2023高中物理第三章交變電流質(zhì)量評估新人教版選擇性

第三章質(zhì)量評估(時間:75分鐘滿分:100分)一、單項選擇題:本題共7小題,每小題4分,共28分.在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的.1.一臺家用電冰箱的銘牌上標有“220V100W”字樣,這表明該電冰箱所用交流電壓的 ()A.峰值是380VB.峰值是220VC.有效值是220V D.有效值是311V解析:交流電表的示數(shù)、保險絲的熔斷電流、銘牌上標的“220V”,都是有效值,故選項C正確.答案:C2.圖甲是線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交流電壓圖像.將該電壓加在圖乙所示的理想變壓器的M、N兩端.變壓器原、副線圈匝數(shù)比為5∶1,電阻R的阻值為2Ω,電流表、電壓表均為理想電表.下列說法不正確的是 ()甲乙A.電流表的示數(shù)為2AB.線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50πrad/sC.流過燈泡的電流方向每秒改變50次D.0.01s時穿過線圈的磁通量最大解析:原線圈兩端的電壓的有效值為10022V=100V,由電壓與匝數(shù)的關(guān)系可得副線圈兩端的電壓有效值為U2=n2n1U1=15×100=20V;副線圈中的電流I2=U2R=10A,由電流與匝數(shù)的關(guān)系得I2A,故選項A說法正確.根據(jù)題圖甲可以知道,交流的周期是0.04s,ω=2π2π0.04rad/s=50πrad/s,故選項B說法正確.交流的周期是0.04s,在一個周期內(nèi)電流的方向改變2次,所以流過燈泡的電流方向每秒改變50次,故選項C說法正確.由圖像可知,在t答案:D3.如圖所示,邊長為l、匝數(shù)為N、電阻不計的正方形線圈abcd在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中以角速度ω繞轉(zhuǎn)軸OO'勻速轉(zhuǎn)動,軸OO'垂直于磁感線且位于線圈平面內(nèi)(題圖所示位置),在線圈外接一含有理想變壓器的電路,變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1和n2.下列判斷正確的是 ()A.交流電壓表V1的示數(shù)等于NBωl2B.變壓器的輸入功率與輸出功率之比為n1∶n2C.交流電壓表V2的示數(shù)為副線圈兩端電壓的有效值D.在圖示位置時穿過線圈的磁通量為0,感應(yīng)電動勢最小解析:交流電壓的最大值Em=NBωl2,電壓表V1的示數(shù)為電壓的有效值,E=NBωl22,選項A錯誤.理想變壓器的輸入功率與輸出功率之比為1∶1,選項B錯誤.交流電壓表V2的示數(shù)為副線圈兩端電壓的有效值,選項C正確答案:C4.下圖為一交流電壓隨時間變化的圖像.每個周期內(nèi),前三分之一周期電壓按正弦規(guī)律變化,后三分之二周期電壓恒定.根據(jù)圖中數(shù)據(jù)可得,此交流電壓的有效值為 ()A.7.5V B.8VC.313V D.215V解析:題圖所示的電流不是正弦式電流,因此有效值U與最大值Um不滿足U=Um2.把一個周期進行分段,在0~0.01s電流是正弦式電流,電壓的有效值等于32V;在0.01~0.03s是恒定電流,電壓有效值等于9V.由電流熱效應(yīng)得(32V)2R×13T+(9V)2答案:D5.在勻強磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖甲所示.產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示.下列說法正確的是 ()甲乙A.t=0.01s時穿過線框的磁通量最小B.該電動勢的有效值為112VC.該電動勢的瞬時值表達式為e=222sin100πt(V)D.電動勢瞬時值為22V時,線圈平面與中性面的夾角為30°解析:t=0.01s時,感應(yīng)電動勢為0,穿過線框的磁通量最大,選項A錯誤.該電動勢的有效值為E=Em2=2222V=22V,選項B錯誤.當t=0時,電動勢為0,線圈平面與磁場方向垂直,故該電動勢的瞬時值表達式為e=222sin100πt答案:C6.正弦式電流加在一氖管的兩端,其電壓的瞬時值表達式為u=50sin100πt(V),已知氖管兩端的電壓達到253V及以上時才發(fā)光,則此氖管在1min內(nèi)發(fā)光的總時間為 ()A.15s B.20s C.30s D.40s解析:電流的周期為T=0.02s,當50sin100πt≥253時,氖管才發(fā)光,所以在前半個周期,當t1=1300s時氖管開始發(fā)光,當t2=2300s時停止發(fā)光,發(fā)光時間為Δt=t2t1=1300s,則一個周期內(nèi)發(fā)光的時間為2Δt=2300答案:B7.