【創(chuàng)新設計】高中物理教科版選修3-2-章末檢測-第二章

章末檢測(時間：90分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共6小題，每小題5分，共30分．在每小題給出的四個選項中，只有一個選項符合要求，選對的得5分，選錯或不答的得0分)1．中心電視臺《焦點訪談》多次報道某些邊遠落后農(nóng)村電價過高，農(nóng)夫負擔過重，其中客觀緣由是電網(wǎng)陳舊老化，近來進行農(nóng)村電網(wǎng)改造，為削減遠距離輸電的損耗從而降低電費價格，可實行的措施有()A．提高輸送功率B．應用超導體材料做輸電線C．提高高壓輸電的電壓D．減小輸電導線的橫截面積答案C解析電路中損失的功率P＝I2R，可見，要削減遠距離輸電的損耗，一是可以減小輸電線的電阻，如增加輸電導線的橫截面積，或換用導電性能好的材料，但目前超導材料還沒有能進入大規(guī)模有用階段，B、D不正確；二是減小輸電電流，即提高高壓輸電的電壓，C正確；提高輸送功率，損失也相應增加，不能達到目的，A錯．2．某電池充電器的工作原理可以簡化為抱負變壓器．假如正常工作時輸入電壓為220V，輸出電壓為4.2V，輸出電流為0.65A，則()A．原線圈的輸入電流約為0.20AB．原線圈的輸入電流約為0.10AC．原、副線圈的匝數(shù)比約為52∶1D．原、副線圈的匝數(shù)比約為1∶52答案C解析本題聯(lián)系生活中常用的充電器的工作原理，考查變壓器的原理和應用．依據(jù)變壓器的原理設原線圈的輸入電壓和輸入電流分別為U1、I1，副線圈的輸出電壓和輸出電流分別為U2、I2，依據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可以得到原、副線圈的匝數(shù)比約為52∶1，又依據(jù)I1U1＝I2U2可得I1＝eq\f(U2,U1)I2，原線圈的輸入電流約為0.01A，所以C正確、A、B、D錯誤．3．某溝通發(fā)電機給燈泡供電，產(chǎn)生正弦式交變電流的圖像如圖1所示，下列說法中正確的是()圖1A．交變電流的頻率為0.02HzB．交變電流的瞬時表達式為i＝5cos(50πt)AC．在t＝0.01s時，穿過溝通發(fā)電機線圈的磁通量最大D．若發(fā)電機線圈電阻為0.4Ω，則其產(chǎn)生的熱功率為5W答案D解析由圖像知，溝通電的周期為0.02s，故頻率為50Hz，A錯；轉動的角速度ω＝eq\f(2π,T)＝100π，故電流瞬時表達式為i＝5cos(100πt)A，B錯；t＝0.01s時，電流最大，此時線圈磁通量應為0，C錯；溝通電電流的有效值I＝eq\f(Im,\r(2))＝eq\f(5,\r(2))A，故P＝I2R＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(5,\r(2))))eq\s\up12(2)×0.4W＝5W，故D正確．4．如圖2所示是磁電式電流表的結構圖和磁場分布圖，若磁極與圓柱間的磁場都是沿半徑方向，且磁場有抱負的邊界，線圈經(jīng)過有磁場的位置處磁感應強度大小相等．某同學用此種電流表中的線圈和磁體做成發(fā)電機使用，讓線圈勻速轉動，若從圖中水平位置開頭計時，取起始電流方向為正方向，表示產(chǎn)生的電流隨時間變化關系的下列圖像中正確的是()圖2解析由于線圈在磁場中切割磁感線，切割速度方向總是與磁場方向垂直，磁感應強度B、導線有效長度L和導線切割速率v等都不變化，由E＝BLv，可知產(chǎn)生的感應電動勢大小不變，感應電流大小不變．依據(jù)右手定則，電流方向做周期性變化，C正確．答案C5．如圖3所示，電路中有四個完全相同的燈泡，額定電壓均為U，額定功率均為P，變壓器為抱負變壓器，現(xiàn)在四個燈泡都正常發(fā)光，則變壓器的匝數(shù)比n1∶n2和電源電壓U1分別為()圖3A．1∶22UB．1∶24UC．2∶14UD．2∶12U答案C解析設燈泡正常發(fā)光時，額定電流為I0.由題圖可知，原線圈中電流強度I原＝I0，副線圈中兩燈并聯(lián)，副線圈中電流強度I副＝2I0，U副＝U，依據(jù)抱負變壓器的基本規(guī)律：I原n1＝I副n2得n1∶n2＝2∶1；U原/U副＝n1/n2得U原＝2U，所以U1＝4U.6．如圖4所示電路，電阻R1與電阻R2阻值相同，都為R，和R1并聯(lián)的D為抱負二極管(正向電阻可看做零，反向電阻可看做無窮大)，在A、B間加一正弦交變電流u＝20eq\r(2)sin(100πt)V，則加在R2上的電壓的有效值為()圖4A．10VB．20VC．15VD．5eq\r(10)V答案D解析依據(jù)電壓有效值的定義可知：eq\f(（20V）2,R)×eq\f(T,2)＋eq\f(（10V）2,R)×eq\f(T,2)＝eq\f(U2,R)×T，解得加在R2上電壓的有效值U＝5eq\r(10)V，D正確．