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2019-2020年高二人教版物理選修3-2練習冊：單元測評2含答案 一、選擇題(本題共10小題，每小題4分，共40分．在每小題給出的四個選項中，有的只有一個選項符合題意，有的有多個選項符合題意，全部選對的得4分，選對但不全的得2分，選錯或不答的得0分) 1．某正弦式交變電流的電流i隨時間t變化的圖像如圖C21所示．由圖可知(　　) 圖C21 A．電流的最大值為10 A B．電流的有效值為10 A C．該交流電的周期為0.03 s D．該交流電的頻率為0.02 Hz 2．當交流發(fā)電機的轉子線圈平面與磁感線平行時，電流方向如圖C22所示，當轉子線圈旋轉到中性面位置時(　　) 圖C22 A．線圈中的感應電流最大，方向將不變 B．線圈中的感應電流最大，方向將改變 C．線圈中的感應電流等于零，方向將不變 D．線圈中的感應電流等于零，方向將改變 3．一矩形線圈在勻強磁場中轉動產生的交變電動勢為e＝10 sin 20πt (V)，則下列說法正確的是(　　) A．t＝0時，線圈位于中性面 B．t＝0時，穿過線圈的磁通量為零 C．t＝0時，線圈切割磁感線的有效速度最大 D．t＝0.4 s時，電動勢第一次出現最大值 4．一個小型電熱器若接在輸出電壓為10 V的直流電源上，消耗電功率為P；若把它接在某個正弦式交流電源上，其消耗的電功率為.如果電熱器電阻不變，則此交流電源輸出電壓的最大值為(　　) A．5 V B．52 V C．10 V D．102 V 5．圖C23為某小型水電站的電能輸送示意圖，A為升壓變壓器，其輸入功率為P1，輸出功率為P2，輸出電壓為U2；B為降壓變壓器，其輸入功率為P3，輸入電壓為U3.A、B均為理想變壓器，輸電線總電阻為r，則下列關系式中正確的是(　　) 圖C23 A．P1>P2 B．P2＝P3 C．U2>U3 D．U2＝U3 6．(多選)圖C24甲為小型旋轉電樞式交流發(fā)電機的原理圖，其矩形線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉動，線圈的兩端經集流環(huán)和電刷與阻值為R＝10 Ω的電阻連接，與電阻R并聯的交流電壓表為理想電表，示數是10 V．圖乙是穿過矩形線圈的磁通量Φ隨時間t變化的圖像，線圈電阻忽略不計，則下列說法正確的是(　　 ) 甲　　　　　　　　　　　乙　　　　　 圖C24 A．電阻R上的電功率為10 W B．0.02 s時R兩端的電壓瞬時值為零 C．R兩端的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u＝14.1cos 100πt(V) D．通過R的電流i隨時間t變化的規(guī)律是i＝cos 100πt(A) 7．如圖C25所示，理想變壓器原、副線圈的匝數之比為10∶1，R1＝20 Ω，R2＝10 Ω，C為電容器，原線圈所加電壓的瞬時值表達式為u＝220 sin 100πt(V)．下列說法正確的是(　　) 圖C25 A．通過電阻R3的電流始終為零 B．副線圈兩端交變電壓的頻率為5 Hz C．電阻R2的電功率為48.4 W D．原、副線圈鐵芯中磁通量的變化率之比為10∶1 8．(多選)如圖C26所示，理想變壓器的副線圈上通過輸電線接有兩個相同的燈泡L1和L2，輸電線的等效電阻為R. 開始時，開關S斷開，當S接通后(　　) 圖C26 A．變壓器的輸出電壓減小 B．輸電線等效電阻R兩端的電壓增大 C．通過燈泡L1的電流減小 D．原線圈中的電流減小 9．