1、单元素养评价(二)(第二章)(90分钟100分)一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。其中16小题为单选题,712小题为多选题)1.(2020泰安高二检测)由交变电动势的瞬时表达式e=10sin 2t V可知()A.此交流的频率是1 HzB.此交流的周期是0.5 sC.此交流电动势的最大值是10 V D.t=0.5 s时,该交流电动势达最大值【解析】选A。根据e=10sin 2t V可得=2 rad/s,根据=2f可得f=1 Hz,故选项A正确;此交流的周期T=1 s,故选项B错误;此交流电动势的最大值是Em=10 V,故选项C错误;t=0.5 s时,该交流电动势e=10sin =
2、0,为最小值,故选项D错误。2.关于家庭电路的下列做法,不符合安全用电常识的是()A.发现有人触电,应首先切断电源B.检修电路故障时,应尽量在通电情况下作业C.有金属外壳的用电器,金属外壳一定要接地D.为了保证电路安全,家里尽量不要同时使用多个大功率电器【解析】选B。当发现有人触电时,应该立即采取的措施是:迅速切断电源或用绝缘体挑开电线,不能用手拉开电线和触电的人,这样自己也会触电;检修电路故障时,必须使电路断开;有金属外壳的用电器的外壳一定要接地,避免有金属外壳的用电器漏电时发生触电事故;电路中电流过大的原因有两个:一是短路;二是家中使用用电器的总功率过大。故大功率用电器同时使用时,将会使电
3、路中的电流过大,引起火灾。A、C、D选项符合安全用电常识,此题选择不符合安全用电常识的,故选B。【加固训练】一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知()A.该交变电流的电压瞬时值的表达式为u=100sin 100t(V)B.该交变电流的频率为50 HzC.该交变电流的电压的有效值为50 VD.若将该交流电压加在阻值为R=50 的电阻两端,则电阻消耗的功率是100 W【解析】选D。由图可知此交流电Um=100 V,=50 rad/s,所以电压瞬时值表达式u=100sin 50t(V),故A错误;由f=25 Hz可知,故B错误;由U=50 V可知,故C错误;由P=100 W可知,故D正
4、确。3.(2020广州高二检测)理想变压器的原、副线圈匝数比为10 1,下列说法中正确的是()A.穿过原、副线圈每一匝的磁通量之比是10 1B.穿过原、副线圈每一匝的磁通量之比是1 10C.正常工作时,原、副线圈的输入、输出电压之比为10 1D.正常工作时,原、副线圈的输入、输出电压之比为1 10【解析】选C。理想变压器无漏磁,故穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是11,故选项A、B错误;理想变压器的原、副线圈匝数比为101,根据变压比关系=,正常工作时,原、副线圈的输入、输出电压之比为101,故选项C正确,D错误。4.如图所示,导体棒ab两个端点分别搭接在两个竖直放置、电阻不计、半径相等的金属圆
5、环上,圆环通过电刷与导线c、d相接。c、d两个端点接在匝数比n1n2=101的变压器原线圈两端,变压器副线圈接一滑动变阻器R0。匀强磁场的磁感应强度为B,方向竖直向下,导体棒ab长为L(电阻不计),绕与ab平行的水平轴(也是两圆环的中心轴)OO以角速度匀速转动。如果变阻器接入电路的阻值为R时,通过电流表的电流为I,则()A.变阻器上消耗的功率为P=10I2RB.变压器原线圈两端的电压U1=10IR C.取ab在圆环的最底端时t=0,则棒ab中感应电流的表达式是i=IsintD.ab沿圆环转动过程中受到的最大安培力F=BImL【解析】选D。依题意,设流过副线圈的电流为I2,原、副线圈的电压分别为
