2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 電學(xué)部分 專題10 交變電流單元測試卷B卷

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1、2022高考物理一輪復(fù)習(xí) 電學(xué)部分 專題10 交變電流單元測試卷B卷 一、單選 1.一矩形線圈繞垂直勻強磁場并位于線圈平面內(nèi)的固定軸轉(zhuǎn)動,線圈中的感應(yīng)電動勢e隨時間t的變化如圖所示,下列說法中正確的是 A. 時刻線圈平面和磁感線平行; B. 時刻通過線圈的磁通量最大; C. 時刻通過線圈的磁通量變化率的絕對值最大; D. 時刻線圈平面和磁感線平行 【答案】D 2.一個線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交流電動勢為(V)。關(guān)于這個交變電流,下列說法正確的是 A. 交變電流的頻率為100Hz B. 電動勢的有效值為220V C. 電動勢的峰值為220V

2、 D. t=0時,線圈平面與中性面垂直 【答案】B 【解析】由題可知,線圈的角速度為,故其頻率為:,故A錯誤;由題知,該交流電的最大值為,則有效值為,故B正確,C錯誤;當(dāng)t=0時e=0,此時線圈處在中性面上,穿過線圈的磁通量最大,故D錯誤,故選B. 3.如圖所示,為一交流電的電流隨時間而變化的圖象,此交流電流的有效值是 A. B. C. D. 5A 【答案】D 【解析】設(shè)交流電電流的有效值為I,周期為T,電阻為R,則,解得:,故選D。 4.在勻強磁場中,阻值為的矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電動勢的圖

3、象如圖所示,現(xiàn)把交流電加在阻值為的電熱絲上,下列說法正確的是 A. 線框轉(zhuǎn)動的角速度 B. 電熱絲兩端的電壓為 C. 時線框的磁通量變化率為零 D. 線框產(chǎn)生的交變電流的方向每秒改變100次 【答案】D 【解析】由圖知該交變電動勢的周期T=0.02s,則頻率為,則;由全電路歐姆定律可知電熱絲兩端的電壓;t=0.005s時相瞬時電動勢最大,故磁通量變化率最大;由于每個周期電流改變2次方向,由于,故每秒改變100次。綜上分析D正確。 5.如圖所示為一正弦交變電壓隨時間變化的圖像,由圖可知 A. 交流電的周期為2 s B. 用電壓表測量該交流電壓時,讀數(shù)為311 V

4、C. 交變電壓的有效值為220 V D. 將它加在電容器上時,電容器的耐壓值等于220 V 【答案】C 6.如圖,實驗室一臺手搖交流發(fā)電機(jī),內(nèi)阻r=1.0Ω,外接R=9.0Ω的電阻。閉合開關(guān)S,當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動時,產(chǎn)生的電動勢e=10sin(10πt) V,則( ) A. 該交變電流的頻率為10 Hz B. 該電動勢的有效值為10 V C. 外接電阻R所消耗的電功率為10 W D. 電路中理想交流電流表A的示數(shù)為/2A 【答案】D 【解析】由電動勢瞬時值表達(dá)式可知ω=10πrad/s,則該交變電流的頻率:,故A錯誤;該電動勢的有效值為,故B錯誤

5、;電路中理想交流電流表A的示數(shù)為:,故D正確;外接電阻R所消耗的電功率為:,故C錯誤。所以D正確,ABC錯誤。 7.如圖所示,一理想變壓器原線圈匝數(shù)匝,副線圈匝數(shù)匝,原線圖所接交流電源的電動勢瞬時值表達(dá)式,副線圈所接電阻,電流表、電壓表對電路影響可忽略不計,則( ) A. 的示數(shù)約為 B. 的示數(shù)約為 C. 的示數(shù)約為 D. 的示數(shù)約為 【答案】A 【解析】由題意可知,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比得,,根據(jù)電流與匝數(shù)成反比得,A正確. 8.某發(fā)電站的輸出功率為104 kW,輸出電壓為4 kV,通過理想變壓器升壓后向80 km遠(yuǎn)處的用戶供電.已知輸電線的電阻率為ρ=2.4×10