(多選)圖C27甲為火災報警系統的示意圖，其中R0為定值電阻，R為熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小，理想變壓器原、副線圈的匝數之比為5∶1，副線圈輸出電壓如圖乙所示，則下列說法正確的是(　　) 圖C27 A．原線圈輸入電壓的有效值為220 V B．副線圈輸出電壓瞬時值的表達式為u＝44 cos 100πt(V) C．R處出現火情時，原線圈中的電流增大 D．R處出現火情時，電阻R0的電功率減小 10．(多選)圖C28為某小型水電站的電能輸送示意圖，發(fā)電機通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電．已知輸電線的總電阻R＝10 Ω，降壓變壓器T2原、副線圈的匝數之比為4∶1，副線圈與用電器R0組成閉合電路．若T1、T2均為理想變壓器，T2的副線圈的輸出電壓的瞬時值表達式為u＝220 sin 100πt(V)，用電器的電阻R0＝11 Ω，則(　　) 圖C28 A．通過用電器R0的電流的有效值是20 A B．升壓變壓器的輸入功率為4650 W C．發(fā)電機中的交變電流的頻率為100 Hz D．當用電器的電阻R0減小時，發(fā)電機的輸出功率減小 第Ⅱ卷(非選擇題　共60分) 二、實驗題(本題共2小題，11題7分，12題8分，共15分) 11．圖C29是一種觸電保安器的電路圖，變壓器A處用相線和零線雙股平行繞制成線圈，然后接上用電器．B處有一個輸出線圈，一旦線圈中有電流，經放大后便能推動繼電器J切斷電源，試說明： 圖C29 (1)多開燈不會使保安器切斷電源的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； (2)有人“手—地”觸電時，觸電保安器會切斷電源的原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________； (3)該保安器________(選填“能”或“不能”)為雙手“相線—零線”觸電時提供保安，因為________________________________________________________________________． 12．利用DIS(數字化信息處理系統)探究手搖發(fā)電機(如圖C210所示)的線圈產生的交變電流． 圖C210 實驗步驟如下： ①將電壓傳感器接入數據采集器； ②電壓傳感器的測量夾與發(fā)電機的輸出端并聯； ③點擊“數據采集設置”設定“采樣點時間間隔”； ④緩慢搖動發(fā)電機的手柄，觀察工作界面上的信號． 圖C211 (1)屏上出現的電壓波形如圖C211所示，從圖中可以看出，手搖發(fā)電機產生的電壓波形不是正弦波，其原因可能是____________________________________________(寫出一條即可)． (2)研究交變電流的波形，發(fā)現在用手搖動發(fā)電機手柄的2 min內屏上出現了61個向上的“尖峰”，則交變電流的平均周期為____________．如果發(fā)電機手搖大輪的半徑是轉子小輪半徑的2倍，則手搖大輪轉動的平均角速度為__________． 三、計算題(本題共3小題，13題12分，14題15分，15題18分，共45分．解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分) 13．如圖C212甲所示，固定的矩形導體線圈水平放置，線圈的兩端接一個小燈泡，在線圈所在空間內存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場．