1、第三章水平测评本试卷分第卷(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48分)一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第18题只有一项符合题目要求，第912题有多项符合题目要求。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如图所示是一台发电机的结构示意图，其中N、S是永久磁体的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M共轴的固定转动轴旋转。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小相等的磁场。若从图示位置开始计时，当线框绕固定转动轴匀速转动时，下
2、列图像中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是()答案D解析因发电机的两个磁极N、S呈半圆柱面形状，磁极间的磁感线呈辐向分布，磁感应强度的大小相等，故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小不变，A、B错误；线框越过竖直方向的空隙段后，由于线框切割磁感线产生的感应电动势的方向发生变化，故C错误，D正确。2. (2019湖北省荆门市高二下学期期末)家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦交流电压的波形截去一部分，由截去部分的多少来调节电压，从而实现灯光的调节，比过去用变压器调压方便且体积较小。如图所示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在台灯上的电压，即在正弦式
3、电压的每一个周期中，前面的波形被截去，从而改变了台灯上的电压，那么现在台灯上电压的有效值为()AUm B. C. D. 答案C解析设交流电压的有效值为U，则T，可得U，故选C。3频率为50 Hz的交变电流，其电压u120sint(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. s B. s C. s D. s答案C解析频率为50 Hz的交变电流，周期T0.02 s，电压u120sin100t(V)，最大值Um120 V，画出一个周期内交流电的ut图像如图所示，其中阴影部分对应的时间内霓虹灯不能发光，根据对称性，半个周期内霓虹灯不能发光的时间
4、为2t1。当uU085 V时，由上式得t1 s，再由对称性求得半个周期内霓虹灯点亮的时间为：t2t1 s，所以C正确。4在图甲所示的电路中，理想变压器原线圈两端的正弦交变电压变化规律如图乙所示。已知变压器原、副线圈的匝数比n1n2101，串联在原线圈电路中电流表A1的示数为1 A，下列说法正确的是()A电压表V的示数为200 VB变压器的输出功率为200 WC变压器输出端交流电的频率为100 HzD电流表A2的示数为0.1 A答案B解析电表测量的是有效值，电压表V测量原线圈两端交变电压的有效值，所以其示数为U1200 V，故A错误；变压器的输出功率等于输入功率，即P出P入U1I1200 W，故
5、B正确；变压器不改变输入交流电的频率，变压器输出端交流电的频率为50 Hz，故C错误；电流表A2的示数为I210 A，故D错误。5(2019邯郸高二检测) 如图所示的电路图中，变压器是理想变压器，原线圈匝数n1600匝，装有熔断电流为0.5 A的保险丝，副线圈的匝数n2120匝。要使整个电路正常工作，当原线圈接在180 V的正弦式交流电源上时，副线圈()A可接电容器的耐压值最大为36 VB可接“36 V40 W”的安全灯两盏C可接电阻为14 的电烙铁D可串联量程为0.6 A的电流表测量其电路的总电流答案B解析根据得U2U136 V，则副线圈电压的最大值为36 V，故A错误；由可知，在保险丝安全
6、的条件下，副线圈中允许通过的最大电流为I2I10.5 A2.5 A，最大输出功率PmI2U22.536 W90 W，B正确；副线圈接电阻为14 的电烙铁时，流过电烙铁的电流I2 A2.5 A，故C错误；若副线圈串联量程为0.6 A的电流表，则电流表可能会被烧杯，D错误。6如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2225，电阻R1R225 ，D为理想二极管，原线圈接u220sin100t(V)的交流电，则()A交流电的频率为100 HzB通过R1的电流为1 AC通过R2的电流为 AD变压器的输入功率为200 W答案C解析交流电的频率f Hz50 Hz，A错误；由理想变压器原、副线圈的
