2021_2022学年高中物理章末测评(二)(含解析)粤教版选修3_2

章末综合测评(二)
(时间：90分钟 分值：100分)
一、选择题(此题共12小题，每题4分．在每题给出的四个选项中第1～7题只有一项符合题目要求，第8～12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．如下图为一台发电机的构造示意图，其中N 、S 是永久磁铁的两个磁极，它们的外表呈圆柱面形状．M 是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线圈，可绕与铁芯M 共轴的固定转轴旋转．磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿径向、大小近似均匀的磁场．假设从图示位置开场计时，当线圈绕固定转轴匀速转动时，以下说法中不正确的选项是( )
A ．图示位置穿过线圈的磁通量为零
B ．穿过线圈的磁通量的变化率不为零
C ．线圈中将产生恒定电流
D ．线圈中将产生交变电流，电流大小不变、方向每转一周改变两次
C [由于线圈处磁感线对称分布，故A 正确；因为线圈的两边在做切割磁感线的运动，两个电动势正向串联，回路中的电动势不为零，那么磁通量的变化率不为零，故B 正确；当线圈从图示位置转过90°时，电流改变方向，产生交变电流，故C 错误，
D 正确．]
2．一矩形金属线圈，绕垂直磁场方向的转轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的电动势e 随时间t 变化的情况如下图．以下说法正确的选项是 ( )
A ．此交流电的频率为0.5 Hz
B ．此交流电的电动势有效值为2 V
C ．t ＝0.01 s 时，线圈平面与磁场方向平行
D ．t ＝0.02 s 时，线圈磁通量变化率ΔΦ
Δt
为零
D [由图象可以看出，此交变电流是正弦式电流，最大值为2 V ，周期T ＝0.02 s ，所以频率f ＝1T ＝50 Hz ；电动势的有效值
E ＝E m
2 V ＝ 2 V ，A 、B 错误；在t ＝0.01 s 和t ＝0.02 s
时，感应电动势为零，线圈没有切割磁感线的边，线圈平面与磁场方向垂直，线圈磁通量变化率ΔΦ
Δt
为零，C 错误，D 正确．]
3．有人把自行车进展了改装，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．该发电机原理如下图，在匀强磁场中，磁感应
强度为B ，放置一个有固定转轴的发电轮，发电轮平面与磁场垂直，发电轮半径为r ，轮轴和轮缘为两个输出电极，该发电机输出电压接一理想变压器，再给一小灯泡供电，那么以下说法正确的选项是 ( )
A ．当人蹬车的速度增大时，小灯泡两端的电压降低
B ．当人蹬车的速度增大时，小灯泡两端的电压不变
C ．小灯泡的功率与发电机转速无关
D ．小灯泡的功率随发电机转速的增大而增大
D [转轮发电机的电动势为
E ＝12Br 2
ω，蹬车的速度增大时，角速度增大，电动势增大，
输入电压和输入功率增大，D 正确．]
4．三个一样的电阻，分别通过如图甲、乙、丙所示的交变电流，三个图中的I 0和周期T 一样．以下说法中正确的选项是( )
甲 乙 丙
A ．在一样时间内三个电阻发热量相等
B ．在一样时间内，甲、乙发热量相等，是丙发热量的2倍
C ．在一样时间内，甲、丙发热量相等，是乙发热量的1
2
D ．在一样时间内，乙发热量最大，甲次之，丙的发热量最小 C [甲图象电流的有效值为
12
I 0，乙图象电流的有效值为I 0，丙图象根据电流有效值的
定义有：I 20R T 2＝I 2
RT ，解得电流有效值I ＝12I 0，根据焦耳定律，一样时间内产生的热量之比
等于电流有效值的平方比，Q 1∶Q 2∶Q 3＝1∶2∶1，C 对．]
5．如下图，矩形线圈abcd 与理想变压器原线圈组成闭合电路，线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc 边匀速转动，磁场只分布在bc 边的左侧，磁感应强度大小为B ，线圈面积为S ，转动角速度为ω，匝数为N ，线圈电阻不计，以下说法正确的选项是 ( )
A ．将原线圈抽头P 向上滑动时，灯泡变暗
B ．电容器的电容
C 变大时，灯泡变暗
C ．图示位置时，矩形线圈中瞬时感应电动势最大
