2020学年高二物理上学期 寒假作业（5）交流电

2020学年高二物理上学期 寒假作业（5）交流电

高二物理寒假作业（五）交流电 ‎ ‎1．以下说法正确的是(　　)‎ A．发电机、电动机铭牌上所标数值为有效值 B．电容器的击穿电压为所加交变电压的有效值 C．交流电压表所测数值为瞬时值 D．保险丝的熔断电流为最大值 ‎2．线圈在匀强磁场中转动产生电动势e＝10sin 20πt V，则下列说法正确的是(　　)‎ A．t＝0时，线圈平面位于中性面 B．t＝0时，穿过线圈的磁通量最大 C．t＝0时，导线切割磁感线的有效速率最大 D．t＝0.4 s时，e有最大值10 V ‎3．一线圈在匀强磁场中匀速转动，在下图所示位置时(　　)‎ A．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小 B．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大 C．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大 D．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小 ‎4．如下图所示，一矩形线圈abcd，已知ab边长为l1，bc边长为l2，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω从图示位置开始匀速转动，则t时刻线圈中的感应电动势为(　　)‎ A．0.5Bl1l2ωsin ωt　　B．0.5Bl1l2ωcos ωt C．Bl1l2ωsin ωt D．Bl1l2ωcos ωt ‎5．如图(a)所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时(如图b)为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则图的四幅图中正确的是(　　)‎ ‎6.一正弦交流电的电压随时间变化的规律如右图所示．由图可知(　　)‎ A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin 25t V B．该交流电的频率为25 Hz C．该交流电的电压的有效值为100 V D．若将该交流电压加在阻值为R＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为50 W ‎7．如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin 100πt V的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻．原、副线圈匝数之比为2∶1.电流表、电压表均为理想电表，下列说法中正确的是(　　)‎ A．原线圈中电流表的读数为1 A B．原线圈中的输入功率为220 W C．副线圈中电压表的读数为110 V D．副线圈中输出交流电的周期为50 s ‎8.如右图所示为理想变压器原线圈所接交流电压的波形．原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，串联在原线圈电路中电流表的示数为‎1 A，下列说法正确的是(　　)‎ A．变压器输出端所接电压表的示数为20 V B．变压器的输出功率为200 W C．变压器输出端的交流电的频率为50 Hz D．穿过变压器铁芯的磁通量变化率的最大值为 Wb/s ‎9．如图甲所示，M是一个小型理想变压器，原、副线圈匝数之比n1∶n2＝10∶1，接线柱a、b接上一个正弦交变电流，电压随时间变化规律如图乙所示．变压器右侧部分为一火灾报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料(电阻随温度升高而减小)制成的传感器，R1为一定值电阻．下列说法中正确的是(　　)‎ A．电压表示数为22 V B．当传感器R2所在处出现火灾时，电压表的示数减小 C．当传感器R2所在处出现火灾时，电流表的示数减小 D．当传感器R2所在处出现火灾时，电阻R1的功率变小 ‎10．一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R.设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2，当R增大时(　　)‎ A．I1减小，P1增大　　　B．