高中物理 第五章 交变电流单元质量评估 -2

1、学必求其心得，业必贵于专精第五章 交变电流单元质量评估(二） (90分钟100分)一、不定项选择题(本大题共10小题，每小题4分，共40分。每小题至少一个选项正确)1.(2017天津高考)在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属线圈,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化.设线圈总电阻为2，则（）a.t=0时,线圈平面平行于磁感线b。t=1s时，线圈中的电流改变方向c。t=1.5s时，线圈中的感应电动势最大d。一个周期内,线圈产生的热量为82j【解析】选a、d。t=0时,磁通量为零,线圈平面平行于磁感线,故a正确;每经过一次中性面（线圈平面垂直于磁感线,磁通

2、量有最大值）电流的方向改变一次,t=1 s时磁通量为零,线圈平面平行于磁感线,故b错误;t=1.5 s时,磁通量有最大值,但磁通量的变化率为零(=0）,根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为零，故c错误;感应电动势最大值em=nbs=nm=4v，有效值e=2v,一个周期内线圈产生的热量q=t=82j,故d正确。【补偿训练】如图所示,一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交变电动势的图象如图,则(）a.交变电流的频率是4hzb。当t=0时,线圈平面与磁感线平行c.当t=0.5s时,e有最大值d。交流电的周期是0。5 s【解析】选d.由图象可得交流电的周期是0。5s，则交变电流的频率是2

3、hz,故a错、d对；当t=0时,电动势有最小值,故线圈平面与磁感线垂直,b项错；当t=0。125s或t=0.375s时,e有最大值，故c项错.2。如图甲所示,矩形线圈abcd在匀强磁场中逆时针匀速转动时,线圈中产生的交变电流如图乙所示，设沿abcda方向为电流正方向,则()a.乙图中oa时间段对应甲图中a至b图的过程b.乙图中c时刻对应甲图中的c图c.若乙图中d等于0。02s，则1s内电流的方向改变了50次d.若乙图中b等于0.02s,则交流电的频率为50hz【解析】选a。由交变电流的产生原理可知,甲图中的a、c两图中线圈所在的平面为中性面,线圈在中性面时电流为零，再经过个周期电流达到最大值,

4、再由楞次定律判断出电流的方向,因此甲图中a至b图的过程电流为正,且从零逐渐增大到最大值,a对；甲图中的c图对应的电流为零,b错;每经过中性面一次线圈中的电流方向就要改变一次，所以一个周期内电流方向要改变两次,所以在乙图中对应od段等于交变电流的一个周期，若已知d等于0.02s,则频率为50hz，1s内电流的方向将改变100次，c错;若乙图中b等于0.02s，则交流电的频率应该为25hz，d错。3.(2017杭州高二检测)关于变压器的工作原理,以下说法正确的是()a。通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变b。穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等c.穿过副线圈磁通量的变化使副线圈产生感应电动

5、势d。原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈【解析】选c。通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的,由于面积s不变，故磁通量变化,a错误;因铁芯是闭合的，没有漏磁,原、副线圈的磁通量总相等,故b错误；由于通过副线圈的磁通量发生变化，根据法拉第电磁感应定律,在副线圈上产生感应电动势,故c正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈中的电能，原、副线圈通过磁场联系在一起,故d错误.【补偿训练】把直流电源接到变压器的原线圈上,变压器却不能改变直流电压.其原因是（）a。没有磁通量通过原线圈b。没有磁通量通过副线圈c。通过原、副线圈的磁通量没有变化d.通过原、副线圈的磁通量不相等【解析】选c.直流电的磁

6、场是不变的，所以通过原、副线圈的磁通量就不变,也就没有在副线圈上产生感应电动势,故c选项正确。4。（2016全国卷)如图,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压u为灯泡额定电压的10倍时,两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是(）a.原、副线圈匝数之比为91b.原、副线圈匝数之比为19c。此时a和b的电功率之比为91d。此时a和b的电功率之比为19【解析】选a、d。设灯泡的额定电压为u0，两灯均能正常发光，所以原线圈输出端电压为u1=9u0,副线圈两端电压为u2=u0，故=,=，a正确，b错误;根据公式=可得=，由于小灯泡两端的电压相等,所以根据公式p=ui可得两者的电

