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111 第十章 第1節(jié) 交變電流的產(chǎn)生和描述 班級 姓名 成績 (時間：45分鐘滿分：100分) 一、選擇題（本題共10小題，每小題7分，每題只有一個答案正確，共70分） 1.一只矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量隨時間變化的圖象如圖甲所示，則下列說法正確的是( ) A.t=0時刻，線圈平面與中性面垂直 B.t=0.01 s時刻，Φ的變化率最大 C.t=0.02 s時刻，交流電動勢達(dá)到最大 D.與該線圈產(chǎn)生的交流電動勢相應(yīng)的圖象如圖乙所示 2.(2010廣州模擬)矩形金屬線圈共10匝，繞垂直磁場方向的轉(zhuǎn)軸在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，線圈中產(chǎn)生的交流電動勢e隨時間t變化的情況如圖所示.下列說法中正確的是（ ） A.此交流電的頻率為0.2 Hz B.此交流電動勢的有效值為1 V C.t=0.1 s時，線圈平面與磁場方向平行 D.線圈在轉(zhuǎn)動過程中穿過線圈的最大磁通量為1/（100π）Wb 3.已知交變電流i=Imsin ωtA,線圈從中性面起開始轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動了多長時間，其瞬時值等于有效值( ) A. B. C. D. 4.如圖所示的電路，已知交變電流的電壓U=2202sin 100πt V,電阻R=200 Ω，不考慮電表內(nèi)阻對電路的影響，則電流表和電壓表的讀數(shù)分別為( ) A.1.12 A， 2202 V B.1.1 A， 220 V C.1.12 A， 220 V D.1.1 A， 220 2V 5.(2010鹽城模擬)一根電阻絲接入100 V的恒定電壓電路中，在1 min內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，同樣的電阻絲接入正弦式交變電流的電路中，在2 min內(nèi)產(chǎn)生的熱量也為Q，則該交流電壓的峰值是（ ） A.141.4 V B.100 V C.70.7 V D.50 V 6.電學(xué)元件的正確使用對電路安全工作具有重要作用，某電解電容器上標(biāo)有“25 V450 μF”字樣，下列說法中正確的是（ ） A.此電容器在交流、直流電路25 V的電壓時都能正常工作 B.此電容器只有在不超過25 V的直流電壓下才能正常工作 C.當(dāng)工作電壓是直流25 V時，電容才是450 μF D.若此電容器在交流電壓下工作，交流電壓的最大值不能超過25 V 7.如圖所示，單匝矩形線圈放置在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，以恒定的角速度ω繞ab邊轉(zhuǎn)動，磁場方向垂直于紙面向里，線圈所圍面積為S，線圈導(dǎo)線的總電阻為R，t=0時刻線圈平面與紙面重合，且cd邊正在向紙面外轉(zhuǎn)動，則（ ） A.線圈中電流t時刻瞬時值表達(dá)式為i=BSωcos ωt/R B.線圈中電流有效值I=BSω/R C.線圈中電流有效值I=2BSω/2R D.線圈消耗的電功率P=（BSω）2/R 8.一個電熱器接在10 V的直流電源上，在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，今將該電熱器接在一正弦式交流電源上，它在2t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，則這一正弦式交流電源 ( ) A.可使“10 V20 W”的小燈泡正常發(fā)光 B.“10 V400 μF”的平行板電容器可在此交流電源下正常工作 C.交流電壓的最大值是52 V，有效值是5 V D.交流電壓的最大值是20 V，有效值是102 V 9.如圖甲為電熱毯的電路圖，電熱絲接在u＝311sin 100πt V的電源上，電熱毯被加熱到一定溫度后，通過裝置P使輸入電壓變?yōu)槿鐖D乙所示的波形，從而進入保溫狀態(tài)，若電熱絲電阻保持不變，此時交流電壓表的讀數(shù)是( ) A.110 V B.156 V C.220 V D.311 V 10.(2009福建)一臺小型發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象如圖甲所示.已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為5.0 Ω，另外接一只電阻為95.0 Ω的燈泡，如圖乙所示，則（ ） A.