I1减小，P1减小 C．I2增大，P2减小 D．I2增大，P2增大 ‎11．原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端接一正弦交变电流，为了使变压器输入功率增大，可以采取的措施有(　　)‎ A．只增加原线圈的匝数n1 B．只减少副线圈的匝数n2‎ C．只减少负载电阻R的阻值 D．只增大负载电阻R的阻值 ‎12．如图所示，由导体棒ab和矩形线框cdef组成的“‎10”‎图案在匀强磁场中一起向右匀速平动，匀强磁场的方向垂直线框平面向里，磁感应强度B随时间均匀增大，则下列说法正确的是(　　)‎ A．导体棒的a端电势比b端电势高，电势差Uab在逐渐增大 B．导体棒的a端电势比b端电势低，电势差Uab在逐渐增大 C．线框cdef中有顺时针方向的电流，电流大小在逐渐增大 D．线框cdef中有逆时针方向的电流，电流大小在逐渐增大 ‎13．如下图(a)所示，一理想变压器有原线圈ab和副线圈cd，匝数比为n1∶n2＝1∶2，原线圈ab通有如下图(b)所示的正弦交变电流，那么在t＝0.2 s时刻(　　)‎ A．铁芯中的磁通量为零 B．铁芯中的磁通量的变化率为零 C．c、d两端电压为零 D．交流电流表的示数为‎2 A ‎14‎ ‎．如图，MN是一根固定的通电长直导线，电流方向向上．今将一金属线框abcd放在导线上，让线框的位置偏向导线的左边，且两者彼此绝缘．当导线中的电流I突然增大时，线框整体的受力情况为(　　)‎ A．受力向右　　　　　B．受力向左 C．受力向上 D．受力为零 ‎15．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，铜盘绕通过圆盘中心的竖直轴以角速度ω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R1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R2的负载相连，则(　　)‎ A．变压器原线圈两端的电压为Br2ω/2 B．若R1不变时，通过负载R2的电流强度为0‎ C．若R1不变时，变压器的副线圈磁通量为0‎ D．若R1变化时，通过负载R2的电流强度为通过R1电流的 ‎16．如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场有理想界面，用力将矩形线圈从磁场中匀速拉出．在其他条件不变的情况下(　　)‎ A．速度越大时，拉力做功越多 B．线圈边长L1越大时，拉力做功越多 C．线圈边长L2越大时，拉力做功越多 D．线圈电阻越大时，拉力做功越多 ‎17．电阻R1、R2与交流电源按照图甲的方式连接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω.合上开关S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如下图乙所示，则(　　)‎ A．通过R1的电流有效值是‎1.2 A B．R1两端的电压有效值是6 V C．通过R2的电流最大值是‎1.2 A D．R2两端的电压最大值是6 V ‎18．如图，足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0＜θ＜90°)，其中MN与PQ平行且间距为L，导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电阻不计．金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为R，当流过ab棒某一横截面的电量为q时，棒的速度大小为v，则金属棒ab在这一过程中(　　)‎ A．运动的平均速度大小为v B．下滑的位移大小为 C．产生的焦耳热为qBLv D．受到的最大安培力大小为sin θ ‎19．图中为一理想变压器，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4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是(　　)‎ ‎20．如图，理想变压器原线圈与一10 V的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡a和b.小灯泡a的额定功率为0.3 W，正常发光时电阻为30 Ω.