高中物理人教版2第五章交变电流单元测试 公开课奖

第5章交变电流本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟第Ⅰ卷(选择题共40分)一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1．如图甲至丁是交流电发电过程的示意图，图中只示意了一匝线圈，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接．线圈沿逆时针方向以角速度ω匀速转动，线圈的面积为S，磁场可视为水平向右的匀强磁场，磁感应强度为B，电路的总电阻为R、以下说法中正确的是()A．由甲转到乙的过程中，线圈中的电流方向为A→B→C→D→AB．由丙转到丁的过程中，线圈中的电流方向为A→B→C→D→AC．转到丙位置时，穿过线圈的磁通量为零D．转动一圈的过程中，线圈产生的电能为eq\f(2πωB2S2,R)答案：B解析：A.由甲转到乙的过程中，穿过线圈的磁通量变小，根据楞次定律，可以判断电流方向为A→D→C→B→A；故A错误；B.当线圈由丙转到丁的过程中，通过线圈的磁通量变小，根据楞次定律，可以判断电流方向为A→B→C→D→A；故B正确；C.丙位置时，线圈处于中性面上，此时磁通量最大，故C错误；D.转动一圈过程中，线圈中产生的能量Q＝eq\f(E2,R)T＝eq\f(nBSω2,\r(2)2R)×eq\f(2π,ω)＝eq\f(πn2B2S2ω,R)，故D错误。2．图甲、图乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化，下列说法正确的是()A．图甲表示交流电，图乙表示直流电B．电压的有效值是311VC．电压的有效值图甲大于图乙D．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝220sin100πt(V)答案：C解析：由于两图中表示的电流方向都随时间变化，因此都为交流电，故A错误；两种电压的最大值是311V，有效值要小于311V，故B错误；由于对应相同时刻，图甲电压比图乙电压大，根据有效值的定义可知，图甲有效值要比图乙有效值大，故C正确；从图甲可知，Em＝311V，ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，所以图甲电压的瞬时值表达式为u＝311sin100πt(V)，故D错误。3．如图所示，三只完全相同的灯泡a、b、c分别与盒子Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的三种元件串联，再将三者并联，接在正弦交变电路中，三只灯泡亮度相同。若保持电路两端电压有效值不变，将交变电流的频率增大，观察到灯a变暗、灯b变亮、灯c亮度不变。则三个盒子中的元件可能是()A．Ⅰ为电阻，Ⅱ为电容器，Ⅲ为电感器B．Ⅰ为电感器，Ⅱ为电阻，Ⅲ为电容器C．Ⅰ为电感器，Ⅱ为电容器，Ⅲ为电阻D．Ⅰ为电容器，Ⅱ为电感器，Ⅲ为电阻答案：C解析：当交变电流的频率增大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，由灯a变暗，灯b变亮可知，Ⅱ为电容器，Ⅰ为电感线圈，而电阻与交变电流的频率无关，故Ⅲ为电阻。4．如图甲所示，为一种调光台灯电路示意图，它通过双向可控硅电子器件(不分得电压)实现了无级调节亮度。给该台灯接220V的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压表的示数为()A．220V B．110V\f(220,\r(2))V \f(110,\r(2))V答案：C解析：设交流电的有效值为U，将交流电与直流电分别通过相同电阻R，分析一个周期内热量：交流电Q＝eq\f(\f(Um,\r(2))2,R)·eq\f(T,4)＋eq\f(\f(Um,\r(2))2,R)·eq\f(T,4)直流电Q＝eq\f(U2,R)T解得：U＝eq\f(220,\r(2))V5．如图所示电路中，电源电压u＝311sin100πtV，A、B间接有“220V440W”的电暖宝、“220V220W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝。下列说法正确的是()A．交流电压表的示数为311VB．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3eq\r(2)AC．电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍D．1min内抽油烟机消耗的电能为×104J答案：D解析：由u＝311sin100πtV可知，交变电压的有效值为220V，故交流电压表的示数为220V，选项A错误；由两用电器的额定功率为660W，根据P＝UI可知，保险丝的额定电流应不小于3A，选项B错误；因抽油烟机220W包括热功率及机械功率，故电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍还要多，选项C错误；根据W＝Pt可得1min内抽油烟机消耗的电能为×104J，选项D正确。6．图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n2＝51，电阻R＝20Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电流，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1，S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是()A．