如圖所示的電路中,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶2,電阻R1、R2和R3的阻值分別是1Ω、2Ω和3Ω,正弦式交流電源的電壓恒定.當開關(guān)S斷開時,理想電流表的示數(shù)為I;當S閉合時,電流表的示數(shù)為 ()A.12I B.23I C.32解析:當開關(guān)S斷開時,副線圈兩端的電壓U2=I(R2+R3),根據(jù)電壓與匝數(shù)的關(guān)系得原線圈兩端的電壓為U1=12U2,根據(jù)電流與匝數(shù)成反比,得原線圈中的電流I1=2I,則電阻R1兩端的電壓為UR1=I1R1,在原線圈回路中總電壓為U=U1+UR1;S閉合時R3被短接,設(shè)電流表示數(shù)為I',則副線圈兩端的電壓U2'=I'R2,根據(jù)電壓與匝數(shù)的關(guān)系得原線圈兩端的電壓為U1'=12U2',根據(jù)電流與匝數(shù)的關(guān)系得原線圈中的電流I1'=2I',則電阻R1兩端的電壓為UR1'=I1'R1,在原線圈回路中總電壓為U=U1'答案:C二、多項選擇題:本題共3小題,每小題6分,共18分.在每小題給出的四個選項中,有多項符合題目要求.全部選對的得6分,選對但不全的得3分,有選錯的得0分.8.某正弦式電流的it圖像如圖所示,則該電流的 ()A.頻率f=0.02HzB.有效值I=102AC.峰值Im=102AD.瞬時值表達式為i=20sin100πt(A)解析:由圖可知,周期T=0.02s,頻率為f=1T=50Hz,故選項A錯誤.正弦式電流峰值Im=20A,有效值I=Im2=202A=102A,故選項B正確,選項C錯誤.角速度ω=2πf=100πrad/s,所以瞬時值表達式為答案:BD9.如圖所示,邊長為l的正方形線圈abcd,其匝數(shù)為N,總電阻為r,外電路的電阻為R,ab的中點和cd的中點的連線OO'恰好位于勻強磁場的邊界上,磁場的磁感應(yīng)強度為B,若從圖示位置開始計時,線圈以角速度ω繞OO'軸勻速轉(zhuǎn)動,則下列判斷正確的是 ()A.閉合電路中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式e=NBl2ωsinωtB.在t=π2C.從t=0時刻到t=π2ω時刻,電阻R上產(chǎn)生的熱量為QD.從t=0時刻到t=π2ω時刻,通過R的電荷量為Q解析:線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生正弦式交變電流,根據(jù)規(guī)律可列出感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式,最大值為有效值的2倍;每當線圈經(jīng)過中性面時,電流方向改變;當穿過線圈的磁通量為0時,線圈切割磁感線速度最大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也最大.由感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式e=Emsinωt,得回路中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式e=12NBωl2sinωt,選項A錯誤.在t=π2ω時刻,線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°,此時穿過線圈的磁通量最小,磁通量變化率最大,選項B錯誤.電壓的有效值為E=Em2,從t=0到t=π2ω時刻,電阻R產(chǎn)生的熱量為Q=ER+r2R·π2ω=πN2B2l答案:CD10.下圖是遠距離輸電示意圖,電站的輸出電壓為U1=250V,輸出功率P1=100kW,輸電線電阻R=8Ω.進行遠距離輸電時,下列說法正確的是 ()A.若電站的輸出功率突然增大,則降壓變壓器的輸出電壓減小B.若電站的輸出功率突然增大,則升壓變壓器的輸出電壓增大C.若輸電線損耗比例為5%,則所用升壓變壓器的匝數(shù)比n1nD.用10000V高壓輸電,輸電線損失功率為800W解析:由I1=P1U1和U1不變知,P1增大,I1增大;由I線=n1n2I1知I線增大,損失的電壓增大,U3減小,U4減小,故選項A正確,選項B錯誤.損失的功率ΔP=P×5%=5×103W,I2=25A,n1n2=25400=116,故選項C正確.用10000V高壓輸電,即U2'=10000V,I2'=P1U2'=10A,ΔP=答案:ACD三、非選擇題:共54分.11.(8分)某實驗小組進行了探究變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系的實驗.(1)為了確保安全,下列做法正確的是.

