物理第二节 交变电流综合训练题

这是一份物理第二节 交变电流综合训练题，共22页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
第十九单元  交变电流A卷 新题基础练一、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．如图所示是一交变电流的i-t图象，则该交变电流的有效值为（　　）A． B． C． D．2．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈的中心接头，电压表V和电流表A均为理想电表，除滑动变阻器电阻R和定值电阻R0以外的其余电阻不计，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1=220sin 100πt（V）。下列说法中正确的是（　　）A．时刻，c、d两点间的电压瞬时值为110VB．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为C．单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变大3．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动。如图所示，产生的交变电动势随时间变化的规律如下左图所示，已知线框内阻为1.0Ω，外接一只电阻为9.0Ω的灯泡，则（　　）A．电压表V的示数为20VB．电路中的电流方向每秒改变5次C．0.1s时，线圈处于中性面D．电动势的瞬时值表达式为4．2020年3月28日消息，随着复产复工有序推进，全国发电量、用电量出现明显回升。如图所示，甲为一台小型发电机构造示意图，单匝线圈逆时针匀速转动，产生的交变电流随时间按正弦规律变化，其图像如图乙所示，以下说法正确的是（　　）A．线圈转动两周，电流的方向改变2次B．从线圈经过图示位置开始计时，则电动势e随时间变化的规律为C．在到时间内，穿过线圈的磁通量逐渐增大D．若只将线圈的转速变为原来的2倍，则周期变为5．一台发电机的结构示意图如图所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场。若从图所示位置开始计时，此时电动势为正值，图中能正确反映线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律的是（　　）A．B．C．D．6．远距离输电示意图如图甲所示，发电机的输出电压变化规律如图乙。输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为、。降压变压器原、副线圈匝数分别为、（变压器均为理想变压器）。降压变压器的输出电压为220V，则下列说法中正确的（　　）A．通过升压变压器的电流频率比通过降压变压器的电流频率大B．C．乙图中电压的瞬时值表达式为D．升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率7．如图是家庭漏电保护开关主要部分的原理图，P是变压器铁芯，入户的火线和零线采用双线绕法，绕在铁芯的一侧作为原线圈，然后再接入用电器，接在副线圈M、N两端之间的是一个脱扣开关的控制器Q。脱扣开关本身没有画出，它的作用是同时接通或切断火线和零线，M与N之间没有电压时，Q使脱扣开关闭合；M与N之间有电压时，Q使脱扣开关立即断开。下列说法错误的有（　　）A．该漏电保护开关应用了电磁感应原理B．用户正常用电时，M与N间没有电压C．漏电时，变压器的铁芯中有磁通量的变化D．漏电时，M与N间没有电压，Q使脱扣开关闭合二、多项选择题：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．如图所示的是一远距离输电示意图，图中均为理想变压器，输电导线总电阻为R。则下列关系式正确的是A．输电导线中的电流强度B．热损失的功率C．两变压器线圈匝数比满足D．变压器①的输出电流I2和变压器②的输入电流I3的关系满足I2>I39．如图所示，矩形金属线圈abcd与理想变压器的原线圈组成闭合电路，当变压器原线圈中的滑片置于最上端时，原、副线圈的匝数比为k:1。矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，磁感应强度大小为B，线圈面积为S，转动的角速度为ω，匝数为N，线圈电阻不计。则下列说法正确的是（　　）A．原线圈中输入电流与副线圈中电流大小之比为kB．当滑片P置于最上端时，电压表示数为C．若将矩形线圈面积减为原来一半，转速加倍，其他条件不变，则灯L1会变亮，灯L2会变暗D．