输入电压u的表达式u＝20eq\r(2)sin(50πt)VB．只断开S2后，L1、L2均正常发光C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为答案：D解析：由题图知，Um＝20eq\r(2)V，T＝，则ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，输入电压u＝20eq\r(2)sin(100πt)V，故A错；由变压器的变压规律知：eq\f(u1,u2)＝eq\f(n1,n2)，故u2＝eq\f(u1n2,n1)＝eq\f(20×1,5)V＝4V，由题中将S1接1，S2闭合时，灯泡L2正常发光可得，灯泡L2的额定电压为4V，当只断开S2后，副线圈两端电压不变，此时副线圈的负载为L1、L2串联，故L1、L2均不能正常发光，B错；此时P出＝eq\f(u\o\al(2,2),R总)，副线圈负载R总增大，故P出减小，又P入＝P出，故原线圈的输入功率减小，C错误；当S1换接到2后，副线圈的负载仅是电阻R，故P＝eq\f(U\o\al(2,2),R)＝eq\f(42,20)W＝，D正确。7.如图所示，为了减少输电线路中电力损失，发电厂发出的电通常是经过变电所升压后通过远距离输送，再经变电所将高压变为低压。某变电所将电压u0＝11000eq\r(2)sin100πtV的交流电降为220V供居民小区用电，则变电所变压器()A．原、副线圈匝数比为50∶1B．副线圈中电流的频率是50HzC．原线圈的导线比副线圈的要粗D．输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和答案：AB解析：u0＝11000eq\r(2)sin100πtV中的11000eq\r(2)指的是电压的峰值，有效值为11000V，则原、副线圈之间的匝数之比等于两线圈的电压之比，即50∶1，A正确；由ω＝100π可得频率为50Hz，变压器不改变电流的频率，因此，副线圈的频率也是50Hz，B正确；电流与匝数成反比，即原线圈的电流比副线圈电流要小，因此，副线圈的导线要比原线圈粗，C错误；居民小区各个用电器都是并联的，它们的电流总和等于副线圈中的电流，故D错误。8.实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型，正方形线圈(电阻不计)在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动。今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表，并让线圈每秒转25圈，读出电压表的示数为10V。已知R＝10Ω，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是()A．线圈位于图中位置时，线圈中的瞬时电流为零B．从线圈经过中性面开始计时，线圈中电压瞬时值表达式为U＝10sin50πt(V)C．流过电阻R的电流每秒方向改变50次D．电阻R上的热功率等于10W答案：CD解析：电压表的示数是有效值，故电压最大值Um＝10eq\r(2)V。图示位置与中性面垂直，此时产生的感应电流最大，故A错；产生的最大电压Um＝eq\r(2)U＝10eq\r(2)V，ω＝2π×25rad/s＝50πrad/s，从中性面开始计时的瞬时值表达式是U＝Umsinωt＝10eq\r(2)sin50πt(V)，故B错；交变电流在一个周期内方向改变2次，因此流过电阻R的电流每秒钟方向改变50次，故C对；P＝eq\f(U2,R)＝10W，故D正确。9．下图为模拟远距离输电实验电路图，两理想变压器的匝数n1＝n4<n2＝n3，四根模拟输电线的电阻R1、R2、R3、R4的阻值均为R，A1、A2为相同的理想交流电流表，L1、L2为相同的小灯泡，灯丝电阻RL>2R，忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时()A．A1、A2两表的示数相同B．L1、L2两灯泡的亮度相同C．R1消耗的功率小于R3消耗的功率D．R2两端的电压小于R4两端的电压答案：CD解析：高压远距离输电的目的是使输送线路上损失的能量更少，因此必须使A1中的电流比A2中的电流小，即I1<I2；R1和R3消耗的功率分别为P1＝Ieq\o\al(2,1)R1，P3＝Ieq\o\al(2,2)R3，R1＝R3＝R，所以P1<P3；R2、R4两端电压分别是：U2＝I1R2＝I1R，U4＝I2R4＝I2R，所以U2<U4，因此选项A、B错误，C、D正确。10．可调理想变压器原线圈与一台小型发电机相连，副线圈与灯泡L、可调电阻R、平行板电容器C连成如图所示的电路。当副线圈上的滑片P处于图示位置时，灯泡L能发光。要使灯泡变亮，可以采取的方法有()A．增大发动机的转速B．将滑片P向下滑动C．将可调电阻R减小D．减小电容器极板间的距离答案：AD解析：要使灯泡变亮，应使副线圈两端电压增大，由Em＝NBSω知，当增大发动机的转速时，交流电源的电压增大，根据理想变压器工作原理可知，副线圈两端电压也增大，灯泡变亮，故A正确；当滑片P向下滑动时，副线圈匝数减少，根据理想变压器工作原理可知，副线圈两端电压减小，灯泡变暗，故B错误；将可调电阻R减小，副线圈两端电压不变，通过灯泡的电流不变，灯泡亮度不变，故C错误；当减小平行板电容器极板间的距离时，平行板电容器的电容增大，减小了容抗，通过灯泡的电流增大，灯泡变亮，故D正确。