2024-2025学年新教材高中物理第3章交变电流与远距离输电测评含解析鲁科版选择性必修第二册

PAGE8-第3章测评(时间:75分钟满分:100分)一、单项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16分,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。1.(2024北京西城期末改编)如图所示,志向变压器的原线圈接在u=2202sin100πtV的沟通电源上,副线圈接有R=55Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为志向电表。下列说法正确的是()A.电流表的读数为1.00AB.电流表的读数为2.00AC.电压表的读数为1102VD.电压表的读数为220V解析原线圈电压有效值U1=220V,依据原副线圈匝数比为2∶1可知次级电压为U2=110V,则电压表的读数为110V,选项C、D错误;依据变压器输入功率等于输出功率,即U1I1=U22R,解得I1=答案A2.(2024四川泸县二中期末)一志向变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2=10∶1,原线圈与正弦交变电源连接,输入电压u随时间t变更的规律如图所示,副线圈只接入一个10Ω的电阻,则()A.流过电阻的电流最大值为2.2AB.与电阻并联的电压表示数为31.1VC.电阻在1.0s内产生的热量为96.8JD.变压器的输入功率约为48.4W解析原线圈电压最大值为311V,有效值为220V,依据U1U2=n1n2可知副线圈电压最大值为31.1V,有效值为22V,所以流过电阻的电流最大值为3.11A,与电阻并联的电压表示数为22V;电阻在1.0s内产生的热量答案D3.(2024山东济南历城区二中检测)如图所示,志向变压器的原线圈接有电压为U的正弦沟通电源,输出电压的有效值恒定。R1和R2为定值电阻,R3为光敏电阻,其阻值随照耀光强度的增大而减小。现增大照耀光强度,则()A.通过原线圈的电流减小B.变压器的输出功率增大C.R1两端的电压减小D.R2消耗的功率增大解析志向变压器输出电压肯定,光照增加,光敏电阻R3阻值减小;副线圈的总电阻减小,依据欧姆定律知,副线圈的电流增大,依据志向变压器电流与匝数的关系可知,通过原线圈电流也增大;故A错误;志向变压器的输出功率P=UI,其中U不变,I变大,故变压器的输出功率变大,故B正确;副线圈电流增大,依据欧姆定律,R1两端电压增大;R2两端电压减小,功率减小,故C、D错误。答案B4.(2024浙江卷)如图所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100kW,发电机的电压U1=250V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220V。已知输电线上损失的功率P线=5kW,假设两个变压器均是志向变压器,下列说法正确的是()A.发电机输出的电流I1=40AB.输电线上的电流I线=625AC.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11D.用户得到的电流I4=455A解析发电机输出的电流为I1=PU1=400A,选项A错误;由P线=I线2R线可得输电线中的电流为25A,选项B错误;升压变压器输出电压U2=PI线=100kW25A=4000V,输电线上损失的电压为U线=I线R线=25×8V=200V,故降压变压器输入电压为3800V,降压变压器匝数比为3800∶220=190∶11,选项C正确;降压变压器输出功率等于输入功率,即P4=P3=(100-答案C二、多项选择题:本题共4小题,每小题6分,共24分,每小题有多项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。5.(2024山西大同联考改编)在匀强磁场中有一不计电阻的矩形线圈,绕垂直磁场的轴匀速运动,产生如图甲所示的正弦交变电流,把该交变电流接在图乙中志向变压器的A、B两端,电压表和电流表均为志向电表,RT为热敏电阻(温度上升时其电阻减小),R为定值电阻。