1、阶段验收评价（三） 交变电流(本试卷满分：100分)一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1.如图所示是一正弦式交变电流的电流随时间变化的图像。由图可知，这个电流的()A最大值为5 A，变化周期为0.02 sB最大值为5 A，变化周期为0.01 sC有效值为5 A，变化周期为0.02 sD有效值为5 A，变化周期为0.01 s解析：选A从题图中可知该交流电的最大值为5 A，因为是正弦式交变电流，所以有效值为i A，变化周期为0.02 s。故A正确。2有一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，在转动过程中，线圈中的
2、最大磁通量为m，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是()A当磁通量为零时，感应电动势也为零B当磁通量减小时，感应电动势也减小C当磁通量等于0.5m时，感应电动势为0.5EmD角速度解析：选D由交变电流的产生原理可知，感应电动势与磁通量的变化率有关，与磁通量的大小无关。磁通量最大时，感应电动势为零；而磁通量为零时，感应电动势最大且EmBSm，则D正确，A、B错误。当磁通量等于0.5m时，线圈平面和磁场方向夹角为30或150，此时感应电动势的大小eBSsin 60Em，C错误。3理想变压器原、副线圈匝数比为51，正常工作时，下列说法不正确的是()A穿过原、副线圈的磁通量相等，且每一匝线圈磁通量
3、的变化率相等B原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为51C原、副线圈的电压之比为51D原、副线圈的输入、输出功率之比为11解析：选B对理想变压器，无磁通量损失，因而穿过原、副线圈的磁通量相等，磁通量变化率也相等，因而每匝线圈产生的感应电动势相等，所以电压与匝数成正比，A、C正确，B错误；理想变压器可以忽略各种损耗，故输入功率等于输出功率，D正确。4有人改装了一辆自行车，他在后车轮上装上了一个小型发电机，想看电视时，就骑在自行车上不停地蹬车，可供电视、照明用电。该发电机原理如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，放置一个有固定转轴的发电轮，发电轮平面与磁场方向垂直，发电轮半径为r，轮轴和轮缘为
4、两个输出电极，该发电机接一理想变压器后，再给电视和照明系统供电，则下列说法正确的是()A当人蹬车的速度增大时，变压器副线圈两端的电压降低B当人蹬车的速度增大时，变压器副线圈两端的电压不变C电视和照明系统的总功率与发电机的转速无关D电视和照明系统的总功率随发电机转速的增大而增大解析：选D转轮发电机的电动势为EBr2，当人蹬车的速度增大时，角速度增大，电动势增大，变压器原线圈两端的电压、副线圈两端的电压都增大，电视和照明系统的总功率增大，D正确。5如图，利用理想变压器进行远距离输电，发电厂的输出电压恒定，输电线路的电阻不变，当用电高峰到来时()A输电线上损耗的功率减小B电压表V1的示数减小，电流表
5、A1的示数增大C电压表V2的示数增大，电流表A2的示数减小D用户消耗的功率与发电厂输出功率的比值减小解析：选D设输电线的电阻为R，当用电高峰到来时，用户消耗的功率变大，则电流表A2示数变大，输电线上的电流变大，输电线上损耗的功率变大，选项A错误；电流表A1示数增大，因为发电厂的输出电压恒定，则升压变压器的次级线圈两端电压不变，即电压表V1的示数不变，选项B错误；输电线上的电压损失U变大，故降压变压器的初级线圈两端电压减小，降压变压器次级线圈两端电压也减小，即电压表V2的示数减小，选项C错误；用户消耗的功率占发电厂输出总功率的比例为11，因为输电线上的电压损失增大，升压变压器的次级线圈两端电压U
6、1不变，所以用户消耗的功率占发电厂输出总功率的比例减小，故D正确。6如图所示，接于理想变压器的四个灯泡规格相同，且全部正常发光，则这三个线圈的匝数比n1n2n3应为()A123B231C321D213解析：选C由于所有灯泡规格相同，且都正常发光，则，式中U为灯泡的额定电压，设I为灯泡的额定电流，由理想变压器的功率关系P1P2P3，U1IU2IU3I2UIUI3UI，所以U13U，则，由此得n1n2n3321。7如图所示区域内存在匀强磁场，磁场的边界由x轴和y2sinx(0x2 m)曲线围成，现把一边长l2 m的正方形单匝线框以水平速度v10 m/s匀速地拉过该磁场区，磁场区的磁感应强度为0.4
