階段綜合評價(三) 交變電流

PAGE第9頁共9頁階段綜合評價(三)交變電流B卷——綜合素養(yǎng)評價(時間：75分鐘，滿分：100分)一、選擇題(本題共11小題，每小題4分，共44分。在每小題給出的四個選項中，第1～7題只有一項是符合題目要求的，8～11題有多個選項符合要求，全部選對得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分)1．如圖所示是一正弦式交變電流的電流隨時間變化的圖像。由圖可知，這個電流的()A．最大值為5A，變化周期為0.02s B．最大值為5A，變化周期為0.01sC．有效值為5A，變化周期為0.02sD．有效值為5A，變化周期為0.01s解析：選A從題圖中可知該交流電的最大值為5A，因為是正弦式交變電流，所以有效值為i＝eq\f(im,\r(2))＝eq\f(5\r(2),2)A，變化周期為0.02s。故A正確。2．一個矩形線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生交流電動勢的瞬時值表達式為e＝10eq\r(2)sin(4πt)V，則()A．該線圈轉(zhuǎn)動的角速度為4rad/sB．零時刻線圈平面與磁場垂直C．t＝0.25s時，e達到最大值D．在1s時間內(nèi)，線圈中電流方向改變10次解析：選B從交流電動勢的瞬時值表達式為e＝10eq\r(2)sin(4πt)V，可知線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω＝4πrad/s，所以A錯誤；將t＝0代入交變電動勢的瞬時值表達式得電動勢為0，則此時線圈處于中性面位置，線圈平面與磁場垂直，B正確；將t＝0.25s代入交流電動勢的瞬時值表達式e＝10eq\r(2)sin(4πt)V＝10eq\r(2)sinπ＝0，e達到最小值，C錯誤；交變電流的頻率f＝eq\f(ω,2π)＝2Hz，則在1s時間內(nèi)，線圈轉(zhuǎn)過2周，轉(zhuǎn)1周電流方向改變2次，則在1s時間內(nèi)，線圈中電流方向改變4次，D錯誤。3．電站向某地輸送5000kW的電功率，輸電線上損耗的電功率為100kW，如果把輸電電壓提高為原來的10倍，同時將輸電線的橫截面積減為原來的一半，而輸送的電功率不變，那么輸電線損耗的電功率為()A．0.2kW B．0.5kWC．2.0kW D．5.0kW解析：選C輸電電壓提高為原來的10倍，根據(jù)P＝UI知，輸送電流減小為原來的eq\f(1,10)，根據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(l,S)知，輸電線的橫截面積減為原來的一半，則輸電線的電阻增大為原來的2倍，根據(jù)P損＝I2R知，輸電線上損耗的電功率減小為原來的eq\f(1,50)，則輸電線上損耗的電功率為2.0kW，故C正確，A、B、D錯誤。4.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匝與標(biāo)有“9V,9W”的燈泡相連，n3與“6V,12W”的燈泡相連，且均能正常發(fā)光。則n1與n3的匝數(shù)分別為()A．88024 B．66027C．88027 D．66024解析：選A根據(jù)題意，燈泡均正常發(fā)光，則有U2＝9V，U3＝6V。根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比，有eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)，代入數(shù)據(jù)，eq\f(220,n1)＝eq\f(9,36)＝eq\f(6,n3)，解得n1＝880，n3＝24，故A正確。5．如圖所示是發(fā)電廠通過升壓變壓器進行高壓輸電，接近用戶端時再通過降壓變壓器降壓給用戶供電的示意圖(圖中變壓器均可視為理想變壓器，圖中電表均為理想交流電表。設(shè)發(fā)電廠輸出的電壓一定，兩條輸電線的總電阻用R0表示)，則進入用電高峰期時()A．電壓表V1、V2的讀數(shù)均不變，電流表A2的讀數(shù)增大，電流表A1的讀數(shù)減小B．電壓表V2、V3的讀數(shù)之差與電流表A2的讀數(shù)的比值不變C．電壓表V3、V4讀數(shù)的比值減小，電流表A2的讀數(shù)增大，電流表A3的讀數(shù)增大D．