下列说法正确的是()A.在t=0.01s时,穿过该矩形线圈的磁通量的变更率为零B.变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u=362sin50πtVC.RT处温度上升时,由于变压器线圈匝数比不变,所以电压表V1、V2示数的比值不变D.RT处温度上升时,电流表的示数变大,变压器输入功率变大解析由图知当t=0.01s时,u=0,此时穿过该线圈的磁通量最大,穿过线圈的磁通量的变更率为零,故A正确;原线圈接的图甲所示的正弦沟通电,由图知最大电压为362V,周期为0.02s,故角速度是ω=100π,u=362sin100πtV,故B错误;RT处温度上升时,原线圈的电压不变,原、副线圈电压比不变,但是V2不是测量副线圈电压,RT温度上升时,阻值减小,电流增大,则R两端电压增大,所以V2示数减小,则电压表V1、V2示数的比值增大,故C错误;RT温度上升时,阻值减小,电流增大,而输出电压不变,所以变压器输出功率增大,而输入功率等于输出功率,所以输入功率增大,故D正确。答案AD6.(2024江苏苏北四市期末改编)如图甲所示,志向变压器原、副线圈的匝数比为2∶1,电阻R=55Ω,电流表、电压表均为志向电表。原线圈A、B端接入如图乙所示的正弦沟通电压,下列说法正确的是()A.电流表的示数为2.0AB.电压表的示数为155.6VC.副线圈中交变电流的频率为50HzD.穿过原、副线圈磁通量的变更率之比为2∶1解析志向变压器的原线圈接入正弦沟通电,由u-t图像读其最大值为U1max=2202V,可知有效值为U1=U1max2=220V,依据志向变压器的电压比等于匝数比,可得副线圈两端的电压为U2=n2n1U1=2202V=110V,由欧姆定律可知流过电阻的电流I2=U2R=2A,所以,电流表的示数为2A,电压表的示数为110V,故A正确、B错误;因交变电流的周期为0.02s,频率为50Hz,变压器不变更交变电流的频率,则副线圈的交变电流的频率也为50Hz,故C正确;依据答案AC7.(2024湖南长沙一中月考)志向变压器与电阻R及沟通电流表、沟通电压表按图甲所示方式连接,已知变压器原副线圈的匝数比为n1∶n2=10∶1,电阻R=11Ω,原线圈两端输入电压U随时间变更的图像如图乙所示,下列说法中正确的是()A.电压表的读数为220VB.通过R的电流为2AC.电流表的读数为2AD.变压器的输入功率为44W解析由原线圈两端输入电压U随时间变更的图像可知,U1=220V,T=0.02s,依据原副线圈的电压比等于匝数之比可知U2=110U1=22V,所以电压表的示数为22V,故A错误;依据欧姆定律得:I=U2R=2A,故B正确,C错误;副线圈功率P2=I2U2=44W,所以变压器的输入功率P1=P答案BD8.(2024湖南省师大附中月考)如图所示,志向变压器为降压变压器,原线圈通过灯泡L1与正弦式沟通电源相连,副线圈通过导线与两个相同的灯泡L2和L3相连,起先时开关S处于断开状态。当S闭合后,全部灯泡都能发光,下列说法中正确的是()A.灯泡L1和L2中的电流有效值可能相等B.灯泡L2两端的电压变小C.灯泡L1变亮,灯泡L2的亮度不变D.电源的输出功率不变解析当S接通后,依据I1n1=I2n2可知,因为是降压变压器,则n1>n2,则I1<I2,I1等于灯泡L1的电流,I2是灯泡L2和L3的电流之和,则灯泡L1和L2中的电流有效值可能相等,选项A正确;当S闭合后,电阻变小,输出功率变大,则输出电流变大,变压器的输入功率等于输出功率,所以变压器的输入功率变大,输入电流变大,灯泡L1的电压增大(功率变大,则灯泡L1变亮),原线圈电压减小,匝数不变,故副线圈电压减小,灯泡L2两端的电压变小(功率变小,则L2变暗),故B正确,C错误;当S闭合后,变压器的输入电流变大,所以电源的输出功率变大,故D错误。答案AB三、非选择题:共60分。考生依据要求作答。9.(4分)如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速,绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示,则曲线a表示的交变电动势频率为Hz,曲线b表示的交变电动势有效值为V。