電壓表○V的示數(shù)為220 V B.電路中的電流方向每秒鐘改變50次 C.燈泡實際消耗的功率為484 W D.發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2 J 二、計算題(本題共2小題，共30分，要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位) 11.(14分)有一正弦式交流電源，電壓有效值U=120 V，頻率f=50 Hz,向一霓虹燈供電，若霓虹燈的激發(fā)電壓和熄滅電壓均為U0=60V，試估算在一個小時內(nèi)，霓虹燈發(fā)光時間有多長？為什么人眼不能感到這種忽明忽暗的現(xiàn)象？ 12.(16分)交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子有n匝線圈，每匝線圈所圍面積為S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，勻速轉(zhuǎn)動的角速度為ω，線圈內(nèi)電阻為r，外電路電阻為R.當(dāng)線圈由圖中實線位置勻速轉(zhuǎn)動90到達(dá)虛線位置過程中，求： (1)通過R的電荷量q為多少？ (2)R上產(chǎn)生電熱QR為多少？ (3)外力做的功W為多少？ 第2節(jié) 變壓器電能的輸送 班級 姓名 成績 (時間：45分鐘滿分：100分) 一、選擇題（本題共10小題，每小題7分，每題只有一個答案正確，共70分） 1.在變電所里，經(jīng)常要用交流電表去檢測電網(wǎng)上的強電流，使用的儀器是電流互感器，下列的四個圖中，能正確反映其工作原理的是（ ） 2.如圖所示，一理想變壓器帶有三個匝數(shù)都為50匝的副線圈ab、cd、ef，若原線圈匝數(shù)為100匝，并接到220 V交流電源上，通過副線圈的各種組合，可以得到以下哪些電壓( ) ①0 V ②110 V ③220 V ④330 V A.①②③④ B.只有①② C.只有③④ D.只有②③④ 3.如圖，理想變壓器原副線圈匝數(shù)之比為4∶1.原線圈接入一電壓為u＝U0sin ωt的交流電源，副線圈接一個R＝27.5 Ω的負(fù)載電阻.若U0＝220 V，ω＝100π rad/s，則下述結(jié)論正確的是（ ） A.副線圈中電壓表的讀數(shù)為55 V B.副線圈中輸出交流電的周期為 1/100π s C.原線圈中電流表的讀數(shù)為2 A D.原線圈中的輸入功率為110W 4.（2009四川）如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，R1＝20 Ω，R2＝30 Ω，C為電容器.已知通過R1的正弦式交流電如圖乙所示，則（ ） A.交流電的頻率為0.02 Hz B.原線圈輸入電壓的最大值為200 V C.電阻R2的電功率約為6.67 W D.通過R3的電流始終為零 5.如圖所示，一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為3∶1，副線圈接三個相同的燈泡，均能正常發(fā)光.在原線圈接有一相同的燈泡L.則（ ） A.燈L也能正常發(fā)光 B.燈L比另三燈都暗 C.燈L將會被燒壞 D.不能確定 6. （改編題）如圖所示，在繞制變壓器時，某人誤將兩個線圈繞在如圖所示變壓器鐵芯的左右兩個臂上，當(dāng)通以交變電流時，每個線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個線圈，另一半通過中間的臂，已知線圈1、2的匝數(shù)之比n1∶n2=2∶1，在不接負(fù)載的情況下，下列說法中正確的是（ ） ①當(dāng)線圈1輸入電壓220 V時，線圈2輸出電壓為110 V ②當(dāng)線圈1輸入電壓220 V時，線圈2輸出電壓為55 V ③當(dāng)線圈2輸入電壓110 V時，線圈1輸出電壓為220 V ④當(dāng)線圈2輸入電壓110 V時，線圈1輸出電壓為110 V A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ②④ 7.調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖所示.線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上，CD之間加上輸入電壓，轉(zhuǎn)動滑動觸頭P就可以調(diào)節(jié)輸出電壓.圖中A為交流電流表，V為交流電壓表， R1、R2為定值電阻，R3為滑動變阻器，CD兩端接恒壓交流電源，變壓器可視為理想變壓器（ ） A. 