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【学练考】2015-2016学年高二人教版物理选修3-2练习册:单元测评2


单元测评(二) 第五章 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分,共 100 分,考试时间 90 分钟. 第Ⅰ卷 (选择题 共 40 分) 一、选择题(本题共 10 小题,每小题 4 分,共 40 分.在每小题给出的四个选项中,有 的只有一个选项符合题意,有的有多个选项符合题意,全部选对的得 4 分,选对但不全的得 2 分,选错或不答的得 0 分) 1.某正弦式交变电流

的电流 i 随时间 t 变化的图像如图 C21 所示.由图可知( )

图 C21 A.电流的最大值为 10 A B.电流的有效值为 10 A C.该交流电的周期为 0.03 s D.该交流电的频率为 0.02 Hz 2.当交流发电机的转子线圈平面与磁感线平行时,电流方向如图 C22 所示,当转子 线圈旋转到中性面位置时( )

图 C22 A.线圈中的感应电流最大,方向将不变 B.线圈中的感应电流最大,方向将改变 C.线圈中的感应电流等于零,方向将不变 D.线圈中的感应电流等于零,方向将改变 3.一矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电动势为 e=10 2sin 20πt (V),则下列说 法正确的是( ) A.t=0 时,线圈位于中性面 B.t=0 时,穿过线圈的磁通量为零 C.t=0 时,线圈切割磁感线的有效速度最大 D.t=0.4 s 时,电动势第一次出现最大值 4.一个小型电热器若接在输出电压为 10 V 的直流电源上,消耗电功率为 P;若把它接 P 在某个正弦式交流电源上,其消耗的电功率为 .如果电热器电阻不变,则此交流电源输出电 2 压的最大值为( ) A.5 V B.52 V C.10 V D.102 V 5.图 C23 为某小型水电站的电能输送示意图,A 为升压变压器,其输入功率为 P1, 输出功率为 P2,输出电压为 U2;B 为降压变压器,其输入功率为 P3,输入电压为 U3.A、B

均为理想变压器,输电线总电阻为 r,则下列关系式中正确的是(

)

图 C23 A.P1>P2 B.P2=P3 C.U2>U3 D.U2=U3 6. (多选)图 C24 甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图, 其矩形线圈在磁感应强度 为 B 的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴 OO′匀速转动,线圈的两端经集流环和电刷 与阻值为 R=10 Ω 的电阻连接,与电阻 R 并联的交流电压表为理想电表,示数是 10 V.图 乙是穿过矩形线圈的磁通量 Φ 随时间 t 变化的图像, 线圈电阻忽略不计, 则下列说法正确的 是( )

甲 图 C24



A.电阻 R 上的电功率为 10 W B.0.02 s 时 R 两端的电压瞬时值为零 C.R 两端的电压 u 随时间 t 变化的规律是 u=14.1cos 100πt(V) D.通过 R 的电流 i 随时间 t 变化的规律是 i=cos 100πt(A) 7.如图 C25 所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为 10∶1, R1=20 Ω, R2=10 Ω, C 为电容器,原线圈所加电压的瞬时值表达式为 u=220 ( ) 2sin 100πt(V).下列说法正确的是

图 C25 A.通过电阻 R3 的电流始终为零 B.副线圈两端交变电压的频率为 5 Hz C.电阻 R2 的电功率为 48.4 W D.原、副线圈铁芯中磁通量的变化率之比为 10∶1 8.(多选)如图 C26 所示,理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡 L1 和 L2,输电线的等效电阻为 R. 开始时,开关 S 断开,当 S 接通后( )

图 C26 A.变压器的输出电压减小 B.输电线等效电阻 R 两端的电压增大 C.通过灯泡 L1 的电流减小

D.原线圈中的电流减小 9.(多选)图 C27 甲为火灾报警系统的示意图,其中 R0 为定值电阻,R 为热敏电阻, 其阻值随温度的升高而减小,理想变压器原、副线圈的匝数之比为 5∶1,副线圈输出电压 如图乙所示,则下列说法正确的是( )

