1、单元素养检测(三)交变电流时间：90分钟满分：100分一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分)1如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是()A线圈每转动一周，指针左右摆动两次B图示位置为中性面，线圈中无感应电流C图示位置ab边的感应电流方向为abD线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零2.如图所示，一单匝矩形线圈abcd，已知ab边长为l1，bc边长为l2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO轴以角速度从图示位置开始匀速转动，则t时刻线圈中的感应电动势为()A0.5Bl1l2sin t B0.5Bl1l2cos tCBl1l2sin t DBl1l2cos
2、t3交变电压的瞬时值为uUmsin 100t(V)，当t s时，u5 V，则从电压表上看到的读数为()A. V B5 VC10 V D10 V4水电站向小山村输电，输送电功率为50 kW.若以1 100 V送电，则线路损失为10 kW.若以3 300 V送电，则线路损失可降为()A3.3 kW B1.1 kWC30 kW D11 kW5.电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上则电流互感器()A是一种降压变压器B能测量直流电路的电流C原、副线圈电流的频率不同D副线圈的电流小于原线圈的电流6.如图所示，理想变压器原、
3、副线圈匝数之比为20:1，原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只，且灯泡正常发光，则()A电流表的示数为 AB电源输出功率为1 200 WC电流表的示数为 AD原线圈端电压为11 V7如图，理想变压器原线圈输入电压UUmsin t，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示下列说法正确的是()AI1和I2表示电流的瞬时值BU1和U2表示电压的最大值C滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大D滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小8某小型水电站的电能输送示意图如图
4、所示，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为R，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4:1，降压变压器副线圈两端交变电压u220sin 100t(V)，降压变压器的副线圈与阻值R011 的电阻组成闭合电路若将变压器视为理想变压器，则下列说法不正确的是()A通过R0的电流的有效值是20 AB降压变压器T2原、副线圈的电压之比为4:1C升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压D升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分)9单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间
5、变化的关系图像如图所示则下列说法中正确的是()At0时刻，线圈平面与中性面垂直Bt0.01 s时刻，的变化率最大Ct0.02 s时刻，感应电动势达到最大D从t0.01 s时刻至t0. 04 s时刻线圈转过的角度是10图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电阻R10 连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10 V图乙是矩形线圈磁通量随时间t变化的图像则()A电阻R上的热功率为10 WB0.02 s时R两端的电压瞬时值为零CR两端的电压u随时间t变化的规律是u14.1cos 100
6、t VD通过R的电流i随时间t变化的规律是icos50t A11如图所示，在某交流电路中，有一正在工作的变压器，原、副线圈匝数分别为n1600，n2120，交流电源电压U1220 V，原线圈中串联一个0.2 A的保险丝，为保证保险丝不被烧断，则()A负载功率不能超过44 WB副线圈电流最大值不能超过1 AC副线圈电流有效值不能超过1 AD副线圈电流有效值不能超过0.2 A12图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数比为1:100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100 .降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R1为一定值电阻，R2为热敏电阻，当
7、温度升高时其阻值变小，电压表显示加在报警器上的电压(报警器未画出)未发生火情时，升压变压器的输入功率为750 kW.下列说法中正确的是()A降压变压器副线圈输出的交流电频率为50 HzB未发生火情时，远距离输电线路损耗功率为180 kWC当R2所在处发生火情时，电压表V的示数变大D当R2所在处发生火情时，输电线上的电流变大三、非选择题(本题共6小题，共60分)13(6分)某同学选用匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验，变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压_(选填“交流电源”或“直流电源”)先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的
