高中物理【交变电流】专题测试

【交变电流】专题测试(满分共100分 时间45分钟)一、选择题(共12个小题，每小题5分，共60分.1～7题为单选题，8～12题为多选题．)1．一矩形线框在匀强磁场内绕垂直于磁场的轴匀速转动过程中，线框输出的交流电压随时间变化的图象如图所示，下列说法中正确的是( )A ．t ＝0时刻线框平面与磁场方向平行B ．交流电压的频率为4 HzC ．1 s 末线框平面垂直于磁场方向，通过线框的磁通量变化最快D ．2 s 末线框平面垂直于磁场方向，通过线框的磁通量最大2．教学用发电机能够产生正弦式交变电流．利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R 供电，电路如图所示，理想交流电流表A 、理想交流电压表V 的读数分别为I 、U ，R 消耗的功率为P .若发电机线圈的转速变为原来的12，则( )A ．R 消耗的功率变为12PB.电压表V 的读数变为12UC ．电流表A 的读数变为2I D.通过R 的交变电流频率不变3.如图所示，理想变压器原线圈接在有效值不变的正弦交流电源上，图中各电表均为理想电表．当滑动变阻器R 的滑片向下滑动时，下列说法正确的是( )A ．灯泡L 变亮B ．电流表的示数增大C ．电压表的示数不变D ．变压器的输入功率不变4．一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q 方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正．该电阻上电压的峰值均为u 0，周期均为T ，如图所示．则Q 方∶Q 正等于( )A ．1∶2 B.2∶1 C ．1∶2 D.2∶15．图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n 1∶n 2＝5∶1，电阻R ＝20 Ω，L 1、L 2为规格相同的两只小灯泡，S 1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u 随时间t 的变化关系如图乙所示．现将S 1接1、S 2闭合，此时L 2正常发光．下列说法正确的是( )A ．只断开S 2后，原线圈的输入功率增大B ．输入电压u 的表达式u ＝202sin(50πt )VC ．若S 1换接到2后，原线圈的输入功率为1.6 WD ．若S 1换接到2后，R 消耗的电功率为0.8 W6．如图所示，理想变压器原副线圈上分别接有定值电阻R 1、R 2，其中R 1＝8 Ω，R 2＝10 Ω，原副线圈的匝数之比n 1∶n 2＝4∶1，电阻R 2两端电压为10 V ，则交流电源电压U 为( )A ．42 V B.48 V C ．45 V D.40 V7．如图所示为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，两根输电线的电阻均为r .以下说法正确的是( )A ．升压变压器原线圈磁通量的变化周期小于副线圈磁通量的变化周期B ．用电设备消耗的功率取决于发电机的输出功率C ．如果升压变压器原线圈的电压恰好等于降压变压器副线圈的电压，则n 2n 1＞n 3n 4D ．输电线路上损失的功率只与输电线电阻r 有关8．如图所示，边长为L 的正三角形金属线框处于匀强磁场中，开始时线框平面与磁场垂直，磁场的磁感应强度为B ，让线框以AB 边为轴以角速度ω在磁场中匀速转过180°的过程中，则( )A ．穿过线框导线截面的电量为0B ．线框中的感应电流方向先沿ACBA 后沿ABCAC ．线框中的平均电动势为3ωBL 22πD ．线框中感应电动势的有效值为6BL 2ω89．电流互感器和电压互感器如图所示，其中n 1、n 2、n 3、n 4分别为四组线圈的匝数，a 、b 为两只交流电表，则( )A ．A 为电流互感器，且n 1＜n 2，a 是电流表B ．A 为电压互感器，且n 1＞n 2，a 是电压表C ．B 为电流互感器，且n 3＜n 4，b 是电流表D ．B 为电压互感器，且n 3＞n 4，b 是电压表10．如图，间距为L 的两根平行的光滑金属导轨MN 和PQ 水平放置，垂直于导轨平面向里的匀强磁场的磁感应强度大小为B ，导体棒与导轨接触良好，导轨右端与理想变压器相连，变压器原副线圈匝数比为n 1∶n 2，副线圈接有一定值电阻R 和一理想电流表，导轨和导体棒的电阻均忽略不计，则下列说法正确的是( )A ．若导体棒以速度v 0匀速运动时，则电流表的示数为0B ．若导体棒以速度v 0匀速运动时，则电流表的示数为n 1BL v 0Rn 2C ．若导体棒运动的速度v ＝v 0sin ωt ，则电流表的示数为n 2BL v 0Rn 1D ．若导体棒运动的速度v ＝v 0sin ωt ，则电流表的示数为n 2BL v 02Rn 111．