高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3章 交变电流与远距离输电本章综合与测试课堂检测

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3章 交变电流与远距离输电本章综合与测试课堂检测，共13页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)
1.(2019北京昌平临川学校高二下期中)(多选)如图所示,观察电流计的指针,可以看到( )

A.指针随着线圈转动而摆动,并且线圈旋转一周,指针左右各摆动一次
B.当线圈平面转到跟磁感线垂直的平面位置时,电流计的指针偏转最大
C.当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时,电流计的指针偏转最大
D.在匀强磁场中匀速转动的线圈里产生的感应电动势和感应电流是按正弦或余弦规律变化的
2.(2020北京西城高二上模拟)(多选)如图所示为理想变压器原线圈所接正弦交流电源两端的电压-时间图像。原、副线圈匝数比为n1∶n2=10∶1,串联在原线圈电路中交流电流表的示数为1 A,则( )
A.变压器原线圈所接交流电压的有效值为220 V
B.变压器输出端所接电压表的示数为222 V
C.变压器输出端的交变电流的频率为50 Hz
D.变压器的输出功率为2202 W
3.(2020北京丰台高三上期末)如图所示,理想变压器初级线圈匝数n1=1 210匝,次级线圈匝数n2=121匝,电压u=311 sin 100πt V,负载电阻R=44 Ω。不计电表对电路的影响,下列说法正确的是( )
A.电流表读数为0.05 A
B.电压表读数为311 V
C.输入电压频率为100 Hz
D.若增大R的电阻值,变压器输入功率增大
4.(2019福建三明三校期中)(多选)如图所示,有一台交流发电机E,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,它的输出电压和输出功率分别为U4和P4,设T1的输入电压U1一定,当用户消耗的电功率变大时,有( )
A.U2不变,U3变小
B.U2减小,U4变大
C.P2变大,P3变大
D.P1不变,P2变小
5.(2020黑龙江牡丹江第三高级中学高二上期末)(多选)如图所示,闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO'匀速转动,沿着OO'方向观察,线圈沿顺时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匝数为n,ab边的边长为l1,ad边的边长为l2,线圈电阻为R,转动的角速度为ω,则当线圈转至图示位置时( )
A.线圈中感应电流的方向为abcda
B.线圈中的感应电动势为2nBl2ω
C.穿过线圈磁通量的变化率最大
D.线圈ad边所受安培力的大小为n2B2l1l22ωR
6.(2020海南海口第四中学高二上期末)(多选)有一个理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2=2∶1,电源电压u=82 sin 100πt(V),电阻R1=4 Ω,R2=2 Ω,R1、R2消耗的功率分别为P1和P2,则( )
A.P1=4 WB.P1=169 W
C.P2=329 WD.P2=8 W
二、非选择题(共6题,共64分)
7.(2020河北衡水中学高二检测)(8分)如图所示,在匀强磁场中有一个“”形导线框可绕AB轴转动,已知匀强磁场的磁感应强度B=52π T,线框的CD边长为 20 cm,CE、DF边长均为10 cm,转速为50 r/s。若从图示位置开始计时,则
(1)写出线框中感应电动势的瞬时值表达式;
(2)作出线框中感应电动势随时间变化关系的图像。
8.(2019北京师大附中高二下期中)(10分)发电厂的交流发电机输出电压恒为200 V,输出功率为100 kW。要将电能输送到远处的工厂,设计输电线上的功率损失为10%,输电线总电阻为100 Ω。求:
(1)输电线上的输电电流;
(2)输电所需升压变压器的匝数比(所用变压器看作理想变压器)。
9.(2020江苏常熟中学高二下检测)(10分)如图所示,一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的交流电上,向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电,使它正常发光。为了安全,需在原线圈回路中接入熔断器,当副线圈电路中电流超过12 mA时,熔丝就熔断。
(1)熔丝的熔断电流是多大?(保留两位有效数字)
(2)当副线圈电路中电流为10 mA时,变压器的输入功率是多大?