6、U1、U2,由变压器的电流、电压比知,=,=,又U2=I2R,得I2=10I,U1=100IR,变阻器消耗的功率P=R=100I2R,故A、B错。ab棒在最底端时,电流瞬时值最大,感应电流表达式为i=Imcost,故C错。ab棒在最上端和最底端时,感应电流最大值为Im,此时安培力最大为F=BImL,即D正确。【加固训练】如图,一理想变压器原、副线圈的匝数比为12;副线圈电路中接有灯泡,灯泡的额定电压为220 V,额定功率为22 W;原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关,灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数,则()A.U=110 V,I=0.2 AB.U=110 V,I
7、=0.05 AC.U=110 V,I=0.2 AD.U=110 V,I=0.2 A【解析】选C。电压表和电流表的读数都是有效值,根据=和=,可知选项C正确。5.(2020南昌高二检测)如图所示的理想变压器,b是原线圈的中点接头,从某时刻开始在原线圈c、d两端加上正弦交变电压,现将单刀双掷开关与a连接,下列说法正确的是()A.滑动变阻器触头P向上移动时,电压表、电流表示数均变小B.滑动变阻器触头P向上移动时,原线圈中电流增大C.单刀双掷开关由a转向b,电压表、电流表示数均变大D.单刀双掷开关由a转向b,变压器输入功率将变小【解析】选C。当滑动变阻器触头P向上移动的过程中,滑动变阻器的电阻变大,电
8、路的总电阻变大,由于电压是由变压器决定的,所以电流变小,电压表的示数不变,所以A错误。电流与匝数成反比且为定值,副线圈电流减小,原线圈电流也减小,所以B错误。若当单刀双掷开关由a转向b时,理想变压器原、副线圈的匝数比变小,所以输出的电压升高,电压表和电流表的示数均变大,所以C正确。由C知电压表和电流表的示数均变大,变压器输入功率等于输出功率,故变压器输入功率将变大,所以D错误。6.如图所示为一理想变压器,原、副线圈的匝数比为n1n2=51,分别接有定值电阻R1和R2,且R1R2=51。原线圈接正弦交流电,电压表为理想交流电压表。则()A.电阻R1和R2消耗功率之比为11B.电压表V1和V2的示
9、数之比为51C.电压表V1和V2的示数之比为61D.原副线圈磁通量变化率之比为51【解析】选C。设流过原线圈的电流为I1,流过副线圈的电流为I2,因=。电阻R1和R2消耗功率之比=()2=,所以A错误。电压表V2的示数U2=I2R2,电压表V1的示数U1=I1R1+5U2=6U2,所以=,因此B错误,C正确。理想变压器原、副线圈磁通量变化率相同,所以D错误。综上所述,选项C正确。7.下列对日光灯元件的认识,正确的是()A.启动器氖管内的氖气在较低电压下发光,但不适于照明B.灯管内的汞蒸气在较高电压下发光且适合照明C.启动器中的电容器是使动、静触片在分离时不产生火花D.灯管内壁的荧光物质是在灯丝
10、发出的电子激发下发光的【解析】选A、C。启动器相当于自动开关,配合镇流器产生瞬时高压,启动器发光时间短且弱,不适于照明,选项A正确;电容器的作用是在动、静触片分离时不产生火花,以避免烧毁触片,选项C正确;灯管内汞蒸气在高电压下导通,炽热灯丝发出的大量电子与汞原子碰撞而放出紫外线,荧光物质在紫外线照射下发出可见光,选项B、D均错误。8. (2020大庆高二检测)如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P处于图示位置时,灯泡L能发光。要使灯泡变暗,可以采取的方法有()A.向下滑动PB.减小交流电源的频率C.增大交流电源的频率D.减小交流电源电压【解析】选A、B、D。向下滑动P,副线
11、圈匝数减少,电压减小,灯泡变暗;故A正确;减小交流电源的频率时,电容器的容抗变大,通过电容器的电流更小,灯泡变暗,故B正确;增大交流电源的频率时,电容器的容抗减小,通过电容器的电流更大,灯泡变亮,故C错误;减小交流电源的电压,副线圈两端电压也减小,灯泡变暗,故D正确。【加固训练】1.(多选)在如图所示的交流电路中,保持电源电压一定,当交变电流的频率增大时,各电压表的示数将()A.V1不变,V2增大B.V1增大,V3增大C.V2增大,V3减小D.V2减小,V3增大【解析】选A、C。纯电阻阻值的大小与交变电流的频率无关,V1不变;由于交变电流的频率增大时,感抗增大,容抗减小,所以V2增大V3减小,
