第三章交變電流注意事項1.本試卷滿分100分,考試用時75分鐘。2.無特殊說明,本試卷中g取10m/s2。一、選擇題(本題共12小題,每小題4分,共48分。在每小題給出的四個選項中,第1~8小題只有一項符合題目要求,第9~12小題有多項符合題目要求。全部選對的得4分,選不全的得2分,選錯或不答的得0分)1.(2021河北正定中學高二月考)對于如圖所示的電流I隨時間t做周期性變化的圖像,下列說法中正確的是 ()A.電流大小變化,方向不變,是直流電B.電流大小、方向都變化,是交流電C.電流最大值為0.2A,周期為0.01sD.電流大小變化,方向不變,不是直流電,是交流電2.(2021江蘇南通高二期末)某水電站發電機的輸出功率恒定,用升壓變壓器將電壓升至U后向遠處輸電,輸電電流為I,在用戶端用降壓變壓器將電壓降至所需電壓,為減小輸電線的熱功率,下列措施可行的是 ()A.增大輸電電流IB.增大輸電電壓UC.減少輸電時間D.減小輸電導線的橫截面積3.(2021山西忻州高二下月考)交流發電機在工作時的電動勢e=Emsinωt,如果將其電樞的轉速提高一倍,同時將電樞所圍面積減小一半,其他條件不變,則其電動勢變為 ()A.e=EmsinωtB.e=4Emsin2ωtC.e=Emsin2ωtD.e=4Emsinωt4.(2021山東淄博高二下期中)如圖所示,電阻均勻的正方形導線框ad邊的中點和bc邊的中點連線OO'恰好位于某磁場右邊界上,磁場方向與線框平面垂直,已知該磁場的磁感應強度的變化率ΔBΔt=2002sin100πt(T/s),線框的邊長L=20cm。則線框c、d兩點間的電壓有效值為VB.2VV2V5.(2021河北邯鄲高二期末)現在世界各國生產生活用電基本為交流電,日本的關東地區和關西地區使用不同標準的交流電,這導致在電力的輸送和調配方面出現了一些問題。日本關西地區所使用交流電的電壓隨時間的變化規律如圖所示,將理想交流電流表與阻值為31.1Ω的電阻串聯后接在該交流電壓兩端。下列判斷正確的是 ()A.該交流電的頻率為120HzB.該交流電的方向每分鐘變換3600次C.該交流電的電壓有效值為110VD.理想交流電流表的示數為5A6.(2021山東泰安肥城高二下期中)如圖甲為電熱毯電路示意圖,交流電壓u=311sin(100πt)V,當開關S閉合時,電熱絲的電功率為P0;當開關S斷開時,加在電熱絲上的電壓如圖乙所示,則 ()A.開關閉合時,交流電壓表的讀數為156VB.開關閉合時,交流電壓表的讀數為311VC.開關斷開時,電熱絲功率為PD.開關斷開時,電熱絲功率為P7.(2021廣東佛山高二下期中)如圖所示,一只理想變壓器原線圈與頻率為50Hz的正弦交變電源相連,兩個阻值均為20Ω的電阻串聯后接在副線圈的兩端。圖中的電流表、電壓表均為理想交流電表,原、副線圈分別為200匝和100匝,電壓表的示數為5V。則 ()A.電流表的讀數為0.5AB.流過電阻的交變電流的頻率為100HzC.交變電源的輸出電壓的最大值為202VD.交變電源的輸出功率為1.25W8.(2021北京第八中學高二月考)如圖所示,一理想變壓器原線圈接入一交流電源,副線圈電路中R1、R2、R3和R4均為定值電阻,開關S是閉合的。V1和V2為理想電壓表,讀數分別為U1和U2;A1、A2和A3為理想電流表,讀數分別為I1、I2和I3,現斷開S,U1數值不變,下列推斷中正確的是 ()A.I1變小、I2變小B.I1變大、I2變大C.U2變小,I3變小D.U2變大、I3變大9.在繞制變壓器時,某人將兩個線圈誤繞在如圖所示的變壓器鐵芯的左右兩個臂上,當通以交變電流時,每個線圈產生的磁通量都只有一半通過另一個線圈,而另一半則通過中間的臂,已知線圈1和2的匝數比為2∶1。