【物理】2020届一轮复习人教版交变电流　课时作业

【物理】2020届一轮复习人教版交变电流　课时作业

‎2020届一轮复习人教版 交变电流　 课时作业 一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分。1～8小题只有一个选项正确，9～12小题有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的不得分)‎ ‎1.‎ 如图所示电路中，A、B间接有交变电压u＝311sin100πt(V)，电路中接有“220 V　440 W”的电暖宝、“220 V　220 W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝。下列说法正确的是(　　)‎ A．交流电压表的示数为311 V B．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3 A C．电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍 D．1 min内抽油烟机消耗的电能为1.32×104 J 答案　D 解析　由u＝311sin100πt(V)可知，交变电压的有效值为220 V，故交流电压表的示数为220 V，选项A错误；已知两用电器的额定电压和额定功率，根据并联电路电流规律及P＝UI可知，I干＝＋＝ A＋ A＝3 A，故保险丝的额定电流应不小于3 A，选项B错误；因抽油烟机功率包括热功率及机械功率，故电暖宝发热功率大于抽油烟机发热功率的2倍，选项C错误；根据W＝Pt可得1 min内抽油烟机消耗的电能为1.32×104 J，选项D正确。‎ ‎2．在下列所示的四幅图中，a、b均为输入端，接交流电源，c、d均为输出端，则输出电压大于输入电压的电路是(　　)‎ 答案　C 解析　A、B两图均为滑动变阻器，它们只涉及电压的分配问题，不涉及变压问题，A图中，cd两端电压等于ab两端电压，故A错误；B图中，cd两端电压小于ab两端电压，故B错误；C、D两图为变压器，C图是一个升压变压器，输出电压大于输入电压，D图是一个降压变压器，输出电压小于输入电压。故C正确，D错误。‎ ‎3．输电导线的电阻为R，输送电功率为P。现分别用U1和U2两种电压来输电，则两次输电线上损失的电功率之比为(　　)‎ A．U1∶U2 B．U∶U C．U∶U D．U2∶U1‎ 答案　C 解析　输送的电功率一定，由P＝UI知，I＝，则P损＝I2R＝2R，知输电线上损失的电功率与输电的电压的平方成反比，故P损1∶P损2＝U∶U，故选C。‎ ‎4．如图所示为模拟远距离输电电路图，两理想变压器的线圈匝数n1＝n4I2，I4>I3，即A1的示数大于A2的示数；A2的示数小于A3的示数；又I2＝I3，所以I1＝I4，即A1、A3的示数相等，C正确，A、B、D错误。‎ ‎5．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1＝20 Ω，R2＝30 Ω，C为电容器。已知通过R1的正弦交流电如图乙所示，则(　　)‎ A．交流电的频率为0.02 Hz B．原线圈输入电压的最大值为200 V C．电阻R2的电功率约为6.67 W D．通过R3的电流始终为零 答案　C 解析　由题图乙知副线圈获得的是交变电流，电容器C反复充放电，通过R3的电流不是始终为零，所以D错误；由题图乙知T＝0.02 s，f＝＝50 Hz，所以A错误；通过R1的电流最大值为1 A，则R1两端电压最大值为20 V，由U1＝U2得，原线圈输入电压最大值为200 V，B错误；又R2的电功率P＝ W≈6.67 W，所以C正确。‎ ‎6．如图所示，T为理想变压器，A1、A2为理想交流电流表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，原线圈两端接一交流电源，当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时(　　)‎ A．A1的读数变大，A2的读数变大 B．A1的读数变大，A2的读数变小 C．A1的读数变小，A2的读数变大 D．A1的读数变小，A2的读数变小 答案　A 解析　当滑动触头下移时，R3变小，负载电路中R总变小，‎ 负载电路中干路电流I＝，副线圈两端电压U不变，I变大，U并＝U－UR1，则U并变小，通过R2的电流IR2变小，IA2＝I－IR2，则IA2变大，即A2的示数变大，由原、副线圈电流与匝数成反比，可知A1的示数变大。‎ ‎7．一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头，则(　　)‎ A．