12、故选项A、C正确,B、D错误。2.图甲所示电路中,A1、A2、A3为相同的电流表,C为电容器,电阻R1、R2、R3的阻值相同,线圈L的电阻不计。在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示,则在t1t2时间内()A.电流表A1的示数比A2的小B.电流表A2的示数比A3的小C.电流表A1和A2的示数相同D.电流表的示数都不为零【解析】选C。由于B-t图像的斜率不变,根据法拉第电磁感应定律,副线圈中产生的感应电流恒定不变,为稳恒电流,电感线圈对稳恒电流没有阻碍作用,所以A1和A2的示数相同,电容器对稳恒电流相当于断路,所以A3的示数为0,故选C。9.(2020泰安高二检测)如图所示,一正方形
13、线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动,沿着OO轴观察,线圈沿逆时针方向转动。已知磁感应强度为B,线圈匝数为n,边长为l,电阻为R,转动角速度为,则当线圈转至图示位置时()A.线圈中感应电流的方向为abcdaB.穿过线圈的磁通量为0,但磁通量变化率为Bl2C.线圈中的感应电流为D.线圈从图示位置起转动时,电动势的瞬时值为nBl2【解析】选B、C、D。根据右手定则判断知,ad边切割磁感线产生的感应电流方向由ad;bc边切割磁感线产生的感应电流方向由cb,线圈中感应电流的方向为adcba,故A错误;因为线圈平面与磁感线平行,所以穿过线圈的磁通量为0e=Em=nBl2由E=n磁通
14、量变化率为=Bl2故B正确;由于e=Em=nBl2所以i=故C正确;线圈从图示位置起转动,角速度=电动势的瞬时值为e=Emcost代入解得e=nBl2故D正确。故选B、C、D。【加固训练】(多选)一矩形金属线圈,绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动,线圈中产生的电动势e随时间t变化的情况如图所示。下列说法正确的是()A.此交流电的频率为0.5 HzB.此交流电的电动势有效值为2 VC.t=0.01 s时,线圈平面与磁场方向垂直D.t=0.02 s时,线圈磁通量变化率为零【解析】选C、D。由图像可以看出,此交变电流是正弦式电流,最大值为2 V,周期T=0.02 s,所以频率f=50 Hz;电
15、动势的有效值E= V= V,所以选项A、B错;在t=0.01 s和t=0.02 s时,感应电动势为零,线圈没有切割磁感线的边,线圈磁通量变化率为零,线圈平面与磁场方向垂直,磁通量最大,C、D选项正确。10.如图,N匝矩形导线框恒以角速度绕对称轴OO匀速转动,线框面积为S,线框电阻、电感均不计,在OO左侧有磁感应强度为B的匀强磁场,外电路接有电阻R和理想电流表A,那么可以确定()A.从图示时刻起,线框产生的瞬时电动势为E=NBSsintB.电流表的示数I=NBSC.R两端电压的有效值U=NBSD.一个周期内R的发热量Q=【解析】选A、B。由图可知,线框只有一半在磁场中,故产生的电动势的最大值为:
16、Em=NB=;故瞬时表达式为:e= sin t;故A正确;电流表的示数为:I=NBS;故B正确;R两端电压的有效值U=E=NBS;故C错误;一个周期内的发热量Q=I2RT=(NBS)2R=;故D错误。故选A、B。11.如图所示,边长为L、匝数为n、电阻不计的正方形线圈abcd,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO以角速度匀速转动,轴OO垂直于磁感线,制成一台交流发电机,它与理想变压器的原线圈连接,变压器原、副线圈的匝数之比为12,二极管的正向电阻为零,反向电阻无穷大,从正方形线圈处于图示位置开始计时,下列判断正确的是()A.交流发电机的感应电动势的瞬时值表达式为e=nBL2cos tB.变压