輸電線路上損失的功率減小解析：選B因為輸入電壓和匝數(shù)比都不變，所以電壓表V1、V2的讀數(shù)均不變，進入用電高峰期時，用電器增多，總電阻減小，電流增大，根據(jù)電流與匝數(shù)成反比知，三個回路中的電流都增大，電流表A1、A2的讀數(shù)均增大，A錯誤；電壓表V2、V3的讀數(shù)之差與電流表A2的讀數(shù)的比值不變，等于輸電線的電阻，B正確；輸電線上的電流增大，電壓損失增大，電壓表V3的讀數(shù)減小，電壓表V3、V4讀數(shù)的比值等于降壓變壓器的匝數(shù)比，保持不變，電流表A2、A3的讀數(shù)均增大，C錯誤；輸電線上的電流增大，則輸電線路上損失的功率增大，D錯誤。6.如圖所示區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場，磁場的邊界由x軸和y＝2sineq\f(π,2)x(0≤x≤2m)曲線圍成，現(xiàn)有一邊長為2m的正方形單匝線框在水平拉力F的作用下，以水平速度v＝10m/s勻速穿過該磁場區(qū)，磁場區(qū)的磁感應(yīng)強度為0.4T，線框電阻R＝0.5Ω，不計一切摩擦阻力，則()A．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當(dāng)線框的BC邊或AD邊到達磁場區(qū)中線位置時，回路中電流最大，拉力F最大，拉力F的功率也最大，由E＝Blv，I＝eq\f(E,R)，F(xiàn)安＝BIl可得，拉力F的最大值Fm＝F安＝eq\f(B2l2v,R)＝12.8N，拉力F的最大功率Pm＝Fmv＝128W，選項A、B錯誤；由e＝Byv＝8sineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)vt))V可知，線框中產(chǎn)生的是正弦式交變電流，電動勢的有效值為E＝eq\f(8,\r(2))V＝4eq\r(2)V，電流存在時間t＝eq\f(2L,v)＝0.4s，故拉力F要做的總功為W＝eq\f(E2,R)t＝25.6J，選項C正確，D錯誤。7．心電圖儀是將心肌收縮產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)化為電壓脈沖的儀器，其輸出部分可用一個與大電阻(40kΩ)相連的交流電源來等效，如圖所示。心電圖儀與一理想變壓器的原線圈相連，一揚聲器(可以等效為阻值為8Ω的電阻)與該變壓器的副線圈相連。在等效電源的電壓有效值U0不變的情況下，為使揚聲器獲得最大功率，變壓器的原線圈和副線圈的匝數(shù)比約為()A．1∶5000 B．1∶70C．70∶1 D．5000∶1解析：選C設(shè)變壓器的原線圈和副線圈的匝數(shù)比為n，把理想變壓器和揚聲器整體等效為一個負(fù)載電阻R，則有R＝eq\f(U1,I1)。而U1＝nU2，I1＝eq\f(I2,n)，eq\f(U2,I2)＝R2，解得R＝n2R2。為使揚聲器獲得最大功率，負(fù)載電阻R必須獲得最大功率。根據(jù)電源輸出最大功率的條件，負(fù)載電阻R應(yīng)該等于R1，即R1＝n2R2。解得n＝eq\r(\f(R1,R2))≈71，故匝數(shù)比約為70∶1，選項C正確。8．如圖所示，MN和PQ為兩光滑的電阻不計的水平金屬導(dǎo)軌，N、Q接理想變壓器，理想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棒勻速運動，則IR≠0，IC＝0B．若ab棒勻速運動，則IR＝0，IC＝0C．若ab棒在某一中心位置兩側(cè)往復(fù)運動，則IR≠0，IC≠0D．若ab棒勻加速運動，則IR≠0，IC＝0解析：選BCDab棒勻速切割磁感線時產(chǎn)生恒定電動勢，原線圈兩端電壓不變，故副線圈中電流為0，A錯誤，B正確；若ab棒在某一中心位置兩側(cè)往復(fù)運動，原線圈兩端有變化的電壓，副線圈兩端產(chǎn)生變化的電壓，電容器進行充、放電，C正確；當(dāng)ab勻加速運動時，產(chǎn)生的電動勢均勻增加，原線圈中電流均勻增加，產(chǎn)生的磁場均勻增強，副線圈中產(chǎn)生穩(wěn)定的感應(yīng)電動勢，副線圈兩端電壓不變，因而IC＝0，D正確。9．如圖甲所示，一矩形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，通過線圈的磁通量Φ隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示。下列論述正確的是()A．t1時刻線圈平面與中性面重合B．t2時刻導(dǎo)線ad的速度方向跟磁感線平行C．t3時刻線圈感應(yīng)電動勢為0D．t4時刻線圈中感應(yīng)電流方向發(fā)生改變解析：選ACt1時刻通過線圈的磁通量最大，線圈平面與中性面重合，故A正確；t2時刻磁通量為0，線圈與磁場平行，故導(dǎo)線ad的速度方向跟磁感線垂直，故B錯誤；t3時刻線圈的磁通量最大，處于中性面位置，而磁通量的變化率等于0，故感應(yīng)電動勢為0，故C正確；由題圖可知t4時刻線圈中磁通量變化率方向沒變，故感應(yīng)電流方向沒變，故D錯誤。