已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为‎0.09 A，可计算出原、副线圈的匝数比为________，流过灯泡b的电流为________A.‎ ‎21．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240 r/min，若线圈平面转至与磁场平行时的电动势为2 V，求从中性面开始计时，(1)产生的交流电动势的表达式；(2)电动势的峰值；(3)从中性面起经 s，交流电动势的大小．‎ ‎22．家庭电路的引线均有一定电阻(约几欧姆)．因此当家中大功率用电器如空调、电炉工作时，家中原来开着的电灯会变暗，下面通过一个简单的测试，可以估算出家庭电路引线部分的电阻，如右图所示，用r表示家庭电路引线部分的总电阻，为两表笔插入插座的交流电压表，M为一个额定功率为P额定电压为U额的空调(P较大)．测试时，先断开所有家电电路，测得电压为U1，再闭合电键S，测得电压为U2.‎ ‎(1)试推导估算r的表达式(设电源两端电压保持恒定)；‎ ‎(2)若P＝2.0 kW，U额＝220 V，测得U1＝220 V，U2＝210 V，则引线部分总电阻约为多少？‎ ‎23．如图所示，正方形闭合线圈边长为‎0.2 m，质量为‎0.1 kg，电阻为0.1 Ω，在倾角为30°的斜面上的砝码质量为‎0.4 kg，匀强磁场磁感应强度为0.5 T，不计一切摩擦，砝码沿斜面下滑线圈开始进入磁场时，它恰好做匀速运动．(g取‎10 m/s2)‎ ‎(1)求线圈匀速上升的速度．‎ ‎(2)在线圈匀速进入磁场的过程中，砝码对线圈做了多少功？‎ ‎(3)线圈进入磁场的过程中产生多少焦耳热？‎ 高二物理寒假作业（五）交流电 参考答案 ‎1．解析：　发电机、电动机铭牌所标数值、交流电压表、保险丝的熔断电流均为有效值，故A对，C、D错．电容器的击穿电压为最大值，B错．‎ 答案：　A ‎2．解析：　由电动势的瞬时值表达式，计时从线圈位于中性面时开始，所以t＝0时，线圈平面位于中性面，磁通量为最大，但此时导线线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速率为零，A、B正确，C错误．当t＝0.4 s时，e＝10sin 20πt＝10×sin(20π×0.4) V＝0，D错误．‎ 答案：　AB ‎3．解析：　当线框平面平行于磁感线时，磁通量最小，但e最大，即最大．‎ 答案：　C ‎4．解析：　线圈从题图示位置开始转动，电动势瞬时值表达式为e＝Emcos ωt，由题意，Em＝BSω＝Bl‎1l2ω，所以e＝Bl‎1l2ωcos ωt.‎ 答案：　D ‎5．解析：　在初始位置ad和bc切割磁感线，产生感应电流，由楞次定律可知电流的方向为a→d→c→b→a，是负值，选项A、B错误．当转过时刻，线圈处在中性面位置，感应电流为零，则选项C错误，选项D正确．‎ 答案：　D ‎6．解析：　由图可知该交流电的周期T＝4×10－2 s，频率f＝＝25‎ ‎ Hz，ω＝2πf＝50π rad/s，电压最大值Um＝100 V，有效值为U＝ V＝50 V；电阻消耗的电功率P＝＝50 W；交流电压瞬时值表达式u＝100sin 50πt V．综上所述，选项A、C错，B、D正确．‎ 答案：　BD ‎7．解析：　先计算副线圈的电压的有效值，原线圈电压的有效值为220 V，根据匝数之比可以得到副线圈的电压的有效值为110 V，根据负载电阻的大小可以知道副线圈中输出电流为‎2 A，根据原、副线圈的输入和输出功率相等可以知道原线圈中电流为‎1 A.‎ 答案：　A ‎8．解析：　‎ 答案：　C ‎9．解析：　本题考查交变电流和变压器原理．由图象可知交变电流的电压有效值为220 V，因为原副线圈的匝数比为10∶1，故变压器副线圈的输出电压为22 V，而电压表测的是R2两端的电压，所以小于22 V，故A错误；当传感器R2处出现火灾时，热敏电阻R2的阻值随温度升高而减小，变压器的输出电压不变，热敏电阻与定值电阻R1分压，故R2的分压减小，电压表示数变小，B正确；R2减小时，变压器的负载电阻减小，电流增大，则原线圈的电流也增大，所以电流表的示数增大，C错误；由于负载电路的电流增大，电阻R1消耗的功率也增大，故D也错误，难度中等．‎ 答案：　B ‎10．解析：　考查理想变压器及其相关知识，当副线圈接的可调电阻R增大时，变压器输出功率P2减小，导致变压器输入功率P1减小，原线圈中电流I1减小，所以正确选项是B.‎ 答案：　B ‎11．解析：　由＝知，当n1增大时，U2减小，当减小n2时，U2也减小，又根据P入＝P出＝知，A、B两项均错，C项对，D项错．