图 C27 A.原线圈输入电压的有效值为 220 2V B.副线圈输出电压瞬时值的表达式为 u=44 2cos 100πt(V) C.R 处出现火情时,原线圈中的电流增大 D.R 处出现火情时,电阻 R0 的电功率减小 10.(多选)图 C28 为某小型水电站的电能输送示意图,发电机通过升压变压器 T1 和降 压变压器 T2 向用户供电.已知输电线的总电阻 R=10 Ω,降压变压器 T2 原、副线圈的匝数 之比为 4∶1,副线圈与用电器 R0 组成闭合电路.若 T1、T2 均为理想变压器,T2 的副线圈 的输出电压的瞬时值表达式为 u=220 2sin 100πt(V),用电器的电阻 R0=11 Ω,则( )

图 C28 A.通过用电器 R0 的电流的有效值是 20 A B.升压变压器的输入功率为 4650 W C.发电机中的交变电流的频率为 100 Hz D.当用电器的电阻 R0 减小时,发电机的输出功率减小 第Ⅱ卷(非选择题 共 60 分) 二、实验题(本题共 2 小题,11 题 7 分,12 题 8 分,共 15 分) 11. 图 C29 是一种触电保安器的电路图, 变压器 A 处用相线和零线双股平行绕制成线 圈,然后接上用电器.B 处有一个输出线圈,一旦线圈中有电流,经放大后便能推动继电器 J 切断电源,试说明:

图 C29 (1) 多 开 灯 不 会 使 保 安 器 切 断 电 源 的 原 因 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________; (2) 有 人 “ 手 — 地 ” 触 电 时 , 触 电 保 安 器 会 切 断 电 源 的 原 因 是 ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________; (3) 该保安器 ________(选填 “能”或 “不能 ”)为双手 “相线— 零线”触电时提供保安,因为 ________________________________________________________________________. 12.利用 DIS(数字化信息处理系统)探究手摇发电机(如图 C210 所示)的线圈产生的交 变电流.

图 C210 实验步骤如下: ①将电压传感器接入数据采集器; ②电压传感器的测量夹与发电机的输出端并联; ③点击“数据采集设置”设定“采样点时间间隔”; ④缓慢摇动发电机的手柄,观察工作界面上的信号.

图 C211 (1)屏上出现的电压波形如图 C211 所示,从图中可以看出,手摇发电机产生的电压波 形不是正弦波,其原因可能是____________________________________________(写出一条 即可). (2)研究交变电流的波形,发现在用手摇动发电机手柄的 2 min 内屏上出现了 61 个向上 的“尖峰”,则交变电流的平均周期为____________.如果发电机手摇大轮的半径是转子小轮 半径的 2 倍,则手摇大轮转动的平均角速度为__________. 三、计算题(本题共 3 小题,13 题 12 分,14 题 15 分,15 题 18 分,共 45 分.解答应 写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分) 13.如图 C212 甲所示,固定的矩形导体线圈水平放置,线圈的两端接一个小灯泡, 在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场.已知线圈的匝数 n=100 匝, 总电阻 r=1.0 Ω,所围成的矩形的面积 S=0.040 m2,小灯泡的电阻 R=9.0 Ω,磁感应强度 随时间按图乙所示的规律变化,线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为 e = nBmS 2π T

2π cos t, 其中 Bm 为磁感应强度的最大值, T 为磁场变化的周期, 不计灯丝电阻随温度的变化, T 求: (1)线圈中产生的感应电动势的最大值; (2)小灯泡消耗的电功率;

T (3)在 0~ 时间内,通过小灯泡的电荷量. 4

甲 图 C212



14.如图 C213 所示,矩形线圈在匀强磁场中绕 OO′轴匀速转动,磁场方向与转轴垂 直,线圈匝数 n=40 匝,内阻 r=0.1 Ω,长 l1=0.05 m,宽 l2=0.04 m,转速为 3000 r/min, 磁场的磁感应强度 B=0.2 T, 线圈两端接有阻值为 R=9.9 Ω 的用电器和一个交流电流表. 求: (结果保留两位有效数字) (1)线圈中产生的最大感应电动势; (2)从图示位置开始计时,t= 1 s 时刻电流表的读数; 600

(3)从图示位置开始,线圈转过 60° 和 120° ,通过用电器的电荷量之比; (4)1 min 内外力需要提供的能量.