如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a 和b.当输入电压U 为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是( )A ．原、副线圈匝数之比为9∶1B ．原、副线圈匝数之比为1∶9C ．此时a 和b 的电功率之比为9∶1D ．此时a 和b 的电功率之比为1∶912．如图为远距离输电的原理图，升压变压器的原、副线圈匝数比为a ，降压变压器的原、副线圈匝数比为b ，输电线的电阻为R ，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电机输出的电压恒为U ，若由于用户的负载变化，使电压表V 2的示数增大了ΔU ，则下列判断正确的是( )A ．电压表V 1的示数不变B ．电流表A 2的示数减小了ΔU RC ．电流表A 1的示数减小了b ΔURD ．输电线损失的功率减小了⎝⎛⎭⎫b ΔU R 2R选 择 题 答 题 栏题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 答案二、实验题(本题共1个小题，共18分)13．如图所示为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I U 关系曲线图．(1)为了通过测量得到如图所示I U 关系的完整曲线，如图所示的a 和b 两个电路中应选择的是图________，简要说明理由：_______________________________________________________________________________________________________________________. (电源电动势为9 V ，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω)(2)在图c 所示的电路中，电源电压恒为9 V ，电流表读数为70 mA ，定值电阻R 1＝250 Ω.则热敏电阻两端的电压为________ V ；电阻R 2的阻值为________ Ω.三、计算题(本题共1个小题，共22分)14．图甲为一理想变压器，ab 为原线圈，ce 为副线圈，d 为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的u ab t 图象如图乙所示．若只在ce 间接一只R ce ＝400 Ω的电阻，或只在de 间接一只R de ＝225 Ω的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W.(1)请写出原线圈输入电压瞬时值u ab 的表达式． (2)求只在ce 间接400 Ω电阻时，原线圈中的电流I 1. (3)求ce 和de 间线圈的匝数比n ce n de.【交变电流】答案解析1．D 由u t 图象可知，t ＝0时刻瞬时电压为零，线框处于中性面，与磁场方向垂直．频率f ＝1T ＝14 Hz ＝0.25 Hz ，故选项A 、B 错误；由图象可知，1 s 末交变电压最大，通过线框的磁通量变化率最大，此时线框与磁场方向平行，而2 s 末交变电压为零，此时线框经过中性面，与磁场方向垂直，穿过线框的磁通量最大，故选项C 错误，D 正确．2．B 交流发电机产生的感应电动势最大值E m ＝NBSω，且有ω＝2πn ，所以当发电机线圈转速减半后，感应电动势最大值减半，有效值减半，又理想变压器原、副线圈电压有效值之比等于原、副线圈匝数比，故电压表示数减为原来的一半，B 项正确；由电功率P ＝U 2R可知，变压器输出功率即R 消耗的功率变为原来的14，A 项错误；由P ＝UI 可知，原线圈中电流减为原来的一半，C 项错误；交流电的频率与发电机线圈转动角速度成正比，故D 项错误．3．A 当滑片向下滑动时，R 阻值变大，R 0上的电流减小，UR 0分压变小，则灯泡L 分压增多，灯变亮，选项A 正确，而I 总＝I L ＋I A ，I 总变小，I L 变大，故I A 变小，B 项错；电压表示数应变大，P 入＝P 出＝U 2I 总变小，故选项C 、D 错误．4．D 根据焦耳定律知热量与方波中的电流方向的变化无关，故Q 方＝u 20RT ；而正弦交流电电压的有效值等于峰值的12，故Q 正＝⎝ ⎛⎭⎪⎫u 022R T ＝12·u 20R T ，所以Q 方Q 正＝21，D 正确．5．D A ．只断开S 2后，负载电阻变为原来的2倍，副线圈电压不变，则副线圈的功率变小，即原线圈的输入功率变小，A 错误；B.由图乙知周期T ＝0.02 s ，ω＝2π0.02 rad/s ＝100π rad/s，所以输入电压u 的表达式应为u ＝202sin(100πt )V ，B 错误；C.D.