1、人教版选修3-2 第五章水平测试本试卷分第卷(选择题)和第卷(非选择题)两部分，满分 100 分，考试时间 90 分钟。第卷(选择题，共 40 分)一、选择题(本大题共 10 小题，每小题 4 分，共 40 分。在第 16 题给出的四个选项中，只有一个选项正确；在第710 题给出的四个选项中，有多个选项正确，全部选对的得 4 分，选对但不全的得 2 分，有选错的得 0 分。)1.如图所示，面积均为 S 的线圈均绕其对称轴或中心轴在匀强磁场 B 中以角速度 匀速转动，能产生正弦交变电动势 eBSsint 的图是()解析 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，且从中性面开始计时，产生的电动势
2、eBSsint，由此判断，只有 A 选项符合。2.测电笔中的氖管启辉电压为 86.6 V，把它接到有效值电压为 70.7 V、频率为 50 Hz 的余弦交流电源上，则氖管()A.不能发光B.能发光，每秒发光 50 次C.能发光，每秒发光 100 次D.能发光，每秒发光 200 次解析 交变电流电压的最大值为 270.7 V100 V，大于启辉电压 86.6 V，故能发光，一个周期内发光两次，每秒发光 100 次。3.如图所示，电路中有四个完全相同的灯泡，额定电压均为 U，额定功率均为 P，变压器为理想变压器，现在四个灯泡都正常发光，则变压器的匝数比 n1：n2 和电源电压 U1分别为()A12
3、 2UB12 4UC.21 4UD21 2U解析 设灯泡正常发光时，额定电流为 I0。由题图可知，原线圈中电流 I 原I0，副线圈中两灯并联，副线圈中电流 I 副2I0，U 副U，根据理想变压器的基本规律：I 原n1I 副n2 得 n1n221；U原U副n1n2得 U 原2U，所以 U14U。C 项正确。4.频率为 50 Hz 的交变电流，其电压 u120 2sint(V)，把它加在激发电压、熄灭电压均为 85 V 的霓虹灯的两端，则在半个周期内霓虹灯点亮的时间是()A.150 s B.1100 s C.1150 s D.1200 s解析 频率为 50 Hz 的交变电流，周期 T0.02 s，
4、电压u120 2sint(V)，最大值 Um120 2(V)，画出一个周期内交流电的 u-t 图象如图所示，其中阴影部分对应的时间0t1 表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为 4t1，当 uU085 V 时，由上式得 t1 1600 s，再由对称性求得半个周期内能发光的时间为：tT22t1 1150 s，所以 C 正确。5.如图所示，用理想变压器给负载供电，变压器输入电压不变，变压器降压后用总电阻为 R 的输电线对用电器供电，设两盏灯泡的电阻相同，且都在发光，若将滑动变阻器的触头 P 向 N 移动，会出现的现象是()A电流表的示数变大，灯泡 L1、L2 均变暗
5、B.电流表的示数变小，灯泡 L1、L2 均变暗C.电流表的示数变大，灯泡 L1 变亮，L2 变暗D.电流表的示数不变，灯泡 L1 变暗，L2 变亮解析 副线圈输出电压不变，滑动变阻器的触头 P 向N 移动的过程中，并联部分电阻减小，副线圈中的电流增大，原线圈电流变大，电流表的示数变大。副线圈中电流增大，则输电线电阻的电压增大，灯泡 L2 两端的电压减小，所以灯泡 L2 的电流减小，灯泡 L1 的电流增大，即灯泡 L1 变亮，灯泡 L2 变暗。6.如图所示，理想变压器的初、次级线圈分别接着定值电阻 R1、R2，且 R1R2，初、次级线圈的匝数比 n1n221，交流电源电压为 U，则()AR1 两
6、端的电压为15UBR1 两端的电压为35UC.R2 两端的电压为U5DR2 两端的电压为12U解析 设电阻 R2 的电流为 I，则变压器的输出电压为：IR；R1R2R，根据变流比公式，输入电流为I2；根据变压比公式，输入电压为 2IR；串联电路的电压等于各个元件的电压之和，故：UI2R12IR即 U12IR2IR解得 I2U5R根据欧姆定律，R1 两端的电压为：I2RU5；根据欧姆定律，R2 两端的电压为：IR2U5；故选 A。7.某中学的学生食堂新安装了磁卡就餐系统，使用不到一周，便出现了电源总开关总是无法接通的问题。经检查，电源总开关中漏电保护器切断了电源。漏电保护器电路如图所示，变压器