副线圈输出电压的频率为5 Hz B．副线圈输出电压的有效值为31 V C．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小 D．P向右移动时，变压器的输出功率增大 答案　D 解析　变压器副线圈电压随时间的变化规律也是正弦式波形图象，副线圈电压的频率、周期与原线圈电压的相同，频率也为50 Hz，故A错误。原、副线圈峰值电压关系：＝，则U2＝31 V，则副线圈电压有效值U2有＝≈22 V，故B错误。原、副线圈的输入、输出电功率相同，电压比＝，则＝，因此P向右移动原、副线圈电流比不变，故C错误。已知原线圈电压变化规律，当P向右移动时，副线圈电压有效值不变，滑动变阻器电阻减小，副线圈回路电流有效值将增大，变压器输出功率增大，D正确。‎ ‎8.‎ 如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为10∶1，R1＝20 Ω，R2＝10 Ω，C为电容器，原线圈所加电压u＝220sin100πt(V)，下列说法正确的是(　　)‎ A．通过电阻R3的电流始终为零 B．副线圈两端交变电压的频率为100 Hz C．电阻R2的电功率为48.4 W D．原、副线圈铁芯中磁通量变化率之比为10∶1‎ 答案　C 解析　交流电可以通过电容器，因此通过电阻R3的电流不始终为零，故A错误；T＝＝0.02 s，f＝＝50 Hz，变压器原线圈和副线圈交变电压频率相同，故副线圈两端交变电压的频率也是50 Hz，B错误；原、副线圈电压有效值之比＝，则副线圈的电压有效值U2＝×220 V＝22 V，所以P2＝＝48.4 W，C正确；磁通量Φ＝BS，原、副线圈中B与S均时刻相等，因此磁通量变化率相等，应为1∶1，故D错误。‎ ‎9．理想自耦变压器的原线圈接有如图乙所示的正弦式交变电压u，副线圈接有可调电阻R，触头P与线圈始终接触良好，下列判断正确的是(　　)‎ A．交变电压u随时间t变化的规律是 u＝U0cos(100πt) V B．若仅将触头P向A端滑动，则电阻R消耗的电功率增大 C．若仅使电阻R增大，则原线圈的输入电功率增大 D．若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，则通过A处的电流一定增大 答案　AB 解析　由图乙可得交变电压的周期为T＝0.02 s，电压最大值为U0，则电源的电压u＝U0cos＝U0cos(100πt) V，A正确；由＝，若仅将触头P向A端滑动，即n2增大，则副线圈的输出电压U2增大，电阻R消耗的电功率P＝增大，‎ B正确；若仅使电阻R增大，则输出电压U2一定，输出电功率P＝减小，原线圈的输入电功率减小，C错误；若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，则输出电压U2减小，输出和输入的电功率减小，通过A处的电流I1＝一定减小，D错误。‎ ‎10.‎ 汽车消耗的主要燃料是柴油和汽油。柴油机是靠压缩汽缸内的空气点火的；而汽油机做功冲程开始时，汽缸中汽油和空气的混合气是靠火花塞点燃的。但是汽车蓄电池的电压只有12 V，不能在火花塞中产生火花，因此，要使用如图所示的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈通过开关连到蓄电池上，副线圈接到火花塞的两端，开关由机械控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，从而在副线圈中产生10000 V以上的电压，这样就能在火花塞中产生火花了。下列说法中正确的是(　　)‎ A．柴油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能增加的 B．汽油机点火装置的开关始终闭合，副线圈的两端也会有高压 C．接该变压器的原线圈的电源必须是交流电源，否则就不能在副线圈中产生高压 D．汽油机的点火装置中变压器的副线圈匝数必须远大于原线圈的匝数 答案　AD 解析　汽车柴油机压缩汽缸内空气，实际上是活塞对气体做功使其内能增加，当温度升高到一定温度时，柴油着火燃烧。汽油机是借助于变压器原线圈中断电时产生变化的磁通量从而在副线圈中产生瞬时高压10000 V，而达到产生火花的目的，所以电源可以是直流，且副线圈匝数要远大于原线圈匝数，故A、D正确。‎ ‎11.‎ 如图所示，变频交变电源的频率可在20 Hz到20 kHz之间调节，在某一频率时，L1、L2两只灯泡的炽热程度相同。则下列说法中正确的是(　　)‎ A．如果将频率增大，L1炽热程度减弱、L2炽热程度加强 B．如果将频率增大，L1炽热程度加强、L2炽热程度减弱 C．