2024秋新教材高中物理階段驗(yàn)收評價(jià)三交變電流粵教版選擇性必修第二冊

階段驗(yàn)收評價(jià)（三）交變電流(本試卷滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的)1.如圖所示是一正弦式交變電流的電流隨時(shí)間變更的圖像。由圖可知，這個(gè)電流的()A．最大值為5A，變更周期為0.02sB．最大值為5A，變更周期為0.01sC．有效值為5A，變更周期為0.02sD．有效值為5A，變更周期為0.01s解析：選A從題圖中可知該溝通電的最大值為5A，因?yàn)槭钦沂浇蛔冸娏?，所以有效值為i＝eq\f(im,\r(2))＝eq\f(5\r(2),2)A，變更周期為0.02s。故A正確。2．有一單匝閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，線圈中的最大磁通量為Φm，最大感應(yīng)電動(dòng)勢為Em，下列說法中正確的是()A．當(dāng)磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢也為零B．當(dāng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢也減小C．當(dāng)磁通量等于0.5Φm時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢為0.5EmD．角速度ω＝eq\f(Em,Φm)解析：選D由交變電流的產(chǎn)生原理可知，感應(yīng)電動(dòng)勢與磁通量的變更率有關(guān)，與磁通量的大小無關(guān)。磁通量最大時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢為零；而磁通量為零時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢最大且Em＝BSω＝Φmω，則D正確，A、B錯(cuò)誤。當(dāng)磁通量等于0.5Φm時(shí)，線圈平面和磁場方向夾角為30°或150°，此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的大小e＝BSωsin60°＝eq\f(\r(3),2)Em，C錯(cuò)誤。3．志向變壓器原、副線圈匝數(shù)比為5∶1，正常工作時(shí)，下列說法不正確的是()A．穿過原、副線圈的磁通量相等，且每一匝線圈磁通量的變更率相等B．原、副線圈每一匝產(chǎn)生的電動(dòng)勢瞬時(shí)值之比為5∶1C．原、副線圈的電壓之比為5∶1D．原、副線圈的輸入、輸出功率之比為1∶1解析：選B對志向變壓器，無磁通量損失，因而穿過原、副線圈的磁通量相等，磁通量變更率也相等，因而每匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢相等，所以電壓與匝數(shù)成正比，A、C正確，B錯(cuò)誤；志向變壓器可以忽視各種損耗，故輸入功率等于輸出功率，D正確。4．有人改裝了一輛自行車，他在后車輪上裝上了一個(gè)小型發(fā)電機(jī)，想看電視時(shí)，就騎在自行車上不停地蹬車，可供電視、照明用電。該發(fā)電機(jī)原理如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，放置一個(gè)有固定轉(zhuǎn)軸的發(fā)電輪，發(fā)電輪平面與磁場方向垂直，發(fā)電輪半徑為r，輪軸和輪緣為兩個(gè)輸出電極，該發(fā)電機(jī)接一志向變壓器后，再給電視和照明系統(tǒng)供電，則下列說法正確的是()A．當(dāng)人蹬車的速度增大時(shí)，變壓器副線圈兩端的電壓降低B．當(dāng)人蹬車的速度增大時(shí)，變壓器副線圈兩端的電壓不變C．電視和照明系統(tǒng)的總功率與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)D．電視和照明系統(tǒng)的總功率隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而增大解析：選D轉(zhuǎn)輪發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢為E＝eq\f(1,2)Br2ω，當(dāng)人蹬車的速度增大時(shí)，角速度增大，電動(dòng)勢增大，變壓器原線圈兩端的電壓、副線圈兩端的電壓都增大，電視和照明系統(tǒng)的總功率增大，D正確。5．如圖，利用志向變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，發(fā)電廠的輸出電壓恒定，輸電線路的電阻不變，當(dāng)用電高峰到來時(shí)()A．輸電線上損耗的功率減小B．電壓表V1的示數(shù)減小，電流表A1的示數(shù)增大C．電壓表V2的示數(shù)增大，電流表A2的示數(shù)減小D．