已知線圈的匝數n＝100匝，總電阻r＝1.0 Ω，所圍成的矩形的面積S＝0.040 m2，小燈泡的電阻R＝9.0 Ω，磁感應強度隨時間按圖乙所示的規(guī)律變化，線圈中產生的感應電動勢的瞬時值表達式為e＝nBmScost，其中Bm為磁感應強度的最大值，T為磁場變化的周期，不計燈絲電阻隨溫度的變化，求： (1)線圈中產生的感應電動勢的最大值； (2)小燈泡消耗的電功率； (3)在0～時間內，通過小燈泡的電荷量． 　　　甲　　　　　　　　　　乙 圖C212 14．如圖C213所示，矩形線圈在勻強磁場中繞OO′軸勻速轉動，磁場方向與轉軸垂直，線圈匝數n＝40匝，內阻r＝0.1 Ω，長l1＝0.05 m，寬l2＝0.04 m，轉速為3000 r/min，磁場的磁感應強度B＝0.2 T，線圈兩端接有阻值為R＝9.9 Ω的用電器和一個交流電流表．求：(結果保留兩位有效數字) (1)線圈中產生的最大感應電動勢； (2)從圖示位置開始計時，t＝ s時刻電流表的讀數； (3)從圖示位置開始，線圈轉過60和120，通過用電器的電荷量之比； (4)1 min內外力需要提供的能量． 圖C213 15．某發(fā)電廠的發(fā)電機的輸出功率P＝100 kW，發(fā)電機端電壓U＝250 V，向遠處送電的輸電線的總電阻R＝8 Ω.已知輸電線上損失的功率為輸送功率的5%，用戶得到的電壓是220 V. (1)應該怎樣安裝變壓器？畫出輸電線路的示意圖． (2)求出所用的變壓器的原、副線圈的匝數之比． 參考答案 單元測評(二) 1．B　[解析] 由圖知電流的最大值為10 A，有效值為I＝ A＝10 A，選項A錯誤，選項B正確；周期為0.02 s，則頻率為f＝＝50 Hz，選項C、D錯誤． 2．D　[解析] 線圈旋轉到中性面位置，磁感線與切割速度方向平行，根據公式E＝BLvsin θ可知，線圈中的感應電流等于零，轉過中性面之后，電路中就又產生了感應電流，但是電流方向與之前線圈中的感應電流的方向相反，選項D正確． 3．A　[解析] 由電動勢e＝10 sin 20πt (V)知，計時從線圈位于中性面時開始，所以t＝0時，線圈位于中性面，磁通量最大，但此時線圈切割磁感線的線速度方向與磁感線平行，切割磁感線的有效速度為零，A正確，B、C錯誤．當t＝0.4 s時，e＝10 sin(20π0.4) V＝0，D錯誤． 4．C　[解析] 根據P＝，對直流電有P＝，對正弦式交流電有＝，所以正弦式交流電的有效值為U′＝＝ V，故交流電源輸出電壓的最大值Um′＝U′＝10 V，故選項C正確，選項A、B、D錯誤． 5．C　[解析] 根據遠距離輸電和理想變壓器的工作原理可知，P1＝P2、P2>P3、U2>U3，故選項C正確． 6．AC　[解析] 根據公式P＝，得P＝10 W，故選項A正確；由圖乙可知，0.02 s時通過線圈的磁通量為零，電動勢最大，R兩端的電壓瞬時值為10 V，故選項B錯誤；由圖乙可知，T＝0.02 s，電動勢的最大值為Em＝U＝10 V，ω＝＝100π，又因為此交變電流是從垂直于中性面開始計時的，所以R兩端的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u＝14.1cos 100πt(V)，故選項C正確；Im＝＝1.41 A，通過R的電流i隨時間t變化的規(guī)律是i＝1.41cos 100πt(A)，故選項D錯誤． 7．C　[解析] 電容器能夠通交流，選項A錯誤；變壓器能夠改變交流電的電壓，但是不能改變交流電的頻率，選項B錯誤；根據＝得U2＝22 V，所以電阻R2的電功率為P2＝＝48.4 W，選項C正確；根據法拉第電磁感應定律可知，原、副線圈鐵芯中磁通量的變化率之比為1∶1，選項D錯誤． 8．BC　[解析] 當S接通后，變壓器的輸出電壓不變，副線圈負載電阻減小，引起總電流增大，因此輸電線的等效電阻兩端的電壓增大，燈泡L1兩端的電壓減小，通過燈泡L1的電流減小，選項A錯誤，選項B、C正確；S接通后，變壓器輸出功率增大，輸入功率增大，原線圈中的電流增大，選項D錯誤． 