2024-2025年高中物理第三章交變電流單元素養(yǎng)檢測含解析新人教版選擇性必修2

PAGEPAGE11單元素養(yǎng)檢測(三)(第三章)(90分鐘100分)一、單項選擇題：本題共8小題，每小題3分，共24分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1．如圖所示，單匝閉合金屬線框abcd在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，設(shè)穿過線框的最大磁通量為Φm，線框中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢為Em，從線框平面與磁場平行時刻(圖示位置)起先計時，下列說法正確的是()A.線框轉(zhuǎn)動的角速度為eq\f(Em,Φm)B．線框中的電流方向在圖示位置發(fā)生變更C．當穿過線框的磁通量為Φm時，線框中的感應(yīng)電動勢為EmD．若線框的轉(zhuǎn)動周期減小一半，線框中的感應(yīng)電動勢也減小一半【解析】選A。依據(jù)交變電流產(chǎn)生的原理可知，線框勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢Em＝nBSω，結(jié)合題干可得線框轉(zhuǎn)動的角速度為eq\f(Em,Φm)，A正確；題圖位置感應(yīng)電動勢最大，電流方向的變更在電動勢等于0的時刻，B錯誤；當穿過線框的磁通量為Φm時，線框中的感應(yīng)電動勢為0，C錯誤；依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，若線框的轉(zhuǎn)動周期減小一半，轉(zhuǎn)動角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，線框中的感應(yīng)電動勢變?yōu)樵瓉淼?倍，D錯誤。2．可調(diào)志向變壓器原線圈與一臺小型發(fā)電機相連，副線圈與燈泡L、可調(diào)電阻R、電容器C連成如圖所示的電路。當副線圈上的滑片P處于圖示位置時，燈泡L能發(fā)光，要使燈泡變亮，可以實行的方法有()A．增大發(fā)動機的轉(zhuǎn)速B．將滑片P向下滑動C．將可調(diào)電阻R阻值減小D．增大電容器兩極板間的距離【解析】選A。依據(jù)E＝NBSω，ω＝2πn可得增大發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，則溝通電源的電壓增大，副線圈兩端的電壓也增大，燈泡變亮，故A正確；滑片P向下滑動，副線圈匝數(shù)削減，副線圈兩端的電壓減小，燈泡變暗，故B錯誤；將可調(diào)電阻R阻值減小，副線圈兩端電壓不變，通過燈泡的電流不變，故C錯誤；增大電容器兩極板間的距離，即電容器C的電容減小，容抗增大，通過燈泡的電流減小，燈泡變暗，故D錯誤。3．如圖所示，一個邊長l＝10cm，匝數(shù)N＝100(匝)的正方形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，磁感應(yīng)強度B＝0.50T，線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω＝10πrad/s，閉合回路中兩只燈泡均能發(fā)光。下列說法正確的是()A.從圖中位置起先計時，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為e＝5πcos(10πt)VB．增大線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω時，感應(yīng)電動勢的峰值Em不變C．抽去電感器L的鐵芯時，燈泡L2變暗D．增大電容器C兩極板間的距離時，燈泡L1變亮【解析】選A。由Em＝NBSω可得感應(yīng)電動勢的最大值Em＝5πV，由于從線圈垂直于中性面起先計時，所以感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式e＝Emcosωt＝5πcos(10πt)V，故A正確；依據(jù)Em＝NBSω可得增大線圈轉(zhuǎn)動角速度ω時，感應(yīng)電動勢的峰值Em增大，故B錯誤；抽去電感器L的鐵芯時，即減小自感系數(shù)，電感器的感抗減小，流過燈泡L2的電流增大，燈泡L2變亮，故C錯誤；增大電容器C兩極板間的距離時，依據(jù)C＝eq\f(εrS,4πkd)可知電容器的電容C減小，則電容器的容抗增大，流過燈泡L1的電流減小，燈泡L1變暗，故D錯誤。4．如圖表示一溝通電的電流隨時間而變更的圖像，此溝通電的有效值是()A.5eq\r(2)AB．5AC．eq\f(7,2)eq\r(2)AD．eq\f(7,2)A【解析】選B。該交變電流通過阻值為R的電阻1個周期的時間(即0.02s)內(nèi)所產(chǎn)生的熱量為：Q交＝(4eq\r(2))2×R×0.01＋(3eq\r(2))2×R×0.01＝50×0.01R。直流電流I通過電阻R一個周期的時間(即0.02s)內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q直＝I2R×0.02。