‎ 答案：　C ‎12．解析：　本题考查电磁感应现象和楞次定律．对导体棒ab由右手定则可判断a端电势高，由E＝Blv可知，因为磁感应强度均匀增大，所以Uab变大，故选项A对，B错；对矩形线框cdef，由楞次定律可判断，感应电流的方向为逆时针方向，但由于磁感应强度是均匀增大，所以感应电流是恒定的，不会增大，所以选项C、D都不对．难度中等．‎ 答案：　A ‎13．答案：　A ‎14．解析：　首先判断出由于电流I增大使得穿过回路abcd的磁通量Φ是增大还是减小．由于线框位置偏向导线左边，使跨在导线左边的线圈面积大于右边面积，线圈左边部分磁感线穿出，右边部分磁感线穿入，整个线框中的合磁通量是穿出的，并且随电流增大而增大．再用“阻碍磁通量变化”来考虑线框受磁场力而将要发生运动的方向．显然线框只有向右发生运动，才与阻碍合磁通量增加相符合，因此线框受的合磁场力应向右，故正确答案为A.‎ 答案：　A ‎15．解析：　水平铜盘做匀速圆周运动，半径切割磁感线产生恒定的感应电动势相当于电源．当R1不变时变压器原线圈所加的是恒定电压，副线圈中的磁通量一定，磁通量的变化量为零，故其输出电压为零，分析可知A、C错，B对；当R1变化时，原线圈所加的不是交流电压，其原、副线圈的电流关系不确定，故D错．‎ 答案：　B ‎16．解析：　以极端情况考虑：若速度极小接近于零，则线圈中几乎没有感应电流，就无需克服安培力做功，从而速度越大时拉力做功越多；若L1极小接近于零，则L1‎ 切割磁感线产生的感应电动势便接近于零，线圈中几乎没有感应电流，也无需克服安培力做功，从而L1越大时拉力做功越多；若L2极小接近于零，则将线圈拉出时的位移接近于零，从而L2越大时拉力做功越多；若线圈电阻极大趋于无限大，则线圈中几乎没有感应电流，亦无需克服安培力做功，从而线圈电阻越大时拉力做功越小．所以应选A、B、C项．‎ 答案：　ABC ‎17．解析：　R1与R2串联，R1与R2中的电流变化情况应相同，电流有效值I1＝I2＝‎0.6 A，‎ 电流最大值I‎1m＝I‎2m＝‎0.6 A，‎ 电压有效值U1＝I1R1＝6 V，‎ U2＝I2R2＝12 V，‎ 电压最大值U‎1m＝U1＝6 V，‎ U‎2m＝U2＝12 V.‎ 答案：　B ‎17．解析：对棒受力分析如图所示．F安＝BIL＝，故D错；F安随棒的速度的增大而增大，故棒做的不是匀加速直线运动．因此运动的平均速度≠v，A错；由q＝n可得：q＝，故棒下滑的位移x＝，B正确；求焦耳热应该用有效值，故C错．‎ 答案：　B ‎19．解析：　当滑动头P匀速上滑时，副线圈匝数均匀增大，由＝知，U2＝U1，U2随时间均匀增大，C项正确；由于灯泡的电阻随温度的升高而增大，所以当电压均匀增加时，由欧姆定律I＝知灯泡中电流并非均匀增加，而是增加的越来越慢，其I2－t图线的斜率逐渐减小，B项正确；灯泡消耗的功率N2＝U2I2，N2随时间并不是均匀增加的，D项错误；变压器的输入功率与输出功率相等，当灯泡功率增大时，输入功率也在增大，原线圈中电流增大，A项错误．‎ 答案：　BC ‎20．解析：　根据P＝和P＝I2R得灯泡a两端的电压U2＝＝ V＝3 V，通过灯泡a的电流Ia＝＝ A＝‎0.1 A，根据＝得原、副线圈匝数之比＝＝，根据＝，得副线圈上的电流I2＝I1＝×‎0.09 A＝‎0.3 A．根据I2＝Ia＋Ib得，流过灯泡b的电流为Ib＝I2－Ia＝‎0.2 A.‎ 答案：　10∶3　0.2‎ ‎21．解析：　(1)当线圈平面与磁场平行时，感生电动势最大为：Em＝2 V，‎ 又　ω＝2πn＝2π× rad/s＝8π rad/s 所以瞬时值表达式为：e＝Emsin ωt＝2sin 8πt V.‎ ‎(2)电动势的峰值为Em＝2 V.‎ ‎(3)当t＝ s时，e＝2sin V＝1 V.‎ 答案：　(1)e＝2sin 8πt V　(2)2 V　(3)1 V ‎22．解析：　(1)断开所有家电电路时，U额＝U1，S闭合后，Ir＝P，Ur＝U1－U2，‎ 所以r＝＝·U额2.‎ ‎(2)把U1、U2、U额、P代入公式得r＝1.15 Ω.‎ 答案：　(1)r＝U额2　(2)1.15 Ω ‎23．解析：　(1)设绳子的拉力为F对砝码：F＝mgsin 30°＝2 N.‎ 对线框：F＝m‎2g＋ 代入数据得：v＝‎10 m/s.‎ ‎(2)W＝Fl＝2×0.2 J＝0.4 J.‎ ‎(3)由能量转化守恒定律得：Q＝W－m2gl＝0.4 J－0.1×10×0.2 J＝0.2 J.‎ 答案：　(1)‎10 m/s　(2)0.4 J　(3)0.2 J。 ‎