D ．假设线圈abcd 转动的角速度变为2ω，那么变压器原线圈电压的有效值为2NBSω A [矩形线圈abcd 中产生交变电流；将原线圈抽头P 向上滑动时，原线圈匝数变大，根据变压比公式U 1U 2＝n 1n 2
，输出电压减小，故灯泡会变暗，故A 正确；电容器的电容C 变大时，容抗减小，故干路电流增加，灯泡变亮，故B 错误；线圈处于图示位置时，是中性面位置，感应电动势的瞬时值为零，故C 错误；假设线圈转动角速度变为2ω，根据电动势最大值公式
E m ＝NBSω，最大值增加为2倍；由电流热效应知
⎝ ⎛⎭
⎪⎫2NBSω22
R
·T 2＝E 2
R
·T ，得E ＝NBSω，故D 错误．]
6．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数之比为5∶1，原线圈接交流电源，副线圈接有“220 V 440 W 〞的纯电阻和“220 V 220 W 〞的电动机．如果副线圈两端电压按图乙所示正弦规律变化，那么以下说法正确的选项是 ( )
甲 乙
A ．副线圈两端电压的瞬时值表达式为u ＝2202sin 50πt (V)
B ．原线圈两端电压的有效值为1 100 2 V
C ．纯电阻的发热功率是电动机发热功率的2倍
D ．1 min 内电动机消耗的电能为1.32×104
J
D [由题图乙可知，交变电压的峰值U 2m ＝220 2 V ，周期T ＝0.02 s ，ω＝2π
T
＝100π
rad/s ，那么副线圈两端电压的瞬时值表达式为u ＝2202sin 100πt (V)，选项A 错误；由U 1
U 2
＝
n 1n 2得，原线圈两端电压的有效值U 1＝5
1
×220 V＝1 100 V ，那么电压表示数为1 100 V ，选项B 错误；纯电阻的发热功率为440 W ，而电动机的发热功率远小于220 W ，选项C 错误；1 min 内电动机消耗的电能W ＝Pt ＝220×60 J＝1.32×104
J ，选项D 正确．]
7．如图甲所示，变压器为理想变压器，其原线圈接到U 1＝220 V 的交流电源上，副线圈与阻值为R 1的电阻连接成闭合电路；图乙中阻值为R 2的电阻直接接到电压为U 1＝220 V 的交流电源上，结果发现R 1与R 2消耗的电功率恰好相等，那么变压器原、副线圈的匝数之比为( )
甲 乙
A.R 1R 2
B.R 2R 1
C.
R 2
R 1 D.R 1R 2
C [对题图甲，U 1U 2＝n 1n 2，P 1＝U 22R 1.对题图乙，P 2＝U 21
R 2.据题意有P 1＝P 2，联立以上各式解得n 1n 2＝
R 2
R 1
，故C 正确．] 8．理想变压器原线圈a 匝数n 1＝200匝，副线圈b 匝数n 2＝100匝，线圈a 接在u ＝442sin 314t V 交流电源上，“12 V 6 W 〞的灯泡恰好正常发光．电阻R 2＝16 Ω，电压表V 为理想电表．以下推断正确的选项是( )
A ．交变电流的频率为100 Hz
B ．穿过铁芯的磁通量的最大变化率为2
5
Wb/s C ．电压表V 的示数为22 V D ．R 1消耗的功率是1 W
BD [由u ＝442sin 314t V ，知f ＝1T ＝ω
2π＝50 Hz ，A 错误；灯泡正常发光，由P ＝UI
得灯泡中的电流I 2＝6 W
12 V ＝0.5 A ，电压表的示数U 2＝12 V ＋0.5×16 V＝20 V ，C 错误；穿过
铁芯的磁通量的最大变化率为ΔΦΔt ＝202100 Wb/s ＝25 Wb/s ；B 正确；根据U 1U 2＝n 1
n 2，得U 1＝40 V ，
那么R 1两端电压U R 1＝44 V －40 V ＝4 V ，那么原、副线圈的电流与匝数成反比，可得通过R 1的电流I 1＝0.25 A ，那么R 1的功率P ＝U R 1I 1＝1 W ，D 正确．]
9．如下图为理想变压器，原线圈的匝数是n 1，两个副线圈的匝数分别是n 2、n 3.当原线圈两端加上交变电压U 1后，测得原线圈中的电流为I 1.设两个副线圈两端的电压分别为U 2、U 3，其中的电流分别为I 2、I 3，那么有( )
A.U 1U 2＝n 1n 2，U 1U 3＝n 1n 3
B ．I 1＝n 2n 1I 2＋n 3n 1
I 3 C.I 1I 2＝n 2n 1，I 1I 3＝n 3n 1
D.