7、功率之比为19，c错误、d正确。【补偿训练】如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n2=41，原线圈回路中的电阻a与副线圈回路中的电阻b阻值相等，a、b两端加一定的交变电压u后两电阻消耗的功率之比papb为（）a.41b.14c.161d。116【解析】选d。设电路中通过a、b的电流分别为ia、ib，有iaib=n2n1=14，故papb=116。5.（2016全国卷)一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻r1、r2和r3的阻值分别为3、1和4, 为理想交流电流表，u为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定.当开关s断开时，电流表的示数为i；当s闭合时,电流表的示数为4i。该变压器原、副

8、线圈匝数比为(）a.2b。3c.4d。5【解析】选b。设变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，当开关s断开时,电流表的示数为i，副线圈电流为i,因此有（uir1）i=(）2i2(r2+r3)；当s闭合时，电流表的示数为4i,同理有（u-4ir1)4i=(）2(4i）2r2,联立解得原、副线圈匝数比为3，故选b。【补偿训练】如图甲、乙所示,从某一装置中输出的电流既有交流成分,又有直流成分,现要把交流成分输送给下一级,有关甲、乙图的说法正确的是（）a。应选用甲图电路,其中c的电容要大b.应选用甲图电路,其中c的电容要小c。应选用乙图电路,其中c的电容要大d.应选用乙图电路,其中c的电容要小【解析】

9、选c.电容器在电路中起到“隔直流,通交流的作用，应选乙图电路.要使交流成分都顺利通过电容器而输送到下一级,则电容器的容抗要小,故电容要大.6.如图甲所示,一个理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2=61,副线圈两端接三条支路，每条支路上都接有一只灯泡,电路中l为电感线圈,c为电容器，r为定值电阻.当原线圈两端接有如图乙所示的交流电时,三只灯泡都能发光.如果加在原线圈两端的交流电的最大值保持不变，而将其频率变为原来的2倍,则对于交流电的频率改变之后与改变前相比,下列说法中正确的是()a.副线圈两端的电压有效值均为216 vb.副线圈两端的电压有效值均为6 vc.灯泡变亮d.灯泡变亮【解析】选b、d

10、。由图乙知原线圈两端电压有效值为36v,根据=得u2=6v，a错、b对;将频率增大，感抗增大，容抗减小，c错、d对。7.（2017湖州高二检测）某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电。若发电厂输出电压为u1，输电导线总电阻为r，在某一时段用户需求的电功率为p0,用户的用电器正常工作的电压为u2。在满足用户正常用电的情况下,下列说法正确的是（)a。输电线上损耗的功率为b.输电线上损耗的功率为c。若要减少输电线上损耗的功率可以采用更高的电压输电d.采用更高的电压输电会降低输电的效率【解析】选c.设发电厂输出功率为p，则输电线上损耗的功率p=p-p0,p=i2r=,a、b项

11、错误；采用更高的电压输电，可以减小导线上的电流,故可以减少输电线上损耗的功率,c项正确；采用更高的电压输电，输电线上损耗的功率减少，则发电厂输出的总功率减少,故可提高输电的效率,d项错误。8.(2017江苏高考)某音响电路的简化电路图如图所示,输入信号既有高频成分,也有低频成分，则（）a。电感l1的作用是通高频b。电容c2的作用是通高频c.扬声器甲用于输出高频成分d.扬声器乙用于输出高频成分【解析】选b、d.电感是阻高频，通低频，电容器是通高频，阻低频，所以a项错误，b项正确；电感l1的作用是通低频,甲输出低频成分，c项错误；同理判断扬声器乙用于输出高频成分，d项正确。9。如图所示,l1和l2

12、是输电线，甲是电压互感器，乙是电流互感器,若已知甲的变压比为5001，乙的变流比为2001，并且已知加在电压表两端的电压为220v，通过电流表的电流为5a，则输电线的输送功率为(）a.1.1102wb。1。1104wc.1。1106wd。1。1108w【解析】选d.根据理想变压器的原、副线圈电压比=可知，输电线上的电压u1=1.1105v。再根据理想变压器的原、副线圈电流比=可知,输电线上的电流i1=1。0103a，由功率公式得p=u1i1=1.1108w，故选项d正确。10.（2014新课标全国卷）如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源,

13、一个二极管和阻值为r的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为uab和ucd,则()a.uabucd=n1n2b。增大负载电阻的阻值r,电流表的读数变小c。负载电阻的阻值越小，cd间的电压ucd越大d。将二极管短路，电流表的读数加倍【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析：(1)理解二极管的单向导电性。（2)分析变压器原、副线圈电压、电流与匝数的关系。【解析】选b、d。若变压器原线圈电压为uab，则副线圈电压为u2=uab.由于二极管的单向导电性使得ucd=u2，故=,a错误；增大负载电阻的阻值r,则变压器副