8、电压_(选填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压_(选填“增大”“减小”或“不变”)上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是_(选填“控制变量法”“转换法”或“类比法”)14(8分)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中，操作步骤如下：将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤(1)以上操作的合理顺序是_(填步骤前数字序号)；(2)如图所示
9、，在实验中，两线圈的匝数n11 600，n2400，当将n1作原线圈时，原线圈两端电压为16 V，副线圈两端电压为4 V；n1与n2对调后，原线圈两端电压为8 V时，副线圈两端电压为32 V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是_15(7分)有一个交流发电机产生的正弦式交流电的电动势如图所示(1)当t s时，求该交流电动势的瞬时值；(2)当电动势的瞬时值为最大值的一半时，求发电机线圈平面与磁感线的夹角；(3)已知发电机线圈面积为16 cm2，共25匝，求匀强磁场的磁感应强度大小16(9分)如图所示，一半径为r的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，转速为n，
10、ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度为B.M和N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和导线的电阻均不计，求：(1)从图示位置起转过圈的时间内负载电阻R上产生的热量；(2)从图示位置起转过圈的时间内通过负载电阻R的电荷量；(3)电流表的示数17.(14分)如图所示是交流发电机模型示意图，n100匝的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小为B T的水平匀强磁场中，线框面积S0.48 m2.线框绕垂直于磁场的轴OO以角速度100 rad/s匀速转动，并与理想升压变压器相连，升压变压器的原、副线圈匝数比为2:5，理想降压变压器副线圈接入一只“12 V30 ”的灯泡，且灯
11、泡正常发光，线框、输电线路的电阻都不计(1)将图示时刻记为t0，指出此刻线框中的电流方向，并写出该正弦式交流电电动势的瞬时值表达式；(2)求降压变压器的原、副线圈匝数比；(3)求灯泡正常发光时，电流表的读数18(16分)如图甲所示，发电机的输出电压为220 V，输出功率为44 kW，每条输电线电阻为0.2 ，求用户得到的电压和电功率各是多少？如果如图乙所示，发电机先用变压比为1:10的升压变压器将电压升高，经同样的输电线且经变压比为10:1的降压变压器降压后再供给用户，则用户得到的电压和电功率各是多少？单元素养检测(三)交变电流1解析：线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生呈周期性变化的交变电流
12、，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右各摆动一次，A项错误；线圈处于题图所示位置时，ab边向右运动，由右手定则，ab边的感应电流方向为ab，B项错误，C项正确；线圈平面与磁场方向平行时，ab、cd边垂直切割磁感线，线圈产生的电动势最大，也可以这样认为，线圈处于竖直位置时，磁通量为零，但磁通量的变化率最大，D项错误答案：C2解析：线圈从题图位置开始转动，感应电动势瞬时值表达式为eEmcos t，由题意，EmBSBl1l2，所以eBl1l2cos t.答案：D3解析：将t s及u5 V代入uUmsin 100t(V)，可以求得最大值Um10 V
13、，有效值为10 V，电压表的读数为有效值，D正确答案：D4解析：由PUI，PI2R可得：PR，所以当输送电压增大为原来的3倍时，线路损失变为原来的，即P1.1 kW.答案：B5解析：变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，不能改变交变电流的频率，B、C项均错误；根据变压器匝数与电压的关系可得副线圈的电压U2U1，由于原线圈匝数少而副线圈的匝数多，即n1U1，电流互感器是一种升压变压器，A项错误；根据变压器匝数与电流的关系可得副线圈的电流I2I1，由于n1n2，因此有I2I1，D项正确答案：D6解析：由灯泡正常发光，可知副线圈电压为220 V，由可知，原线圈电压U120220 V4 40
14、0 V，D错又因输入功率等于输出功率，P1P260 W，故B错电流表读数为有效值，原线圈中电流I1 A A，故A错、C正确答案：C7解析：电压表和分别测量变压器原、副线圈的输入、输出电压的有效值，电流表和分别测量原、副线圈电路中电流的有效值，A、B项错误；滑动变阻器滑片P向下滑动时，接入电路的电阻变小，原副线圈输入、输出电压不变，由欧姆定律I可知，副线圈电路中的电流变大，副线圈输出功率变大，由P入P出，得原线圈的输入功率变大，由PIU可知，原线圈电路中的电流变大，C项正确，D项错误答案：C8解析：降压变压器副线圈两端交变电压的有效值为220 V，负载电阻为11 ，所以通过R0的电流的有效值是2