A.只能使用低壓直流電源,所用電壓不要超過12VB.連接好電路后,可以不經(jīng)檢查和確認,直接接通電源C.由于使用的電壓較低,通電時可用手直接接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱D.為了多用電表的安全,使用交流電壓擋測電壓時,先用最大量程擋試測(2)多用電表刻度盤上的交流電壓的刻度是(選填“均勻”或“不均勻”)的.

(3)某實驗小組通過實驗,記錄的數(shù)據(jù)如下表所示.原線圈匝數(shù)n1100200400400副線圈匝數(shù)n2400400200800原線圈兩端的電壓U1/V1.964.908.004.86副線圈兩端的電壓U2/V7.809.763.909.64通過分析實驗數(shù)據(jù)可得出的實驗結(jié)論是.

解析:(1)連接電路后要經(jīng)過檢查和確認才能接通電源.為了保證人身安全,只能使用低壓交流電源,所用電壓不要超過12V;即使這樣,通電時也不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱.為了保證多用電表的安全,使用交流電壓擋測電壓時,先用最大量程擋試測,大致確定被測電壓后再選用適當?shù)膿跷贿M行測量.(2)由多用電表的表盤可知,多用電表刻度盤上的交流電壓的刻度是不均勻的.(3)分析實驗數(shù)據(jù).第一組:U1U2=1.967.80=0.第二組:U1U2=4.909.76=0.第三組:U1U2=8.003.90第四組:U1U2=4.869.64=0.可得出的實驗結(jié)論是在誤差允許范圍內(nèi),變壓器原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比.答案:(1)D(2)不均勻(3)在誤差允許范圍內(nèi),變壓器原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比12.(10分)為探究變壓器原、副線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系,某實驗小組把沒有用導(dǎo)線相連的兩個線圈套在同一閉合的鐵芯上,一個線圈連學生電源的輸出端,另一個線圈兩端連小燈泡,如圖所示.(1)線圈應(yīng)連到學生電源的(選填“直流”或“交流”).

(2)將與燈泡相連的線圈拆掉數(shù)匝,其余裝置不變繼續(xù)實驗,燈泡亮度將(選填“變亮”或“變暗”),這說明燈泡兩端的電壓(選填“變大”或“變小”).

(3)在探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系的實驗中,變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為120和60,測得的原、副線圈兩端的電壓分別為8.2V和3.6V,據(jù)此可知電壓比與匝數(shù)比不相等,可能的原因是.(寫出一條即可)