在不接負載的情況下 ()A.當線圈1輸入電壓為220V時,線圈2輸出電壓為110VB.當線圈1輸入電壓為220V時,線圈2輸出電壓為55VC.當線圈2輸入電壓為110V時,線圈1輸出電壓為220VD.當線圈2輸入電壓為110V時,線圈1輸出電壓為110V10.(2021湖北十堰高二期末)如圖所示,匝數為100的矩形線圈abcd的邊長分別為ab=10cm、ad=8cm,t=0時刻線圈平面與磁感應強度大小為0.1T的勻強磁場平行,線圈以ab邊為軸、以10rad/s的角速度勻速轉動。則下列分析正確的是 ()A.t=0時通過線圈的感應電流最大B.線圈轉動過程中感應電動勢的最大值為0.8VC.線圈轉動90°的過程中,感應電動勢的平均值為0.4VD.線圈轉動過程中感應電動勢的有效值為0.4V11.(2021山東濟南歷城二中高二月考)如圖,L1和L2是輸電線,甲、乙是兩個互感器(可視為理想變壓器),其中的線圈匝數關系為:n1∶n2=200∶1,n3∶n4=1∶100,電流表和電壓表均為理想交流電表。下列說法正確的是 ()A.甲是電流互感器,乙是電壓互感器B.甲是電壓互感器,乙是電流互感器C.若電壓表示數為30V,則輸電線兩端的電壓最大值為6000VD.若電流表示數為5A,則通過輸電線的電流有效值為500A12.(2021廣東深圳實驗學校高二下階段考試)如圖所示,導體棒ab的兩個端點分別搭接在兩個豎直放置、半徑相等的金屬圓環上,兩圓環所在空間處于方向豎直向下的勻強磁場中,圓環通過電刷與導線c、d相接。c、d兩個端點接在匝數比為n1∶n2=10∶1的理想變壓器原線圈兩端,變壓器副線圈接一滑動變阻器R0,導體棒ab繞與ab平行的水平軸(即兩圓環的中心軸,軸與環面垂直)OO'以角速度ω勻速轉動。當滑動變阻器連入電路的阻值為R時,電流表的示數為I,ab棒、圓環及接觸電阻均不計,下列說法正確的是 ()A.變壓器原線圈兩端的電壓U1=10IRB.滑動變阻器上消耗的功率為P=100I2RC.取ab在環的最低端時t=0,則導體棒ab中感應電流的表達式是i=2IsinωtD.若c、d間改接電阻R'后電流表的示數不變,ab棒轉過90°的過程中流過ab棒的電荷量可能為100二、非選擇題(本題共6小題,共52分)13.(6分)(2021山東淄博高二下期中)某同學做“變壓器線圈兩端的電壓與匝數的關系”的實驗探究。(1)下列器材中,實驗需要用到的有。

A.干電池B.學生電源C.可拆變壓器及導線D.直流電壓表E.多用電表(2)在實驗中,該同學保持原線圈兩端的電壓及副線圈的匝數不變,僅減少原線圈的匝數,副線圈兩端的電壓將(選填“增大”“減小”或“不變”),該實驗采用的物理方法是。

14.(6分)(2021湖北宜昌高二期末)有一個教學用的可拆變壓器,它由線圈A和線圈B組成,如圖甲所示。甲乙(1)張飛同學用多用電表倍率為“×1”的歐姆擋測量了線圈A的電阻值,指針位置如圖乙所示,則線圈A的阻值為Ω。(結果保留2位有效數字)

(2)李華同學用一根足夠長的絕緣導線、一只多用電表和一個低壓交流電源來測量線圈A的匝數。實驗步驟如下:①把低壓電源接B線圈,讓它的輸出電壓恒為6V;多用電表選擇交流電壓擋,接在A線圈兩端,測得它的電壓U1=10V;②斷開電源,用長導線在變壓器線圈A外部繞一個匝數n=50的線圈C;③接通電源,讓低壓電源的輸出電壓仍為6V;多用電表選擇交流電壓擋,接在線圈C兩端,測得它的電壓U2=1V。將變壓器視為理想變壓器,則線圈A的匝數為。