14、线圈电流减小，原线圈电流也减小，即电流表的读数变小,b正确;cd间的电压由变压器的原线圈电压决定，与负载电阻无关,c错误；将二极管短路时，ucd=u2，副线圈电流会加倍，所以原线圈电流也加倍,故d正确.二、实验题(本大题共2小题，共15分)11.（5分)(2017嘉兴高二检测）为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上,副线圈连接相同的灯泡l1、l2，电路中分别接了理想交流电压表v1、v2和理想交流电流表a1、a2,导线电阻不计,如图所示。当开关s闭合后，（1)a1示数，a1与a2示数的比值.（2)v2示数,v1与v2示数的比值。【解析】开关s闭合后

15、,变压器副线圈的负载电阻减小,v2不变，由欧姆定律可得a2示数变大,由于匝数比不变，a1示数变大。由于理想变压器原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，则副线圈电压不变,v2示数不变，v1与v2示数的比值不变,又因为变压器为理想变压器,则p2=p1,所以a1与a2示数的比值不变.答案：(1)变大不变（2)不变不变12。（10分)实验室为方便学生实验准备了一些可拆变压器,其中有一个变压器有三个线圈,匝数分别是1 100匝、60匝、45匝,实验室备有220v的交流电源,但某实验小组需要3v的交流电压，试探究能否利用已有的变压器全部或部分线圈及220v交流电源满足该实验小组的需要，若能请画出线圈连

16、接示意图.【解析】设原线圈匝数为n1,副线圈匝数为n2，由题意可知应满足=,即用已知线圈组成一个大倍数(几十倍）的降压变压器，可考虑用1 100匝线圈当原线圈，把60匝或45匝线圈当作副线圈,此时有,所以可考虑用1 100匝线圈与60匝线圈串联当原线圈，45匝的线圈为副线圈,也可以用1 100匝线圈与45匝线圈串联当原线圈，但由于,所以以上设想都不符合要求，所以应该考虑保持n1=1 100匝不变，减小n2的办法，即利用60匝线圈和45匝线圈磁通量抵消的办法(如图所示），副线圈匝数相当于（60-45)匝,此时恰好满足=的关系,即满足了题目要求。答案:见解析三、计算题（本大题共4小题,共45分。要

17、有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位）13.（8分)如图所示,一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220v的市电上，向额定电压为1.80104v的霓虹灯供电，使它正常发光。为了安全,需在原线圈回路中接入熔断器,使副线圈电路中电流超过12ma时,熔丝就熔断。（1）熔丝的熔断电流是多大？(2）当副线圈电路中电流为10ma时,变压器的输入功率是多大?【解析】（1)根据理想变压器的特点,有i1u1=i2u2（2分)当i2=12ma时，i1即为熔断电流，代入数据得i1=0。98a。(2分)（2)副线圈中电流为i2=10ma,变压器的输入功率为p1，则有p1=i2u2。（2分)代入数据

18、得p1=180w.（2分）答案:（1)0.98a（2)180w14。(10分）（2017丽水高二检测）某发电站的输出功率为104kw，输出电压为4kv,通过理想变压器升压后向80km远处的用户供电。已知输电线的电阻率为=2.4108m,导线横截面积为1。5104m2,输电线路损失的功率为输出功率的4%.求：（1)升压变压器的输出电压.（2)输电线路上的电压损失.【解析】（1）导线电阻r=25。6(3分)输电线路上损失的功率为输出功率的4,则4%p=i2r（1分）代入数据得i=125a(1分）由理想变压器p入=p出及p=ui得输出电压u=v=8104v（3分)(2)输电线路上的电压损失u=ir=

19、12525。6v=3.2103v(2分）答案:(1)8104v（2）3。2103v【总结提升】远距离输电的电压损失和功率损失（1)分析电压损失时注意u和u的区别:u是输电电压，u是输电线上损失的电压.（2)交流输电时,高中阶段计算中,可将输电线看作纯电阻电路，u=ir、p=i2r =ui等公式都成立。15。（12分）交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴oo匀速转动。一小型发电机的线圈共220匝,线圈面积s=0.05m2，线圈转动的频率为50hz，线圈内阻不计,磁场的磁感应强度b=t。如果用此发电机带动两个标有“220v11kw”的电机正常工作,需在发电机的输出端a、b与电机之间接一个理想变压器，电路如图。求：（1)发电机的输出电压为多少?（2)变压器原副线圈的匝数比为多少？（3）与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少?【