由溝通電的有效值定義得Q直＝Q交，即50×0.01R＝I2×0.02R。則I＝5A，即交變電流的有效值為5A。5．如圖所示，M是志向變壓器，電源電壓U不變，當滑動變阻器的滑片P向上移動時，示數(shù)發(fā)生變更的電表是()A.電流表A1 B．都發(fā)生變更C．電壓表V1 D．電壓表V2【解析】選A。副線圈電壓不變，所接的電路按直流電路分析：電阻變小，電流增大，而原線圈電壓不變，電流隨副線圈中的電流增大而增大。故選A。6．在家用溝通穩(wěn)壓器中，變壓器的原、副線圈都帶有滑動頭，如圖所示。當變壓器輸入電壓發(fā)生變更時，可上下調(diào)整P1、P2的位置，使輸出電壓穩(wěn)定在220V?，F(xiàn)發(fā)覺輸出電壓低于220V，下列措施不正確的是()A.P1不動，將P2向上移B．P2不動，將P1向下移C．將P1向上移，同時P2向下移D．將P1向下移，同時P2向上移【解析】選C。由變壓器原、副線圈的電壓比等于線圈匝數(shù)比eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知，輸出電壓低于220V，可以增加副線圈匝數(shù)或削減原線圈匝數(shù)，A、B、D正確，C錯誤。7.如圖所示，志向變壓器原線圈接u＝220eq\r(2)sin100πt(V)的正弦溝通電源，圖中電流表內(nèi)阻不計。副線圈接入“110V60W”燈泡一只，且燈泡正常發(fā)光。下列說法正確的是()A．原線圈中的輸入功率為30eq\r(2)WB．通過燈泡的電流的頻率為50HzC．電流表的示數(shù)為eq\f(3\r(2),22)AD．志向變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為2eq\r(2)∶1【解析】選B。由P入＝P出得P入＝60W，A錯誤；溝通電的周期T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(1,50)s，故頻率為50Hz，B正確；溝通電的峰值Um＝220eq\r(2)V，則其有效值U＝eq\f(Um,\r(2))＝220V，由P＝UI得I＝eq\f(P入,U)＝eq\f(60,220)A＝eq\f(3,11)A，C錯；由eq\f(n1,n2)＝eq\f(U,U′)得eq\f(n1,n2)＝eq\f(220,110)＝2∶1，D項錯誤。8.如圖所示電路中，已知溝通電源電壓u＝200sin100πtV，電阻R＝100Ω。則電流表和電壓表的示數(shù)分別為()A．1.41A，200V B．1.41A，141VC．2A，200V D．2A，141V【解析】選B。電流表和電壓表顯示的是有效值，即U＝eq\f(Um,\r(2))＝100eq\r(2)V≈141V；I＝eq\f(U,R)＝1.41A，故選項B正確。二、多項選擇題：本題共4小題，每小題4分，共16分。在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分。9．如圖所示為一自耦變壓器，R1為定值電阻，在c、d端輸入電壓u1＝311sin100πt(V)，全部電表均為志向電表，則以下說法正確的是()A.滑片P向a端移動，滑片Q不動，電壓表示數(shù)減小B．滑片P向b端移動，滑片Q下移，電流表示數(shù)減小C．滑片P不動，滑片Q上移，電流表示數(shù)不變D．滑片P不動，滑片Q上移或下移，電壓表示數(shù)始終不變【解析】選B、D。設(shè)原線圈匝數(shù)為n1，副線圈匝數(shù)為n2，原線圈兩端電壓為U1，副線圈兩端電壓為U2，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可得U2＝eq\f(n2,n1)U1，滑片P向a端移動，滑片Q不動，n1減小，U1、n2不變，U2增大，電壓表測的是副線圈兩端的電壓，示數(shù)增大，故A錯誤；滑片P向b端移動，滑片Q下移，由U2＝eq\f(n2,n1)U1，U1、n2不變，n1增大，U2減小，副線圈所在電路總電阻增大，副線圈中的電流減小，由eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1)可知，原線圈中的電流也減小，電流表示數(shù)減小，故B正確；滑片P不動，滑片Q上移，U2不變，副線圈所在電路總電阻減小，電流增大，原線圈電流增大，電流表示數(shù)增大，故C錯誤；滑片P不動，滑片Q上移或下移，U2＝eq\f(n2,n1)U1，U1、n1、n2不變，U2不變，電壓表示數(shù)始終不變，故D正確。10．一個矩形線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e＝220eq\r(2)sin100πtV，則()A．溝通電的頻率是100πHzB．t＝0時，線圈位于中性面C．溝通電的周期是0.02sD．t＝0.05s時，e有最大值【解析】選B、C。由瞬時值表達式可知：角速度ω＝100πrad/s。感應(yīng)電動勢是按正弦規(guī)律變更的，所以t＝0時，線圈平面位于中性面。