物理同步人教版选修3-2阶段验收评估(二)交变电流Word版含解析

（时间：50分钟 满分：100分）
一、选择题（本题共8小题，每小题 6分，共48分，第1〜5小题中只有一个选项符合
题意，第6〜8小题中有多个选项符合题意，全选对的得 6分，选
对但不全的得 3分，有选 错的得0分）
1.有一交变电流如图所示，则由此图像可知 （ ）
A •它的周期是0.4 s
B .它的峰值是4 A
C •它的有效值是 2 2 A
D .它的频率是 0.8 Hz
1
解析：选B 由图像可知 T = 0.8 s , f =〒=1.25 Hz ，故A 、D 错；由图像可知 I m = 4 A ，
2•如图甲是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在如图乙所示的交变电源上，电热
毯是由一理想二极管 D （正向电阻为零，反向电阻为无穷大
）与电热丝串联组成的。

若电热丝
一 -2
A •交变电流的周期为 1X 10 s
B .用交流电压表测得电热丝两端的电压为 110 V
C •通过电热丝的电流为 2 A
D .电热丝在 1 min 内产生的热量为 1.32X 104 J 解析：选D 根据题图乙可知，交变电流的周期为
0.02 s ,选项A 错误；根据有效值的
翥］
2
定义可得—• = ^T,解得U = 110 2 V ，选项B 错误；通过电热丝的电流I = R = 2 A ，
243.如图所示，一矩形线圈 abed 放置在匀强磁场中，并绕过 ab 、cd 1
B L _ J
\
i
1
中点的轴00 '以角速度 3逆时针匀速转动。

若以线圈平面与磁场夹角
•6
9= 45时为计时起点， 并规定当电流自a 流向b 时电流方向为正，贝V 下
/
0(0 0
故B 对；因为电流为非正弦式交流电，故有效值
C 错。

列四幅图像中正确的是（）
C
D
解析：选C 以线圈平面与磁场夹角
0= 45°时为计时起点，由楞次定律可判断，初始
时刻电流方向为 b 到a ，则瞬时电流的表达式为
i = 一 I m sin 14 j,选项C 正确。

4.如图所示，当交流电源的电压有效值
U = 220 V ,频率f = 50 Hz 时,
3只灯L i 、L 2、L 3的亮度相同（L 无直流电阻），若将交流电源的频率变为 f = 100 Hz ，则（
）
A . L i 灯比原来亮
B . L 2灯比原来亮
C . L 3灯比原来亮
D . L 3灯比原来暗
解析：选A 当交变电流的频率变大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，因此 L 1变亮，L 2变暗。

又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故 L 3灯亮度不变，所以
A 正确。

5.如图所示，理想变压器的原线圈接入
u = 11 000 2
的交变电压，副线圈通过电阻
r = 6 Q 的导线对“ 220 V
电器R L 供电，该电器正常工作。

由此可知
（ ）
A .原、副线圈的匝数比为
50 : 1
B .交变电压的频率为 100 Hz
C •副线圈中电流的有效值为 4 A
D .变压器的输入功率为
880 W
解析：选C 本题的易错之处是 “忽略导线电阻对电路的影响 100 n (V)可知 U 1= 11 000 V , 2 廿=100 n f = 50 Hz ，选项 B 错误;。

由 u = 11 000 2sin “ 220 V 880 W ” 的
电器R L 正常工作可知1 =盘=鬻 A = 4 A ，选项C 正确；U 2= U L + Ir ，解得U ?= 244 V , 根据电压关系 岩="得nj =彳
750
选项 A 错误；根据功率关系得， P 1 = I 2r + P L ，解得P 1
U 2 n 2 n 2 61
=976 W ，选项D 错误。

6.如图所示，水平铜盘半径为r ,置于磁感应强度为 B ,方向竖直 向下的匀强磁场中，铜盘（电阻不计）绕通过圆盘中心的竖直轴以角速 度3做匀速圆周运动，铜盘的边缘及中心处分别通过滑动变阻器
R 1
与理想变压器的原线圈相连， 该理想变压器原、副线圈的匝数比为 n :
1变压器的副线圈与电阻为 R 2的负载相连，则（
）
A •变压器原线圈两端的电压为 0
B .当R i 不变时，通过负载 R 2的电流为0
C •当R i 不变时，通过变压器副线圈的磁通量为
D .当R i 变化时，通过负载 R 2的电流为通过 R i 电流的n 倍 解析：选AB 水平铜盘匀速转动，相当于恒压电源，当
R i 不变时，变压器原线圈中
电流不变，因此，理想变压器原线圈两端的电压为零，副线圈的磁通量不为零，但磁通量 的变化率为零，R 2中的电流也为零，A 、B 正确，C 错误；当R i 变化时，原线圈两端不是 交变电压，则原、畐U 线圈中电流的关系不能确定，故
D 错误。

7.如图所示，理想变压器的原、副线圈分别接着定值电阻 R i 、R 2, 且R i = R 2,原、副线圈的匝数比 n i : n 2= 2 : i ，交流电源电压为 U ,
3U B . R i 两端的电压为~~
5
8•某同学模拟“远距离输电”，将实验室提供的器材连接成如图所示的电路，
A 、B
为理想变压器，灯 L i 、L 2相同且阻值不变。