第Ⅱ卷(非选择题共60分)二、填空题(共3小题，共18分。把答案直接填在横线上)11．(4分)下图中画出了六种电流随时间变化的图象。这六个图中的电流都随时间t做周期性变化，其中属于交流电的是________，属于正弦交流电的是________。答案：(a)(c)(e)(f)(c)解析：大小、方向周期性变化的电流为交变电流。按正、余弦规律变化的交变电流为正弦交流电。12．(6分)一台理想变压器的原副线圈匝数比为21，原线圈接入20V的正弦交流电，一只理想二极管和一个阻值为10Ω的指示灯串联后接在副线圈上，则指示灯消耗的功率为________。答案：5W解析：由于二极管的单向导电性，通过灯泡的电流为正弦半波电流，其有效值为U＝eq\f(Um,2)＝5eq\r(2)V，所以P＝eq\f(U2,R)＝5W。13．(8分)有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示。它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线。(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，由此可推断________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)。(2)如果把它看成理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有，一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源。请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)。___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________A线圈的匝数为nA＝________。(用所测物理量符号表示)答案：(1)A(2)步骤见解析nA＝eq\f(UA,U)n解析：(1)由图乙可知a位置的阻值大于b位置的阻值，由电阻定律可得A线圈的匝数多于B线圈的匝数。(2)①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈。②把低压电源接B线圈，测得线圈的输出电压U。③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈输出电压UA。nA＝eq\f(UA,U)n三、论述·计算题(共4小题，42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)14．(10分)如图所示为交流发电机示意图，匝数n＝100匝的矩形线圈，边长分别为10cm和20cm，内阻为5Ω，在磁感应强度B＝的匀强磁场中绕OO′轴以50eq\r(2)rad/s的角速度匀速转动，线圈和外部20Ω的电阻R相连接，已知线圈绕OO′轴转动时产生的电动势最大值Em＝NBSω，求：(1)电压表和电流表示数？(2)电阻R上所消耗的电功率是多少？(3)由图示位置转过90°的过程中，通过R的电量是多少？答案：(1)40V,2.0A(2)80W(3)0.04C解析：(1)感应电动势最大值Em＝nBSω＝100××××50eq\r(2)＝50eq\r(2)V有效值：E＝eq\f(Em,\r(2))＝50V电键S合上后，由闭合电路欧姆定律得：I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(50,20＋5)＝2.0A，U＝IR＝2×20＝40V。(2)电阻R上所消耗的电功率P＝IU＝2×40＝80W(3)由图示位置转过90°的过程中，通过R上的电量Q＝eq\x\to(I)Δt＝eq\f(nΔΦ,R＋r)＝eq\f(nBS,R＋r)＝0.04C。15．(10分)某村在较远的地方建立了一座小型水电站，发电机的输出功率为200kW，输出电压为500V，输电导线的总电阻为10Ω，导线上损耗的电功率为16kW，该村的用电电压是220V。(1)输电电路如图所示，求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比；(2)如果该村某工厂用电功率为80kW，则该村还可以接“220V40W”的电灯多少盏？答案：(1)11023011(2)2600解析：(1)因为P损＝Ieq\o\al(2,2)R线所以I2＝eq\r(\f(P损,R线))＝40AI1＝eq\f(P,U1)＝400A则eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1)＝eq\f(1,10)U3＝U2－I2R线＝(500×10－40×10)V＝4600V则eq\f(n3,n4)＝eq\f(U3,U4)＝eq\f(230,11)(2)据降压变压器输入功率等于输出功率有P3＝P4＝184kW灯可以消耗的功率是P灯＝104kW所以还可装灯n＝104000/40＝2600盏。16．(10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＝eq\f(\r(2),π)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，电路如下图。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