7、A 处用火线与零线双股平行绕制成线圈，然后接到磁卡机上，B 处有一个输出线圈，一旦线圈 B 中的电流经放大器放大后便推动漏电保护器切断电源。造成漏电保护器切断电源的原因判断为磁卡机用电端()A.零线与火线之间漏电B.火线与地之间漏电C.零线与地之间漏电D.磁卡机装得过多，造成电流太大解析 由题意知，火线和零线双股平行绕在铁芯上，故只有火线与零线中电流大小不等时，才会引起漏电保护器切断电源，故可能是火线与地之间漏电，也可能是零线与地之间漏电。B、C 正确。8.如图甲所示，为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间按余弦规律变化，其 e-t 图象如图乙所示。发电机线圈的内阻为
8、1，外接灯泡的电阻为 9，则()A.电压表的示数为 6 VB.发电机的输出功率为 4 WC.在 1.0102 s 时刻，穿过线圈的磁通量最大D.在 2.0102 s 时刻，穿过线圈的磁通量变化率最大解析 根据 e-t 图象可知产生的交变电流的电动势最大值为 6 2 V，有效值为 6 V，根据闭合电路欧姆定律可求得电压表的示数为 U 9916 V5.4 V，A 错误；根据电功率公式得发电机的输出功率为 P69129 W3.24 W，B 错误；根据 e-t 图象可知在 1.0102 s 时刻，电动势为零，说明此时线圈处于中性面，磁通量最大，C 正确；在 2.0102 s 时刻，电动势为最大，说明此
9、时线圈处于与中性面垂直的位置，磁通量最小，但是磁通量的变化率最大，D 正确。9.某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示，发电机的输出电压变化规律如图乙。输电线总电阻为 r，升压变压器原、副线圈匝数分别为 n1、n2。降压变压器原、副线圈匝数分别为 n3、n4(变压器均为理想变压器)。要使额定电压为220 V 的用电器正常工作，则()A.乙图中电压的瞬时值表达式为 u220 2sin100t(V)B.乙图中电压的有效值和用电器的额定电压都是 220 V，所以n1n2n4n3C.通过升压变压器的电流频率比通过降压变压器的电流频率大D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率解析 由于输电线上电
10、阻会损失电压、电功率，使得U2U3，故 P2P3，选项 D 正确；因为n1n2U1U2，n4n3U4U3，由于 U1U4220 V，U2U3，所以n1n2n4n3，选项 B 错误；由交流电及变压器基础知识可知选项 A 正确，C 错误。10.如图所示，一理想变压器的原、副线圈匝数分别为2200 匝和 110 匝，将原线圈接在输出电压 u220 2sin100t(V)的交流电源两端。副线圈上只接有一个电阻 R，与原线圈串联的理想交流电流表的示数为 0.20 A。下列说法中正确的是()A变压器副线圈中电流的有效值为 0.01 AB.电阻 R 两端电压的有效值为 11 VC.电阻 R 的电功率为 44
11、 WD.穿过变压器铁芯的磁通量变化率的最大值为 210Wb/s解析 交流电流表显示的是电流的有效值，可知原线圈电流有效值为 0.20 A，由I1I2n2n1可得 I24 A，A 错误；原线圈两端电压有效值为 220 V，由U1U2n1n2得 U211 V，B正确；电阻 R 的功率为 PUI114 W44 W，C 正确；穿过变压器铁芯的磁通量变化率最大时，电路中有最大电压，由 Ent 得，t Emn Umn 220 22200 Wb/s 210Wb/s。D 正确。第卷(非选择题，共 60 分)二、填空题(本大题共 2 小题，共 16 分，把答案填在题中横线上或按题目要求作答。)11.(6 分)有
12、一理想变压器原、副线圈匝数分别为 1320匝、144 匝，将原线圈接在 220 V 的交流电源上，副线圈上电压为_ V，穿过铁芯的磁通量的最大变化率为_ Wb/s。2426解析 由U1U2n1n2得 U2n2n1U124 V，穿过铁芯的磁通量的最大变化率等于每一匝线圈中产生的自感电动势的最大值，由 Ent 得tmEmn 220 21320 Wb/s 26 Wb/s。12.(10 分)一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻 R1、R2 和 R3 的阻值分别为 3、1 和 4。为理想交流电流表，U 为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关 S 断开时，电流表的示数为 I；当 S 闭合时，电