图 C213

15.某发电厂的发电机的输出功率 P=100 kW,发电机端电压 U=250 V,向远处送电 的输电线的总电阻 R=8 Ω.已知输电线上损失的功率为输送功率的 5%,用户得到的电压是 220 V. (1)应该怎样安装变压器?画出输电线路的示意图. (2)求出所用的变压器的原、副线圈的匝数之比.

参考答案 单元测评(二) 1.B [解析] 由图知电流的最大值为 10 2 A,有效值为 I= 10 2 2 A=10 A,选项 A

1 错误,选项 B 正确;周期为 0.02 s,则频率为 f= =50 Hz,选项 C、D 错误. T 2.D [解析] 线圈旋转到中性面位置,磁感线与切割速度方向平行,根据公式 E= BLvsin θ 可知,线圈中的感应电流等于零,转过中性面之后,电路中就又产生了感应电流, 但是电流方向与之前线圈中的感应电流的方向相反,选项 D 正确. 3.A [解析] 由电动势 e=10 2sin 20πt (V)知,计时从线圈位于中性面时开始,所以 t=0 时, 线圈位于中性面, 磁通量最大, 但此时线圈切割磁感线的线速度方向与磁感线平行, 切割磁感线的有效速度为零,A 正确,B、C 错误.当 t=0.4 s 时,e=10 =0,D 错误. 2sin(20π× 0.4) V

U2 102 P U′2 4.C [解析] 根据 P= ,对直流电有 P= ,对正弦式交流电有 = ,所以正弦 R R 2 R 式交流电的有效值为 U′= PR 10 = V,故交流电源输出电压的最大值 Um′= 2U′=10 V, 2 2

故选项 C 正确,选项 A、B、D 错误. 5.C [解析] 根据远距离输电和理想变压器的工作原理可知,P1=P2、P2>P3、U2>U3, 故选项 C 正确. 6.AC U2 [解析] 根据公式 P= ,得 P=10 W,故选项 A 正确;由图乙可知,0.02 s 时 R 2 V,故选项 B 错误; 2π 2 V,ω= =100π,又因为此 T

通过线圈的磁通量为零,电动势最大,R 两端的电压瞬时值为 10 由图乙可知,T=0.02 s,电动势的最大值为 Em= 2U=10

交变电流是从垂直于中性面开始计时的,所以 R 两端的电压 u 随时间 t 变化的规律是 u= 14.1cos 100πt(V),故选项 C 正确;Im= Em =1.41 A,通过 R 的电流 i 随时间 t 变化的规律是 i R

=1.41cos 100πt(A),故选项 D 错误. 7.C [解析] 电容器能够通交流,选项 A 错误;变压器能够改变交流电的电压,但是 U 1 n1 不能改变交流电的频率,选项 B 错误;根据 = 得 U2=22 V,所以电阻 R2 的电功率为 P2 U 2 n2 U2 2 = =48.4 W,选项 C 正确;根据法拉第电磁感应定律可知,原、副线圈铁芯中磁通量的 R2 变化率之比为 1∶1,选项 D 错误. 8.BC [解析] 当 S 接通后,变压器的输出电压不变,副线圈负载电阻减小,引起总电 流增大,因此输电线的等效电阻两端的电压增大,灯泡 L1 两端的电压减小,通过灯泡 L1 的 电流减小,选项 A 错误,选项 B、C 正确;S 接通后,变压器输出功率增大,输入功率增大, 原线圈中的电流增大,选项 D 错误. 9 . BC [ 解析 ] 根据图乙可知,副线圈输出电压瞬时值的表达式为 u = 44 2 cos 100πt(V),故选项 B 正确;其峰值为 U2m=44 2 V,根据理想变压器输入、输出电压与原、