因ω＝2πf，所以f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz，由T＝eq\f(1,f)得T＝eq\f(1,50)s＝0.02s，當t＝0.05s時，e＝220eq\r(2)sin5πV＝0，故B、C選項正確。11．如圖甲所示，電阻不計的N匝矩形閉合導線框abcd處于磁感應(yīng)強度大小為0.2T的水平勻強磁場中，導線框面積為0.5m2。導線框繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，并與志向變壓器原線圈相連，原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，副線圈接有一滑動變阻器R，副線圈兩端的電壓隨時間的變更規(guī)律如圖乙所示。下列說法正確的是()A.閉合導線框中產(chǎn)生的交變電壓的瞬時值表達式為u＝100eq\r(2)sin100t(V)B．線框abcd的匝數(shù)N＝10C．若滑動變阻器的滑片P向上移動，電流表的示數(shù)將減小D．若導線框的轉(zhuǎn)速增加一倍，則變壓器的輸出功率將增加一倍【解析】選B、C。由題圖乙可知，輸出電壓的最大值Um2＝10V，周期為2π×10－2s，角速度ω＝eq\f(2π,T)＝100rad/s，輸入端電壓的最大值Um1＝10Um2＝100V，則閉合導線框中產(chǎn)生的交變電壓的瞬時值表達式為u＝Um1sinωt＝100sin100t(V)，故A錯誤；導線框輸出電壓的最大值Um1＝NBSω＝100V，解得N＝eq\f(100,0.2×0.5×100)＝10，故B正確；志向變壓器原、副線圈匝數(shù)不變，輸入電壓不變，則輸出電壓不變，滑動變阻器的滑片P向上移動時，接入電路的電阻增大，則輸出電流減小，輸入電流減小，電流表示數(shù)減小，故C正確；若導線框的轉(zhuǎn)速增加一倍，則線框產(chǎn)生交變電壓的最大值增加一倍，有效值增加一倍，輸出電壓的有效值也增加一倍，則由P＝eq\f(U2,R)可知，輸出功率將變成原來的4倍，故D錯誤。12．如圖所示，在遠距離輸電過程中，若保持升壓變壓器原線圈的輸入功率不變，下列說法正確的是()A.上升U1會減小輸電電流I2B．上升U1會增大線路的功率損耗C．上升U1會增大線路的電壓損耗D．上升U1會提高電能的利用率【解析】選A、D。提高輸電電壓U1，由于輸入功率不變，則I1將減小，又因為I2＝eq\f(n1,n2)I1，所以I2將減小，故A對；線路功率損耗P損＝Ieq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))R，因此功率損耗在減小，電壓損耗減小，故B、C錯誤；因線路功率損耗減小，因此電能利用率將上升，故D對。三、試驗題：本題共2小題，共14分。13．(6分)在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”試驗中：(1)原線圈中接入的電源是________；A．220V溝通電B．學生電源12V以下直流輸出C．學生電源12V以下溝通輸出(2)對于試驗過程，下列說法正確的是________。A．為便于探究，應(yīng)當采納限制變量法B．因為試驗所用電壓較低，通電時可用手接觸袒露的導線、接線柱等檢查電路C．運用多用電表測電壓時，先用中等量程擋試測，再選用恰當?shù)膿跷贿M行測量【解析】(1)“探究變壓器的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”要用低壓溝通電源和溝通電表，所以不須要干電池，變壓器是變更電壓，因此為了人身平安，原線圈兩端只能運用低壓溝通電源，所用電壓不超過12V，故A、B錯誤，C正確。(2)探究變壓器原副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系，為便于探究，應(yīng)當采納限制變量法，故A正確；試驗通電時，用手接觸袒露的導線、接線柱等檢查電路，這樣無形之中，將人體并聯(lián)到電路中，導致所測數(shù)據(jù)不精確，故B錯誤；運用多用電表測電壓時，先用最高量程擋試測，再選用恰當?shù)膿跷贿M行測量，故C錯誤。答案：(1)C(2)A14．(8分)(1)某學生做探究變壓器兩個線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系試驗時，原線圈接在學生電源上，用多用電表測量副線圈兩端的電壓，下列操作正確的是________。A．原線圈接直流電壓，多用電表用直流電壓擋B．原線圈接直流電壓，多用電表用溝通電壓擋C．原線圈接溝通電壓，多用電表用直流電壓擋D．原線圈接溝通電壓，多用電表用溝通電壓擋(2)該學生接著做試驗，先保持原線圈的匝數(shù)不變，增加副線圈的匝數(shù)，視察到副線圈兩端的電壓________(選填“增大”“減小”或“不變”)；然后再保持副線圈的匝數(shù)不變，增加原線圈的匝數(shù)，視察到副線圈兩端的電壓________(選填“增大”“減小”或“不變”)。上述探究中采納的試驗方法是____________________?！窘馕觥?1)變壓器的工作原理是互感現(xiàn)象，故原線圈接溝通電壓，輸出電壓也是溝通電壓，故多用電表用溝通電壓擋，故A、B、C錯誤，D正確。