用戶消耗的功率與發(fā)電廠輸出功率的比值減小解析：選D設(shè)輸電線的電阻為R，當(dāng)用電高峰到來時(shí)，用戶消耗的功率變大，則電流表A2示數(shù)變大，輸電線上的電流變大，輸電線上損耗的功率變大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電流表A1示數(shù)增大，因?yàn)榘l(fā)電廠的輸出電壓恒定，則升壓變壓器的次級線圈兩端電壓不變，即電壓表V1的示數(shù)不變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；輸電線上的電壓損失ΔU變大，故降壓變壓器的初級線圈兩端電壓減小，降壓變壓器次級線圈兩端電壓也減小，即電壓表V2的示數(shù)減小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；用戶消耗的功率占發(fā)電廠輸出總功率的比例為eq\f(P－P損,P)＝1－eq\f(I12R,U1I1)＝1－eq\f(ΔU,U1)，因?yàn)檩旊娋€上的電壓損失增大，升壓變壓器的次級線圈兩端電壓U1不變，所以用戶消耗的功率占發(fā)電廠輸出總功率的比例減小，故D正確。6．如圖所示，接于志向變壓器的四個(gè)燈泡規(guī)格相同，且全部正常發(fā)光，則這三個(gè)線圈的匝數(shù)比n1∶n2∶n3應(yīng)為()A．1∶2∶3B．2∶3∶1C．3∶2∶1D．2∶1∶3解析：選C由于全部燈泡規(guī)格相同，且都正常發(fā)光，則eq\f(U2,U3)＝eq\f(n2,n3)＝eq\f(2U,U)＝eq\f(2,1)，式中U為燈泡的額定電壓，設(shè)I為燈泡的額定電流，由志向變壓器的功率關(guān)系P1＝P2＋P3，U1I＝U2I＋U3I＝2UI＋UI＝3UI，所以U1＝3U，則eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(3U,2U)＝eq\f(3,2)，由此得n1∶n2∶n3＝3∶2∶1。7．如圖所示區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場，磁場的邊界由x軸和y＝2sineq\f(π,2)x(0≤x≤2m)曲線圍成，現(xiàn)把一邊長l＝2m的正方形單匝線框以水平速度v＝10m/s勻速地拉過該磁場區(qū)，磁場區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4T，線框電阻R＝0.5Ω，不計(jì)一切摩擦阻力，則()A．水平拉力F的最大值為8NB．拉力F的最大功率為12.8WC．拉力F要做25.6J的功才能讓線框通過此磁場區(qū)D．拉力F要做12.8J的功才能讓線框通過此磁場區(qū)解析：選C線框通過磁場區(qū)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流為正弦式電流，穿過磁場區(qū)的時(shí)間為eq\f(2l,v)＝0.4s，感應(yīng)電動(dòng)勢最大值為Em＝Blv＝8V，有效值為4eq\r(2)V，感應(yīng)電流最大值為16A，有效值為8eq\r(2)A，則水平拉力最大值為Fm＝BIml＝12.8N，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；拉力的最大功率為Pm＝Fmv＝128W，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；線框勻速通過，拉力做的功等于產(chǎn)生的焦耳熱，Q＝I2Rt＝25.6J，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。二、多項(xiàng)選擇題(本題共3小題，每小題6分，共18分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分)8．如圖所示，MN和PQ為兩光滑的電阻不計(jì)的水平金屬導(dǎo)軌，N、Q接志向變壓器，志向變壓器的輸出端接電阻元件R、電容器元件C，導(dǎo)軌上垂直放置一金屬棒ab。今在水平導(dǎo)軌部分加一豎直向上的勻強(qiáng)磁場，則下列說法中正確的是(IR、IC均為有效值)()A．若ab棒勻速運(yùn)動(dòng)，則IR≠0，IC＝0B．若ab棒勻速運(yùn)動(dòng)，則IR＝0，IC＝0C．若ab棒在某一中心位置兩側(cè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則IR≠0，IC≠0D．若ab棒勻加速運(yùn)動(dòng)，則IR≠0，IC＝0解析：選BCDab棒勻速切割磁感線時(shí)產(chǎn)生恒定電動(dòng)勢，原線圈兩端電壓不變，故副線圈中電流為0，A錯(cuò)誤，B正確；若ab棒在某一中心位置兩側(cè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，原線圈兩端有變更的電壓，副線圈兩端產(chǎn)生變更的電壓，電容器進(jìn)行充、放電，C正確；當(dāng)ab勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢勻稱增加，原線圈中電流勻稱增加，產(chǎn)生的磁場勻稱增加，副線圈中產(chǎn)生穩(wěn)定的感應(yīng)電動(dòng)勢，副線圈兩端電壓不變，因而IC＝0，D正確。9．寒冷的冬季，人們常用電熱毯取暖。某電熱毯的電路原理圖如圖所示，溫控器為志向二極管(具有單向?qū)щ娦?，電源電壓u＝311sin100πt(V)。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，電熱絲的電功率為P0。則()A．