副线圈匝数的关系可知, 原线圈输入电压的峰值为 U1m=220 2 V, 其有效值为 U1=220 V, 故选项 A 错误;R 处出现火情时,温度升高,R 的阻值减小,副线圈上的总电阻减小,根据 闭合电路的欧姆定律可知,副线圈中的总电流增大,故原线圈中的电流增大,选项 C 正确; 由焦耳定律可知,R0 的电功率增大,故选项 D 错误. 10.AB [解析] 由 T2 的副线圈的输出电压的表达式可知,副线圈的输出电压的有效值 为 220 V,电流的有效值为 I= 220 20 A=20 A,选项 A 正确;通过输电线的电流 I′ = A=5 11 4

A,所以升压变压器的输入功率为 P=I′2R+I2R0=52× 10 W+202× 11 W=4650 W,选项 B 正 确;发电机中的交变电流的频率与 T2 的输出电压的频率相同,也为 50 Hz,选项 C 错误; 当用电器的电阻 R0 减小时,其消耗的功率变大,发电机的输出功率变大,选项 D 错误. 11.见解析 [解析] (1)变压器 A 处的线圈因双股绕制,正向电流与反向电流产生的磁场相互抵消, 多开灯、少开灯都如此,所以 B 处的线圈中无感应电流,保安器的控制开关 J 不工作,不 会自动切断电源;(2)当人“手—地”触电时,相线中的电流有一部分直接通过人体流入大地, 不从 A 处的线圈中回流,保安器铁芯中的磁通量发生变化,B 处的线圈有电流输出,保安 器开关 J 工作,自动切断电源;(3)“相线—零线”触电时,与多开几盏电灯的情况相似,A 处 的线圈中正、反向电流总是相等,不会引起磁通量的变化,保安器不能自动切断电源,不起 保安作用. 12.(1)转子不是在匀强磁场中转动或手摇动发电机的转速不均匀 (2)2 s 0.5π rad/s [解析] 只有线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生的交变电流才是标准的正弦式电流, 手摇发电机的磁场是由条形磁铁产生的,所以不是匀强磁场,由于是手摇转动,转速难以保 证恒定.屏上每出现一次向上的尖峰,就代表经过了一个周期,2 min 内屏上出现了 61 个向 2× 60 上的尖峰,表明周期 T= s=2 s,大轮的角速度等于小轮的角速度的一半,所以大轮 61-1 2π 1 的角速度 ω= · =0.5π rad/s. T 2 13.(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0× 10 3 C - [解析] (1)由图像知,线圈中产生的交变电流的周期 T=3.14× 10 2 s,所以 Em=nBmSω


2πnBmS = =8.0 V. T (2)电流的最大值 Im= I2R=2.88 W. T E nSΔB - nSΔB - (3)在 0~ 时间内,电动势的平均值 E = ,平均电流 I = = , 4 Δt R+r (R+r)Δt nSΔB - - 通过小灯泡的电荷量 Q= I Δt= =4.0× 10 3 C. R+r 1 14.(1)5.0 V (2)0.35 A (3) (4)74 J 3 [解析] (1)Em=nBSω=5.0 V. E Em (2)I= = =0.35 A. R+r 2(R+r) Em Im 2 2 =0.80 A,有效值 I= = A,小灯泡消耗的电功率 P= 5 R+r 2

- - E nΔΦ q1 ΔΦ1 1-cos 60° 1 (3)由 q= I t= t= 可得 = = = . q2 ΔΦ2 1+cos 60° 3 R+r R+r (4)由能量守恒定律得 E′=Q=I2(R+r)t=74 J. 15.见解析 [解析] (1)需要安装一台升压变压器和一台降压变压器,输电线路的示意图如图所示.

(2)按题意,P 损=5%P=0.05× 100× 103 W=5× 103 W 设输电线路中的电流为 I,P 损=I2R I= P损 = R 5× 103 A=25 A 8

P 100× 103 输送电压 U2= = V=4000 V I 25 n1 U1 250 1 对升压变压器, = = = n2 U2 4000 16 输电线路上损失的电压 U 损=IR=25× 8 V=200 V 降压变压器原线圈两端的电压 U3=U2-U 损=(4000-200) V=3800 V 用户在副线圈两端得到的电压 U4=220 V n3 U3 3800 190 所以 = = = n4 U4 220 11 即升压变压器原、副线圈的匝数之比为 1∶16,降压变压器原、副线圈的匝数之比为 190∶11.


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