如果将频率减小，L1炽热程度减弱、L2炽热程度加强 D．如果将频率减小，L1炽热程度加强、L2炽热程度减弱 答案　BC 解析　某一频率时，两只灯泡炽热程度相同，应有两灯泡消耗的功率相同，频率增大时，感抗增大，而容抗减小，故通过L1的电流增大，通过L2的电流减小，故B正确；同理可得C正确。‎ ‎12．如图所示为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连；P为滑动头。现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止。用I1表示流过原线圈的电流，I2表示流过灯泡的电流，U2表示灯泡两端的电压，N2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值；电功率指平均值)。下列四个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是(　　)‎ 答案　BC 解析　副线圈是均匀密绕的且滑动头匀速上滑，说明副线圈的匝数在均匀增大，由U2＝U1＝U1(k为单位时间内增加的匝数)知，灯泡两端的电压和时间成正比，C正确；随着灯泡两端电压增大，灯泡消耗的电功率增大，变压器的输入功率也要增大，则I1也增大，A错误；灯泡两端的电压匀速增大，灯泡的温度升高，电阻增大，流过灯泡的电流与时间不成正比关系，B正确；灯泡的功率N2＝，当电压和时间成正比时，且电阻随电压变化的关系不确定时，‎ 不能确定功率是否和时间成正比关系，D错误。‎ 第Ⅱ卷 (非选择题，共62分)‎ 二、填空题(本题共3小题，每小题6分，共18分)‎ ‎13．一电热器接在电压最大值为36 V的正弦交流电压两端上时产生的热功率为P，若接到某直流电压两端上时产生的热功率为，忽略电阻随温度的变化，则所接直流电压U＝________V。‎ 答案　18‎ 解析　设电热器的电阻为R，接在交流电压两端时，有P＝；接在直流电压两端时，有＝，联立解得U＝18 V。‎ ‎14．单匝线圈在匀强磁场中匀速转动，n＝240 r/min，当线圈平面与磁场方向平行时，线圈中的感应电动势为2 V。从线圈转到中性面时开始计时，感应电动势E随时间t变化的关系式为E＝________ V。经过 s时的电动势是________ V；若从线圈转到与磁场平行的位置开始计时，经过 s时的电动势是________ V(已知转轴垂直于磁场方向，并通过线圈平面)。‎ 答案　2sin8πt　1　1.73‎ 解析　ω＝2πn＝2π× rad/s＝8π rad/s。Em＝NBSω＝2 V，则E＝2sin8πt(V)。将t＝ s代入，得E＝1 V。若从线圈转到与磁场平行的位置开始计时，当t＝ s时，应代入E＝2cos8πt(V)，得E≈1.73 V。‎ ‎15．有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线。‎ ‎(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，由此可推断________(选填“A”或“B”)线圈的匝数较多。‎ ‎(2)如果把它看成理想变压器，现要测定A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)。‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ A线圈的匝数为nA＝________。(用所测物理量符号表示)‎ 答案　(1)A　(2)见解析 解析　(1)由题图乙可知a位置的阻值大于b位置的阻值，由电阻定律可得A线圈的匝数多于B线圈的匝数。‎ ‎(2)①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈；②把低压交流电源接B线圈，测得线圈的输出电压为U；③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈的输出电压为UA。则nA＝·n。‎ 三、计算题(共44分。解答应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤)‎ ‎16．(11分)‎ 如图所示矩形线圈abcd放置在磁感应强度为B的有界匀强磁场中，磁场只分布在线圈bc边的左侧。线圈绕bc轴转动，角速度为ω。将电阻R、理想交流电流表接在线圈上组成电路，且电路中其他电阻不计，已知ab＝l1，ad＝l2，求：‎ ‎(1)以abcda为电流正方向，从图示位置开始计时，画出线圈中电流随时间变化的图象；‎ ‎(2)从图示位置转过周的时间内，电阻R上产生的热量；‎ ‎(3)从图示位置转过周的时间内，通过电阻R上的电荷量；‎ ‎(4)电流表的示数。