2022年高中物理（新教材）新粤教版选择性必修第二册同步学案章末检测试卷(三)

章末检测试卷(三)

(时间：75分钟　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．某小型发电机产生的交流电动势为e＝50sin (100πt)V.对此电动势，下列表述正确的是(　　)

A．最大值是50 V   B．频率是100 Hz

C．有效值是25 V   D．周期是0.02 s

答案　D

解析　从线圈位于中性面开始计时，交流电动势的表达式为e＝Emsin ωt，因为e＝

50sin (100πt)V，所以最大值是Em＝50 V，A错误；由ω＝2πf＝100π rad/s得f＝50 Hz，B错误；电动势有效值是E＝＝25 V，C错误；T＝＝0.02 s，D正确．

2．一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动，产生的正弦交变电压的波形图如图1所示，下列说法正确的是(　　)

图1

A．交变电压的最大值是311 V

B．线圈转动的周期是1 s

C．2 s末通过线圈的磁通量绝对值最大

D．2 s末通过线圈的磁通量变化率绝对值最小

答案　A

解析　由题图可知，交变电压的最大值为311 V，故A正确；线圈转动的周期为2 s，故B错误；2 s末瞬时电压值为最大值，根据交变电流的特点可知，此时线圈平面与中性面垂直，即线圈平面与磁场平行，所以此时通过线圈的磁通量为0，通过线圈的磁通量变化率绝对值最大，故C、D错误．

3．如图2是一正弦式交变电流的电压u随时间t变化关系的图像．由图像可知，电压的有效值和周期分别为(　　)

图2

A．311 V,0.01 s   B．311 V,0.02 s

C．622 V,0.01 s   D．220 V,0.02 s

答案　D

解析　根据题图可知该交流电的电压最大值是Um＝311 V，则有效值为U＝＝ V≈

220 V，由题图可知周期为0.02 s，D正确．

4．在以下四种交流电中，有效值最大的是(　　)

答案　D

解析　将交流与直流通过阻值都为R的电阻，设直流电压为U，A图表示正弦交流电，故其交流电的有效值为U＝；根据电流的热效应可知B图中有·＝T，解得U＝；C图中有·＝T，解得U＝；D图中有·＋·＝T，解得U＝U0，故选D.

5．电站向某地输送5 000 kW的电功率，输电线上损耗的电功率为100 kW，如果把输电电压提高为原来的10倍，同时将输电线的横截面积减为原来的一半，而输送的电功率不变，那么输电线损耗的电功率为(　　)

A．0.2 kW   B．0.5 kW

C．2.0 kW   D．5.0 kW

答案　C

解析　输电电压提高为原来的10倍，根据P＝UI知，输电电流减小为原来的，根据电阻定律R＝ρ知，输电线的横截面积减为原来的一半，则输电线的电阻增大为原来的2倍，根据P损＝I2R知，输电线上损耗的电功率减小为原来的，则输电线上损耗的功率为2.0 kW，故C正确，A、B、D错误．

6.如图3所示，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，R0为定值电阻，R是滑动变阻器，原线圈两端的输入电压u＝200sin 100πt (V)，设理想交流电压表V1、V2的示数分别是U1、U2；理想交流电流表A1、A2的示数分别是I1、I2.下列说法正确的是(　　)

图3

A．电压表V2的示数U2＝20 V

B．滑片P向b端滑动过程中，U2不变，I2变大

C．滑片P向b端滑动过程中，U1变小，I1变大

D．通过原、副线圈的交变电流频率之比为10∶1

答案　B

解析　由u＝200sin 100πt (V)可知输入电压有效值为U1＝ V＝100 V，由＝，可得U2＝×100 V＝10 V，A错误；滑片P向b端滑动过程中，副线圈负载电阻减小，U2不变，则I2变大，B正确；由B项分析知U1不变，I1变大，C错误；变压器不改变交变电流的频率，D错误．

7．如图4所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V．已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是(　　)