開關(guān)閉合，電路中電流的頻率為100HzB．開關(guān)閉合，溝通電壓表的讀數(shù)為220VC．開關(guān)斷開，電熱絲的電功率為0.5P0D．開關(guān)斷開，電熱絲的電功率為0.25P0解析：選BC由題可知ω＝100πrad/s，所以電流頻率為f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，故A錯(cuò)誤；開關(guān)閉合，電壓表的示數(shù)即為輸入電壓的有效值，為U＝eq\f(311,\r(2))V＝220V，故B正確；開關(guān)斷開時(shí)，由于二極管的單向?qū)щ娦?，只有方向向右的電流能夠通過二極管輸入變壓器，使變壓器的輸入功率減為原來的一半，所以電熱絲的電功率也變?yōu)樵瓉淼囊话?，?.5P0，故C正確，D錯(cuò)誤。10.如圖所示，志向自耦變壓器在鐵芯上只繞一個(gè)線圈，閉合開關(guān)S，可以變更原線圈的匝數(shù)。a和b兩個(gè)接線柱將線圈三等分，開關(guān)接a時(shí)，電壓表的讀數(shù)為Ua，電流表的讀數(shù)為Ia，電阻R消耗的電功率為Pa；開關(guān)接b時(shí)，電壓表的讀數(shù)為Ub，電流表的讀數(shù)為Ib，電阻R消耗的電功率為Pb，則()A.eq\f(Ua,Ub)＝eq\f(1,2) B.eq\f(Ua,Ub)＝eq\f(1,3)C.eq\f(Pa,Pb)＝eq\f(1,4) D.eq\f(Ia,Ib)＝eq\f(1,3)解析：選AC設(shè)線圈的總匝數(shù)為n，由于a、b兩個(gè)接線柱將線圈等分為三份，所以開關(guān)接a時(shí)，原線圈的匝數(shù)為eq\f(2,3)n，開關(guān)接b時(shí)，原線圈匝數(shù)為eq\f(1,3)n，依據(jù)變壓器的電壓比等于匝數(shù)比可得Ua＝eq\f(3,2)U，Ub＝3U，則eq\f(Ua,Ub)＝eq\f(1,2)，故A正確，B錯(cuò)誤；依據(jù)閉合電路的歐姆定律可得Ia＝eq\f(Ua,R)＝eq\f(3U,2R)，Ib＝eq\f(Ub,R)＝eq\f(3U,R)，則有eq\f(Ia,Ib)＝eq\f(1,2)，而Pa＝UaIa，Pb＝UbIb，所以eq\f(Pa,Pb)＝eq\f(UaIa,UbIb)＝eq\f(1,4)，故C正確，D錯(cuò)誤。三、非選擇題(本題共5小題，共54分)11．(7分)在“探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系”的試驗(yàn)中，某同學(xué)做了如下試驗(yàn)：(1)當(dāng)副線圈開路時(shí)副線圈無電流，原線圈也沒有電流，故燈泡L亮嗎？(2)當(dāng)開關(guān)S1、S2、S3順次閉合后，燈泡L亮度是否變更？若變更，試說明變更狀況。解析：(1)副線圈開路時(shí)燈泡L不亮。(2)當(dāng)開關(guān)S1、S2、S3順次閉合后，燈泡L亮度變更且越來越亮。答案：見解析12.(9分)有一個(gè)教學(xué)用的可拆變壓器，如圖所示，它有兩個(gè)外觀基本相同的線圈A和B，線圈外部還可以繞線。(1)某同學(xué)用多用電表的歐姆擋測量了A、B線圈的電阻值，發(fā)覺B線圈電阻約為A線圈電阻的3倍，則可推斷________線圈的匝數(shù)多。(選填“A”或“B”)(2)假如把它看作志向變壓器，現(xiàn)要測量A、B線圈的匝數(shù)，供應(yīng)的器材有：一根足夠長的絕緣導(dǎo)線、一只多用電表和一只低壓溝通電源(輸出電壓的有效值不變)?，F(xiàn)采納如下方法進(jìn)行測量。請補(bǔ)充試驗(yàn)步驟，完成A、B線圈匝數(shù)的測量(須要測量的物理量請用字母表示，并說明其含義)。①將絕緣導(dǎo)線一端與A線圈上方接線柱相連，順著原來的繞制方向在變壓器的鐵芯上再繞制n匝線圈；②將絕緣導(dǎo)線的另一端和A線圈下方接線柱分別與低壓溝通電源兩端相連接；③用多用電表的溝通電壓擋先后測量低壓溝通電源兩端的電壓U0和B線圈的輸出電壓U；④________________________________________________________________________；⑤拆除電路并整理器材。A、B線圈的匝數(shù)nA和nB的表達(dá)式為nA＝________，nB＝________。解析：(1)依據(jù)電阻定律知，導(dǎo)線越長，電阻越大，故B線圈匝數(shù)多。(2)結(jié)合上下步驟知，④為用多用電表的溝通電壓擋測量A線圈兩端的電壓U1。依據(jù)變壓器原、副線圈電壓比等于匝數(shù)比，有eq\f(U1,U0－U1)＝eq\f(nA,n)，eq\f(U,U0)＝eq\f(nB,n＋nA)，聯(lián)立解得A線圈的匝數(shù)nA＝eq\f(nU1,U0－U1)，B線圈的匝數(shù)nB＝eq\f(nU,U0－U1)。答案：(1)B(2)④用多用電表的溝通電壓擋測量A線圈兩端的電壓U1⑤eq\f(nU1,U0－U1)eq\f(nU,U0－U1)13．(11分)如圖所示，矩形線框匝數(shù)N＝250匝，ab＝12cm，ad＝10cm，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(2,π)T，線框繞垂直于磁場方向的軸以120r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。