7、 T，线框电阻R0.5 ，不计一切摩擦阻力，则()A水平拉力F的最大值为8 NB拉力F的最大功率为12.8 WC拉力F要做25.6 J的功才能让线框通过此磁场区D拉力F要做12.8 J的功才能让线框通过此磁场区解析：选C线框通过磁场区，产生的感应电流为正弦式电流，穿过磁场区的时间为0.4 s，感应电动势最大值为EmBlv8 V，有效值为4 V，感应电流最大值为16 A，有效值为8 A，则水平拉力最大值为FmBIml12.8 N，选项A错误；拉力的最大功率为PmFmv128 W，选项B错误；线框匀速通过，拉力做的功等于产生的焦耳热，QI2Rt25.6 J，选项C正确，选项D错误。二、多项选择题(
8、本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)8如图所示，MN和PQ为两光滑的电阻不计的水平金属导轨，N、Q接理想变压器，理想变压器的输出端接电阻元件R、电容器元件C，导轨上垂直放置一金属棒ab。今在水平导轨部分加一竖直向上的匀强磁场，则下列说法中正确的是(IR、IC均为有效值)()A若ab棒匀速运动，则IR0，IC0B若ab棒匀速运动，则IR0，IC0C若ab棒在某一中心位置两侧往复运动，则IR0，IC0D若ab棒匀加速运动，则IR0，IC0解析：选BCDab棒匀速切割磁感线时产生恒定电动势，原线圈两端
9、电压不变，故副线圈中电流为0，A错误，B正确；若ab棒在某一中心位置两侧往复运动，原线圈两端有变化的电压，副线圈两端产生变化的电压，电容器进行充、放电，C正确；当ab匀加速运动时，产生的电动势均匀增加，原线圈中电流均匀增加，产生的磁场均匀增强，副线圈中产生稳定的感应电动势，副线圈两端电压不变，因而IC0，D正确。9寒冷的冬季，人们常用电热毯取暖。某电热毯的电路原理图如图所示，温控器为理想二极管(具有单向导电性)，电源电压u311sin 100t(V)。当开关S闭合时，电热丝的电功率为P0。则()A开关闭合，电路中电流的频率为100 HzB开关闭合，交流电压表的读数为220 VC开关断开，电热丝
10、的电功率为0.5P0D开关断开，电热丝的电功率为0.25P0解析：选BC由题可知100 rad/s，所以电流频率为f50 Hz，故A错误；开关闭合，电压表的示数即为输入电压的有效值，为U V220 V，故B正确；开关断开时，由于二极管的单向导电性，只有方向向右的电流能够通过二极管输入变压器，使变压器的输入功率减为原来的一半，所以电热丝的电功率也变为原来的一半，即0.5P0，故C正确，D错误。10.如图所示，理想自耦变压器在铁芯上只绕一个线圈，闭合开关S，可以改变原线圈的匝数。a和b两个接线柱将线圈三等分，开关接a时，电压表的读数为Ua，电流表的读数为Ia，电阻R消耗的电功率为Pa；开关接b时，
11、电压表的读数为Ub，电流表的读数为Ib，电阻R消耗的电功率为Pb，则()A.B.C. D.解析：选AC设线圈的总匝数为n，由于a、b两个接线柱将线圈等分为三份，所以开关接a时，原线圈的匝数为n，开关接b时，原线圈匝数为n，根据变压器的电压比等于匝数比可得UaU，Ub3U，则，故A正确，B错误；根据闭合电路的欧姆定律可得Ia，Ib，则有，而PaUaIa，PbUbIb，所以，故C正确，D错误。三、非选择题(本题共5小题，共54分)11(7分)在“探究变压器电压与线圈匝数的关系”的实验中，某同学做了如下实验：(1)当副线圈开路时副线圈无电流，原线圈也没有电流，故灯泡L亮吗？(2)当开关S1、S2、S
12、3顺次闭合后，灯泡L亮度是否变化？若变化，试说明变化情况。解析：(1)副线圈开路时灯泡L不亮。(2)当开关S1、S2、S3顺次闭合后，灯泡L亮度变化且越来越亮。答案：见解析12.(9分)有一个教学用的可拆变压器，如图所示，它有两个外观基本相同的线圈A和B，线圈外部还可以绕线。(1)某同学用多用电表的欧姆挡测量了A、B线圈的电阻值，发现B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍，则可推断_线圈的匝数多。(选填“A”或“B”)(2)如果把它看作理想变压器，现要测量A、B线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和一只低压交流电源(输出电压的有效值不变)。现采用如下方法进行测量。请补充实验步骤
13、，完成A、B线圈匝数的测量(需要测量的物理量请用字母表示，并说明其含义)。将绝缘导线一端与A线圈上方接线柱相连，顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制n匝线圈；将绝缘导线的另一端和A线圈下方接线柱分别与低压交流电源两端相连接；用多用电表的交流电压挡先后测量低压交流电源两端的电压U0和B线圈的输出电压U；_；拆除电路并整理器材。A、B线圈的匝数nA和nB的表达式为nA_，nB_。解析：(1)根据电阻定律知，导线越长，电阻越大，故B线圈匝数多。(2)结合上下步骤知，为用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压U1。根据变压器原、副线圈电压比等于匝数比，有，联立解得A线圈的匝数nA，B线圈的匝数n