15、0 A，选项A正确；降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4:1，所以降压变压器T2的原、副线圈的电压之比为4:1，选项B正确；升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压加上输电线上损失的电压，选项C错误；升压变压器T1的输出功率等于降压变压器T2的输入功率加上输电线上损失的功率，选项D正确答案：C9解析：由题图可知在0、0.02 s、0.04 s时刻线圈平面在中性面位置，最大，0，故E0，A、C错误；在0.01 s、0.03 s、0.05 s时刻线圈平面与磁感线平行，最小，最大，故E最大，B正确；由题图可知，从t0.01 s时刻至t0.04 s时刻线圈旋转周，转过的角度为，D正确答案
16、：BD10解析：电阻R上的热功率P10 W，选项A正确；在0.02 s，磁通量为零，线圈平面处在与中性面垂直的平面上，R两端的瞬时电压最大，选项B错误；R两端的电压最大值为10 V，t0时感应电动势最大，即R两端电压按余弦规律变化，即uUmcos t，而100，选项C正确；又uiR，则i，故选项D错误答案：AC11解析：由P入P出可知P入U1I144 W又由，得U244 V，故I2不能大于1 A，负载功率不能超过44 W.答案：AC12解析：由题图乙知交流电的周期为0.02 s，所以频率为50 Hz，变压器不改变交流电的频率，A正确；由题图乙知升压变压器输入电压的有效值为250 V，根据升压变
17、压器变压规律知副线圈两端电压为25 000 V，所以输电线中的电流为I30 A，输电线路损失的电压为UIR30100 V3 000 V，输电线路损耗功率为PIU90 kW，B错误；当R2所在处发生火情时其阻值减小，副线圈中电流增大，根据降压变压器变流规律知输电线上的电流变大，输电线上的分压增大，降压变压器两端的电压变小，根据降压变压器变压规律和串联分压，R1两端电压增大，故电压表V的示数变小，C错误，D正确答案：AD13解析：变压器的工作原理是互感现象，故原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压交流电源；根据变压比公式，保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，可观察到副线圈两端的电压增大；
18、根据变压比公式，保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，可观察到副线圈两端的电压减小；上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是控制变量法答案：交流电源(2分)增大(1分)减小(1分)控制变量法(2分)14解析：(1)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤(2)两线圈的匝数n11 600，n2400，当将n1作原线圈时，原线圈两端电压为16 V，副线
19、圈两端电压为4 V；当n1与n2对调后，原线圈两端电压为8 V时，副线圈两端电压为32 V，由以上数据可得：.答案：(1)(4分)(2)(4分)15解析：(1)由题图可以写出该交变电流电动势的瞬时值表达式为e5sint (V)5sin 100t(V)，(2分)当t s时，电动势的瞬时值为e5sin (V)5 V(1分)(2)当电动势的瞬时值为最大值的一半时，有2.5 V5 sin (V)(为线圈平面与中性面的夹角)，所以30，故线圈平面与磁感线之间的夹角为60.(2分)(3)因为EmnBS，又100 rad/s，所以B0.4 T(2分)答案：(1)5 V(2)60(3)0.4 T16解析：线圈
20、绕轴匀速转动时，在电路中产生如答图所示的交变电动势此交变电动势的最大值为EmBSB2n2Bnr2(2分)(1)在线圈从题图所示位置转过圈的时间内，电动势的有效值为E(1分)故电阻R上产生的热量为Q2R(2分)(2)在线圈从题图所示位置转过圈的时间内，电动势的平均值为，故通过R的电荷量为qtt(2分)(3)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E，由有效值的定义得2T，解得E(1分)故电流表的示数为I(1分)答案：(1)(2)(3)17解析：(1)利用右手定则判断得到，电流方向为DCBAD.(1分)该正弦式交流电电动势的瞬时值表达式为enBSsin(t0)(1分)代入相关数据得e480sin(V)
21、(2分)(2)发电机的电动势有效值是480 V，升压变压器的原、副线圈匝数比为25由，得升压变压器副线圈的电压U21 200 V(2分)由于灯泡正常发光，则通过降压变压器电压降为12 V(1分)线路电阻不计，则U2U3(1分)得.(2分)(3)灯泡正常发光时，P灯4.8 W(1分)理想变压器输出功率等于输入功率，故P出P灯4.8 W(1分)P出U1I1，解得电流表的读数I10.01 A(2分)答案：(1)电流方向为DCBADe480sin (V)(2)1001(3)0.01 A18解析：采用220 V低压直接供电时，回路总电流I A200 A(1分)线路上的电压损失U损I2R线20020.2
22、V80 V(2分)线路上损失的功率P损I22R线20020.4 W1.6104 W16 kW(2分)则用户获得的电压U用U1U损140 V(1分)用户获得的功率P用P0P损2.8104 W28 kW(1分)若采用题图乙所示高压供电，由升压变压器规律得U12 200 V(2分)升压后的输电电流I120 A(1分)则线路上的电压损失U损I12R线2020.2 V8 V(1分)线路上的功率损失P损I2R线2020.4 W160 W(1分)则降压变压器原线圈上电压为U2U1U损2 200 V8 V2 192 V(1分)则由得U用219.2 V(2分)P用P0P损(44 000160) W4.384104 W43.84 kW.(1分)答案：140 V28 kW219.2 V43.84 kW
