2024高中物理第五章交变电流章末质量评估含解析新人教版选修3-2

PAGE10-章末质量评估（二）（时间：90分钟分值：100分）一、单项选择题（本题共10小题，每小题3分，共30分.在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求）1.对于志向变压器，下列说法中不正确的是（）A.原线圈的输入功率随着副线圈输出功率的增大而增大B.原线圈的输入电流随着副线圈输出电流的增大而增大C.副线圈的输出电压随负载电阻的增大而增大D.原、副线圈两端的电压与它们的匝数成正比解析：对于志向变压器，输入功率等于输出功率，输入功率由输出功率确定，输入电流由输出电流确定，输入电压确定输出电压，输出电压不随负载电阻的变更而变更，故A、B、D正确，C错误.答案：C2.如图所示是一交变电流的i-t图象，则该沟通电流的有效值为（）A.4A B.eq\f(2\r(30),3)AC.eq\f(8,3)A D.2eq\r(2)A解析：设沟通电流的有效值为I，周期为T，电阻为R，则I2RT＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(2),2)×4))eq\s\up12(2)·R·eq\f(T,3)＋42·R·eq\f(2,3)T，解得I＝eq\f(2\r(30),3)A.故选B.答案：B3.在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则（）图甲图乙A.t＝0.005s时线框的磁通量变更率为零B.t＝0.01s时线框平面与中性面重合C.线框产生的交变电动势有效值为311VD.线框产生的交变电动势频率为100Hz解析：由题图象知，该交变电流电动势峰值为311V，交变电动势的频率为f＝50Hz，C、D错；t＝0.005时，e＝311V，磁通量变更最快，t＝0.01s时e＝0，磁通量最大，线圈处于中性面位置，A错误，B正确.答案：B4.如图所示，矩形线圈的面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路的电阻为R，在线圈由图示位置转过90°的过程中，下列说法中正确的是（）A.磁通量的变更量ΔΦ＝NBSB.通过电阻R的电荷量q＝eq\f(BSω,R＋r)C.电阻R上产生的焦耳热Q＝eq\f(（NBSω）2,2R)D.电阻R上产生的焦耳热Q＝eq\f(（NBS）2ωRπ,4（R＋r）2)解析：线圈由题图示位置转过90°，磁通量变更量ΔΦ＝BS，故选项A错误；通过电阻R的电荷量q＝eq\f(NΔΦ,R＋r)，故选项B错误；感应电动势最大值Em＝NBSω，转动时间t＝eq\f(T,4)＝eq\f(π,2ω)，所以Q＝I2Rt＝eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\f(Em,\r(2)（R＋r）)))eq\s\up12(2)·Rt＝eq\f(（NBS）2ωRπ,4（R＋r）2)，故选项C错误，选项D正确.答案：D5.用220V的正弦沟通电通过志向变压器对一负载供电，变压器输出电压是110V，通过负载的电流图象如图所示，则（）A.变压器输入功率约为3.9WB.输出电压的最大值是110VC.变压器原、副线圈的匝数比是1∶2D.负载电流的函数表达式i＝0.05sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(100πt＋\f(π,2)))（A）解析：通过负载的电流有效值为0.025eq\r(2)A，变压器输入功率约为P＝UI＝110×0.025eq\r(2)W＝3.9W，选项A正确.变压器输出电压的最大值是110eq\r(2)V，选项B错误.由变压公式，变压器原、副线圈的匝数比是2∶1，选项C错误.负载电流的函数表达式i＝0.05sin100πtA，选项D错误.答案：A6.如图所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，沟通电源的电压u＝220eq\r(2)sin100πt（V），若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的是（）A.电流表示数增大 B.电压表示数减小C.灯泡变暗 D.灯泡变亮解析：由u＝220eq\r(2)sin100πtV可得电源原来的频率为f＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz.当电源频率由原来的50Hz增为100Hz时，线圈的感抗增大；线圈两端电压有效值增大，电压表示数增大，故选项B错误.在总电压的有效值不变的状况下，电路中的电流减小，选项A错.灯泡R的电阻是肯定的，电流减小时，实际消耗的电功率减小，灯泡变暗，选项C正确，D错.答案：C7.如图甲所示，电阻为1Ω的矩形线圈绕垂直匀强磁场的转轴OO′匀速旋转产生沟通电，现将此电流给阻值为R＝10Ω的小灯泡L供电，通过电流传感器得到灯泡中电流的图象如图乙，不考虑温度对灯泡阻值的影响，下列说法中正确的是（）A.在t＝5×10－3s时，线圈处于中性面位置B.在t＝10×10－3s时，穿过线圈的磁通量最大C.交变电流的瞬时表达式为i＝5cos50πt（A）D.线圈产生的沟通电的电动势为55V解析：由题图可知t＝0.005s时刻，感应电流最小为零，此时线圈所在平面处于中性面位置，故A正确；t＝10×10－3s时刻，感应电流最大，此时线圈所在平面与中性面位置垂直，所以穿过线框回路的磁通量最小，故B错误；周期T＝0.02s，角速度ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，电流的瞬时表达式为i＝5cos100πt（A），故C错误；线圈产生的沟通电的电动势最大值为Em＝Im（R＋r）＝55V，故D错误.