17、器的输入功率与输出功率之比为21C.电压表V的示数为nBL2D.若将滑动变阻器的滑片向下滑动,电流表和电压表示数均变小【解析】选A、C。从垂直于中性面时开始计时,正方形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=nBL2cost故A正确;变压器的输入与输出功率之比为11,故B错误;交流电在一个周期内有半个周期通过二极管,次级交流电压的最大值等于U2m=2nBL2根据电流的热效应可得=T解得U=nBL2故C正确;当滑片向下移动时,R增大,根据理想变压器的变压原理知,输出电压即电压表V的示数,电压保持不变,电阻消耗的功率变小,故电流表示数变小,故D错误。故选A、C。【加固训练】(多选)(2019遂宁高
18、二检测)如图甲为风力发电的简易模型,在风力的作用下,风叶带动与其固定在一起的永磁体转动,转速与风速成正比,某一风速时,线圈中产生的正弦式电流如图乙所示,则()A.电流的表达式为i=0.6sin10t(A)B.磁体的转速为10 r/sC.风速加倍时电流的表达式为i=1.2 sin 10t(A)D.风速加倍时线圈中电流的有效值为0.6 A【解析】选A、D。通过乙图可知电流的最大值为0.6 A,周期T=0.2 s,故=10 rad/s,故电流的表达式为i=0.6sin 10t(A),故A正确;电流的周期为T=0.2 s,故磁体的转速为n= r/s=5 r/s,故B错误;风速加倍时,角速度加倍,根据E
19、m=nBS可知产生的感应电动势加倍,形成的感应电流加倍,故风速加倍时电流的表达式为i=1.2sin 20t(A),故C错误;根据C项的分析,形成的感应电流Im=1.2 A,故有效值为I= A=0.6 A,故D正确。12.一台发电机最大输出功率为4 000 kW,电压为4 000 V,经变压器T1升压后向远方输电,输电线路总电阻R=1 k,到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发光的灯泡(规格为“220 V60 W”)。若在输电线路上损耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T1和T2的损耗可忽略,发电机处于满负荷工作状态,则 ()A.T1原、副线圈电流分别为103 A和20 AB.T2原、副
20、线圈电压分别为1.8105 V和220 VC.T1和T2的变压比分别为150和401D.有6104盏灯泡(220 V60 W)正常发光【解析】选A、B、D。根据题意画出输电线路示意图如图所示。对升压变压器有P1=U1I1,可知I1=103 A,由输电线上损耗的功率P损=R线=400 kW可知,输电线上电流为I2=20 A,A正确;T1的变压比为n1n2=I2I1=150,根据P=U2I2,得U2=2105 V,输电线上电压U线=I2R=2104 V,则变压器T2的输入电压为U3=U2-U线=1.8105 V,又因为灯泡正常发光,可知T2的输出电压U4为220 V,B项正确;T2的变压比为n3n
21、4=U3U4=1.8105220,C项错误;降压变压器的输入功率等于输出功率U3I3=60 Wn,解得n=6104,D正确。二、实验题(本题共2小题,共12分)13.(6分)示波管是示波器的核心部件,它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,如图所示,电子枪发射出的电子打在荧光屏上时,会在那里产生一个亮斑,如果在荧光屏上得到如图所示的亮斑P,那么示波管中的。A.极板X应带正电B.极板X应带正电C.极板Y应带正电D.极板Y应带正电【解析】因电子枪发射出的电子带负电,经过偏转电场时将向带正电的极板偏转,故B、C选项正确。答案:B、C14.(6分)一个教学用的简易变压器,两线圈的匝数未知,某同学想用所学变压
