1、全国100所名校单元测试示范卷高三物理卷(十四)第十四单元交变电流全国东部（教师用卷）(90分钟100分)第卷(选择题共52分)选择题部分共13小题。在每小题给出的四个选项中,17小题只有一个选项正确,813小题有多个选项正确;全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分。1.一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,下列说法正确的是 A.在中性面时,通过线圈的磁通量最小B.在中性面时,磁通量的变化率最大,感应电动势最大C.线圈通过中性面时,电流的方向发生改变D.穿过线圈的磁通量为零时,感应电动势也为零解析:在中性面时,通过线圈平面的磁通量为最大,但此时的磁通量的变化率为零
2、,感应电动势为零,选项A、B错误;线圈通过中性面时,电流的方向发生改变,选项C正确;通过线圈的磁通量为零时,线圈平面与磁感线平行,此时感应电动势最大,选项D错误。答案:C2.如图所示,理想变压器的原线圈接入电压为7200 V的交变电压,r为输电线的等效电阻,且r=5 ,电器RL的规格为“220 V880 W”,已知该电器正常工作,由此可知A.原、副线圈的匝数比为301B.原线圈中的电流为 AC.副线圈中的电流为2 AD.变压器的输入功率为880 W解析:由电器RL正常工作,可得通过副线圈的电流I=A=4 A,故选项C错误;副线圈导线上的电压损失Ur=45 V=20 V,副线圈两端的电压U2=2
3、20 V+20 V=240 V,因此原、副线圈的匝数比=,选项A正确;又P1=P2=U2I2=2404 W=960 W,故选项D错误;原线圈中的电流I1= A, 选项B错误。答案:A3.一理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2=115。原线圈与正弦交变电源连接,交变电源的电压U随时间t的变化规律如图所示,副线圈仅接入一个10 的电阻,则A.交变电压的频率为100 HzB.电阻中的电流为10 AC.经过1分钟,电阻发出的热量为6103 JD.理想变压器的输入功率为1103 W解析:交变电压的频率f=Hz=50Hz,选项A错误;电压的有效值U1=220 V,又=,得U2=U1=100 V,故电阻中的
4、电流I2=10 A,选项B错误;1分钟内,电阻发出的热量Q=I2Rt=6.0104 J,选项C错误;理想变压器的输入功率等于输出功率,故P入=U2I2=1103 W,故选项D正确。答案:D4.一个长为a、宽为b的单匝矩形线框,在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,从线圈平面与磁场垂直的位置开始计时,转速为n转/秒,则A.线框产生的交变电动势的最大值为nBabB.线框产生的交变电动势的有效值为2nBabC.从开始转动经过周期,线框中的平均感应电动势为2nBabD.感应电动势的瞬时值e=2nBabsin 2nt解析:线框产生交变电动势的最大值Em=BS=2nBab,产生的感应电
5、动势的瞬时值为e=2nBabsin 2nt,选项A错误、D正确;该线框产生交变电动势的有效值E=nBab,选项B错误;线框中的平均感应电动势E=4nBab,选项C错误。答案:D5.某工厂为了防止意外停电,配备了一台柴油发电机,发电机正常工作时能够产生与我国照明电网相同的交变电流。现在该发电机出现了故障,转子匀速转动时的转速只能达到正常工作时的一半,则它产生的交变电动势随时间变化的图象可能是解析:线圈转速为正常时的一半,据=2n=知,周期变为正常时的2倍,又据Em=NBS知,最大值变为正常时的一半,我国电网交流电的周期为0.02 s,最大电压为220 V,则此发电机发出交流电的周期为0.04 s
6、,最大电压为110 V,选项B正确。答案:B6.某水电站的输出功率恒为3106 kW,现用总电阻为2.5 的输电线对500 km外的用户供电,已知输电电压为500 kV,则下列说法正确的是A.输电线上输送的电流大小为2105 AB.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC.若改用5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为9108 kWD.输电线上损失的功率P=,U为输电电压,r为输电线的电阻解析:由P=UI可得输电电流为6103 A,选项A错误;由U=Ir可得,输电线上由电阻造成的损失电压为1.5104 V,选项B正确;输电线上损失的功率不可能比输出的总功率还高,选项C错误;输电线上损失的功率
7、P=,选项D错误。答案:B7.如图所示,L1和L2是输电线,甲是电压互感器,乙是电流互感器。已知图甲中原、副线圈的匝数比为5001,图乙中原、副线圈的匝数比为150,电压表的示数为220 V,电流表的示数为10 A,则输电线的输送功率为A.5.5103 WB.5.5107 WC.2.2104 WD.2.2103 W解析:由=可得输送电压U1=U2=1.1105 V;由=可得输送电流I1=I2=500 A;所以输电线的输送功率P=U1I1=5.5107 W,选项B正确。答案:B8.如图所示,一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的中心轴以较小的角速度转动,并通过两滑环与电刷和演示用的电流表相连,演示