(2)依據(jù)公式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，保持原線圈的匝數(shù)不變，增加副線圈的匝數(shù)，視察到副線圈兩端的電壓增大；保持副線圈的匝數(shù)不變，增加原線圈的匝數(shù)，視察到副線圈兩端的電壓減??；該探究采納的試驗方法是限制變量法。答案：(1)D(2)增大減小限制變量法四、計算題：本題共4小題，共46分。要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位。15.(8分)如圖為一個小型溝通發(fā)電機的原理圖，其矩形線圈的面積為S，共有n匝，線圈總電阻為r，可繞與磁場方向垂直的固定對稱軸OO′轉(zhuǎn)動；線圈處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路電阻R的連接。在外力作用下線圈以恒定的角速度ω繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(不計轉(zhuǎn)動軸及滑環(huán)與電刷的摩擦)。(1)推導發(fā)電機線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值的表達式Em＝nBSω；(2)求線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°時電流表的示數(shù)；(3)求線圈轉(zhuǎn)動N周過程中發(fā)電機線圈電阻r產(chǎn)生的焦耳熱。【解析】(1)設(shè)線圈ab邊的邊長為l1，bc邊的邊長為l2。當線圈平面與磁場方向平行時，線圈中的感應(yīng)電動勢最大。設(shè)此時ab邊的線速度為v，則單匝線圈的ab邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E1＝Bl1v，cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E2＝Bl1v，n匝線圈產(chǎn)生的總感應(yīng)電動勢為Em＝n(E1＋E2)＝2nBl1v，(1分)由于v＝ωr＝ωeq\f(l2,2)，有Em＝2nBl1ω·eq\f(l2,2)＝nBl1l2ω＝nBSω。(2分)(2)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的有效值為E＝eq\f(Em,\r(2))，電路中電流的有效值I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(nBSω,\r(2)（R＋r）)，(1分)即電流表的示數(shù)為eq\f(\r(2)nBSω,2（R＋r）)。(1分)(3)線圈轉(zhuǎn)動的周期T＝eq\f(2π,ω)，線圈轉(zhuǎn)動N周的時間t＝NT＝N×eq\f(2π,ω)，(1分)依據(jù)焦耳定律，發(fā)電機線圈產(chǎn)生的焦耳熱Q＝I2rt，(1分)解得Q＝eq\f(πNn2B2S2ωr,（R＋r）2)。(1分)答案：(1)見解析(2)eq\f(\r(2)nBSω,2（R＋r）)(3)eq\f(πNn2B2S2ωr,（R＋r）2)16．(8分)有一個電子元件，當它兩端的電壓的瞬時值高于u′＝110eq\r(2)V時則導電，低于u′＝110eq\r(2)V時不導電，若把這個電子元件接到220V，50Hz的正弦式交變電流的兩端，則它在1s內(nèi)導電多少次？每個周期內(nèi)的導電時間為多少？【解析】由題意知，加在電子元件兩端電壓隨時間變更的圖像如圖所示，表達式為u＝220eq\r(2)sinωtV。(2分)其中ω＝2πf，f＝50Hz，T＝eq\f(1,f)＝0.02s，得u＝220eq\r(2)sin100πtV。(2分)在一個周期內(nèi)，把u′＝110eq\r(2)V代入上述表達式得到t1＝eq\f(1,600)s，t2＝eq\f(5,600)s(1分)所以每個周期內(nèi)的導電時間為Δt＝2(t2－t1)＝eq\f(4,300)s＝eq\f(1,75)s。(2分)由所畫的u-t圖像知，一個周期內(nèi)導電兩次，所以1s內(nèi)導電的次數(shù)為n＝2eq\f(t,T)＝100。(1分)答案：100次eq\f(1,75)s17．(14分)如圖所示，志向變壓器原線圈輸入電壓為220V，副線圈輸出電壓為36V，兩只燈泡的額定電壓均為36V，L1額定功率為12W，L2額定功率為6W。試求：(1)該變壓器的原副線圈匝數(shù)比。(2)兩燈均工作時原線圈的電流以及只有L1工作時原線圈中的電流?！窘馕觥?1)由變壓比公式得eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)(2分)eq\f(n1,n2)＝eq\f(220,36)＝eq\f(55,9)＝55∶9(3分)(2)兩燈均工作時，由能量守恒得P1＋P2＝U1I1(2分)I1＝eq\f(P1＋P2,U1)＝eq\f(12＋6,220)A＝0.082A(2分)只有L1燈工作時，由能量守恒得P1＝U1I′1(2分)解