22、器的知识测定两线圈的匝数。(1)为完成该实验,除了选用电压表、导线外,还需要选用低压(选填“直流”或“交流”)电源。(2)该同学在变压器铁芯上绕10匝绝缘金属导线C,然后将线圈A接电源。用电压表分别测出线圈A,线圈B及线圈C两端的电压,记录在表格中,则线圈A的匝数为匝,线圈B的匝数为匝。线圈A电压线圈B电压线圈C电压8.0 V3.8 V0.2 V(3)为减小线圈匝数的测量误差,你认为绕制线圈C的匝数应该(选填“多一些”或“少一些”)更好。【解析】(1)需要选用低压交流电源,才能产生交变磁场;(2)根据变压器原理有:=解得:nA=nC=10=400匝同理有:=解得:nB=nC=10=190匝(3
23、)根据=可知线圈C的匝数越多,线圈C的电压示数越大,测量更准确,故线圈C的匝数应该多一些。答案:(1)交流(2)400190(3)多一些三、计算题(本题共4小题,共40分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)15.(6分)如图所示,一台有两个副线圈的理想变压器,原线圈匝数n1=1 100匝,接入电压U1=220 V的电路中。(1)要求在两个副线圈上分别得到电压U2=6 V,U3=110 V,它们的匝数n2、n3分别为多少?(2)若在两个副线圈上分别接上“6 V20 W”“110 V60 W”的两个用电器,原线圈的输入电流为多少?【解析】(1)变压器电压比等于匝数比=,有=所以
24、n2=30匝,n3=550匝。(2分)(2)两个副线圈上电压分别为U2=6 V,U3=110 V,在两个副线圈上分别接上“6 V20 W”“110 V60 W”的两个用电器时,这两个用电器都能正常工作,所以这两个用电器实际消耗的功率就为20 W和60 W。(2分)又因为理想变压器的输入功率等于输出功率,所以P1=P2+P3。即I1U1=20 W+60 W=80 W,因为U1=220 V,所以I10.36 A。(2分)答案:(1)30匝550匝(2)0.36 A16.(10分)高考临近,为保证高三工作正常开展,防止停电事故发生,某中学领导班子决定购买一台应急备用发电机,要求如下:一是保证全校66
25、间教室所有日光灯能正常发光;二是为避免噪音干扰,发电机需远离教学区;三是尽量利用已有设备和线路。为此学校决定让物理老师和兴趣小组同学先进行调查,得到以下数据:每间教室有日光灯20盏,每盏灯功率为20 W,额定电压均为220 V;发电机安装位置距离并网接口约500米。计算得出所用电线每米电阻约2.010-3 ,其余部分电阻不计;学校已有升压变压器和降压变压器各一台,升压变压器匝数比为n1n2=14,降压变压器的匝数比为n3n4=41,兴趣小组同学画出示意图如图所示。试求:(1)发电机输出的电压U1是多少才能保证日光灯正常发光?(2)购买的发电机功率P应不小于多少?【解析】(1)输电线电阻R线=2
26、5002.010-3=2 (1分)所有日光灯正常发光时消耗功率为P灯=662020 W=26 400 W=P4=P3(1分)由于日光灯正常发光时,降压变压器副线圈两端电压U4=220 V(1分)所以降压变压器原线圈两端电压=(1分)解得U3=880 V(1分)两变压器之间输电线上的电流为I线= A=30 A(1分)升压变压器副线圈两端电压U2=U3+U线=U3+I线R线=940 V(1分)升压变压器原线圈两端电压U1=U2=940 V=235 V(1分)(2)输电线上损失的功率P损=R线=3022 W=1 800 W(1分)所以P=P灯+P损=28 200 W=28.2 kW(1分)即所购发电