答案：A8.如图所示，有一台沟通发电机E.通过志向升压变压器T1和志向降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R.T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4，设T1的输入电压U1肯定，当用户消耗的电功率变大时，有（）A.P2变大，P3变大 B.P1变小，P2变小C.U2变小，U3变小 D.U2变小，U4变大解析：P1＝P2＝ΔP＋P3，且P3＝P4，由于P4增大，所以P3及P1、P2均变大，A对，B错；U2＝eq\f(n2,n1)U1，U1肯定，所以U2不变，C、D错.答案：A9.在如图所示的电路中，志向变压器的变压比为2∶1，四个灯泡完全相同，若已知灯泡L3和L4恰能正常工作，那么（）A.L1和L2都能正常工作B.L1和L2都不能正常工作C.L1和L2只有一个能正常工作D.条件不足，无法推断解析：由于副线圈两端并联着两个相同的灯泡L3、L4.每个灯泡正常工作时的实际电流都等于额定电流，因此副线圈中的电流等于一个灯泡额定电流的两倍.依据原、副线圈的电流与匝数成反比，可知原线圈中的电流等于副线圈中电流的eq\f(1,2)，即恰好等于灯泡L1、L2的额定电流，从而可以得出L1和L2都能正常工作.答案：A10.某住宅区的应急供电系统，由沟通发电机和副线圈匝数可调的志向降压变压器组成.发电机中矩形线圈所围的面积为S，匝数为N，电阻不计.它可绕水平轴OO′在磁感应强度为B的水平匀强磁场中以角速度ω匀速转动.矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头P上下移动时可变更输出电压，R0表示输电线的电阻.以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列推断正确的是（）A.若发电机线圈某时刻处于图示位置，变压器原线圈的电流瞬时值最小B.发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωcosωtC.当用户数目增多时，为运用户电压保持不变，滑动触头P应向下滑动D.当滑动触头P向下移动时，变压器原线圈两端的电压将上升解析：若发电机线圈某时刻处于图示位置，磁通量变更最快，感应电动势最大，最大值为NBSω，变压器原线圈的电流瞬时值最大，发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωcosωt，选项B正确，A错误；当用户数目增多时，总电流增大，输电线上的电势着陆得多，为运用户电压保持不变，滑动触头P应向上滑动才能增大变压器的输出电压，选项C错误；滑动触头P向下或向上移动，变压器原线圈两端的电压都不变，选项D错误.答案：B二、多项选择题（本题共4小题，每小题6分，共24分.在每小题给出的四个选项中有多项符合题目要求，全部选对得6分，漏选得3分，错选或不选得0分）11.一个矩形线圈在匀强磁场中匀角速度转动，产生交变电动势的瞬时值表达式为e＝10eq\r(2)sin4πt（V），则（）A.该交变电动势的频率为2HzB.零时刻线圈平面与磁场垂直C.t＝0.25s时，e达到最大值D.在1s时间内，线圈中电流方向变更100次解析：由题中给出的电动势的表达式可以得到该交变电动势的角速度是4πrad/s，由角速度和周期、频率的关系ω＝eq\f(2π,T)＝2πf得到此交变电动势的频率为2Hz，周期是0.5s，所以选项A正确.周期是0.5s，所以1s内线圈中的电流方向变更4次，选项D错误.代入表达式t＝0.25s，得到e＝0，选项C错误.零时刻，电动势为零，此时穿过线圈的磁通量最大，选项B正确.综上所述，本题的正确选项为A、B.答案：AB12.如图甲所示为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间按余弦规律变更，其et图象如图乙所示.发电机线圈的内阻为1Ω，外接灯泡的电阻为9Ω，则（）A.电压表的示数为6VB.发电机的输出功率为4WC.在1.0×10－2s时刻，穿过线圈的磁通量最大D.在2.0×10－2s时刻，穿过线圈的磁通量变更率最大解析：依据et图象可知产生的交变电流的电动势最大值为6eq\r(2)V，有效值为6V，依据闭合电路欧姆定律可求得电压表的示数为U＝eq\f(9,9＋1)×6V＝5.4V，A错误；依据电功率公式得发电机的输出功率为P＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(6,9＋1)))eq\s\up12(2)×9W＝3.24W，B错误；依据e-t图象可知在1.0×10－2s时刻，电动势为零，说明此时线圈处于中性面，磁通量最大，C正确；在2.0×10－2s时刻，电动势为最大，说明此时线圈处于与中性面垂直的位置，磁通量最小，但是磁通量的变更率最大，D正确.答案：CD13.在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为志向变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有（）A.升压变压器的输出电压增大B.降压变压器的输出电压增大C.输电线上损耗的功率增大D.