線框通過滑環(huán)與外電路相連，外電路接有R＝12Ω的電阻和一個(gè)發(fā)光電壓與熄滅電壓都為12V的氖泡L。其他電阻不計(jì)。(1)當(dāng)開關(guān)S接e時(shí)，電流表的讀數(shù)為多少？電阻R的熱功率為多大？(2)當(dāng)開關(guān)S接f時(shí)，氖泡的閃光頻率為多大？通電10min，氖泡發(fā)光的總時(shí)間為多少？解析：(1)S接e時(shí)，電流表的讀數(shù)為I＝eq\f(Im,\r(2))＝eq\f(NBSω,\r(2)R)＝eq\f(250×\f(2,π)×0.12×0.1×2π×\f(120,60),\r(2)×12)A＝eq\r(2)AR的熱功率為P＝I2R＝(eq\r(2))2×12W＝24W。(2)S接f時(shí)，從中性面起先計(jì)時(shí)，線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E＝NBSωsinωt＝24sin4πt(V)依據(jù)正弦曲線的變更規(guī)律，可知在交變電流的一個(gè)周期T內(nèi)，氖泡發(fā)光2次，又氖泡的發(fā)光電壓與熄滅電壓都為12V，可得每次發(fā)光時(shí)間為eq\f(T,3)因T＝eq\f(1,2)s，故氖泡的發(fā)光頻率為4Hz通電10min，氖泡發(fā)光的總時(shí)間為t＝10×60×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(4×\f(1,3)×\f(1,2)))s＝400s。答案：(1)eq\r(2)A24W(2)4Hz400s14．(12分)如圖甲所示，一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的勻稱分布的磁場。已知線圈的匝數(shù)n＝100，電阻r＝1.0Ω，所圍成的矩形的面積S＝0.040m2；小燈泡的電阻R＝9.0Ω。磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變更的規(guī)律如圖乙所示。線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值的表達(dá)式為e＝nBmSeq\f(2π,T)coseq\f(2π,T)t，其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值，T為磁場變更的周期。不計(jì)燈絲電阻隨溫度的變更，求：(1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值。(2)小燈泡消耗的電功率。(3)在磁感應(yīng)強(qiáng)度變更的0～eq\f(T,4)時(shí)間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量。解析：(1)由圖像知，線圈中產(chǎn)生的交變電流的周期T＝3.14×10－2s由感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值的表達(dá)式可知，感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值Em＝nBmSeq\f(2π,T)＝8.0V。(2)電動(dòng)勢的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))＝4eq\r(2)V由I＝eq\f(E,R＋r)，PR＝I2R可求得小燈泡消耗的電功率PR＝2.88W。(3)由eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)，eq\x\to(E)＝neq\f(BmS,\f(T,4))q＝eq\x\to(I)·eq\f(T,4)可求得在磁感應(yīng)強(qiáng)度變更的0～eq\f(T,4)時(shí)間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量q＝4.0×10－3C。答案：(1)8.0V(2)2.88W(3)4.0×10－3C15．(15分)如圖甲所示，兩個(gè)長為l、寬為L的矩形單匝導(dǎo)體線框abcd、a′b′c′d′相互垂直，彼此絕緣，可繞共同的中心軸O1O2轉(zhuǎn)動(dòng)，將兩線框的始端并在一起接到金屬滑環(huán)C上，末端并在一起接到金屬滑環(huán)D上，兩金屬滑環(huán)C、D彼此絕緣，并分別通過一個(gè)電刷與定值電阻R相連。線框處于磁鐵和圓柱形鐵芯之間的磁場中，磁場邊緣之間所夾的圓心角為45°，如圖乙所示(圖中的圓表示圓柱形鐵芯，它使磁鐵和鐵芯之間的磁場沿半徑方向，如圖箭頭所示)。不論線框轉(zhuǎn)到磁場中的什么位置，磁場的方向總是與線框平面平行。磁場中長為l的線框邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B，設(shè)兩線框的總電阻均為r，以相同的角速度ω逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過電刷跟C、D相連的定值電阻R＝2r。(1)求線框abcd轉(zhuǎn)到圖乙位置時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的大小；(2)求轉(zhuǎn)動(dòng)過程中電阻R上的電壓最大值；(3)從線框