6、-8 Ω·m,導(dǎo)線橫截面積為1.5×10-4 m2,輸電線路損失的功率為輸出功率的4%.則以下說法正確的是:( ) A. 升壓變壓器的輸出的電壓為40 kV B. 輸電線路上的電壓損失為3.2 kV C. 輸電線的電阻為12.8Ω D. 理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為1:10 【答案】B 9.如圖所示, 匝矩形閉合導(dǎo)線框處于磁感應(yīng)強度大小為的水平勻強磁場中,線框面積為電阻為。線框繞垂直于磁場的軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動,并與理想變壓器原線圈相連,原副線圈匝數(shù)之比為,變壓器副線圈接入一只額定電壓為.電阻為的燈泡,燈泡正常發(fā)光。從線框通過中性面開始計時,下列說法錯誤

7、的是( ) A. 勻速轉(zhuǎn)動過程中穿過線框的磁通量變化率最大值為 B. 燈泡中的電流方向每秒改變次 C. 變壓器原線圈兩端電壓最大值為 D. 線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流表達(dá)式為 【答案】C 【解析】線圈在磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,單匝線圈在磁場中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢為Em=BSω,故A正確;交流電的周期,1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù),1個周期電流方向改變2次,所以燈泡中電流方向每秒改變,故B正確;根據(jù)變壓器原副線圈中電壓的特點可知,解得U1=2U,變壓器原線圈兩端電壓最大值為,故C錯誤;副線圈中的電流,根據(jù)變壓器原副線圈中電流與線圈匝數(shù)的關(guān)系可知,,解得,故電流的最大值為,由于從中

8、性面開始計時,故線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流表達(dá)式為,故D正確;本題選擇錯誤的,故選:C。 10.圖甲所示的變壓器原、副線圈匝數(shù)比為3∶1,圖乙是該變壓器cd輸入端交變電壓u的圖象,L1、L2、L3、L4為四只規(guī)格均為“9 V,6 W”的相同燈泡,各電表均為理想交流電表.以下說法正確的是( ) A. ab輸入端電壓的瞬時值表達(dá)式為Uab=27sin 100πt(V) B. ab輸入端輸入功率Pab=18 W C. 電流表的示數(shù)為2 A,且四只燈泡均能正常發(fā)光 D. 斷開K,電壓表V讀數(shù)將變小 【答案】C 【解析】由輸入端交變電壓u的圖象,可知其最大值為,有效值是27 V,副線

9、圈電壓為:U′=×U1=×27=9 V,所以副線圈三只燈泡均能正常發(fā)光.燈泡的額定電流:,電流表讀數(shù)為,原線圈電流為,所以原線圈的燈泡也能正常發(fā)光,ab輸入端電壓為Uab=U+U2=9+27=36V,輸入端電壓的瞬時值表達(dá)式為Uab=sin100πt(V),故A錯誤,C正確;四個燈泡都正常發(fā)光,所以ab輸入端輸入功率Pab=4×6=24 W,故B錯誤;若將K斷開,則副線圈上的輸出電流將減小,所以原線圈的輸入電流減小,則流過燈泡L1的電流減小,L1上消耗的電壓減小,所以原線圈上的電壓將增大,即電壓表V讀數(shù)將變大,故D錯誤。所以C正確,ABD錯誤。 二、多選 11.傳統(tǒng)的自行車發(fā)電機(jī)內(nèi)部電路如