二、多項選擇題(本大題共4小題，每小題6分，共24分．在每小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6分，選對但不全得3分，有選錯或不答的得0分)7．某發(fā)電站接受高壓輸電向外輸送電能．若輸送的總功率為P0，輸電電壓為U，輸電導線的總電阻為R線．則下列說法正確的是()A．輸電線上的電流I＝eq\f(U,R)B．輸電線上的電流I＝eq\f(P0,U)C．輸電線上損失的功率P＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P0,U)))eq\s\up12(2)·R線D．輸電線上損失的功率P＝eq\f(U2,R線)答案BC解析輸電線上的電流I線＝eq\f(P0,U)＝eq\f(U線,R)，故A錯誤，B正確；輸電線上的功率損失P＝Ieq\o\al(2,線)R線＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P0,U)))eq\s\up12(2)R＝eq\f(Ueq\o\al(2,線),R)，故C正確，D錯誤．8．如圖5甲所示，一個抱負變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1∶n2＝6∶1，副線圈兩端接三條支路，每條支路上都接有一只燈泡，電路中L為電感線圈、C為電容器、R為定值電阻．當原線圈兩端接有如圖乙所示的交變電流時，三只燈泡都能發(fā)光．假如加在原線圈兩端的交變電流的最大值保持不變，而將其頻率變?yōu)樵瓉淼?倍，則對于交變電流的頻率轉變之后與轉變前相比，下列說法中正確的是()圖5A．副線圈兩端電壓的有效值均為216VB．副線圈兩端電壓的有效值均為6VC．燈泡Ⅰ變亮D．燈泡Ⅲ變亮答案BD解析依據(jù)變壓器的變壓比公式U1∶U2＝n1∶n2可知，副線圈兩端電壓的有效值U2＝6V，A錯誤，B正確；由于電感線圈有“通低頻、通直流，阻高頻”的作用，所以當交變電流的頻率增大時，通過燈泡Ⅱ的電流減小，燈泡Ⅱ變暗，燈泡Ⅰ亮度不變，C錯誤；由于電容器有“通溝通、隔直流、通高頻、阻低頻”的作用，所以當交變電流的頻率增大時，通過燈泡Ⅲ的電流增大，燈泡Ⅲ變亮，D正確．9．如圖6所示為一抱負變壓器，原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶n，副線圈接有一個定值電阻R，則()圖6A．若ab之間接電動勢為U的蓄電池，則R中的電流為eq\f(nU,R)B．若ab之間接電動勢為U的蓄電池，則原、副線圈中的電流均為零C．若ab之間接電壓為U的溝通電，則原線圈中的電流為eq\f(n2U,R)D．若ab之間接電壓為U的溝通電，則副線圈中的電流為eq\f(nU,R)答案CD解析蓄電池的電動勢恒定，若a、b間接電動勢為U的蓄電池，在變壓器的鐵芯中不能產(chǎn)生變化的磁場，不能在副線圈中產(chǎn)生感應電動勢，副線圈中無電流，但原線圈中電流不為零．故A、B錯；若a、b間接電壓為U的溝通電，副線圈兩端的電壓為nU，電流為eq\f(nU,R)，由I1∶I2＝n2∶n1得：I1＝eq\f(n2U,R)，故C、D均對．10．如圖7所示，面積為S、匝數(shù)為N、電阻為r的線圈與阻值為R的電阻構成閉合回路，抱負溝通電壓表并聯(lián)在電阻R的兩端．線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中，繞垂直于磁場的轉動軸以角速度ω勻速轉動．設線圈轉動到圖示位置的時刻t＝0.則()圖7A．在t＝0時刻，線圈處于中性面，流過電阻R的電流為0，電壓表的讀數(shù)也為0B．1秒鐘內(nèi)流過電阻R的電流方向轉變eq\f(ω,π)次C．在電阻R的兩端再并聯(lián)一只電阻后，電壓表的讀數(shù)將減小D．在電阻R的兩端再并聯(lián)一只電容較大的電容器后，電壓表的讀數(shù)不變答案BC解析圖示位置為中性面，但由于產(chǎn)生的是正弦溝通電，故流過電阻的電流和電壓表的讀數(shù)都為其有效值，不是0，故A錯；線圈每轉過一圈，電流方向轉變2次，故1秒內(nèi)電流方向轉變的次數(shù)為2f＝2×eq\f(ω,2π)＝eq\f(ω,π)，B正確；R兩端再并聯(lián)電阻時，干路電流增大，路端電壓減小，故電壓表讀數(shù)減小，C正確；并上電容后，由于電路與交變電源相連，電容反復充電放電，該支路有電流通過，故電壓表的讀數(shù)也減小，D錯誤．三、填空題(本題共10分)11．(4分)有一抱負變壓器原、副線圈匝數(shù)分別為1320匝、144匝，將原線圈接在220V的溝通電壓上，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)生的自感電動勢的最大值，即eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(ΔΦ,Δt)))eq\s\do7(m)＝eq\f(Em,n)＝eq\f(220\r(2),1320)Wb/s＝eq\f(\r(2),6)Wb/s.12．