.如圖所示為一志向變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動變阻器的滑片，U1為加在原線圈的電壓，則(ABD)A．保持U1及P的位置不變，K由a合到b時，I1將增大B．保持P的位置及U1不變，K由b合到a時，R消耗功率將減小C．保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大D．保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大解析：K由a合到b，n1減小而U1不變，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知副線圈上電壓增大，負(fù)載R的電流I2增大，P2增大；又由于P1＝P2＝U1I1，故I1增大，A項正確．同理K由b合到a時，P2減小，B項正確．P上滑時，負(fù)載電阻R增大，而U1、U2均不變，由I2＝eq\f(U2,R)可知I2減小，又由于n1、n2均不變，由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知I1將減小，故C項錯誤．當(dāng)U1增大時，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知U2也增大，I2＝eq\f(U2,R)增大，再由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知I1增大，故D項正確．二、填空題(每小題8分，共16分)11.如圖所示，志向變壓器原線圈與10V的溝通電源相連，副線圈并聯(lián)兩個小燈泡a和b，小燈泡a的額定功率為0.3W，正常發(fā)光時電阻為30Ω，已知兩燈泡均正常發(fā)光，流過原線圈的電流為0.09A，可計算出原、副線圈的匝數(shù)比為103，流過燈泡b的電流為0.2_A.解析：副線圈電壓U2＝Ua＝eq\r(PaRa)＝3V，eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(10,3)，Ub＝Ua＝3V，由能量守恒定律得：U1I1＝Pa＋UbIb代入數(shù)據(jù)得：Ib＝0.2A.12.原始的電話機(jī)將聽筒和話筒串聯(lián)成一個電路，當(dāng)自己對著話筒講話時，會從聽筒中聽到自己的聲音，導(dǎo)致聽覺疲憊而影響通話．現(xiàn)代的電話將聽筒電路與話筒電路分開，改進(jìn)的電路原理示意圖如圖所示，圖中線圈Ⅰ與線圈Ⅱ匝數(shù)相等，R0＝1.2kΩ，R＝3.6kΩ，Rx為可變電阻．Rx調(diào)到某一值時，從聽筒中就聽不到話筒傳出的聲音了，這時Rx數(shù)值為1.8_kΩ.解析：當(dāng)Ⅰ、Ⅱ線圈所在回路對稱時，從聽筒中就聽不到話筒發(fā)出的聲音，即Rx與R并聯(lián)后的總電阻與R0相等，即可形成電路對稱，則eq\f(RxR,Rx＋R)＝R0，將R0＝1.2kΩ，R＝3.6kΩ，代入解得Rx＝1.8kΩ.三、計算題(每小題10分，共40分)13.如圖所示，線圈的面積是0.05m2，共100匝，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(1,π)T，當(dāng)線圈以300r/min的轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)時，求：(1)若從線圈的中性面起先計時，寫出線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式．(2)從中性面起先計時，線圈轉(zhuǎn)過eq\f(1,30)s時電動勢瞬時值多大？答案：(1)e＝50sin(10πt)V(2)43.3V解析：(1)n＝300r/min＝5r/s，因?yàn)閺闹行悦嫫鹣绒D(zhuǎn)動，并且求的是瞬時值，故e＝Emsinωt＝NBS·2πnsin(2πnt)＝50sin(10πt)V(2)當(dāng)t＝eq\f(1,30)s時，e＝50sin(10π×eq\f(1,30))V≈43.3V.14．如圖所示，一臺模型發(fā)電機(jī)的電樞是矩形導(dǎo)線框abcd，其ab和cd邊長為L1＝0.4m，ad和bc邊長L2＝0.2m，匝數(shù)為N＝100，它在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.2T的勻強(qiáng)磁場中繞通過線框?qū)ΨQ中心線，且垂直于磁場方向的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)開關(guān)S斷開時，電壓表的示數(shù)為10eq\r(2)V．開關(guān)S閉合時，外電路上標(biāo)有“10V10W”的燈泡恰好正常發(fā)光．求：(1)導(dǎo)線框abcd在磁場中轉(zhuǎn)動的角速度？(2)S閉合后，當(dāng)導(dǎo)線框從圖示位置轉(zhuǎn)過θ＝60°過程中通過燈泡的電荷量．(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案：(1)12.5rad/s(2)5.7×10－2C解析：(1)當(dāng)S斷開，電壓表示數(shù)為10eq\r(2)V，則：Em＝eq\r(2)×10eq\r(2)V＝20V，①而Em＝NBSω，②由①②式可得：ω＝12.5rad/s.③(2)S閉合，“10V10W”燈泡正常發(fā)光，則電路中電流：I＝eq\f(P額,U額)，④而E＝I(R＋r)，⑤線框轉(zhuǎn)過θ＝60°過程中通過燈泡的電荷量：Q＝eq\x\to(I)Δt，⑥而eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)，⑦又eq\x\to(E)＝Neq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(NBS1－cos60°,Δt)，⑧由④⑤⑥⑦⑧式可得：Q≈5.7×10－2C.15．某發(fā)電站的輸出功率為104kW，輸出電壓為4kV，通過志向變壓器升壓后向80km遠(yuǎn)處供電．已知輸電導(dǎo)線的電阻率為ρ＝2.4×10－8Ω·m，導(dǎo)線橫截面積為1.5×10－4m2，輸電線路損失的功率為輸出功率的4%，求：(1)升壓變壓器的輸出電壓；(2)輸電線路上的電壓損失．答案：(1)8×104V(2)3200V解析：(1)輸電線路的電阻為R＝ρeq\f(L,S)＝2.4×10－8×eq\f(2×80000,1.5×10－4)Ω＝25.6Ω輸電線上損失的功率為ΔP＝4%P＝4%×104kW＝400kW由ΔP＝I2R得I＝eq\r(\f(Δ