10、圖甲所示,驅(qū)動軸一端與自行車車輪相連,另一端連接條形永磁鐵,車輪轉(zhuǎn)動過程中,驅(qū)動軸帶動磁鐵在鐵芯之間勻速轉(zhuǎn)動,發(fā)電機(jī)線圈兩端產(chǎn)生的交變電壓波形如圖乙所示.已知波形圖中正負(fù)尖峰電壓分別為Um和-Um.兩個相鄰正負(fù)尖峰電壓所對應(yīng)的時間差為Δt,發(fā)電機(jī)線圈匝數(shù)為n.以下判斷正確的是( ) A. 驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動的角速度ω= B. 線圈電壓的有效值U= C. 穿過線圈磁通量變化率的最大值km= D. 相鄰兩個向上尖峰時間內(nèi),線圈電壓的平均值U= 【答案】AC 【解析】根據(jù)題述兩個相鄰正負(fù)尖峰電壓所對應(yīng)的時間差為Δt,可得交變電流周期T=2Δt,驅(qū)動軸轉(zhuǎn)動的角速度,選項A正確.由于產(chǎn)生的交

11、變電流不是按照正弦規(guī)律變化的,線圈電壓的有效值不是,選項B錯誤.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)電動勢與磁通量變化率成正比,,穿過線圈磁通量變化率的最大值,選項C正確.電壓的平均值,因為線圈轉(zhuǎn)過一個完整的周期,磁通量變化量,所以電壓平均值等于零,選項D錯誤。 12.一自耦變壓器如圖所示,環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈,將其接在a、b間作為原線圈,通過滑動觸頭取該線圈的一部分,接在c、d間作為副線圈。在a、b間輸入交變電流,滑動觸頭處于圖示M位置時,燈泡L能正常發(fā)光。下列說法正確的是( ) A. 交流電源的頻率變?yōu)?00Hz時,可使燈泡變亮 B. 減小電容器C的電容,可使燈泡變亮

12、 C. 將滑動觸頭從M點順時針旋轉(zhuǎn)到N點的過程中,電壓表示數(shù)變小且小于220V D. 將滑動觸頭從N點逆時針旋轉(zhuǎn)到M點的過程中,電壓表示數(shù)變大且大于220V 【答案】AC 【解析】A、在a、b間輸入電壓,可知交變電流的頻率為50Hz,當(dāng)交流電源的頻率變?yōu)?00Hz時,由于電容器對交變電流的阻礙作用減小,故可使燈泡變亮,故A正確; B、減小電容器C的電容,則對交變電流的阻礙作用增大,使燈泡變暗,故B錯誤; CD、根據(jù)變壓器原理,知自耦變壓器的原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù)時,輸出電壓小于220V,將滑動觸頭從M點順時針旋轉(zhuǎn)到N點的過程中,自耦變壓器的副線圈匝數(shù)減小,電壓表示數(shù)變小,故C正確,

13、D錯誤; 故選AC。 13.如圖所示,理想變壓器原線圈接一正弦交流電源,副線圈的c端接一個二極管,假設(shè)該二極管的正向電阻為零,反向電阻阻值無窮大。副線圈的b端為中心觸頭,ab、bc間線圈匝數(shù)相等。定值電阻阻值為r ,可變電阻的阻值為R可調(diào),下列說法中正確的是( ) A. 若R恒定,當(dāng)K分別接b、c時,電壓表讀數(shù)之比為1:1 B. 若R恒定,當(dāng)K分別接b、c時,電流表讀數(shù)之比為1:4 C. 若R恒定,當(dāng)K分別接b、c時,變壓器輸出功率之比為1:2 D. 當(dāng)K接b時,若R=r ,則可變電阻R消耗功率最大 【答案】CD 【解析】設(shè)原線圈兩端電壓為U1,副線圈兩端電壓為U2,

14、原線圈匝數(shù)為n1,副線圈總匝數(shù)為n2,當(dāng)K接B時, 解得:U2=;當(dāng)K接到C時,,則U2′=,而因二極管的單向?qū)щ娦?,根?jù)有效值得定義得:,即電壓表得示數(shù)為:U2″=,所以電壓表讀數(shù)之比為:,故A錯誤;若R恒定,根據(jù)歐姆定律得,電流跟電壓成正比,即當(dāng)K分別接b、c時,電流表讀數(shù)之比為,故B錯誤;若R恒定,根據(jù)P=得,當(dāng)K分別接b、c時,變壓器輸出功率之比為,故C正確;當(dāng)K接b時,把定值電阻阻值為r等效為副線圈得內(nèi)阻,當(dāng)內(nèi)外電阻相等時,即R=r時,電源輸出功率最大,即可變電阻R消耗功率最大,故D正確;故選CD。 14.如圖,發(fā)電機(jī)的電動勢e=678sin 100πt V,變壓器的副線圈匝數(shù)可調(diào)