9．BC　[解析] 根據圖乙可知，副線圈輸出電壓瞬時值的表達式為u＝44 cos 100πt(V)，故選項B正確；其峰值為U2m＝44 V，根據理想變壓器輸入、輸出電壓與原、副線圈匝數的關系可知，原線圈輸入電壓的峰值為U1m＝220 V，其有效值為U1＝220 V，故選項A錯誤；R處出現火情時，溫度升高，R的阻值減小，副線圈上的總電阻減小，根據閉合電路的歐姆定律可知，副線圈中的總電流增大，故原線圈中的電流增大，選項C正確；由焦耳定律可知，R0的電功率增大，故選項D錯誤． 10．AB　[解析] 由T2的副線圈的輸出電壓的表達式可知，副線圈的輸出電壓的有效值為220 V，電流的有效值為I＝ A＝20 A，選項A正確；通過輸電線的電流I′ ＝ A＝5 A，所以升壓變壓器的輸入功率為P＝I′2R＋I2R0＝5210 W＋20211 W＝4650 W，選項B正確；發(fā)電機中的交變電流的頻率與T2的輸出電壓的頻率相同，也為50 Hz，選項C錯誤；當用電器的電阻R0減小時，其消耗的功率變大，發(fā)電機的輸出功率變大，選項D錯誤． 11．見解析 [解析] (1)變壓器A處的線圈因雙股繞制，正向電流與反向電流產生的磁場相互抵消，多開燈、少開燈都如此，所以B處的線圈中無感應電流，保安器的控制開關J不工作，不會自動切斷電源；(2)當人“手—地”觸電時，相線中的電流有一部分直接通過人體流入大地，不從A處的線圈中回流，保安器鐵芯中的磁通量發(fā)生變化，B處的線圈有電流輸出，保安器開關J工作，自動切斷電源；(3)“相線—零線”觸電時，與多開幾盞電燈的情況相似，A處的線圈中正、反向電流總是相等，不會引起磁通量的變化，保安器不能自動切斷電源，不起保安作用． 12．(1)轉子不是在勻強磁場中轉動或手搖動發(fā)電機的轉速不均勻 (2)2 s　0.5π rad/s [解析] 只有線圈在勻強磁場中勻速轉動時，產生的交變電流才是標準的正弦式電流，手搖發(fā)電機的磁場是由條形磁鐵產生的，所以不是勻強磁場，由于是手搖轉動，轉速難以保證恒定．屏上每出現一次向上的尖峰，就代表經過了一個周期，2 min內屏上出現了61個向上的尖峰，表明周期T＝ s＝2 s，大輪的角速度等于小輪的角速度的一半，所以大輪的角速度ω＝＝0.5π rad/s. 13．(1)8.0 V　(2)2.88 W　(3)4.010－3 C [解析] (1)由圖像知，線圈中產生的交變電流的周期T＝3.1410－2 s，所以Em＝nBmSω＝＝8.0 V. (2)電流的最大值Im＝＝0.80 A，有效值I＝＝ A，小燈泡消耗的電功率P＝I2R＝2.88 W. (3)在0～時間內，電動勢的平均值＝，平均電流＝＝， 通過小燈泡的電荷量Q＝Δt＝＝4.010－3 C. 14．(1)5.0 V　(2)0.35 A　(3)　(4)74 J [解析] (1)Em＝nBSω＝5.0 V. (2)I＝＝＝0.35 A. (3)由 q＝t＝t＝可得＝＝＝. (4)由能量守恒定律得E′＝Q＝I2(R＋r)t＝74 J. 15．見解析　 [解析] (1)需要安裝一臺升壓變壓器和一臺降壓變壓器，輸電線路的示意圖如圖所示． (2)按題意，P損＝5%P＝0.05100103 W＝5103 W 設輸電線路中的電流為I，P損＝I2R I＝ ＝ A＝25 A 輸送電壓U2＝＝ V＝4000 V 對升壓變壓器，＝＝＝ 輸電線路上損失的電壓U損＝IR＝258 V＝200 V 降壓變壓器原線圈兩端的電壓U3＝U2－U損＝(4000－200) V＝3800 V 用戶在副線圈兩端得到的電壓U4＝220 V 所以＝＝＝ 即升壓變壓器原、副線圈的匝數之比為1∶16，降壓變壓器原、副線圈的匝數之比為190∶11.