15.(8分)(2021河北石家莊二中南校區高二月考)如圖所示,勻強磁場磁感應強度大小B=0.1T,所用矩形線圈的匝數N=100,邊長ab=0.2m,bc=0.5m,以角速度ω=100πrad/s繞OO'軸勻速轉動,線圈電阻為22Ω,從線圈平面通過中性面時開始計時,(π=3.14)試求:(1)線圈中感應電動勢的最大值和瞬時值表達式;(2)線圈電流的有效值。16.(10分)(2021江西宜春高安中學高二期末)如圖所示,一個匝數N=100的邊長為1m的正方形線圈以固定轉速50r/s在勻強磁場中旋轉,其產生的交流電通過一匝數比n1∶n2=10∶1的變壓器給阻值R=20Ω的電阻供電,已知交流電壓表的示數為20V,從圖示位置開始計時,求:(1)磁感應強度的大小;(2)t=0.0025s時刻穿過線圈平面的磁通量大小。17.(10分)(2021湖北武漢高二期末)如圖所示,矩形線圈面積為0.2m2,匝數為100,繞OO'軸在磁感應強度為25πT的勻強磁場中以角速度10πrad/s勻速轉動。理想變壓器原、副線圈的匝數分別為n1、n2,兩電表均為理想電表,電阻R=50Ω,(1)線圈轉到與磁場垂直時開始計時,求從計時開始線圈轉過30°時感應電動勢的瞬時值e。(2)若n1n2=18.(12分)(2021四川樂山十校高二下期中聯考)如圖為遠距離輸電過程的示意圖。已知某個小型發電機的輸出功率為90kW,發電機的電壓為250V,通過升壓變壓器升高電壓后向遠處輸電,輸電線總電阻為5Ω,在用戶端用一降壓變壓器把電壓降為220V,要求在輸電線上損失的功率控制為2kW(即用戶得到的功率為88kW),求:(1)降壓變壓器輸出的電流和輸電線上通過的電流。(2)輸電線上損失的電壓和升壓變壓器輸出的電壓。(3)兩個變壓器各自的匝數比。

答案全解全析第三章交變電流1.A由圖像可知:電流的大小周期性變化,方向始終不發生變化,所以是直流電,電流最大值為0.2A,周期為0.02s,A正確。2.B由于輸電線損耗的熱功率P熱=I2r,若增大輸電電流I,會增大輸電線損耗的熱功率,A錯誤;由于輸送功率不變,根據P=UI,可知增大輸電電壓U,會減小輸電電流I,從而減小輸電線損耗的熱功率,B正確;輸送功率與時間無關,C錯誤;根據r=ρlS可知,減小輸電導線的橫截面積,導致輸電線電阻變大,從而增大輸電線損耗的熱功率,D3.C交流發電機工作時的電動勢最大值表達式為Em=NBSω,將發電機電樞的轉速提高一倍,同時將電樞所圍面積減小一半,電動勢最大值表達式為Em'=NBS2·2ω=NBSω=Em,角速度為ω'=2ω,則其電動勢變為e=Emsin2ωt,故選項C4.A線框中的感應電動勢為E=NΔΦΔt=ΔBΔt·L22=2002sin100πt×0.222V=42sin100πt(V),電動勢的有效值為U=Em2=422V=4V,5.C由題圖可知該交流電的周期為160s,則頻率為60Hz,交流電方向在一個周期內變換2次,1分鐘電流方向變換7200次,故A、B錯;該交流電電壓的有效值為U=155.52V=110V,故C正確;理想交流電流表顯示的是電流的有效值,而5A為電流的最大值6.D電壓表讀數為有效值,開關接通時,電壓表測量原線圈電壓,所以電壓表的示數為311V2=220V,故A、B錯誤;溫控器是二極管,具有正向通電性,所以開關斷開后,只有一半周期的電流通過電路,根據電流的熱效應得31122R·T2=U2RT,解得U=1102V≈156V,可得P=U27.C副線圈電流為I2=520A=0.25A,原線圈電流為I1=0.25×100200A=0.125A,故A錯誤;變壓器不改變交流電的頻率,原副線圈交變電流的頻率相同,故B錯誤;副線圈電壓U2=10V,原線圈電壓U1=20V,交變電源的輸出電壓的最大值為202V,故C正確;交流電源的輸出功率為P1=U1I1=20×0.125W=2.5W,故8.A由題圖可知,電壓表V1測量的是原線圈的輸入電壓,電壓表V2測量的是副線圈的輸出電壓,因為變壓器的匝數與U1不變,所以U2不變。