其他条件不变，当滑片P向下移动，电压表示数增大10．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5：1，、、、、、为六只规格均为“6V，3W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端交变电压的图像如图乙所示。以下说法中正确的是（　　）A．副线圈两端交变电流的频率为50Hz B．电压表的示数为36VC．只有灯能正常发光 D．1min内消耗的电能为三、非选择题：共6小题，共54分，考生根据要求作答11．有一台内阻为1 Ω的发电机，供给一学校照明用电，如图所示。升压变压器原、副线圈匝数比为1∶4，降压变压器原、副线圈匝数比为4∶1，输电线的总电阻为4 Ω。全校共有22个班，每班有“220 V 40 W”灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则（1）发电机的输出功率多大？（2）发电机的电动势多大？（3）输电效率为多少？    12．如图所示，理想变压器原线圈中输入电压U1＝3300V，副线圈两端电压U2＝220V，输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2，绕过铁芯的导线所接的理想交流电压表V的示数U＝2V。求：（1）原线圈的匝数n1；（2）当开关S断开时，电流表A2的示数I2＝5A，电流表A1的示数I1；（3）在（2）情况下，当开关S闭合时，电流表A1的示数I1'。    13．图甲为一台小型交流发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示。发电机线圈匝数为300匝、内阻为1 Ω，外接灯泡的电阻恒为9 Ω，求：(1)发电机1s内输出的电能；(2)在1×10-2 s时刻，穿过线圈的磁通量。     14． 2020年12月11日连淮扬镇铁路正式开通运营，扬州全域迈入“高铁时代”，高铁站为了防止意外停电，准备了应急电源（交流发电机）。如图所示为小型旋转电枢式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=10Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R=90Ω，与R并联的交流电压表为理想电表。磁感应强度B=0.5T，ab长20厘米，bc长10厘米，角速度ω=100rad/s。求：(1)交流发电机产生的电动势最大值；(2)电路中交流电压表的示数；(3)电阻R上的功率。  15．如图甲为手机无线充电工作原理示意图，它由送电线圈和受电线圈组成。已知受电线圈的匝数为N＝50匝，电阻r＝1.0 Ω，在它的c、d两端接一阻值R＝9.0 Ω的电阻。设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场，其磁通量随时间变化规律如图乙所示，可在受电线圈中产生正弦式交变电流。求：(1)交流电压表的示数为多少？(2)无线充电1分钟，电阻R上接受电能多少？(3)从t1到t2时间内，通过电阻R的电荷量。     16．某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为，磁场均沿铁芯半径方向。匝数为N的矩形线圈abcd的边长、。线圈以角速度绕中心轴匀速转动，在时刻bc和ad边同时进入磁场，在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。(1)求出感应电动势的最大值。(2)若产生的交变电流的周期为T，最大值为，画出感应电动势随时间变化的图像。(3)求线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F。(4)计算外接电阻上电流的有效值I。
第十九单元  交变电流A卷 新题基础练一、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．如图所示是一交变电流的i-t图象，则该交变电流的有效值为（　　）A． B． C． D．【答案】B【解析】设交变电流的有效值为I，周期为T，电阻为R，则解得I=A故选B。2．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈的中心接头，电压表V和电流表A均为理想电表，除滑动变阻器电阻R和定值电阻R0以外的其余电阻不计，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1=220sin 100πt（V）。下列说法中正确的是（　　）A．时刻，c、d两点间的电压瞬时值为110VB．