10.(2020江西高安中学高二上期末)(10分)如图所示的是小型交流发电机示意图,矩形线圈面积为S=200 cm2,匝数为N=100,内阻为r=1 Ω,绕其垂直于磁感线的对称轴OO'匀速转动,转速n=50 r/s,匀强磁场的磁感应强度为B=1 T,外接电阻R=9 Ω。t=0时刻,线圈从图示位置开始转动。
(1)求电动势的最大值(π取3);
(2)写出通过R的电流的瞬时值表达式;
(3)求最初112个周期内通过线圈导线横截面的电荷量。
11.(2020河南洛阳高二上期末)(12分)如图甲所示为一理想变压器,ab为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个接头。原线圈输入正弦式交变电压的u-t图像如图乙所示。若只在ce间接一只Rce=250 Ω的电阻,或只在de间接一只Rde=160 Ω的电阻,两种情况下电阻消耗的功率相等。
(1)请写出原线圈输入电压瞬时值uab的表达式;
(2)求ce和de间线圈的匝数比ncende。
12.(2020江苏南通高二上期末)(14分)如图所示,用一小型交流发电机向远处用户供电,已知发电机线圈abcd匝数N=100,面积S=0.03 m2,线圈匀速转动的角速度ω=100π rad/s,匀强磁场的磁感应强度B=2π T。输电时先用升压变压器将电压升高,到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用,输电导线的总电阻为R=10 Ω,变压器都是理想变压器,降压变压器原、副线圈的匝数比为n3∶n4=10∶1,若用户区标有“220 V 8.8 kW”的电动机恰能正常工作。发电机线圈电阻r不可忽略。则:
(1)求交流发电机产生电动势的最大值Em;
(2)求输电线路上损耗的电功率ΔP;
(3)若升压变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2=1∶8,求升压变压器原线圈两端的电压U1。
答案全解全析
本章达标检测
一、选择题
1.ACD 当线圈转动时磁通量变化,产生感应电流,电流计的指针摆动,每当线圈通过中性面位置时,电流方向改变,则线圈旋转一周电流方向改变两次,指针左右各摆动一次,故A正确;当线圈平面转到跟磁感线垂直的平面位置时,即中性面位置,电流计的指针读数为零,故B错误;当线圈平面转到跟磁感线平行的位置时,线圈切割速度最大,则感应电动势最大,电流计的指针偏转最大,故C正确;在匀强磁场中匀速转动的线圈里产生感应电动势和感应电流是按正弦或余弦规律变化的,故D正确。
2.AC 由题图知交流电的电压最大值为2202 V,有效值为U1=22022 V=220 V,故A正确;交流电压表测得的电压为有效值,根据原、副线圈电压比等于线圈匝数比可知,变压器输出端所接电压表的示数为U2=n2n1U1=110×220 V=22 V,故B错误;由题图读出该交流电的周期为0.02 s,根据频率与周期的关系可知,f=1T=10.02 Hz=50 Hz,变压器不改变交流电的频率,故C正确;理想变压器的输入功率为P=U1I1=220 W,而输出功率等于输入功率,也为220 W,故D错误。
3.A 由电压瞬时值的表达式可知,原线圈的电压最大值为311 V,所以原线圈的电压的有效值为U1=3112 V≈220 V
所以电压表的读数为220 V,根据变压器原、副线圈的电压与匝数的关系U1U2=n1n2可得,U2=U1n2n1=22 V
则右侧线圈电流为I2=U2R=2244 A=0.5 A
则根据公式I1I2=n2n1,代入数值得I1=I2n2n1=0.05 A
故A正确,B错误;
根据公式f=1T,T=2πω,代入数据解得f=50 Hz,故C错误;
根据电功率公式P=U2R可知,当U不变时,电阻变大,电功率变小,故若增大R的电阻阻值,变压器输出功率减小,又因为输入功率等于输出功率,所以变压器输入功率减小,故D错误。
4.AC 输出功率决定输入功率,当用户消耗的电功率变大时,P4变大,根据变压器原理可知,P3变大,而输入电压U1一定,则U2不变,所以P2变大,P1变大,输电线上电流变大,输电线上损失电压变大,U2=ΔU+U3,所以U3变小,则U4变小,A、C正确,B、D错误。