15、,觸頭P置于a處時,用戶的用電器恰好得到220 V的電壓,R表示輸電線的電阻。下列說法正確的是( ) A. 電流的頻率為50 Hz B. 電壓表V2的示數(shù)為220 V C. 電壓表V1的示數(shù)為678 V D. 當(dāng)用戶的用電器功率增加時,要保持用戶仍得到220 V的電壓,觸頭P應(yīng)向上滑 【答案】AD 15.如圖甲所示,在遠(yuǎn)距離輸電電路中,升壓、降壓變壓器均為理想變壓器,電表均為理想電表,發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)線圈匝數(shù)為100匝,線圈的磁通量隨時間變化的關(guān)系如圖.則 A. 原線圈中電壓表示數(shù)為500V B. 用戶端交流電的頻率是50HZ C. 當(dāng)用戶端的負(fù)載電阻增大時

16、,原線圈中電流表示數(shù)增大 D. 當(dāng)用戶端的負(fù)載電阻增大時,輸電線上損失的功率減小 【答案】BD 【解析】A. 發(fā)電機(jī)電動勢的最大值為Em==100××10-2×V=500V,原線圈中電壓表示數(shù)等于發(fā)電機(jī)電動勢的有效值V,故A錯誤; B. 由線圈的磁通量隨時間變化的關(guān)系圖,周期T=0.02s,頻率f=1/T=50Hz,故B正確; C.設(shè)原線圈輸入電壓和電流分別為U1和I1,升壓變壓器匝數(shù)比為1:n1,降壓變壓器匝數(shù)比為n2:1,線路電阻為R線,負(fù)載電阻為RL,則,得,當(dāng)用戶端的負(fù)載電阻增大時,輸入電壓U1不變,電流表示數(shù)即輸入電流I1將減小,故C錯誤; C. 當(dāng)用戶端的負(fù)載電阻增大

17、時,輸電線上的電流I=I1/n1也減小,輸電線損耗功率P線=I2R線將減小,故D正確。 故選:BD 三、解答 16.如圖所示為一交流發(fā)電機(jī)的原理示意圖,已知矩形線圈abcd的面積S=0.1m2,匝數(shù)N=100,線圈的總電阻r=1Ω,線圈兩端通過電刷E、F與阻值R=9Ω的定值電阻連接.線圈在磁感強度的勻強磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸OO' 勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)速n=1200r/min.不計電路中的其它電阻.求: (1)線圈中感應(yīng)電動勢的最大值Em; (2)圖中電壓表的示數(shù)U; (3)線圈轉(zhuǎn)動一圈過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量Q. 【答案】(1)(2)36V(3)7.2J 【解析】(1)線圈轉(zhuǎn)

18、動的角速度為rad/s, 線圈中感應(yīng)電動勢為,代入數(shù)據(jù)得:V; (2)感應(yīng)電動勢為:V, 電壓表的示數(shù)為, 代入數(shù)據(jù)得:U=36V; (3)因為,,代入數(shù)據(jù)得:Q=7.2J. 17.如圖甲所示,長、寬分別為L1=0.3m、L2=0.1m的矩形金屬線框位于豎直平面內(nèi),其匝數(shù)為n=100,總電阻為r=1,可繞其豎直中心軸O1O2轉(zhuǎn)動.線框的兩個末端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán)C、D(集流環(huán))焊接在一起,并通過電刷和阻值為2的定值電阻R相連.線框所在空間有水平向右均勻分布的磁場,磁感應(yīng)強度B的大小隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示.在時間內(nèi),線框保持靜止,且線框平面和磁場垂直;時刻以后線框在外力的