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为C．单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变大【答案】D【解析】A．由c、d两点间的电压瞬时值表达式u1=220sin 100πt（V）可知，当t= s时u1=220sinV=110V选项A错误；B．由得U2==220× V=22 V故电压表示数小于22 V，选项B错误；C．单刀双掷开关与a连接，滑片P向上移动时，电流表示数变小，电压表示数变大，选项C错误；D．当单刀双掷开关由a扳向b时，原、副线圈匝数比由10∶1变成5∶1，且原线圈两端电压不变，可知输出电压增大，两电表示数均变大，选项D正确。故选D。3．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动。如图所示，产生的交变电动势随时间变化的规律如下左图所示，已知线框内阻为1.0Ω，外接一只电阻为9.0Ω的灯泡，则（　　）A．电压表V的示数为20VB．电路中的电流方向每秒改变5次C．0.1s时，线圈处于中性面D．电动势的瞬时值表达式为【答案】D【解析】A．通过左侧图像可知电动势有效值为由闭合电路欧姆定律可知由欧姆定律可知电压表V的示数为故A错误；B．根据左图可知交变电流的周期为，其频率为每个周期内电流方向改变两次，说明电路中的电流方向每秒改变10次，故B错误；C．0.1s时，电动势最大，线圈处于与中性面垂直的位置，故C错误；D．电动势的最大值为，角速度零时刻电动势最大，电动势随时间按余弦规律变化，因此电动势的瞬时值表达式为故D正确。故选D。4．2020年3月28日消息，随着复产复工有序推进，全国发电量、用电量出现明显回升。如图所示，甲为一台小型发电机构造示意图，单匝线圈逆时针匀速转动，产生的交变电流随时间按正弦规律变化，其图像如图乙所示，以下说法正确的是（　　）A．线圈转动两周，电流的方向改变2次B．从线圈经过图示位置开始计时，则电动势e随时间变化的规律为C．在到时间内，穿过线圈的磁通量逐渐增大D．若只将线圈的转速变为原来的2倍，则周期变为【答案】D【解析】A．交变电流的方向在一个周期内方向改变两次，则线圈转动两圈，电流的方向改变4次，选项A错误；B．若从题图甲所示位置开始计时，即从垂直中性面位置开始计时，电动势e随时间变化的规律为，选项B错误；C．在到时间内，电流逐渐增大，穿过线圈的磁通量逐渐减小，选项C错误；D．由题图乙所示图像可知电流的瞬时表达式可表示为，则峰值为，周期为，转速，当转速变2倍，则角速度变为原来的2倍，周期变为原来的一半，即周期变为，选项D正确。故选D。5．一台发电机的结构示意图如图所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场。若从图所示位置开始计时，此时电动势为正值，图中能正确反映线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律的是（　　）A． B．C． D．【答案】D【解析】由于磁场为沿半径的辐向磁场，可以认为磁感应强度的大小不变，线圈始终垂直切割磁感线，所以产生的感应电动势大小不变，由于每个周期磁场方向要改变两次，所以产生的感应电动势的方向也要改变两次。故选D。6．远距离输电示意图如图甲所示，发电机的输出电压变化规律如图乙。输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为、。降压变压器原、副线圈匝数分别为、（变压器均为理想变压器）。降压变压器的输出电压为220V，则下列说法中正确的（　　）A．通过升压变压器的电流频率比通过降压变压器的电流频率大B．C．乙图中电压的瞬时值表达式为D．升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率【答案】C【解析】A．变压器只改变电压，不会改变交流电的频率，因此通过升压变压器的电流频率与通过降压变压器的电流频率相同，A错误；BD．由于发电厂的交流电压的有效值为220V，用户得到的电压也是220V，但电能输送的过程中，有能量的损失，升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率，根据可知因此BD错误；C．交流电的周期为0.02s，因此角速度因此乙图中电压的瞬时值表达式为C正确。故选C。7．如图是家庭漏电保护开关主要部分的原理图，P是变压器铁芯，入户的火线和零线采用双线绕法，绕在铁芯的一侧作为原线圈，然后再接入用电器，接在副线圈M、N两端之间的是一个脱扣开关的控制器Q。