8、用的电流表的0刻度在表盘中央,则可以看到A.线圈转动一周的过程中,电流表的指针左右摆动B.线圈转动的周期越大,电流表指针偏转的最大角度越小C.线圈转动的角速度越大,电流表指针偏转的最大角度越小D.线圈转动时,电流表的指针只向一个方向偏转,不会左右摆动解析:线圈在匀强磁场中以较小的角速度转动,可以认为电流表的示数反映了感应电流的大小、方向的变化;线圈转动一周,电流的方向变化两次,故电流表的指针将左右摆动,选项A正确、D错误;线圈转动的周期越大,即转动越慢,线圈中产生的感应电流越小,选项B正确;线圈转动的角速度越大,线圈中产生的感应电流越大,选项C错误。答案:AB9.中国已投产运行的1000 kV
9、特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程,图示是高压输电的示意图。关于高压输电,下列表述正确的是 A.输送电压越高,输电线上的电流越大B.高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗C.在输送电压一定时,输送的电功率越大,输电过程中的电能损失越小D.高压输电必须综合考虑各种因素,不一定是电压越高越好解析:依据输电原理,电路中的功率损耗P=I2R线,而R线=,由P=UI来看在输送功率一定的情况下,输送电压U越大,则输电电流越小,功率损耗越小,选项A、 C错误,选项B正确;输电电压并不是电压越高越好,因为电压越高,对于安全和技术的要求越高,也会增加架线成本,因此并不是输电电压越高越好,选项D正确
10、。答案:BD10.自耦变压器的铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式理想自耦调压变压器的电路如图所示,其原线圈匝数可调,P为自耦变压器的滑片,Q为滑动变阻器的滑动触头,原线圈接在电压有效值恒定的交流电源上,下列说法正确的是A.Q不动,P向下移动,则电流表的示数减小,电压表的示数增大B.Q不动,P向上移动,则电流表的示数减小,电压表的示数减小C.P不动,Q向上移动,则电流表的示数增大,电压表的示数不变D.P不动,Q向下移动,则电流表的示数增大,电压表的示数不变解析:当Q不变,P下移时,n1减小,U2增大,电压表的示数增大,滑动变阻器上消耗的功率变大,则变压器的输入功率增大
11、,原线圈的电流I1也增大,电流表的示数增大,选项A错误;同理可分析得,选项B正确;当P不动时,n1不变,由=知U2不变,电压表的示数不变,Q上移,R减小,原、副线圈的电流都增大,故选项C正确,同理可分析得,选项D错误。答案:BC11.图示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 ,降压变压器T2的原、副线圈的匝数比为51,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的副线圈两端的电压u=220sin 100t(V),当用电器电阻R0=5.5 时,则A.升压变压器的输出电压为1180 VB.升压变压器的输入
12、功率为4 650 WC.通过输电线的电流的有效值为8 AD.当用电器的电阻R0减小时,发电机的输出功率减小解析:由所给的电压的表达式知,副线圈两端电压的有效值为220 V,电流I4=40 A,输电线电流I3=I4=8 A,选项C正确;升压变压器的输出电压U2=U线+U3=I3R+U4=1180 V,选项A正确;升压变压器的输入功率P=P线+=R+=9440 W,选项B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。答案:AC12.图甲所示是交流发电机的模型示意图。两磁极间的磁场可以视作磁感应强度大小为B的匀强磁场,有一矩形线圈可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴O
13、O转动,产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示。发电机线圈的内阻为1 ,外接灯泡的电阻为9 ,则A.电压表的示数为6 VB.在t=0.005 s时,穿过线圈的磁通量为最大C.若线圈的转速改为25 r/s,则电动势的有效值为3 VD.若线圈的转速改为25 r/s,则通过电灯的电流为0.3 A解析:电压表的示数是有效值,U=R=9 V=5.4 V,选项A错误;t=0.005 s时,感应电动势最大,穿过线圈的磁通量为零,选项B错误;原来线圈的转速n=50 r/s,当线圈的转速改为25 r/s时,感应电动势的最大值Um= V=3 V,有效值为3 V,选项C正确;若线圈的转速改为25 r/s,通
14、过灯泡的电流为0.3 A,选项D正确。答案:CD13.一台理想变压器的原、副线圈的匝数比为41,原线圈接入电压为220 V的正弦交流电,一只理想二极管和一个滑动变阻器R串联接在副线圈上,如图所示。电压表和电流表均为理想交流电表,则下列说法正确的是A.原、副线圈中的电流之比为14B.电压表的示数为55 VC.若滑动变阻器接入电路的阻值为30 ,则1 min内产生的热量为3025 JD.若将滑动变阻器的滑片向下滑动,则电流表的示数变小解析:原、副线圈的电压与匝数成正比,故副线圈两端的电压U2=55 V,由P入=P出,即U1I1=U2I2,得=,选项A正确;由有效值的定义得=T,得R两端电压的有效值