7、匝数比n1n2225及原线圈电压的有效值为220 V可知，副线圈两端电压为50 V，故通过R1的电流I1 A2 A，由于二极管的单向导电性，根据电流热效应可得T，所以R2两端的电压有效值U25 V，通过R2的电流有效值I2 A，则B错误，C正确；副线圈电路消耗的功率P W W150 W，输入功率等于输出功率，故D错误。7如图所示，理想变压器的输入端通过灯泡L1与输出电压恒定的正弦交流电源相连，副线圈通过导线与两个相同的灯泡L2和L3相连，开始时开关S处于断开状态。当S闭合后，所有灯泡都能发光，下列说法中正确的有()A副线圈两端电压不变B灯泡L1亮度变亮，L2的亮度不变C副线圈中电流变大，灯泡L
8、1变亮，L2变暗D因为不知变压器原、副线圈的匝数比，所以L1及L2的亮度变化不能判断答案C解析当S接通后，副线圈电路的总电阻变小，总电流变大，通过灯泡L1的电流变大，灯泡L1两端的电压变大，所以原线圈两端的电压变小，副线圈两端的电压变小，A错误；灯泡L1中的电流变大，亮度变亮，L2两端的电压变小，亮度变暗，故B、D错误，C正确。8如图所示，一个小型水电站，其交流发电机的输出电压U1一定，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R。T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出
9、电压和输出功率分别为U4和P4。下列说法正确的是()A当用户的用电器增多时，U2减小，U4变大B当用户的用电器增多时，P2变大，P3减小C要减小线路的损耗，应增大升压变压器的匝数比，同时应减小降压变压器的匝数比D要减小线路的损耗，应增大升压变压器的匝数比，同时应增大降压变压器的匝数比答案D解析当用户的用电器增多时，用户消耗的功率变大，P4变大，P3变大，用户总电流变大，输电线上的电流变大，输电线上损耗的功率变大，P2变大，且电压降变大，U2不变，U3减小，U4变小，A、B错误；要减小线路的损耗，应增大升压变压器的匝数比，输电电压变大，在输送功率一定的条件下，输电线电流减小，输电线上的电压损失将
10、减小，故T2输入电压变大，要用户得到额定电压，同时应增大降压变压器的匝数比，故C错误，D正确。9如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阻值为R10 的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，示数是10 V。图乙是穿过矩形线圈的磁通量随时间t变化的图像，线圈电阻忽略不计，则下列说法正确的是()A电阻R上的电功率为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u10cos(100t) VD通过R的电流i随时间t变化的规律是icos(100t) A答案A
11、C解析根据公式P，得电阻R上的电功率为P10 W，故A正确；由题图乙可知，0.02 s时通过线圈的磁通量为零，电动势最大，R两端的电压瞬时值最大，为10 V，故B错误；由题图乙可知，T0.02 s，电动势的最大值为EmU10 V，100 rad/s，又因为此交变电流是从中性面的垂面位置开始计时的，所以R两端的电压u随时间t变化的规律是u10cos(100t) V，故C正确；Im A，通过R的电流i随时间t变化的规律是icos(100t) A，故D错误。10. 如图所示，线圈面积为S，匝数为N，以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO匀速转动，线圈的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想电
12、流表和二极管D。二极管D具有单向导电性，即正向电阻为零，反向电阻无穷大。下列说法正确的是()A图示位置电路中的电流最小BR两端电压的有效值UNBSC交流电流表的示数INBSD一个周期内通过R的电荷量q答案AC解析由题图可知，图示位置通过R的电流为零，R两端电压的瞬时值可用右图来表示。设电压的有效值为U，在一个周期内有T，解得UNBS，电流的有效值I，在一个周期内，只有半个周期的时间有电流通过R，故qN。综上所述，A、C正确，B、D错误。11. 如图所示，一理想变压器原线圈可通过滑动触头P的移动改变其匝数，当P接a时，原、副线圈的匝数比为51，b为原线圈的中点，副线圈接有电容器C、灯泡L、理想电
13、流表A以及R44 的定值电阻。若原线圈接有u311sin100t(V)的交变电压，下列判断正确的是()A当P接a时，灯泡两端电压为44 VB当P接b时，电流表的读数为2 ACP接b时灯泡消耗的功率比P接a时大DP固定在a点不移动，原线圈改接u311sin200t(V)的电压，灯泡亮度不变答案BC解析原线圈接有u311sin100t(V)的交变电压，电压的有效值为220 V，当P接a时，原、副线圈的匝数比为51，副线圈两端的电压为44 V，而交流电虽能通过电容器，但会受到一定的阻碍，所以灯泡两端的电压低于44 V，故A错误；当P接b时，原、副线圈的匝数比为52，副线圈两端的电压为88 V，又理想