27、机额定功率不得低于28.2 kW。答案:(1)235 V(2)28.2 kW【加固训练】人们利用发电机把天然存在的各种形式的能(水流能、风能、煤的化学能)转化为电能。为了合理利用这些能源,发电站要修建在靠近这些天然资源的地方。但是,用电的地方往往很远。因此,需要高压输送线路把电能输送到远方。如果某发电站将U=6 000 V的电压直接加在高压输送线路的入端,向远方供电,且输送的电功率为P=800 kW。则此时安装在高压输送线路的入端和终端的电能表一昼夜读数就相差E=9 600 kWh(1 kWh=1度电)。求:(1)此种情况下,高压线路的输电效率。(2)若要使此高压输电线路的输电效率为98%,则
28、在发电站处应安装一个变压比(n1/n2)是多少的变压器?【解析】(1)此情况下,终端功率P=P-=800 kW-=400 kW所以,输电效率=100%=100%=50%(2)设高压输送线路的导线电阻为r,由题意知:原来线路损耗P损1=r=400 kW,而UI1=P现在线路损耗P损2=P(1-98%)=r而UI2=P,=,解得=答案:(1)50%(2)17.(10分)如图所示,n=50匝的矩形线圈abcd,边长ab=20 cm,ad=25 cm,放在磁感应强度B=0.4 T的匀强磁场中,外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO轴以n=3 000 r/min的转速匀速转动,线圈电阻r=1 ,外
29、电路电阻R=9 ,t=0时,线圈平面与磁感线平行,ab边正转出纸外、cd边转入纸里。(1)判断t=0时感应电流的方向。(2)写出线圈感应电动势的瞬时表达式。(3)从图示位置转过90过程中流过电阻R的电荷量是多大?【解析】(1)根据ab、cd切割磁感线,由右手定则可得,线圈中感应电流方向adcba(1分)(2)线圈的角速度=2n=2 rad/s=100 rad/s。(2分)设ab边在t=0时刻速度为vab,图示位置的感应电动势最大,其大小为Em=2nBabvab=nBabad=500.40.200.25100 V=314 V,(2分)电动势的瞬时表达式为:e=314cos100t V。(1分)(
30、3)从图示位置转过90过程中,线圈中感应电动势的平均值=n(1分)=2-1=BS-0=0.40.200.25 Wb=2.010-2 Wb(1分)通过电阻的平均电流=(1分)通过电阻的电荷量Q=t=0.1 C(1分)答案:(1)adcba(2)e=314cos100t V(3)0.1 C18. (14分)一个正方形线圈匝数为n,边长为L,处于磁感应强度为B的匀强磁场中,线圈从中性面开始计时,线圈做角速度为的匀速圆周运动,转轴为OO,如图所示。如果输出的电压为220 V,输出的电功率为44 kW,输电线的总电阻为0.2 ,如果用原、副线圈匝数之比为110的升压变压器升压,经输电线路后,再用原、副线
31、圈匝数之比为101的降压变压器降压,供给用户使用。(1)画出全过程输电线路的电路图。(2)求用户得到的电压和电功率。(3)若不经过变压而经导线直接送到用户,求用户得到的电压和电功率。【解析】(1)电路如图:(2分)(2)在升压变压器处=110U2=10U1=10220 V=2 200 V(1分)I2= A=20 A(1分)线路损失电压U=I2R=200.2 V=4 VU3=U2-U=(2 200-4) V=2 196 V(1分)由=101(1分)得:U4= V=219.6 V(1分)线路损失功率P=R=2020.2 W=80 W(1分)P4=P-P=(44 000-80) W=43 920 W。(1分)(3)若不经变压,经导线输送的电流为I= A=200 A(1分)导线损失电压U=IR=2000.2 V=40 V(1分)用户电压U4=(220-40) V=180 V(1分)导线损失功率P=I2R=20020.2 W=8 000 W(1分)用户得到功率P4=(44 000-8 000) W=36 000 W(1分)答案:(1)见解析图(2)219.6 V43 920 W(3)180 V36 000 W