保持理想变压器 A 的输入电压不变，当开关 S 断开时，灯L i 正常发光。

则（
）
A. 仅闭合S , L i 变暗
B. 仅闭合S , A 的输入功率变小 C .仅将滑片P 上移，L i 变亮
D .仅将滑片P 上移，A 的输入功率变小
解析：选AD 仅闭合S ,降压变压器副线圈中电流增大，引起输电线中电流增大，输 电线上的电压损失增大，降压变压器原线圈两端的电压减小，因降压变压器原、畐U 线圈匝 数不变，所以降压变压器副线圈两端电压将减小，灯
L i 变暗，选项A 正确；仅闭合S 时输
电线中电流增大，所以变压器 A 的输出功率增大，输入功率随之增大，选项 B 错误；仅将 滑片P 上移时，升压变压器副线圈匝数减少，则升压变压器副线圈两端电压减小，引起降
解析：选AC 输入的电压U 应等于原线圈两端电压加上
R i 两端电压，即U = U i + U
Ri ,
则通过原线圈电流 U RI U - U i U R 2 U 2 l i n 2 i U i 2
l i —，— ・，而 I 2- ，— 2。

又因为 | — 2—夕 R i — R 2,--
R i R i R 2 R 2 12 n i 2 U 2 i D . R 2两端的电压为号
所以代入可求得 U RI = U , U R 2= ¥ , A 、C 正确。

A . R i 两端的电压为U
5 C . R 2两端的电压为2U
5
U
压变压器原、副线圈两端的电压均减小，所以灯 L i 功率减小，且输电线上损失的功率也减
小，升压变压器的输入功率减小，选项
C 错误，
D 正确。

二、计算题(本题共3小题，共52分)
9. (16分)如图甲所示为一台小型发电机的示意图，单匝线圈逆时针转动。

若从中性面 开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。

已知发电机线圈内阻为 1.0 Q 外
接灯泡的电阻为9.0約求:
(1) 写出流经灯泡的瞬时电流的表达式； (2) 转动过程中穿过线圈的最大磁通量；
(3) 线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功。

2 n
解析：(1)由题图得3=〒=100n rad/s
所以发电机产生的电动势 e = E m sin «t 6<2sin 100 t(V) 则流经灯泡的电流 i =
— = 0.6 2sin 100 t(A)。

R +r 中
⑵由 E m = BS«， E m = 6 .2 V ， 3= 100n rad/s E m 3"J2
- 2
得①=BS =二= Wb = 2.7 X 10 Wb 。

3 50 n
Em s ..
⑶E =Ej2=6 V
，
E 2
- 2
外力所做的功 W = Q = T = 7.2 X 10 J 。

R + r
答案：(1)i = 0.6 2sin 100 t(A) (2)2.7 X 10-2 Wb (3)7.2 X 10_2 J
10. (18分)如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡， 在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。

已知线圈的匝数 n = 100，电
阻r = 1.0 Q 所围成的矩形的面积
S = 0.040 m 2；小灯泡的电阻 R = 9.0 Q 磁场的磁感应强
度随时间变化的规律如图乙所示。

线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为 2 n
cosT"t,其中B m 为磁感应强度的最大值， T 为磁场变化的周期。

不计灯丝电阻随温度的变
化，求：
2 n
e = nB m S 〒
(1) 线圈中产生感应电动势的最大值。

(2) 小灯泡消耗的电功率。

(3) 在磁感应强度变化的0〜扌时间内，通过小灯泡的电荷量。

(1)由图像知，线圈中产生的交变电流的周期 T = 3.14 X 10「2s 2 n 由感应电动势瞬时值的表达式可知，感应电动势的最大值 E m = nB m S 2j n
= 8.0 V 。

可求得小灯泡消耗的电功率
P R = 2.88 W 。

B m S
T
⑶由 I =苛,E = n 丁, q = I •
4 T
—3
可求得在磁感应强度变化的
0〜T 时间内，通过小灯泡的电荷量
q = 4.0 X 10 C 。

答案：(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0 X 10— 3 C
11. (18分)某发电厂通过两条输电线向远处的用电设备供电。

当发电厂输出的功率为 P 0时，纯电阻用电设备消耗的功率为
P 1。

若发电厂用一台升压变压器
T 1先把电压升高，仍 通过原来的输电线供电，到达用电设备所在地，再通过一台降压变压器
T 2把电压降到低于
用电设备的额定电压后，供用电设备使用，如图所示。

这样改动后，当发电厂输出的功率 仍为P 0时，用电设备可获得的功率增加至
P 2。

试求所用升压变压器
T 1的原线圈与副线圈
的匝数比N 1以及降压变压器T 2的原线圈与副线圈的匝数比
m 各为多少？ N 2
n 2
解析：设发电厂的输出电流为 I 。

，输电线的电阻为 R ,用电设备的电阻为 r ，没有变压 器时，输电线上消耗的电功率为
P RI = P 。

一 P I = I O 2R ①
用电设备消耗的功率为 P i = I °2
r ②
用了变压器后，输电线上消耗的电功率为
2
P R2= P 0— P 2= 1
R ③
(式中I 是输电导线上的电流，也是升压变压器副线圈和降压变压器原线圈上的电流
)
解析: (2)电动势的有效值
E m
E
R +
P R = I 2R 用户
发电厂
由①和③式可得I =Io P o _ p ：④
此时用电设备消耗的功率为
P 2= I ' 2r ⑤
P 2 P 0— P l
P i P o — P 2
联立②⑤式得 由④式和⑥式得=亍=
P 2 P 0— P l
、Pl4— P 2O
答案:。