14、电流表与R44 的定值电阻串联在副线圈两端，所以电流表的示数为2 A，故B正确；当P接b时灯泡两端的电压比P接a时大，所以灯泡消耗的功率比P接a时大，故C正确；P固定在a点不移动，原线圈改接u311sin200t(V)的交变电压，副线圈得到的交流电的频率变大，则电容器的容抗变小，灯泡变亮，故D错误。12如图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R10 ，降压变压器T2原、副线圈的匝数之比为41，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的副线圈的输出电压的瞬时值表达式为u220sin100t(V)，用电器的电
15、阻R011 ，则()A通过用电器R0的电流的有效值是20 AB升压变压器的输入功率为4650 WC发电机中的交变电流的频率为100 HzD当用电器的电阻R0减小时，发电机的输出功率减小答案AB解析由T2的副线圈的输出电压的瞬时值表达式可知，副线圈的输出电压的有效值为220 V，则通过用电器R0的电流的有效值为I A20 A，A正确；通过输电线的电流I A5 A，所以升压变压器的输入功率为PI2RI2R05210 W20211 W4650 W，B正确；发电机中的交变电流的频率与T2的输出电压的频率相同，也为50 Hz，C错误；当用电器的电阻R0减小时，通过用电器的电流变大，输电线上的电流变大，输
16、送电压不变，所以发电机的输出功率变大，D错误。第卷(非选择题，共52分)二、实验题(本题共2小题，共10分)13(4分)(2020山东省德州市高二上学期期末)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，(1)实验时需要的仪器为图甲中的_(填选项字母)。(2)某同学在完成上述实验后，采用如图乙所示的电路测量变压器原线圈的电阻(阻值较小)，为保证电路中各元件安全，实验结束时，首先应断开_(填选项字母)。A导线A B导线BC开关C D导线D答案(1)ADF(2)A解析(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，需要学生电源来提供低压交流电，需要交流电压表来测量电压，同时还需要可拆变
17、压器和导线，结合题目给定的器材，图甲中A是变压器，B是直流电源，C是条形磁体，D是学生电源，可提供低压交流电，E是直流电压表，F是多用电表，可用来测量交流电压，可知应选A、D、F。(2)实验结束时，应先把电压表从电路中断开，否则在断开开关瞬间会产生大电压烧毁电压表，故应先断开导线A，故A正确。14(6分)(1)为探究变压器两个线圈的电压关系，张明同学设计了如图1所示的实验电路，操作步骤如下：A将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤；B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；C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；D将两个线圈
18、套到可拆变压器的铁芯上。以上操作的合理顺序是_(填步骤前的字母代号)。在实验中，当原线圈匝数n11600，副线圈匝数n2400时，若原线圈两端电压为16 V，则副线圈两端电压为4 V；原、副线圈对调后，原线圈两端电压为8 V，副线圈两端电压为32 V。那么可初步确定，变压器原、副线圈的电压U1、U2与原、副线圈匝数n1、n2的关系是_(填写字母关系式)。(2)另一个同学在做“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”的实验时，忘记把图2甲中的变压器铁芯A组装到变压器铁芯B上，组装后的变压器如图2乙所示。在铁芯上的原、副线圈匝数分别为n11000匝和n2500匝，原线圈两端与u10sin100
19、t(V)的交流电源相连，则副线圈两端电压的有效值可能是_。A10 V B1 VC5 V D10 V答案(1)DBCA(2)B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。所以操作的合理顺序是DBCA。对调前，；对调后，；由此可初步确定：。(2)原线圈两端电压的有效值为：U1 V10 V，若变压器是理想变压器，则根据变压器原理可得：U2U110 V5 V，由于