‎ 答案　(1)如图所示 ‎(2)　(3)　(4) 解析　(1)线圈开始时在中性面位置，根据楞次定律，及磁场边界特点，线圈转动0～周时，电流正弦式变化且为正值，转动～周时，无电流，转动～1周时，电流为正弦式变化且为负值，故线圈中电流随时间变化规律如图所示。‎ ‎(2)感应电动势最大值Em＝Bl1l2ω，‎ 则Im＝。‎ 前周内，电流有效值I＝，‎ Q＝I2R·＝。‎ ‎(3)前周内平均感应电动势＝，‎ 平均电流＝＝，‎ 通过R的电荷量q＝·T＝。‎ ‎(4)设此交变电流一个周期内的有效值为I′，则 I′2RT＝2R·，‎ 解得I′＝Im＝，故电路中交流电流表的示数为。‎ ‎17．(11分)曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图甲为其结构示意图。图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线圈，转轴过bc的中点、与ab边平行，它的一端有一半径r0＝1.0 cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图乙所示。当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线圈在磁极间转动。设线圈由n＝800匝的导线组成，每匝线圈围成的面积S＝20 cm2，磁极间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度B＝0.01 T，自行车车轮的半径R1＝35 cm，小齿轮的半径R2＝4.0 cm，大齿轮的半径R3＝10.0 cm。现从静止开始使大齿轮加速转动，则发电机输出电压的有效值U＝3.2 V时，大齿轮的角速度为多大？(假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动)‎ 答案　约3.2 rad/s 解析　当自行车车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动，线框中产生一正弦交流电动势，其最大值 Em＝nBSω0　①‎ 式中ω0为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度 发电机两端电压的有效值 U＝Em　②‎ 设自行车车轮转动的角速度为ω，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，则有 R1ω＝r0ω0　③‎ 小齿轮转动的角速度与自行车车轮转动的角速度相同，也为ω。设大齿轮转动的角速度为ω1，则有 R3ω1＝R2ω　④‎ 由①②③④式可解得ω1＝·，‎ 代入数据得ω1≈3.2 rad/s，即大齿轮的角速度约为3.2 rad/s。‎ ‎18.‎ ‎(11分)如图所示，变压器原线圈输入电压为220 V，副线圈输出电压为36 V，两只灯泡的额定电压均为36 V，L1额定功率为12 W，L2额定功率为6 W。试求：‎ ‎(1)该变压器的原、副线圈的匝数比；‎ ‎(2)两灯均工作时原线圈中的电流以及只有L1工作时原线圈中的电流。‎ 答案　(1)55∶9　(2)0.082 A　0.055 A 解析　(1)由变压比公式＝，得 n1∶n2＝220∶36＝55∶9。‎ ‎(2)两灯均工作时，由能量守恒得P1＋P2＝U1I1，即 I1＝＝≈0.082 A，‎ 只有L1灯工作时，由能量守恒得P1＝U1I2，‎ 解得I2＝＝≈0.055 A。‎ ‎19．(11分)某小河水流量为4 m3/s，水流下落的高度为5 m。现在利用它来发电，设所用发电机的总效率为50%，g＝9.8 m/s2，求：‎ ‎(1)发电机的输出功率；‎ ‎(2)若输电导线的总电阻为4 Ω，‎ 输电导线上损失的电功率为发电机输出功率的5%，则需用多大的电压输送电能？‎ ‎(3)输电导线上的电压损失。‎ 答案　(1)9.8×104 W　(2)2.8×103 V　(3)140 V 解析　(1)水由高处流下，重力势能转化为动能，推动水轮机做功，设水的流量为Q，则发电机的输入功率为P1＝＝＝＝＝ρQgh，‎ 所以输出功率为P2＝ηP1＝ηρQgh＝50%×1.0×103×4×9.8×5 W＝9.8×104 W。‎ ‎(2)设输电电压为U，输电线上的电流为I，电阻为R，损失的电功率为P3。由P3＝I2R得 I＝ ＝ ＝ A＝35 A，‎ 由P2＝IU得输电电压 U＝＝ V＝2.8×103 V。‎ ‎(3)输电导线上的电压损失为 ΔU＝IR＝35×4 V＝140 V。‎