脱扣开关本身没有画出，它的作用是同时接通或切断火线和零线，M与N之间没有电压时，Q使脱扣开关闭合；M与N之间有电压时，Q使脱扣开关立即断开。下列说法错误的有（　　）A．该漏电保护开关应用了电磁感应原理B．用户正常用电时，M与N间没有电压C．漏电时，变压器的铁芯中有磁通量的变化D．漏电时，M与N间没有电压，Q使脱扣开关闭合【答案】D【解析】AB．该漏电保护开关应用了电磁感应原理，用户正常用电时，M与N间没有电压，是因为双线绕成的原线圈的两根导线中的电流总是大小相等、方向相反，穿过铁芯的磁通量总为零，副线圈中不会产生感应电动势，故选项AB正确；CD．漏电时，电流通过火线流向大地，不通过零线，这样变压器的铁芯中就会有磁通量的变化，从而在副线圈中产生感应电动势，即M与N间有电压，脱扣开关就会断开，故选项C正确，D错误。本题选错误的，故选D。 二、多项选择题：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．如图所示的是一远距离输电示意图，图中均为理想变压器，输电导线总电阻为R。则下列关系式正确的是A．输电导线中的电流强度B．热损失的功率C．两变压器线圈匝数比满足D．变压器①的输出电流I2和变压器②的输入电流I3的关系满足I2>I3【答案】AB【解析】A．因为是理想变压器，则P1=P2，其中P1=U1I1，P2=U2I2，所以选项A正确；B．输电线上的电流I2=I3，输电线上损失的电压为∆U=U2-U3，所以输电线上损失的功率为∆P=∆UI3=（U2-U3）I3选项B正确；C．这是远距离输电示意图，所以变压器①是升压变压器，则副线圈匝数大于原线圈匝数，即
 变压器②是降压变压器，所以原线圈匝数大于副线圈匝数即所以故C错误；D．变压器①和输出电流和变压器②的输入电流都是输电线上的电流，二者相等，选项D错误。故选AB。9．如图所示，矩形金属线圈abcd与理想变压器的原线圈组成闭合电路，当变压器原线圈中的滑片置于最上端时，原、副线圈的匝数比为k:1。矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，磁感应强度大小为B，线圈面积为S，转动的角速度为ω，匝数为N，线圈电阻不计。则下列说法正确的是（　　）A．原线圈中输入电流与副线圈中电流大小之比为kB．当滑片P置于最上端时，电压表示数为C．若将矩形线圈面积减为原来一半，转速加倍，其他条件不变，则灯L1会变亮，灯L2会变暗D．其他条件不变，当滑片P向下移动，电压表示数增大【答案】CD【解析】A．变压器电流跟匝数成反比，所以原线圈中输入电流与副线圈中电流大小之比为，A错误；B．原线圈最大电压为其有效值为当滑片P置于最上端时，副线圈电压即电压表示数为其他条件不变，当滑片P向下移动，电压表示数增大，B错误，D正确；C．设转速为n，若将矩形线圈面积减为原来一半，转速加倍，其他条件不变，则转动频率为频率加倍，则副线圈的频率也加倍，电容器的容抗减小，电感器的感抗增大，所以灯L1会变亮，灯L2会变暗，C正确。故选CD。10．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为5：1，、、、、、为六只规格均为“6V，3W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端交变电压的图像如图乙所示。以下说法中正确的是（　　）A．副线圈两端交变电流的频率为50Hz B．电压表的示数为36VC．只有灯能正常发光 D．1min内消耗的电能为【答案】AD【解析】A．由图象知交流电的周期为0.02s，变压器副线圈两端交变电流的频率50Hz，变压器不能改变交流电的频率，则副线圈两端交变电流的频率为50Hz，故A正确；B．由输入端交变电压u的图象，可求出有效值由图甲可知，灯L1两端分担一部分电压，则电压表的示数小于36V，故B错误；C．由原、副线圈匝数之比5：1，可得原、副线圈的电压之比5：1，电流之比1：5，设灯泡两端电压为U，则副线圈上电压为5U，所以得则6灯正常发光，故C错误；D．1min内消耗的电能为故D正确。故选AD。  三、非选择题：共6小题，共54分，考生根据要求作答11．有一台内阻为1 Ω的发电机，供给一学校照明用电，如图所示。升压变压器原、副线圈匝数比为1∶4，降压变压器原、副线圈匝数比为4∶1，输电线的总电阻为4 Ω。全校共有22个班，每班有“220 V 40 W”灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则（1）发电机的输出功率多大？（2）发电机的电动势多大？（3）输电效率为多少？