20、该同学忘记了把铁芯A组装到铁芯B上，导致有“漏磁”，则副线圈两端电压的有效值将小于5 V，故B正确，A、C、D错误。三、计算题(本题共4小题，共42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(8分)在磁感应强度为1 T的匀强磁场中有一匝数为10匝的矩形线圈ABCD，如图所示，其绕OO轴以转速n r/s匀速转动，AB20 cm，BC25 cm，线圈总电阻为r1 ，定值电阻阻值为R9 ，从图示位置开始计时。(1)写出t时刻整个线圈中的感应电动势e的表达式；(2)线圈转过30过程中，R上流过的电荷量为多少？(3)当线圈转过30时，电流表的示数为多少？答案(1)e50cos100t
21、(V)(2)0.025 C(3)3.54 A解析(1)线圈转动的角速度2n100 rad/s，产生的最大感应电动势EmNBS1010.20.25100 V50 V，由题意知，线圈从垂直中性面位置开始计时，故t时刻感应电动势e50cos100t(V)。(2)线圈转过30过程中产生的感应电动势的平均值EN其中BSsin300BS。产生的感应电流的平均值I，故R上流过的电荷量qIt0.025 C。(3)电动势的有效值为E有25 V，电流表的示数为I有 A3.54 A。16(8分)如图所示，理想变压器的原线圈跟副线圈的匝数比n1n221，交流电源电压U1220 V，F是熔断电流为I01.0 A的保险丝
22、(不计电阻)，负载为一可变电阻。(1)电阻R两端的电压U2为多大？(2)当电阻R100 时，保险丝是否会被熔断？(3)要使保险丝不被熔断，电阻R的阻值应不小于多少？答案(1)110 V(2)不会被熔断(3)55 解析(1)根据，得：U2U1220 V110 V。(2)当电阻R100 时，副线圈中电流：I2 A1.1 A。由输入功率等于输出功率，得原线圈中电流：I1I21.1 A0.55 A，I1I0，故保险丝不会被熔断。(3)设电阻R的阻值为r时，原线圈中电流刚好达到熔断电流I01.0 A。根据，得副线圈中的电流：I22 A，根据欧姆定律得：r55 ，即R的阻值应不小于55 。17(12分)如
23、图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n231，原线圈电路中接有一量程为3 A的理想交流电流表，副线圈两端接有一理想交流电压表和可变电阻R以及若干规格为“6 V6 W”的相同的灯泡。输入端交变电压u随时间t变化的图像如图乙所示。(1)求图甲中电压表的读数；(2)要求灯泡均正常发光，求电路中最多允许接入的灯泡个数；(3)为满足第(2)问中的要求，求可变电阻R应调到的电阻值。答案(1)9 V(2)9(3) 解析(1)根据图像可得原线圈电压的最大值U1m27 V其有效值为U127 V根据n1n2U1U2，代入数据后可得U29 V，即为电压表的读数。(2)设原线圈中通过的电流为I1，副线圈中通过的
24、电流为I2。为使副线圈接入的灯泡最多，则I1取允许通过的最大电流的有效值3 A。根据U1I1U2I2，代入数据后可得I29 A，正常发光时每个灯泡中的电流为I灯1 A，所以允许接入的灯泡个数为n9。(3)电阻R两端的电压为URU2U额3 V，可变电阻的阻值为R 。18(14分)一台小型发电机的最大输出功率为100 kW，输出电压恒为500 V，现用电阻率为1.8108 m、横截面积为105 m2的输电线向4103 m远处的用户输电。要使发电机满负荷运行时，输电线上的损失功率不得超过发电机总功率的4%，求：(1)所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是多少？(2)如果用户用电器的额定电压为220
25、 V，那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比是多少？(3)想一想，若傍晚用电高峰时用电器两端的电压为220 V，则当深夜接入电路的用电器减少时，用电器两端的电压是大于、小于还是等于220 V？若用电器电路中的总电流为100 A，求此时用电器两端的电压数值。答案(1)112(2)28811(3)大于220 V227 V解析(1)输电要用两根导线，则输电线的电阻为r1.8108 14.4 由题意知P损P4%2r代入数据得U26000 V升压变压器原、副线圈的匝数比。(2)输电电流I2 A A输电线上的电压损失U损I2r14.4 V240 V降压变压器原线圈两端的电压U3U2U损6000 V240 V5760 V降压变压器原、副线圈的匝数比。(3)当深夜接入电路的用电器减少时，降压变电器副线圈电路中的总电阻增大，总电流减小，输电电流减小，输电线上的电压损失减小，降压变压器原线圈两端的电压增大，副线圈两端的电压增大，即用电器两端的电压将增大，即大于220 V。由题意知I4100 A则由，可知I3 AU损I3r14.4 V55 V而U1、U2不变，U3U2U损(600055) V5945 V由，得U4U35945 V227 V。