當(dāng)滑動觸頭P逆時針轉(zhuǎn)動時，電流表讀數(shù)變大，電壓表讀數(shù)變小 B. 當(dāng)滑動觸頭P逆時針轉(zhuǎn)動時，電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變大 C. 當(dāng)滑動變阻器滑動觸頭向下滑動時, 電流表讀數(shù)變小，電壓表讀數(shù)變大 D. 當(dāng)滑動變阻器滑動觸頭向下滑動時, 電流表讀數(shù)變大，電壓表讀數(shù)變小 8.超導(dǎo)材料電阻降為零的溫度稱為臨界溫度，1993年我國科學(xué)家與國外科學(xué)家合作制成了臨界溫度為134 K的高溫超導(dǎo)材料.利用超導(dǎo)材料零電阻的性質(zhì)，可實現(xiàn)無損耗輸電，現(xiàn)有一直流電路，輸電線的總電阻為0.4 Ω，它提供給用電器的電功率為40 kW，電壓為800 V.如果用臨界溫度以下的超導(dǎo)電纜替代原來的輸電線，保持供給用電器的功率和電壓不變，那么節(jié)約的電功率為（ ） A.1 kWB.1.6103 kWC.1.6 kWD.10 kW 9.（改編題）一臺發(fā)電機最大輸出功率為4 000 kW,電壓為4 000 V，經(jīng)變壓器T1升壓后向遠(yuǎn)方輸電.輸電線路總電阻R=1 kΩ.到目的地經(jīng)變壓器T2降壓，負(fù)載為多個正常發(fā)光的燈泡（220 V、60 W）.若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機輸出功率的10%,變壓器T1和T2的耗損可忽略，發(fā)電機處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，則下列說法錯誤的是（ ） A. T1原、副線圈電流分別為103 A和20 A B. T2原、副線圈電壓分別為1.8105 V和220 V C. T1和T2的變壓比分別為1∶50和40∶1 D.有6104盞燈泡（220 V、60 W）正常發(fā)光 10.某小型水電站的電能輸送示意圖如下，發(fā)電機的輸出電壓為200 V,輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2,降壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n3、n4（變壓器均為理想變壓器).要使額定電壓為220 V的用電器正常工作，則下列說法錯誤的是（ ） ①n2n1＞n3n4 ②n2n1＜n3n4 ③升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓 ④升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率 A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ②④ 二、計算題（本題共2小題，共30分，要有必要的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計算的要注明單位） 11.(14分)如圖所示，理想變壓器原線圈中輸入電壓U1=3 300 V，副線圈兩端電壓U2為220 V，輸出端連有完全相同的兩個燈泡L1和L2，繞過鐵芯的導(dǎo)線所接的電壓表V的示數(shù)U=2 V.求： （1）原線圈n1等于多少匝？ (2)當(dāng)開關(guān)S斷開時，電流表A2的示數(shù)I2=5 A.則電流表A1的示數(shù)I1為多少？ （3）當(dāng)開關(guān)S閉合時，電流表A1的示數(shù)I1′等于多少？ 12.（16分）發(fā)電機輸出功率為100 kW，輸出電壓是250 V，用戶需要的電壓是220 V，輸電線電阻為10 Ω.若輸電線中因發(fā)熱而損失的功率為輸出功率的4%，試求： （1）畫出此輸電線路的示意圖. （2）在輸電線路中設(shè)置的升、降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比. （3）用戶得到的電功率是多少？ 答案部分 第1節(jié) 交變電流的產(chǎn)生和描述 1.解析:由Φ-t圖知，t=0時，Φ最大，即線圈處于中性面位置，此時e=0，故A、D均錯誤；由圖知周期T=0.04 s，在t=0.01 s時，Φ=0,ΔΦ/Δt最大，e最大，故B正確；在t=0.02 s時，Φ最大，ΔΦ/Δt=0,e=0，故C錯誤. 答案:B 2. 解析:由圖象可以看出，該正弦交流電電動勢的峰值為1 V，則其有效值為 V /2，B錯誤.