图4

A．发电机输出的电流I1＝40 A

B．输电线上的电流I线＝625 A

C．降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11

D．用户得到的电流I4＝455 A

答案　C

解析　发电机输出电流I1＝＝ A＝400 A，故A错误；输电线上损失的功率P线＝I线2R线＝5 kW，所以I线＝＝25 A，故B错误；用户得到的功率P4＝P－P线＝(100－5) kW＝95 kW，则I4＝＝ A＝ A≈432 A，故＝＝，故C正确，D错误．

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5所示，处在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场中的矩形线框MNPQ，以恒定的角速度ω绕对角线NQ转动．已知MN长为l1，NP长为l2，线框电阻为R，t＝0时刻线框平面与纸面重合，下列说法正确的是(　　)

图5

A．矩形线框产生的感应电动势有效值为Bl1l2ω

B．矩形线框转过π时的电流为零

C．矩形线框转动一周，通过线框任意横截面的电荷量为

D．矩形线框转过π过程中产生的热量为

答案　ABD

解析　线框转动过程产生正弦式交变电流，最大值为Em＝Bl1l2ω，所以有效值为E＝，故A正确；线框转过π时，线框平面与磁场垂直，磁通量最大，感应电动势为零，电流为零，故B正确；线框转动一周磁通量的变化量为零，故通过线框任意横截面的电荷量为零，故C错误；根据焦耳定律可得线框转过π过程中产生的热量为Q＝I2Rt＝·＝，故D正确．

9．图6甲是一台小型发电机的结构示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势e随时间t变化的正弦规律图像如图乙所示．发电机线圈的内电阻r＝2 Ω，外接灯泡的电阻为10 Ω.则(　　)

图6

A．在t＝0.01 s时刻，穿过线圈的磁通量最大

B．理想电压表的示数为6 V

C．灯泡消耗的电功率为2.5 W

D．线圈转动产生电动势的表达式e＝60sin 50πt V

答案　AC

解析　在t＝0.01 s时刻，电动势为0，则线圈位于中性面，穿过线圈的磁通量最大，A正确；由题图乙可知，电动势的最大值为Em＝6 V，周期为0.02 s，则电动势的瞬时值表达式为e＝Emsin (t)＝6sin 100πt (V)；理想电压表的示数为交流电的有效值，并且测量外电路电压，故U＝R＝R＝5 V，B、D错误；灯泡消耗的电功率P＝＝ W＝2.5 W，C正确．

10．如图7所示，由于理想变压器原线圈的输入电压降低，使电灯L变暗，下列措施中可以使电灯L重新变亮的有(　　)

图7

A．其他条件不变，P1上移，同时P2下移

B．其他条件不变，P1下移，同时P2上移

C．其他条件不变，断开开关S

D．其他条件不变，将滑动变阻器滑片P向下移动

答案　BC

解析　P1上移增大n1，P2下移减小n2，由理想变压器的变压比公式＝，可知U2将会变得更小，所以电灯L不会重新变亮，A错误；P1下移减小n1，P2上移增大n2，由理想变压器的变压比公式＝，可知U2将会变大，所以电灯L会重新变亮，B正确；断开开关S，则副线圈负载中并联部分电阻变大，电流变小，R1分压变小，电灯L的电压变大，所以电灯L会重新变亮，C正确；其他条件不变，将滑动变阻器滑片P向下移动，副线圈负载总电阻变小，总电流变大，R1分压变大，电灯L的电压变小，所以电灯L不会重新变亮，D错误．

三、非选择题(本题5小题，共54分)

11．(6分)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，

(1)下列器材需要的有________．

A．干电池组

B．滑动变阻器

C．直流电压表

D．多用电表

E．学生电源

(2)在实验中，某同学保持原线圈的电压以及副线圈的匝数不变，仅增加原线圈的匝数，副线圈两端的电压将________(选填“增大”“减小”或“不变”)．

(3)如图8，当左侧线圈“0”“16”间接入9 V电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出电压可能是________．

图8

A．3.1 V  B．2.5 V  C．1.7 V

答案　(1)DE(2分)　(2)减小(2分)　(3)C(2分)