若S 1换接到2后，由U 1U 2＝n 1n 2＝51，U 1＝2022＝20 V ，则电阻R 电压有效值为4 V ，R 消耗的电功率为P 2＝U 22R ＝4220W ＝0.8 W ，而变压器两端的功率相等，则输入功率也为0.8 W ，C 错误，D 正确．故选D.6．A 在副线圈中，电流为I 2＝U 2R 2＝1 A ，根据I 1I 2＝n 2n 1＝14，可得原线圈中的电流为I 1＝0.25 A ，故R 1两端电压为UR 1＝I 1R 1＝2 V ．根据U 1U 2＝n 1n 2，可得原线圈两端的电压U 1＝40 V ，则理想变压器输入的电压U ＝U 1＋U R 1＝42 V.7．C 变压器只改变交变电流的电压，不能改变交变电流的频率，所以每个变压器原副线圈磁通量的变化周期都相同，A 项错误；在两个变压器原副线圈匝数一定、输电线电阻r 一定的情况下，用电设备消耗的功率大，发电机的输出功率就大，用电设备消耗的功率决定了发电机的输出功率，B 项错误；设输电线电阻上电压降为U r ，则有U 2＝U 3＋U r ，即U 2＞U 3，又因为U 1＝U 4，n 2n 1＝U 2U 1，n 3n 4＝U 3U 4，所以n 2n 1＞n 3n 4，C 项正确；输电线路上损失的功率为P ＝2I 2r ，即不仅与输电线电阻r 有关，也与输电电流有关，D 项错误．8．CD 根据楞次定律可知，线框中的电流一直沿ACBA ，说明穿过线框导线截面的电量不为零，A 、B 项错误；线框中的平均电动势E ＝2B ×12L ×32L πω＝3ωBL22π，C 项正确；由于线框在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，因此线框中产生的电流为正弦交流电，因此感应电动势的有效值E ＝BSω2＝6BL 2ω8，D 项正确．9．AD 串联在火线上的是电流互感器，因为电流与匝数成反比，为了安全，要求n 1＜n 2，a 是电流表，A 正确，B 错误；并联在输电线上的是电压互感器，因为电压与匝数成正比，为了安全，要求n 3＞n 4，b 是电压表，C 错误，D 正确．10．AD 若导体棒以速度v 0匀速运动时，原线圈两端电压E ＝BLv 0为一定值，副线圈两端电压为0，电流表的示数为0，A 正确、B 错误；若导体棒运动的速度v ＝v 0sin ωt ，原线圈两端电压E ＝BLv ＝BLv 0sin ωt ，有效值U 1＝BLv 02，由U 1U 2＝n 1n 2可得U 2＝n 2BLv 02n 1，所以电流表的示数为U 2R ＝n 2BLv 02n 1R，C 项错误，D 项正确．11．AD 设灯泡的额定电压为U 0，两灯均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U 1＝9U 0，副线圈两端电压为U 2＝U 0，故U 1U 2＝91，根据U 1U 2＝n 1n 2＝91，A 正确，B 错误；根据公式I 1I 2＝n 2n 1可得I 1I 2＝19，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P ＝UI 可得两者的电功率之比为1∶9，C 错误，D 正确．12．AC 发电厂输出的电压恒为U ，电压表V 1示数不变，故A 正确；根据U 1U 2＝a ，U 3U 4＝b 解得U 3＝bU 4，U 3′＝bU 4′，U 4－U 4′＝ΔU ，则U 3＝U 3′＋b ΔU ，即输电线上的电压减少了b ΔU ，则输电线上的电流A 1减小了b ΔU R ，由I 4I 3＝b 可知，故B 错误，C 正确；输电线损失的功率减少了(I 21－I 22)R ，故D 错误．故选AC.13．解析 由于图中要求测量多组数据，所需电压调节范围较大，且从零开始变化，所以应选用分压电路，即图a ；根据欧姆定律可以先求出R 1的电流I 1＝36 mA ，所以热敏电阻和R 2电流为I 2＝I －I 1＝34 mA ，由图可读出热敏电阻在34 mA 时的电压为5.2 V ，则R 2两端电压为3.8 V ，即可求出R 2＝111.8 Ω.答案 (1)a 电压可从0 V 调到所需电压，调节范围较大 (2)5.2 111.8(111.6～112.0均可)14．解析 (1)由题图乙知ω＝200π rad/s， 电压瞬时值u ab ＝400sin 200πt V. (2)电压有效值U 1＝200 2 V ， 理想变压器P 1＝P 2＝80 W ， 原线圈中的电流I 1＝P 1U 1，解得I 1≈0.28 A(或25A)． (3)设ab 间匝数为n 1，则U 1n 1＝U cen ce， 同理U 1n 1＝U den de. 由题意知U 2ce R ce ＝U 2deR de，解得n c en de ＝ R ceR de ， 代入数据得n ce n de ＝43. 答案 (1)u ab ＝400sin 200πt V (2)0.28 A 或25 A (3)43。