【答案】（1）5 424 W；（2）250 V；（3）97.3%【解析】（1）降压变压器的输出功率为P=40×22×6 W=5 280 W降压变压器副线圈的电流I4=×6×22 A=24 A降压变压器原线圈的电流I3=I4=×24 A=6 A输电线损失的功率ΔP=I32R=144 W所以输入功率P=5 280 W＋144 W=5 424 W（2）降压变压器原线圈电压为U3=U4=4×220 V=880 V输电线上损失的电压为ΔU=I3R=24 V升压变压器的输出电压为U2=880 V＋24 V=904 V所以发电机原线圈电压U1=U2=×904 V=226 V发电机原线圈中电流为I1=I2=4×6 A=24 A发电机内阻分压Ur=24×1 V=24 V电动势为E=226 V＋24 V=250 V（3）用户获得的实际功率P用=22×40×6 W=5 280 W则输电效率η=×100%=97.3%12．如图所示，理想变压器原线圈中输入电压U1＝3300V，副线圈两端电压U2＝220V，输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2，绕过铁芯的导线所接的理想交流电压表V的示数U＝2V。求：（1）原线圈的匝数n1；（2）当开关S断开时，电流表A2的示数I2＝5A，电流表A1的示数I1；（3）在（2）情况下，当开关S闭合时，电流表A1的示数I1'。【答案】(1)1650匝；(2) (3) 【解析】（1）由电压与变压器匝数的关系可得：匝（2）当开关S断开时，由输入功率等于输出功率可得（3）当开关S断开时，有：当开关S闭合时，设副线圈总电阻为，则有副线圈中的总电流为，则由得13．图甲为一台小型交流发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示。发电机线圈匝数为300匝、内阻为1 Ω，外接灯泡的电阻恒为9 Ω，求：(1)发电机1s内输出的电能；(2)在1×10-2 s时刻，穿过线圈的磁通量。【答案】(1) ； (2) 【解析】(1)由图乙可知，，则有效值为由闭合电路欧姆定律得，发电机的输出电压发电机1s内输出的电能带入数据解得：(2)1×10－2 s时刻，穿过线圈的磁通量最大。由图乙可知，交流电的周期，又带入数据解得：14． 2020年12月11日连淮扬镇铁路正式开通运营，扬州全域迈入“高铁时代”，高铁站为了防止意外停电，准备了应急电源（交流发电机）。如图所示为小型旋转电枢式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=10Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R=90Ω，与R并联的交流电压表为理想电表。磁感应强度B=0.5T，ab长20厘米，bc长10厘米，角速度ω=100rad/s。求：(1)交流发电机产生的电动势最大值；(2)电路中交流电压表的示数；(3)电阻R上的功率。【答案】(1) 100V；(2)45V；(3)45W【解析】(1)感应电动势最大值代入数据解得(2)根据正弦交变电流电压的最大值是有效值的倍，所以电路中电压表的示数(3)R上产生的热功率15．如图甲为手机无线充电工作原理示意图，它由送电线圈和受电线圈组成。已知受电线圈的匝数为N＝50匝，电阻r＝1.0 Ω，在它的c、d两端接一阻值R＝9.0 Ω的电阻。设在受电线圈内存在与线圈平面垂直的磁场，其磁通量随时间变化规律如图乙所示，可在受电线圈中产生正弦式交变电流。求：(1)交流电压表的示数为多少？(2)无线充电1分钟，电阻R上接受电能多少？(3)从t1到t2时间内，通过电阻R的电荷量。【答案】(1) V；(2) 1080 J；(3) 2×10－3 C【解析】（1）由图可知，，故线圈中电动势的有效值为故交流电压表的示数为（2）R上的电能为（3）通过R的电荷量为16．某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角均为，磁场均沿铁芯半径方向。匝数为N的矩形线圈abcd的边长、。线圈以角速度绕中心轴匀速转动，在时刻bc和ad边同时进入磁场，在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。(1)求出感应电动势的最大值。(2)若产生的交变电流的周期为T，最大值为，画出感应电动势随时间变化的图像。(3)求线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F。(4)计算外接电阻上电流的有效值I。
 【答案】(1)；(2)；(3)；(4)【解析】(1)bc、ad边的运动速度，感应电动势的最大值为(2)感应电动势随时间变化的图像如图所示。
 (3)电流，bc边所受安培力，解得：(4)一个周期内，电阻R中有电流的时间，R上消耗的电能，根据有效值的定义得：，联立解得：