12.(8分)如图9所示，圆形线圈共100匝，半径为r＝0.1 m，在匀强磁场中绕过直径的轴OO′匀速转动，磁感应强度B＝0.1 T，角速度为ω＝ rad/s，电阻为R＝10 Ω，求：

图9

(1)线圈由图示位置转过90°时，线圈中的感应电流为________；

(2)写出线圈中电流的表达式：________.(磁场方向如图所示，图示位置为t＝0时刻)

(3)线圈转动过程中产生的热功率为________．

答案　(1)3 A(3分)　(2)i＝3sin t(A)(2分)　(3)45 W(3分)

解析　(1)线圈由题图所示位置转过90°时，线圈中感应电流最大，感应电动势的最大值为Em＝NBSω＝100×0.1×π×0.12× V＝30 V，

Im＝＝3 A.

(2)由题意知i＝Imsin ωt，即i＝3sin t(A)

(3)感应电流的有效值I＝＝ A，

线圈转动过程中产生的热功率

P＝I2R＝()2×10 W＝45 W.

13.(12分)如图10所示，理想变压器原线圈匝数n1＝800，副线圈匝数n2＝200，灯泡A标有“5 V　2 W”，电动机D的线圈电阻为1 Ω.将交变电压u＝100sin 100πt (V)加到理想变压器原线圈两端，灯泡恰能正常发光，求：

图10

(1)副线圈两端电压；

(2)电动机D消耗的电功率．

答案　(1)25 V　(2)8 W

解析　(1)交变电压u＝100sin 100πt (V)

最大值为Um＝100 V(1分)

故有效值为U1＝＝ V＝100 V(2分)

根据理想变压器的变压比公式＝(1分)

有U2＝＝ V＝25 V(2分)

(2)由于灯泡正常发光，故电流为I＝＝ A＝0.4 A(2分)

电动机两端电压为UD＝U2－UL＝25 V－5 V＝20 V(2分)

电动机消耗的电功率为PD＝UDI＝20×0.4 W＝8 W．(2分)

14.(12分)如图11是一个小型应急交流发电机，内部为N＝50匝、边长L＝20 cm的正方形线圈，总电阻为r＝1 Ω.线圈在磁感应强度为B＝0.1 T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动．发电机对一电阻为R＝9 Ω的电灯供电，线路中其他电阻不计，若发电机的转动角速度为ω＝100 rad/s时，电灯正常发光．求：

图11

(1)交流发电机产生的电动势的最大值；

(2)电灯正常发光的功率；

(3)从图示位置开始，线圈转过30°的过程中，通过电灯的电荷量；

(4)线圈每转动一分钟，外力所需做的功．

答案　(1)20 V　(2)18 W　(3)0.01 C　(4)1 200 J

解析　(1)交流发电机产生的电动势的最大值为

Em＝NBSω＝NBωL2＝20 V；(2分)

(2)电动势的有效值为E＝＝10 V(1分)

电灯正常发光的电流I＝＝ A＝ A(1分)

电灯正常发光的功率P＝I2R＝18 W(2分)

(3)q＝Δt＝＝＝0.01 C(3分)

(4)线圈每转动一分钟，整个回路上产生的热量为Q＝I2(R＋r)t＝1 200 J(2分)

W外＝Q＝1 200 J．(1分)

15．(16分)如图12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＝ 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．求：

图12

(1)交流发电机产生感应电动势的最大值Em；

(2)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　(1)300 V　(2)160 W　(3)280 V

解析　(1)根据正弦式交变电流的产生规律可知，感应电动势的最大值为Em＝NBSω(2分)

代入数据解得Em＝300 V(1分)

(2)设降压变压器原、副线圈中的电流分别为I3、I4，电动机恰能正常工作，有I4＝＝40 A(1分)

根据理想变压器的变流比公式＝(2分)

可得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公式＝(1分)

得U3＝＝＝2 200 V(2分)

升压变压器副线圈两端的电压为

U2＝U3＋I3R＝2 240 V(1分)

又＝(1分)

可得U1＝＝280 V．(2分)