解析:(1)變壓器的工作原理是互感現(xiàn)象,原線圈接交流電壓,輸出電壓也是交流電壓.(2)與燈泡相連的線圈匝數(shù)減少,由U1U2=(3)變壓器線圈通過電流時會發(fā)熱;鐵芯在交變磁場的作用下會發(fā)熱;此外,交變電流產(chǎn)生的磁場不可能完全局限在鐵芯內(nèi).所有這些,使得變壓器工作時有能量損失.答案:(1)交流(2)變暗變小(3)漏磁(或鐵芯發(fā)熱,或?qū)Ь€發(fā)熱)13.(10分)如圖所示,理想變壓器的交流輸入電壓U1=220V,有兩組副線圈,其中n2=36,標有“6V9W”“12V12W”的電燈分別接在兩組副線圈上,且均正常發(fā)光.求:(1)原線圈的匝數(shù)n1和另一副線圈的匝數(shù)n3;(2)原線圈中電流I1.解析:(1)由于兩燈泡均正常發(fā)光,所以有U2=6V,U3=12V.根據(jù)原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系,由U1U2=n1n2、U2U3=n3=U3U2(2)由于P入=P出,P出=P2+P3,所以P入=P2+P3.即I1U1=P2+P3,則I1=P2+P答案:(1)132072(2)0.095A14.(12分)如圖所示,匝數(shù)為100、面積為0.01m2的線圈,處于磁感應(yīng)強度B1為1πT的勻強磁場中.當線圈繞垂直于磁場的軸O1O2以轉(zhuǎn)速n=300r/min勻速轉(zhuǎn)動時,電壓表、電流表的讀數(shù)分別為7V、1A.電動機的電阻r=1Ω,牽引一根原來靜止的、長l=1m、質(zhì)量m=0.2kg的導(dǎo)體棒MN沿軌道上升.導(dǎo)體棒的電阻R=1Ω,架在傾角為30°的框架上,它們處于方向與框架平面垂直、磁感應(yīng)強度B2為1T的勻強磁場中.當導(dǎo)體棒沿軌道上滑1.6m時獲得穩(wěn)定的速度,這一過程中導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的熱量為4J.不計框架電阻及一切摩擦,g取10m/s2(1)假設(shè)從線圈平面處于中性面開始計時,寫出感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式.(2)求導(dǎo)體棒MN的穩(wěn)定速度.(3)求導(dǎo)體棒MN從靜止到達到穩(wěn)定速度所用的時間.解析:(1)線圈轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值為Em=NB1Sω=NB1S·2πn=100×1π×0.從線圈平面處于中性面開始計時,感應(yīng)電動勢瞬時值表達式為e=Emsinωt=10sin10πt(V).(2)電動機中的電流I=1A,兩端的電壓U=7V,電動機的輸出功率P出=IUI2r,又P出=F·v,而棒產(chǎn)生的感應(yīng)電流I'=ER=B穩(wěn)定時棒處于平衡狀態(tài),故有F=mgsinθ+B2I'l,聯(lián)立以上各式代入數(shù)據(jù),解得棒的穩(wěn)定速度v=2m/s,v=3m/s(舍去).(3)由能量守恒定律得P出·t=mgh+12mv2+Q其中h=xsinθ=0.80m,Q=4J,解得t=1.0s.答案:(1)e=10sin10πt(V)(2)2m/s(3)1.0s15.(14分)為了提高自行車夜間行駛的安全性,小明同學設(shè)計了一種“閃爍”裝置.如圖所示,自行車后輪由半徑r1=5.0×102m的金屬內(nèi)圈、半徑r2=0.40m的金屬外圈和絕緣輻條構(gòu)成.后輪的內(nèi)、外圈之間等間隔地接有4根金屬條,每根金屬條的中間均接有一個電阻為R的小燈泡.支架上裝有磁體,形成了磁感應(yīng)強度B=0.10T、方向垂直于紙面向外的“扇形”勻強磁場,其內(nèi)半徑為r1、外半徑為r2、張角θ=π6.后輪以角速度ω=2πrad/s相對于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動.不計其他電阻,忽略磁場的邊緣效應(yīng)(1)當金屬條ab進入“扇形”磁場時,求感應(yīng)電動勢E,并指出ab上的電流方向.(2)當金屬條ab進入“扇形”磁場時,畫出“閃爍