U 1
U 2＋U 3＝
n 1
n 2＋n 3，
I 1
I 2＋I 3
＝
n 2＋n 3
n 1
AB [由变压器原理可知：穿过任何线圈的磁通量的变化率都相等，所以U 1U 2＝n 1n 2，U 1U 3＝n 1n 3
，应选项A 正确；由电功率关系知：P 1＝P 2＋P 3，即I 1U 1＝I 2U 2＋I 3U 3，所以I 1＝U 2U 1
I 2＋U 3U 1
I 3，即I 1＝n 2n 1I 2＋n 3n 1
I 3，应选项B 正确；由电压关系及选项A 中的结论可知，U 1
U 2＋U 3＝
n 1
n 2＋n 3
，但电流关
系I 1I 2≠n 2n 1，I 1I 3≠n 3n 1
，所以
I 1
I 2＋I 3
≠
n 2＋n 3
n 1
，应选项C 、D 错误．] 10．如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，电流表、电压表均为理想电表，R 、L 和D 分别是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)、理想线圈和灯泡．原线圈接入图乙所示的正弦交流电压u ，以下说法中正确的选项是( )
甲 乙
A ．该交变电流的方向每秒改变50次
B ．在t ＝0.005 s 时，电压表的示数为22 V
C ．有光照射电阻R 时，灯泡
D 变亮 D ．抽出线圈L 中的铁芯，电流表的示数减小
BC [由题图乙可知，交变电流的周期为0.02 s ，频率为50 Hz ，那么该交变电流的方向每秒改变100次，A 项错误；电压表的示数为变压器副线圈两端电压的有效值，在t ＝0.005 s 时，原线圈中电压的最大值为220 2 V ，由理想变压器的电压关系可知，此时电压表的示数为22 V ，B 项正确；当有光照射电阻R 时，其阻值减小，即负载电阻的阻值减小，输出电流增大，灯泡D 变亮，C 项正确；抽出线圈L 中的铁芯，线圈的自感系数减小，对交变电流的阻碍作用(感抗)减小，通过负载的电流增大，故输入电流增大，电流表示数增大，D 项错误．]
11．一台理想变压器，开场时开关S 接1，此时原、副线圈的匝数比是11∶1，原线圈接入电压为220 V 的正弦交流电．一只理想二极管和一个滑动变阻器串联接在副线圈上，如下图．那么以下判断正确的选项是( )
A ．原、副线圈中的功率之比为1∶1
B ．假设只将S 从1拨到2，电流表示数增大
C ．假设开关S 接1，滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω时，那么1 min 内滑动变阻器产生的热量为1 200 J
D ．假设只将滑动变阻器的滑片向下滑动，那么两电表示数均减小
AC [原、副线圈的输入功率等于输出功率，故A 正确；假设只将S 从1拨到2，副线圈的电压减小，副线圈电流减小，原线圈电流即电流表示数减小，故B 错误；原、副线圈的电压与匝数成正比，所以副线圈两端电压为20 V ，由于副线圈接着二极管，它具有单向导电性，根据电流的热效应知202
R T 2＝U 2
R T ，解得U ＝10 2 V ，假设滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω，
那么1 min 内滑动变阻器产生的热量为Q ＝
102
2
10
×60 J＝1 200 J ，故C 正确；将滑动变
阻器滑片向下滑动，接入电路中的阻值变大，电流表的读数变小，但对原、副线圈两端的电压无影响，即电压表的示数不变，故D 错误．]
12．一台发电机最大输出功率为4 000 kW ，电压为4 000 V ，经变压器T 1，升压后向远方输电．输电线路总电阻RT 2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V 60 W)．假设在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T 1和T 2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，那么( )
A ．T 1原、副线圈电流分别为1 000 A 和20 A
B ．T 2原、副线圈电压分别为1.8×105
V 和220 V C ．T 1和T 2的变压比分别为1∶50和40∶1 D ．有6×104
盏灯泡(220 V,60 W)正常发光
ABD [T 1原线圈的电流为I 1＝P 1U 1＝4 000×1034 000
A ＝1×103
A ，输电线上损失的功率为P 损
＝I 2
2
R ＝10%P 1，所以I 2＝
10%P 1
R
＝
4 000×10
3
1×10
3
A ＝20 A ，选项A 对；T 1副线圈两端的电压为U 2＝n 2n 1
U 1＝2×105
V ，T 2原线圈两端的电压为U 3＝U 2－I 2R ＝2×105
V －20×103
V ＝1.8×105
V ，选项B 对；T 1原、副线圈的变压比为n 1n 2＝I 2I 1＝20103＝150，T 2原、副线圈的变压比为n 3n 4＝U 3U 4＝
1.8×105
220
＝9×103
11，选项C 错；能正常发光的灯泡的盏数为N ＝90%P 160
盏＝6×104
盏，选项D 对．]
二、非选择题(此题共4小题，共52分)
13．(12分)将交变电压u ＝2202sin(100πt )V 接到“220 V 100 W 〞的灯泡两端，假设灯泡灯丝电阻保持不变，求：
(1)通过灯泡的电流的最大值； (2)灯泡的实际功率；
(3)每秒钟电流方向改变的次数； (4)通过灯泡的电流i 的瞬时值表达式．
[解析] (1)交变电压的有效值U ＝2202
2
V ＝220 V ，灯泡的额定电压为U ＝220 V ，因
此灯泡恰好正常发光．由“220 V 100 W 〞知该灯泡电阻为R ＝U 2P I m ＝U m R ＝2202
484
A ＝0.64 A.