10．在圖(a)所示的交流電路中，電源電壓的有效值為220V，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1、R2、R3均為固定電阻，R2＝10Ω，R3＝20Ω，各電表均為理想電表。已知電阻R2中電流i2隨時間t變化的正弦曲線如圖(b)所示。下列說法正確的是()A．所用交流電的頻率為50HzB．電壓表的示數(shù)為100VC．電流表的示數(shù)為1.0AD．變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿?5.0W解析：選AD由于變壓器不會使交流電的周期改變，且由題圖(b)可知所用交流電的周期為2×10－2s，可求得所用交流電的頻率為50Hz，選項A正確；由題圖(b)可知通過R2的電流的有效值為1A，由串并聯(lián)電路特點可知通過R3的電流(即通過電流表的電流)為0.5A，故副線圈的電流為I2＝1.5A，由歐姆定律可得副線圈兩端的電壓U2＝1×10V＝10V，由變壓器原、副線圈兩端電壓比與原、副線圈匝數(shù)比的關(guān)系可得，原線圈兩端的電壓U1＝eq\f(U2,n2)n1＝100V，再根據(jù)原線圈電路的串聯(lián)關(guān)系可得R1兩端的電壓為UV＝220V－100V＝120V,選項B、C均錯誤；根據(jù)變壓器原理可得變壓器傳輸?shù)碾姽β蕿镻＝U2I2＝10×1.5W＝15.0W，選項D正確。11．如圖所示為某發(fā)電站向某用戶區(qū)供電的輸電原理圖，T1為匝數(shù)比為n1∶n2的升壓變壓器，T2為匝數(shù)比為n3∶n4的降壓變壓器。若發(fā)電站輸出的電壓有效值為U1，輸電導(dǎo)線的總電阻為R，在某一時間段用戶需求的電功率恒為P0，用戶的用電器正常工作電壓為U2，在滿足用戶正常用電的情況下，下列說法正確的是()A．T1原線圈中的電流有效值為eq\f(P0,U1)B．T2副線圈中的電流有效值為eq\f(P0,U2)C．輸電線上損耗的功率為eq\f(n42P02R,n32U22)D．輸電線上損耗的功率為eq\f(n12P02R,n22U12)解析：選BCT1原線圈中的功率等于P0加上輸電線上損失的功率，所以T1原線圈中的電流有效值大于eq\f(P0,U1)，故A錯誤；T2副線圈中的功率為P0，T2副線圈兩端的電壓為U2，根據(jù)P＝UI可知，T2副線圈中的電流有效值I4＝eq\f(P0,U2)，故B正確；輸電線中的電流I3＝eq\f(n4,n3)I4，解得I3＝eq\f(n4P0,n3U2)，所以輸電線上損耗的功率ΔP＝I32R＝eq\f(n42P02R,n32U22)，故C正確，D錯誤。二、非選擇題(本題共5小題，共56分)12．(6分)某同學(xué)選用匝數(shù)可調(diào)的可拆變壓器來“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系”實驗，變壓器原線圈兩端所接的電源應(yīng)是電壓為12V的低壓________(選填“交流電源”或“直流電源”)。先保持原線圈的匝數(shù)不變，增加副線圈的匝數(shù)，觀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)，觀察到副線圈兩端的電壓________(選填“增大”“減小”或“不變”)。上述探究副線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系中采用的實驗方法是______(選填“控制變量法”“轉(zhuǎn)換法”或“類比法”)。解析：變壓器不能改變直流電的電壓，故電源應(yīng)為低壓交流電源；由eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)知U2＝eq\f(n2,n1)U1，原線圈的匝數(shù)n1不變，增加副線圈的匝數(shù)n2，則副線圈兩端的電壓U2增大；同理可知副線圈的匝數(shù)n2不變，原線圈的匝數(shù)n1增大，則副線圈兩端的電壓U2減小。上述實驗采用的方法是控制變量法。答案：交流電源增大減小控制變量法13．(8分)在“探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)關(guān)系”的實驗中：(1)為了確保實驗的安全，下列做法正確的是________。A．為了人身安全，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，可不經(jīng)檢查電路是否正確，直接接通電源C．