(6分)如圖8所示，抱負變壓器原線圈與一10V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________，流過燈泡b的電流為________A.圖8答案10∶30.2解析副線圈兩端電壓U2等于小燈泡a兩端電壓Ua，由Pa＝eq\f(Ueq\o\al(2,a),Ra)得，Ua＝3V，則原、副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(10,3)；流過燈泡a的電流Ia＝eq\f(Ua,Ra)＝0.1A又eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1)＝eq\f(I2,0.09)，得I2＝0.3A．流過燈泡b的電流Ib＝I2－Ia＝0.3A－0.1A＝0.2A.四、解答題(本題共4小題，共36分．解答應寫出必要的文字說明，只寫出最終答案的不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必需明確寫出數(shù)值和單位)13．(8分)溝通發(fā)電機的原理如圖9甲所示，閉合的矩形線圈放在勻強磁場中，繞OO′軸勻速轉動，在線圈中產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖像如圖乙所示，已知線圈的電阻為R＝2.0Ω，求：圖9(1)通過線圈導線的任一個橫截面的電流的最大值是多少？(2)矩形線圈轉動的周期是多少？(3)線圈電阻上產(chǎn)生的電熱功率是多少？(4)保持線圈勻速轉動，1min內(nèi)外力對線圈做的功是多少？答案(1)2A(2)4×10－3s(3)4W(4)240J解析(1)由題圖知，Im＝2A.(2)T＝4×10－3s.(3)電流有效值I＝Im/eq\r(2)，電阻上產(chǎn)生的電熱功率P＝I2R＝eq\f(Ieq\o\al(2,m),2)R＝4W.(4)外力對線圈做功，其他形式的能轉化為電能再轉化為內(nèi)能，1min內(nèi)外力對線圈做的功W＝Pt＝240J.14．(8分)如圖10所示，抱負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，繞過鐵芯的導線所接的電壓表V的示數(shù)U＝2V．求：圖10(1)原線圈n1等于多少匝？(2)當開關S斷開時，電流表A2的示數(shù)I2＝5A．則電流表A1的示數(shù)I1為多少？(3)當開關S閉合時，電流表A1的示數(shù)I1′等于多少？答案(1)1650匝(2)eq\f(1,3)A(3)eq\f(2,3)A解析(1)由電壓與變壓器匝數(shù)的關系可得：U1/n1＝U2/n2＝U，則n1＝1650匝．(2)當開關S斷開時，有：U1I1＝U2I2，I1＝U2I2/U1＝eq\f(1,3)A(3)當開關S斷開時，有：R1＝U2/I2＝44Ω.當開關S閉合時，設副線圈總電阻為R′，有R′＝RL/2＝22Ω，副線圈中的總電流為I2′＝U2/R′＝10A．由U1I1′＝U2I2′可知，I1′＝U2I2′/U1＝eq\f(2,3)A.15．(10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，若變壓器輸入電壓仍為6600V，區(qū)間輸電線線路不變，為了使家用電器正常工作，需換用區(qū)間變壓器，則此變壓器的匝數(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，輸送電壓U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(6,165)×6600V＝240V，則由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總,U用)＝eq\f(440×250,220)A＝500A．線路損失電壓U線′＝I′R線＝50V，變壓器輸出電壓U2′＝U用＋U線′＝220V＋50V＝270V．變壓器匝數(shù)之比為n1∶n2＝U1∶U2′＝6600∶270＝220∶9.16．(10分)風能將成為21世紀大規(guī)模開發(fā)的一種可再生清潔能源．風力發(fā)電機是將風能(氣流的動能)轉化為電能的裝置，如圖11所示，其主要部件包括風輪機、齒輪箱、發(fā)電機等．圖11(1)利用總電阻R＝10Ω的線路向外輸送風力發(fā)電機產(chǎn)生的電能．輸送功率P0＝300kW，輸出電壓U＝10kW，求導線上損失的功率與輸送功率的比值；(2)風輪機葉片旋轉所掃過的面積為風力發(fā)電機可接受風能的面積．設空氣密度為ρ，氣流速度為v，風輪機葉片長度為r，求單位時間內(nèi)流向風輪機的最大風