13、流表的示数为 4I。该变压器原、副线圈匝数比为_。3解析 设原、副线圈匝数比为 n，原线圈电流为 I 原，则副线圈电流为 I 副nI 原，U 副nI 原R 副，原线圈的电压为 U 原n2I 原R 副。因为电源电压一直不变，所以 3I5n2I12I4n2I，解得 n3。三、计算题(本大题共 4 小题，共 44 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。)13.(10 分)一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度 绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数 n100。穿过每匝线圈的磁通量 随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻 r5.0，外电路电阻 R95。已知感应电动势
14、的最大值 Emnm，其中 m为穿过每匝线圈磁通量的最大值。求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数。答案 1.41 A解析 感应电动势的最大值：EmnBSnm。设线圈在磁场中转动的周期为 T，则有 2T。根据欧姆定律，电路中的电流的最大值为：Im EmRr，有效值：I 22 Im。由题中给定的 t 图象可得：m1.0102 Wb，T3.14102 s。解以上各式，并代入数据，得：I1.41 A。14.(10 分)交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴 OO匀速转动。一小型发电机的线圈共 220 匝，线圈面积 S0.05 m2，线圈转动的频率为 50 Hz，线圈内阻不计
15、，磁场的磁感应强度 B 2 T。为了带动两个标有“220 V 11 kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端 a、b 与电机之间接一个理想变压器，电路如图所示，求：(1)发电机的输出电压有效值为多少？(2)变压器原、副线圈的匝数比为多少？(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多大？答案(1)1100 V(2)51(3)20 A解析(1)由 2f，EmNBS1100 2 V，得输出电压的有效值为 U1Em21100 V。(2)根据U1U2n1n2得n1n251。(3)根据 P 入P 出2.2104 W，由 P 入U1I1，解得 I120 A。15.(12 分)如图所示，一理想变压器的原线圈
16、接在电压为 220 V 的正弦交流电源上，两副线圈匝数分别为 n216匝、n3144 匝，通过理想二极管、单刀双掷开关与一只“36 V 18 W”的灯泡相连(灯泡电阻不变)，当开关接 1 时，灯泡正常发光，求：(1)原线圈的匝数 n1；(2)当开关接 2 时，灯泡两端电压的有效值。答案(1)880 匝(2)20 2 V解析(1)根据n1n3U1U灯解得原线圈的匝数 n1880 匝。(2)开关接 2 时，有n1n2n3U1U，解得副线圈上电压 U40 V。设交变电流的周期为 T，理想二极管有单向导电性，因此U2R T2U2R T，此时灯泡两端电压有效值为U20 2 V。16.(12 分)如图所示
17、，位于竖直平面内的矩形金属线圈，边长 L10.4 m、L20.25 m，其匝数 n100匝，总电阻 r1.0，线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环 C、D(集流环)焊接在一起，并通过电刷和 R3.0 的定值电阻相连接。线圈所在空间存在水平向右的匀强磁场，磁感应强度 B1.0 T，在外力驱动下线圈绕竖直固定中心轴 O1O2 匀速转动，角速度 2.0 rad/s。求：(1)电阻 R 两端电压的最大值；(2)从线圈通过中性面(即线圈平面与磁场方向垂直的位置)开始计时，经过14周期通过电阻 R 的电荷量；(3)在线圈转动一周的过程中，整个电路产生的焦耳热。答案(1)15 V(2)2.5 C(3)157 J解析(1)线圈中感应电动势的最大值 EmnBS，其中 SL1L2，则 EmnBSnBL1L220 V，线圈中感应电流的最大值 Im EmRr5.0 A，电阻 R 两端电压的最大值UmImR15 V。(2)设从线圈平面通过中性面时开始，经过14周期的时间tT4 2，此过程中线圈中的平均感应电动势Ent nBSt，通过电阻 R 的平均电流IERrnBSRrt，通过电阻 R 的电荷量 qI tnBSRr2.5 C。(3)线圈中感应电流的有效值 IIm25 22 A，线圈转动一周的过程中，电流通过整个回路产生的焦耳热：Q 热I2(Rr)T50 J157 J。