解析频率为周期的倒数,a的周期为0.04s,频率为25Hz;正弦式交变电流的电动势的有效值为E=Em2=NBSω2,已知Ea=152V,且ωb=23ωa,故可知Eb答案255210.(4分)如图所示,变压器原线圈匝数n1=800,副线圈匝数n2=200,灯泡A标有“10V2W”,电动机D的线圈电阻为1Ω,将交变电流u=1002sin100πtV加到志向变压器原线圈两端,灯泡恰能正常发光,则副线圈两端电压为V(有效值),电动机D的电功率为W。

解析原线圈两端电压(有效值)U1=10022V=100V,由变压器变压比规律U1U2=n1n2知,副线圈两端电压U2=n2n1U1=25V;电动机两端电压UD=U2-UA=15V,通过电动机的电流I=I答案25311.(5分)某同学选用匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”试验,变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12V的低压(选填“沟通电源”或“直流电源”);先保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,视察到副线圈两端的电压(选填“增大”“减小”或“不变”);然后再保持副线圈的匝数不变,增加原线圈的匝数,视察到副线圈两端的电压(选填“增大”“减小”或“不变”)。

解析变压器的工作原理是互感现象,故原线圈两端所接的电源应是电压为12V的低压沟通电源;依据变压比公式U1U2=n1n2,保持原线圈的匝数不变,增加副线圈的匝数,答案沟通电源增大减小12.(7分)如图是自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图,转轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮。电枢线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦式交变电流,给车头灯供电。已知自行车车轮半径r=35cm,摩擦小轮半径r0=1.00cm,线圈匝数n=800匝,线圈横截面积S=20cm2,总电阻R1=40Ω,旋转磁极的磁感应强度B=0.01T,车头灯电阻R2=10Ω。当车轮转动的角速度ω=8rad/s时,发电机磁极转动的角速度为rad/s,车头灯中电流的有效值为mA。

解析磁极与摩擦小轮转动的角速度相等,由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动,故有ω0r0=ωr,则ω0=ωrr0=280rad/s。摩擦小轮带动磁极转动,线圈产生的感应电动势的最大值为Em=nBSω=4.48V,感应电动势的有效值E=22Em=3.2V,通过车头灯电流的有效值I=ER1+答案2806413.(10分)一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动,线圈匝数n=100匝,穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变更,如图所示。发电机内阻r=5.0Ω,外电路电阻R=95Ω。已知感应电动势的最大值Em=nωΦm,其中Φm为穿过每匝线圈磁通量的最大值。求串联在外电路中的沟通电流表(内阻不计)的读数。解析从Φ-t图像可以看出Φm=1.0×10-2Wb,T=3.14×10-2s,已知Em=nωΦm,又ω=2πT,故电路中电流最大值Im=EmR+r=n·2π·Φ答案1.4A14.(12分)如图所示,沟通发电机电动势的有效值E=20V,内阻不计,它通过一个R=6Ω的指示灯连接在降压变压器的输入端,变压器输出端并联24只彩色小灯泡,每只灯泡都标有“6V0.25W”,灯泡都能正常发光,导线电阻不计。求:(1)降压变压器初、次级线圈匝数之比;(2)发电机的输出功率。(计算结果保留三位有效数字)解析(1)每只彩色小灯泡的额定电流IL=PU次级线圈总电流I2=24IL,变压器输入功率P入=I1U1=I2U2,变压器初级线圈所连的电路中,由欧姆定律可得E=U1+I1R,由志向变压器的公式可得n1将E=20V代入以上式子可解得n1(2)发电机的输出功率P出=I1E,代入数据可解得P出=6.67W。答案(1)3∶1(2)6.67W15.(18分)如图甲所示,在铁芯上围着两个线圈A和C,线圈A两端接一电源,线圈C两端接一阻值为10Ω的电阻R。已知线圈A的匝数为11;线圈C的电阻为5Ω,匝数为7,横截面积为0.3m2。(1)若A接的是一电动势为11V的电池组,则电阻R两端的电压等于多少?(2)若A接某电源(电源上端为正极)使铁芯中的磁感应强度B随时间变更如图乙所示,求电阻R两端的电压值并指出流经电阻R的电流方向。(3)求(2)中t