19、驅(qū)動下開始繞其豎直中心軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動,求(運算結(jié)果中可保留π); (1)線框勻速轉(zhuǎn)動后,在轉(zhuǎn)動一周的過程中電流通過電阻R產(chǎn)生的熱量; (2)求在時間內(nèi),通過電阻R的電荷量為多少? 【答案】(1)(2) 【解析】(1) 線框產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值 Em=nB1L1L2ω 感應(yīng)電動勢的有效值E=nB1L1L2ω 通過電阻R的電流的有效值I= 線框轉(zhuǎn)動一周所需的時間 此過程中,電阻R產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt==4π2×10-2J 18.如圖甲所示為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖,匝數(shù)

20、為100匝的矩形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸勻速轉(zhuǎn)動,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)給外電路供電。外電路中M是額定電壓為80 V、額定功率為160 W的小型電動機(jī),R是電阻為的電熱絲,D為理想二極管,具有單向?qū)щ娦?,在t=0時刻線圈平面與磁場方向平行,穿過每匝線圈的磁通量隨時間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化,重力加速度取10 m/s2,取3.14。 (1)求交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢的最大值; (2)當(dāng)閉合、斷開時,小型電動機(jī)正常工作,恰好將質(zhì)量為3.2 kg的重物以4m/s的速度勻速提起,則矩形線圈電阻及電動機(jī)內(nèi)阻分別為多少? (3)當(dāng)斷開、閉合時,求在1分鐘內(nèi)電熱絲產(chǎn)生多少熱量?

21、 【答案】(1)(2)8Ω;10Ω(3)2700 【解析】(1)根據(jù)圖乙可知單匝線圈的磁通量最大值為,又 (2)小型電動機(jī)正常工作,工作電流; 由,解得; 電動勢的有效值; 電源內(nèi)阻 (3)由于二極管的作用,一個周期內(nèi)半個周期的時間內(nèi)無電流,一分鐘內(nèi)只有30s時間通電;1分鐘產(chǎn)生的總熱量為; 在電熱絲產(chǎn)生的熱量為。 19.如圖所示,理想變壓器原線圈中輸入電壓U1=3 300 V,副線圈兩端電壓為U2=220 V,輸出端連有完全相同的兩個燈泡L1和L2,繞過鐵芯的導(dǎo)線所接的電壓表V的示數(shù)U=4 V.求: (1)原線圈n1等于多少匝? (2)當(dāng)開關(guān)S斷開時,電流表A2的示數(shù)I

22、2=5 A.則電流表A1的示數(shù)I1為多少? (3)在(2)中情況下,當(dāng)開關(guān)S閉合時,電流表A1的示數(shù)I1′等于多少? 【答案】(1)825匝;(2)A;(3)A; 【解析】(1)由電壓與變壓器匝數(shù)的關(guān)系可得:匝 (2)當(dāng)開關(guān)S斷開時,由輸入功率等于輸出功率: 可得 20.在遠(yuǎn)距離輸電時,要考慮盡量減少輸電線上的功率損失.有一個電站,輸送的電功率P=500kW,當(dāng)使用U=5kV的電壓輸電時,測得在一晝夜(24小時)內(nèi)在輸電線上的損失為4800kW?h. (1)求這時的輸電效率η和輸電線的總電阻r. (2)若使輸電效率提高到90%,又不改變輸電線,那么應(yīng)使用多高的電壓輸電? (3)在第(2)問的情況下,若用戶得到電壓為220V,則進(jìn)入用戶前的降壓變壓器的變壓比為多大? 【答案】(1) , (2) (3) 【解析】(1)輸送功率P=500KW, 一晝夜輸送的電能E=Pt=12000 終點得到的電能 效率 由P=UI得,輸電線上的電流I=100A 輸電線損耗功率 由得: (2)若使輸電效率提高到90%,即輸電線上損耗的功率為: 由得 得輸電電壓應(yīng)調(diào)為: (3)用戶降壓變壓器的輸入電壓為: 用戶降壓變壓器的輸出電壓 由得:

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