15、U有效= V,选项B错误;由Q=60=3025 J,选项C正确;将滑动变阻器的滑片向下滑动,接入电路中的阻值变大 ,但对原、副线圈两端的电压无影响,即电压表的示数不变,副线圈中的电流变小,则电流表的示数变小,选项D正确。答案:ACD第卷(非选择题共48分)非选择题部分共4小题,把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。解答题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。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。14.(10分)如图所示,在匀强磁场中有一个矩形线圈abcd,ab边与磁场垂直,MN边始终与金属滑环K相连,PQ边始终与金属滑环L相连。金属滑环L、电流表、定值
16、电阻R、金属滑环K通过导线串联。使矩形线圈绕bc、ad中点的轴以角速度=10 rad/s匀速转动,线圈共20匝,线圈的总电阻r=5 ,ab=0.2 m,bc=0.5 m,定值电阻R=45 ,磁感应强度B= T。(1)写出从图示位置开始计时,线框中感应电动势的瞬时值表达式。(2)电阻R在0.05 s内产生的热量。(3)设线圈从图示位置开始转动,求0.05 s内流经电阻R上的电荷量。解:(1)图示位置,线圈甲的磁通量为零,产生的感应电流最大感应电动势的最大值Em=nBS=160 V(1分)故瞬时值的表达式e=Emcos t=160cos (10t) V。(2分)(2)电流的有效值I= A(1分)所
17、以0.05 s内R上产生的热量 Q=I2Rt=11.52 J。(2分)(3)由题意可知,周期T=0.2 s,所以t=0.05 s=,线圈刚好转过90平均感应电动势=n(1分)平均感应电流=(1分)所以通过电阻R的电荷量q=t=t=0.1 C。(2分)15.(12分)图甲为交流发电机的原理图,其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动,线圈的匝数n=100、电阻r=10 ,定值电阻R=90 与线圈连接成回路。 在t=0时刻,线圈平面与磁场方向平行,穿过每匝线圈的磁通量随时间t的关系如图乙所示。 求:(1)交流发电机产生的电动势的最大值。(2)线框中感应电动势的瞬时值表达式。(3)
18、电路中交流电压表的示数。解:(1)交流发电机产生的电动势的最大值Em=nBS(2分)而m=BS、=,由-t图线可知m=2.010-2 Wb,T=6.2810 -2 s(2分)所以,Em=200 V。(2分)(2)线框中感应电动势的瞬时值表达式e=Emcost=200cos 100t (V)。(2分)(3)电动势的有效值 E=Em=100 V(1分)由闭合电路的欧姆定律,电路中电流的有效值I= A(1分)交流电压表的示数为U=I R=90 V=127 V。(2分)16.(12分)图甲是一理想变压器的电路连接图,图乙是原线圈两端所加电压随时间变化的关系图象,已知原、副线圈的匝数比为101,两个相同
19、的灯泡L1和L2的电丝的电阻值均为R=40 ,图中电压表和电流表均为理想电表。试求:(1)开关S闭合时,变压器的输入功率和电流表的示数。(2)闭合S开关,待电路稳定后,再将开关S断开,定性分析电路中三只电表的示数变化情况。解:(1)由图乙可知输入电压的有效值U1=200 V(1分)由=得U2=20 V(2分)开关S闭合时,两灯泡的并联电阻R并=20 (1分)电流表的示数I2=1 A(2分)变压器的输入功率P1等于输出功率P2故P1=P2=U2I2=201 W=20 W。(3分)(2)将开关S断开后,U2不变,即电压表的示数保持不变(1分)由于负载减少,负载总电阻增大,电流表的示数减小;(1分)
20、副线圈的输出功率减小,原线圈的输入功率随之减小,电流表的示数减小。(1分)17.(14分)在远距离输电时,要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个小型发电站,发电机的输出电压为400 V,输送的电功率P=30 kW,输电线的总电阻为4 。(1)若发电机直接对用户输电,则输电线上损耗的功率为多少?(2)若要求输电线上的损耗刚好占总功率的3%,则所用升压变压器原、副线圈的匝数比应为多大?(3)在输电线上的损耗恰好等于总功率的3%的情况下,要求用户得到220 V的电压,则所用降压变压器的原、副线圈的匝数比应为多大?解:(1)输电线上的电流I= A=75 A(2分)输电线上损耗的功率P损=I2R=22.5 kW。(2分)(2)输电线上损耗的功率P损=P3%=900 W(1分)变压器副线圈的电流等于输电线上的电流,I2= A=15 A(2分)副线圈两端的电压应为U2=2000 V(2分)则升压变压器原、副线圈的匝数比为=。(2分)(3)降压变压器原线圈的电压U3=U2-I2R=1940 V(1分)则降压变压器原、副线圈的匝数比为=。(2分)