输电线上损耗的功率占总功率的比例增大解析：由题意可知升压变压器的输入电压不变，则输出电压不变，A错误；在电能输出过程中有I＝eq\f(P,U)，U线＝IR线，U3＝U2－U线，因P变大，I变大，所以U线变大，降压变压器原线圈电压U3变小，则降压变压器的输出电压变小，B错误；由P损＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U)))eq\s\up12(2)R线，因P变大，所以P损变大，C正确；依据eq\f(P损,P)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U)))\s\up12(2)R线,P)＝eq\f(PR线,U2)，因P变大，所以比值变大，D正确.答案：CD14.如图所示，一志向变压器原线圈接入一沟通电源，副线圈电路中R1、R2、R3、R4均为定值电阻，开关S是闭合的.和为志向电压表，读数分别为U1和U2；、和为志向电流表，读数分别为I1、I2和I3.现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是（）A.U2变小、I3变小 B.U2不变、I3变大C.I1变小、I2变小 D.I1变大、I2变大解析：因为变压器的匝数与U1不变，所以U2与两电压表的示数均不变，当S断开时，因为负载电阻增大，故副线圈中的电流I2减小，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)知I1也将减小，C正确；因为R1两端的电压减小，故R2、R3两端的电压将增大，I3变大，B正确.正确选项为B、C.答案：BC三、填空题（本题共2小题，共14分）15.（6分）如图所示，电表均为志向的沟通电表，保险丝P的熔断电流为2A，电容器C的击穿电压为300V.若在a、b间加正弦沟通电压，并适当地调整R接入电路中的阻值，使P恰好不被熔断，C恰好不被击穿，则电流表的读数为A，电压表的读数为V.解析：电阻R0和R串联接入沟通电路中，通过保险丝的电流与通过电流表的电流相等；电容器与电阻R并联，故电容器两端的电压与R两端的电压相同.电压表的读数是电阻R两端电压的有效值，而电容器的击穿电压是加在电容器两端的沟通电压的最大值，故电流表的读数为2A，电压表的读数为eq\f(300,\r(2))V＝212.1V.答案：2212.116.（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.图甲图乙（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）假如把它看成志向变压器，现要测定A线圈的匝数，供应的器材有一根足够长的绝缘导线、一个多用电表和低压沟通电源.请简要叙述试验的步骤（写出要测的物理量，并用字母表示）：_______.（3）A线圈的匝数为nA＝（用所测物理量符号表示）.解析：（1）由题图乙可知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把低压沟通电源接B线圈，测得B线圈的输出电压为U；③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈的输出电压为UA.（3）由（2）知nA＝eq\f(UA,U)n.答案：（1）A（2）①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈；②把低压沟通电源接B线圈，测得B线圈的输出电压U；③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈的输出电压UA（3）eq\f(UA,U)n四、计算题（本题共3小题，共32分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位）17.（10分）如图甲所示，矩形线圈匝数N＝100匝，ab＝30cm，ad＝20cm，匀强磁场磁感应强度B＝0.8T，绕轴OO′从图示位置起先匀速转动，角速度ω＝100πrad/s.图甲图乙（1）穿过线圈的磁通量最大值Φm为多大？线圈转到什么位置时取得此值？（2）线圈产生的感应电动势最大值Em为多大？线圈转到什么位置时取得此值？（3）写出感应电动势e随时间变更的表达式，并在图乙中作出图象.解析：（1）当线圈转至与磁感线垂直时，磁通量有最大值.Φm＝BS＝0.8×0.3×0.2Wb＝0.048Wb.（2）线圈与磁感线平行时，感应电动势有最大值Em＝NBSω＝480πV.（3）表达式e＝Emcosωt＝480πcos100πtV.图象如图所示.18.（10分）如图所示，一个变压器（可视为志向变压器）的原线圈接在220V的电网上，向额定电压为1.80×104V的霓虹灯供电.（1）为了平安，需在原线圈回路中接入熔断器，当副线圈电路中电流超过12mA时，熔丝就熔断.熔丝的熔断电流是多大？（2）若霓虹灯正常发光时，副线圈电路中电流为10mA，则变压器的输入功率是多大？解析：（1）设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2，则eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1).当I2＝12mA时，I1即为熔断电流.代入数据，得I1＝0.98A.（2）设副线圈中电流为I2′＝10mA时，变压器的输入功率为P1，此时霓虹灯正常发光，其两端电压为U2＝1.8×104V，依据志向变压器的输入功率等于输出功率，有P1＝I2′U2，代入数据得，P1＝180W.19.（12分）用匀称导线弯成正方形闭合线框abcd，线框每边长10cm，每边的电阻值为0.1Ω.把线框放在磁感应强度为B＝0.1T的匀强磁场中，并使它绕轴O1O2以ω＝100rad/s的角速度旋转，旋转方向如图所示（沿O2O1，由O2向O1看