5.CD 根据右手定则,线圈中感应电流的方向为adcba,故A错;当线圈转至图示位置时,线圈中感应电动势应为最大值Em=nBl1l2ω,此时,穿过线圈磁通量的变化率最大,B错,C对;线圈ad边所受安培力的大小F=nBIl2=nBnBl1l2ωRl2=n2B2l1l22ωR,D对。
6.BC 由电源电压u=82 sin 100πt(V)知,电源电压有效值为U=822 V=8 V
设理想变压器输入电压为U1,输入电流为I1,输出电压为U2,输出电流为I2,
则有I1R1+U1=U①
由变压器电压与匝数关系U1U2=n1n2,有U2=n2n1U1=U12②
则I2=U2R2=U12R2③
由I1I2=n2n1,有I1=n2n1I2=12I2=U14R2④
联立①②③④并代入数据可得U1=163 V,U2=83 V,
I1=23 A,I2=43A,
则P1=I12R1=169 W,P2=I22R2=329 W,则选项B、C正确。
二、非选择题
7.答案 (1)e=102 cs 100πt (V)
(2)见解析图
解析 (1)线框平面与磁感线平行时开始计时,在t时刻线框转过的角度为ωt,此时刻e=Bl1l2ω cs ωt,即e=BSω cs ωt,其中B=52π T,S=0.1×0.2 m2=0.02 m2,ω=2πn=2π×50 rad/s=100π rad/s,故e=52π×0.02×100π cs 100πt (V),即e=102 cs 100πt (V)。(4分)
(2)线框中感应电动势随时间变化关系的图像如图所示。(4分)
8.答案 (1)10 A (2)1∶50
解析 (1)由题意知,输电线上损失的功率为
ΔP=P出×10%=10 kW(2分)
又因为I2=ΔPR=10 A(3分)
(2)发电机输出电流为I1=PU=500 A(2分)
根据变压器原理得,输电所需升压变压器的匝数比n1∶n2=I2∶I1=10∶500=1∶50。(3分)
9.答案 (1)0.98 A (2)180 W
解析 (1)设原、副线圈上的电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,根据理想变压器的输入功率等于输出功率,有
U1I1=U2I2,当I2=12 mA时,I1为熔断电流,I1=U2U1I2≈0.98 A。(5分)
(2)当副线圈电流为I2'=10 mA时,设变压器的输入功率为P1,则P1=P2=I2'U2=180 W。(5分)
10.答案 (1)600 V (2)i=60 cs 100πt (A) (3)0.1 C
解析 (1)电动势的最大值
Em=NBSω=600 V;(2分)
(2)由闭合电路欧姆定律得通过R的电流最大值为
Im=EmR+r=60 A,(2分)
所以通过R的电流的瞬时值表达式为
i=60 cs 100πt (A);(2分)
(3)最初112个周期转过θ=30°,磁通量变化为
ΔΦ=BS sin θ=0.01 Wb,(2分)
电荷量为
q=NΔΦR+r=0.1 C。(2分)
11.答案 (1)uab=400 sin 200πt (V) (2)5∶4
解析 (1)由题图乙知ω=2π0.01 rad/s=200π rad/s(2分)
故原线圈的输入电压瞬时值uab=400 sin 200πt (V)(3分)
(2)设ab间匝数为n1,输入电压有效值为U1,则U1n1=Udende=Ucence(3分)
由题意知Uce2Rce=Ude2Rde(2分)
解得:ncende=RceRde
代入数据解得:ncende=54(2分)
12.答案 (1)3002 V (2)160 W (3)280 V
解析 (1)根据正弦式交变电流产生规律可知,
电动势的最大值为Em=NBSω(1分)
解得:Em=3002 V。(1分)
(2)设降压变压器原、副线圈的电流分别为I3、I4,电动机恰能正常工作,有:
I4=P用U4=40 A(2分)
根据理想变压器的变流比可知:I3I4=n4n3=110(1分)
解得I3=4 A(1分)
所以输电线路上损耗的电功率为:ΔP=I32R=160 W(2分)
(3)根据理想变压器的变压比可知:U3U4=n3n4=10(1分)
解得U3=2 200 V(1分)
升压变压器副线圈两端电压为U2=U3+I3R=2 240 V(2分)
又U1U2=n1n2(1分)
可得U1=280 V(1分)