14、B。答案：(1)B(2)用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压U113(11分)如图所示，矩形线框匝数N250匝，ab12 cm，ad10 cm，匀强磁场的磁感应强度B T，线框绕垂直于磁场方向的轴以120 r/min的转速匀速转动。线框通过滑环与外电路相连，外电路接有R12 的电阻和一个发光电压与熄灭电压都为12 V的氖泡L。其他电阻不计。(1)当开关S接e时，电流表的读数为多少？电阻R的热功率为多大？(2)当开关S接f时，氖泡的闪光频率为多大？通电10 min，氖泡发光的总时间为多少？解析：(1)S接e时，电流表的读数为I A AR的热功率为PI2R()212 W24 W。(2)S接f
15、时，从中性面开始计时，线框产生的感应电动势为ENBSsin t24sin 4t(V)根据正弦曲线的变化规律，可知在交变电流的一个周期T内，氖泡发光2次，又氖泡的发光电压与熄灭电压都为12 V，可得每次发光时间为因T s，故氖泡的发光频率为4 Hz通电10 min，氖泡发光的总时间为t1060s400 s。答案：(1) A24 W(2)4 Hz400 s14(12分)如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，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n100，电阻r1.0 ，所围成的矩形的面积S0.040 m2；小灯泡的电阻R9.0 。磁场的磁感
16、应强度随时间变化的规律如图乙所示。线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为enBmScost，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，求：(1)线圈中产生感应电动势的最大值。(2)小灯泡消耗的电功率。(3)在磁感应强度变化的0时间内，通过小灯泡的电荷量。解析：(1)由图像知，线圈中产生的交变电流的周期T3.14102s由感应电动势瞬时值的表达式可知，感应电动势的最大值EmnBmS8.0 V。(2)电动势的有效值E4 V由I，PRI2R可求得小灯泡消耗的电功率PR2.88 W。(3)由，nq可求得在磁感应强度变化的0时间内，通过小灯泡的电荷量q4.0103 C。
17、答案：(1)8.0 V(2)2.88 W(3)4.0103 C15(15分)如图甲所示，两个长为l、宽为L的矩形单匝导体线框abcd、abcd互相垂直，彼此绝缘，可绕共同的中心轴O1O2转动，将两线框的始端并在一起接到金属滑环C上，末端并在一起接到金属滑环D上，两金属滑环C、D彼此绝缘，并分别通过一个电刷与定值电阻R相连。线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间的磁场中，磁场边缘之间所夹的圆心角为45，如图乙所示(图中的圆表示圆柱形铁芯，它使磁铁和铁芯之间的磁场沿半径方向，如图箭头所示)。不论线框转到磁场中的什么位置，磁场的方向总是与线框平面平行。磁场中长为l的线框边所在处的磁感应强度大小恒为B，设两线框
18、的总电阻均为r，以相同的角速度逆时针匀速转动，通过电刷跟C、D相连的定值电阻R2r。(1)求线框abcd转到图乙位置时感应电动势的大小； (2)求转动过程中电阻R上的电压最大值；(3)从线框abcd进入磁场开始时，作出0T(T是线框转动周期)时间内通过R的电流iR随时间变化的图像(开始计时通过电阻R的电流方向为正)；(4)不计一切摩擦，求外力驱动两线框转动一周所做的功。解析：(1)不管转到任何位置，磁感线方向都和速度方向垂直，所以感应电动势的大小：E2Blv2BlBlL。(2)在线圈的转动过程中，同一时刻只会有一个线框产生电动势，相当于电源，另一线框与电阻并联组成外电路，R外r所以R两端的电压最大值：URIR外rBlL。(3)线框abcd和abcd在磁场中，通过R的电流大小相等，有：iR。从线框abcd进入磁场开始，每转45，即周期时间，电流发生一次变化，作出电流的图像如图所示。(4)每个线框作为电源时，电路中总电流为：I，提供的总功率为：PEI根据能量转化和守恒定律得：W外4PPP。答案：(1)BlL(2)BlL(3)见解析图(4)