當S斷開時,副線圈電路的負載電阻增大,故副線圈中的電流I2減小,根據原副線圈電流比與匝數比成反比,則原線圈電流I1也將減小;因為R1兩端的電壓減小,故R2、R3兩端的電壓將增大,I3變大。故選項A正確。9.BD當線圈1接220V的交變電壓時,設穿過線圈1的磁通量為Φ,依題意可知穿過線圈2的磁通量為Φ2,若線圈1的匝數為n,則線圈2的匝數為n2,根據法拉第電磁感應定律可得220V=nΔΦΔt,U2=12n·ΔΦΔt·12,整理得U2=55V,故A錯誤,B正確。當線圈2接110V的交變電壓時,設穿過線圈2的磁通量為Φ',則穿過線圈1的磁通量為Φ'2,由法拉第電磁感應定律可得110V=n2·ΔΦ'Δt,U'1=10.ABt=0時穿過線圈的通磁量為0,cd邊垂直切割磁感線,感應電動勢最大,則感應電流最大,A正確;感應電動勢最大值Em=NBSω=100×0.1×10×10-2×8×10-2×10V=0.8V,B正確;線圈轉過90°時,cd邊速度方向與磁感線平行,該過程中產生的平均電動勢為E=NΔΦΔt=NBΔST4=1.6πV≈0.5V,C錯誤;11.BD甲圖的原線圈兩端分別接L1和L2上測量電壓,所以是電壓互感器,乙圖的原線圈串聯接入輸電線的一根導線,所以是電流互感器,故A錯誤,B正確;電壓表測電壓的有效值,若電壓表示數為30V,則輸電線兩端的電壓有效值為U1=n1n2U2=2001×30V=6000V,故C錯誤;電流表測電流的有效值,若電流表示數為5A,則通過輸電線的電流有效值為I3=n4n3I4=100112.BD由變壓器原副線圈兩端的電壓電流公式可知I1I2=n2n1得I2=10I,又因U1U2=n1n2、U2=10IR得U1=100IR,故A錯誤;由P=U2I2=100I2R知B正確;ab在環的最低端時t=0,則導體棒ab中感應電流的表達式是i=2Icosωt,故C錯誤;在c、d端接電阻后,原電路的電壓不變,仍然是U1=100IR,因此電流表的示數不變,可知電阻R'=100R,故1002IRωR'=1002IRω100R=2Iω,而由q=ΔΦR13.答案(1)BCE(2分)(2)增大(2分)控制變量法(2分)解析(1)變壓器的原理為交流互感,不需要干電池,需要學生電源提供交流電;需要用低壓交流電流表和電壓表,可用多用電表代替;另外還需要可拆變壓器及導線,故B、C、E符合題意。(2)在實驗中,其同學保持原線圈兩端的電壓及副線圈的匝數不變,僅減小原線圈的匝數,根據原副線圈電壓之比等于匝數之比可得副線圈兩端的電壓將增大。研究的過程采用的是控制變量法。14.答案(1)50(3分)(2)500(3分)解析(1)多用電表歐姆擋讀數=指針指示值×倍率。圖乙的讀數為50,倍率為“×1”,所以線圈A阻值為50Ω。(2)設B線圈的匝數為nB,A線圈的匝數為nA。由理想變壓器原理有UnB=U1n得nA=U1代入數據得nA=50015.答案(1)314Ve=314sin100πt(V)(2)10A解析(1)感應電動勢的瞬時值e=NBSωsinωt (2分)由題可知S=0.2×0.5m2=0.1m2Em=NBSω=100×0.1×0.1×100πV=314V(1分)所以e=314sin100πt(V)。 (2分)(2)線圈電流的有效值I=Em2R=3142×22A≈16.答案(1)250πT(2)150π解析(1)原線圈兩端的電壓為U1=n1n2U2=200線圈