(2)灯泡的实际功率与额定功率一样，P ＝100 W.
(3)周期T ＝2πω＝2π100π s ＝0.02 s ，每秒钟电流方向改变的次数n ＝t T ×2＝1
0.02×2＝
100(次)．
(4)通过灯泡的电流的瞬时值表达式为
i ＝I m sin ωt ＝0.64sin(100πt )A.
[答案] (1)0.64 A (2)100 W (3)100次 (4)i ＝0.64sin(100πt )A
14．(13分)交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO ′匀速转动．一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S ＝0.05 m 2
，线圈转动的频率为50 Hz ，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度B ＝
2
π
T ．用此发电机所发出的交流电带动两个标有“220 V 11 kW 〞的电机正常工作，需在发电机的输出端a 、b 与电机之间接一个理想变压器，电路如下图．求：
(1)发电机的输出电压； (2)变压器原、副线圈的匝数比； (3)与变压器原线圈串联的电流表的示数． [解析] (1)根据E m ＝nBSω＝1 100 2 V 得输出电压的有效值为U 1＝
E m
2
＝1 100 V.
(2)电动机正常工作，U 2＝220 V
根据U 1U 2＝n 1n 2 得n 1n 2＝51
.
(3)P 出＝2×11 kW＝2.2×104
W 根据P 入＝P 出＝2.2×104
W 再根据P 入＝U 1I 1，解得I 1＝20 A. [答案] (1)1 100 V (2)5∶1 (3)20 A
15．(13分)如下图，交流发电机电动势的有效值E ＝20 V ，内阻不计，它通过一个R ＝6 Ω的指示灯L 1连接变压器．变压器输出端并联24只彩色小灯泡，每只灯泡都是“6 V 0.25 W 〞，灯泡都正常发光，导线电阻不计．求：
(1)降压变压器初级、次级线圈匝数比； (2)发电机的输出功率．
[解析] (1)彩色小灯泡额定电流I L ＝P U ＝1
24
A ，次级线圈总电流I 2＝24I L ＝1 A
变压器输入功率I 1U 1＝I 2U 2＝6 W
变压器原线圈电路中，利用欧姆定律可得
E ＝U 1＋I 1R ＝U 2I 2I 1＋I 1R ＝6
I 1
＋6I 1
代入E 值解得I 1＝1
3
A(I 1＝3 A 应舍去，据题意是降压变压器，应I 1<I 2＝1 A)，所以
n 1n 2＝I 2I 1＝31
. (2)发电机输出功率P ＝I 1E ≈6.67 W. [答案] (1)3∶1 (2)6.67 W
16．(14分)某村在较远的地方建立了一座小型水电站，发电机的输出功率为100 kW ，输出电压为500 V ，输电导线的总电阻为10 Ω，导线上损耗的电功率为4 kW ，该村的用电电压是220 V.
(1)输电电路如下图，求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比；
(2)如果该村某工厂用电功率为60 kW ，那么该村还可以装“220 V 40 W〞的电灯多少盏？
[解析] (1)因为P 损＝I 2
2R 线
所以I 2＝
P 损
R 线＝4×10
3
10
A ＝20 A I 1＝P U 1＝100×103
500 A ＝200 A
那么n 1n 2＝I 2I 1＝20200＝110
U 3＝U 2－I 2R 线＝(500×10－20×10)V＝4 800 V 那么n 3n 4＝U 3U 4＝4 800220＝24011
.
(2)设还可装灯n 盏，据降压变压器输入功率等于输出功率有P 3＝P 4 其中P 4＝(n ×40＋60×103
) W
P 4＝P 3＝(100－4)kW ＝96 kW
所以n ＝900.
[答案] (1)1∶10 240∶11 (2)900盏。