因為使用電壓較低，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：原線圈匝數(shù)n1(匝)100200400400副線圈匝數(shù)n2(匝)400400200800原線圈兩端的電壓U1(V)1.964.908.004.86副線圈兩端的電壓U2(V)7.809.763.909.64通過分析實驗數(shù)據(jù)可得出的實驗結(jié)論是____________________________________________。(4)由表格中的數(shù)據(jù)可知電壓比與匝數(shù)比并不相等，主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________(至少說出兩個原因)。解析：(1)變壓器能改變電壓，因此為了人身安全，原線圈兩端只能使用低壓交流電源，所用電壓不超過12V，A錯誤。實驗通電前，必須要檢查電路是否正確，通電時，不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱，確保人身安全，B、C錯誤。使用多用電表測電壓時，先用最大量程擋試測，再選用恰當(dāng)?shù)膿跷贿M行測量，D正確。(2)由多用電表的表盤可知，多用電表刻度盤上交流電壓的刻度是不均勻的。(3)通過分析實驗數(shù)據(jù)可得出實驗結(jié)論：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。(4)電壓比與匝數(shù)比并不相等，主要原因是變壓器有漏磁、鐵芯發(fā)熱、導(dǎo)線發(fā)熱現(xiàn)象等。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(4)有漏磁、鐵芯發(fā)熱14.(11分)如圖，一個小型應(yīng)急交流發(fā)電機，內(nèi)部為n＝50匝、邊長L＝20cm的正方形線圈，總電阻為r＝1.0Ω。線圈在磁感應(yīng)強度為B＝0.1T的勻強磁場中，繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動。發(fā)電機對一電阻為R＝9.0Ω的電燈供電，線路中其他電阻不計，若發(fā)電機的轉(zhuǎn)動角速度為ω＝100rad/s時，電燈正常發(fā)光。求：(1)交流發(fā)電機發(fā)出的電動勢的最大值；(2)電燈正常發(fā)光的功率；(3)從圖示位置開始，線圈轉(zhuǎn)過30°的過程中，通過電燈的電量；(4)線圈每轉(zhuǎn)動一分鐘，外力所需做的功。解析：(1)電動勢的最大值為Em＝nBSω＝nBωL2＝20V。(2)電動勢的有效值為E＝eq\f(Em,\r(2))＝10eq\r(2)V，電燈正常發(fā)光的電流I＝eq\f(E,r＋R)＝eq\f(10\r(2),1＋9)A＝eq\r(2)A，電燈正常發(fā)光的功率P＝I2R＝18W。(3)q＝IΔt＝eq\f(nΔΦ,R＋r)＝eq\f(nBSsin30°,R＋r)＝0.01C。(4)整個回路上產(chǎn)生的熱量為Q＝I2(R＋r)t＝1200J，W外＝Q＝1200J。答案：(1)20V(2)18W(3)0.01C(4)1200J15．(15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均勻分布的磁場。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)強度隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢瞬時值的表達式為e＝nBmSeq\f(2π,T)coseq\f(2π,T)t，其中Bm為磁感應(yīng)強度的最大值，T為磁場變化的周期。不計燈絲電阻隨溫度的變化，求：(1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值。(2)小燈泡消耗的電功率。(3)在磁感應(yīng)強度變化的0～eq\f(T,4)時間內(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)電動勢瞬時值的表達式可知，感應(yīng)電動勢的最大值Em＝nBmSeq\f(2π,T)＝8.0V。(2)電動勢的有效值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)強度變化的0～eq\f(T,4)時間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量q＝4.0×10－3C。答案：(1)8.0V(2