其周期為0.2 s，則其頻率為5 Hz，A錯誤.t=0.1 s時，電動勢為零，處于中性面位置，線圈平面與磁場方向垂直，C錯誤.由f=5 Hz可得ω=10 π rad/s,代入Em=nΦω可得Φ＝1/（100π）Wb,D正確. 答案:D 3.解析:當(dāng)ωt=π/4時瞬時值與有效值相等，故C正確. 答案:C 4.解析：在交變電路中，電流表、電壓表的讀數(shù)均是有效值，因此，電壓表的讀數(shù)為 U=Um/=220/ V=220 V, 電流表的讀數(shù)I=U/R=220/200 A=1.1 A. 答案：B 5.解析:由有效值定義得U2/Rt=U2有/R2t, 則U有= U /2,U峰＝U有= U /2=U, 所以B正確，A、C、D錯誤. 答案:B 6.解析:電解電容器的極性是固定的，因此只能在直流電壓下工作.在正常情況下，電容器的電容不受電壓影響.故B正確. 答案:B 7.解析:線圈中感應(yīng)電動勢最大值Em=BSω,電流最大值Im=Em/R=BSω/R,t=0時，線圈處在中性面，故電流瞬時值表達(dá)式i=BSωsin ωt/R.電流有效值I=Im/=BSω/2R,P=I2R=B2ω2S2/2R，故A、B、D錯誤，C正確. 答案:C 8.解析:根據(jù)交變電流有效值的定義來求有效值，對正弦式交變電流,有Um=U.代入題給數(shù)據(jù)可得U=5V,Um=10 V,所以A、C、D均錯誤，只有B正確.應(yīng)注意電容器的擊穿電壓考慮的是交變電壓的峰值. 答案:B 9.解析:由（1/2）3112/ ()2R＝U2/R得題圖乙對應(yīng)的有效值U＝156 V. 答案:B 10.解析:電壓表示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值,由圖象知電動勢的最大值Em=220 V，有效值E=220 V，燈泡兩端電壓U=RE/（R+r）=209 V，A錯誤；由圖象知T=0.02 s，一個周期內(nèi)電流方向變化兩次，可知1 s內(nèi)電流方向變化100次，B錯誤；燈泡的實際功率P=U2/R=2092/95W=459.8 W,C錯誤；電流的有效值I=E/（R+r）=2.2 A，發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為Qr=I2rt=2.2251 J=24.2 J，D正確. 答案:D 第2節(jié) 變壓器電能的輸送 1.解析：電流互感器是用來把大電流變成小電流的變壓器，原線圈串聯(lián)在被測電路的火線上，副線圈接入交流電流表，故A正確. 答案：A 2.解析：當(dāng)三個副線圈互不連接或其中兩個順向并接時，可得到110 V電壓.當(dāng)其中兩個副線圈順向串接時，可得到220 V電壓，當(dāng)其中兩個副線圈逆向串接時，可得到0 V電壓.當(dāng)三個線圈順向串接時，可得到330 V電壓.選項A正確. 答案：A 3.解析：原線圈電壓有效值U1=220 V，由電壓比等于匝數(shù)比可得副線圈電壓U2=55 V，A正確；電阻R上的電流為2 A，由原副線圈電流與匝數(shù)的關(guān)系，可得電流表示數(shù)為0.5 A， C錯誤；輸入功率為P=2200.5 W=110 W，D錯誤；周期T= 2πω=0.02 s，B錯誤. 答案：A 4.解析：根據(jù)變壓器原理可知原、副線圈中電流的周期、頻率相同，周期為0.02 s，頻率為50 Hz，A錯誤；由圖乙可知通過R1的電流最大值為Im＝1 A.根據(jù)歐姆定律可知其最大電壓為Um＝20 V，再根據(jù)原副線圈的電壓之比等于匝數(shù)之比可知原線圈輸入電壓的最大值為200 V，B錯誤；因為電容器有通交流、阻直流的作用，則有電流通過R3和電容器，D錯誤；根據(jù)正弦式交流電的峰值和有效值關(guān)系及并聯(lián)電路特點，可知電阻R2的電流有效值為I＝ImR1/R2，電壓有效值為U＝Um/，電阻R2的電功率為P2＝UI＝203 W≈6.67 W.C正確. 答案：C 5.解析：該題主要考查變壓器的工作原理——原副線圈的電流關(guān)系和電功率等內(nèi)容.該題易犯的錯誤是由原副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝3∶1，可知原副線圈電壓之比為U1∶U2＝3∶1，既然副線圈中電燈能正常發(fā)光，可知U2恰為燈的額定電壓，所以原線圈中電燈兩端電壓U1＞U額.故被燒壞而錯選C.其錯誤是把變壓器原線圈兩端電壓和電燈L兩端電壓混淆了.正確的解答應(yīng)為：原副線圈中的電流之比為I1∶I2＝1∶3，而副線圈中通過每燈的電流為其額定電流I額＝I2/3，故IＬ＝I1＝I2/3＝I額，即燈L也能像其他三燈一樣正常發(fā)光.所以正確選項為A. 答案：A 6.解析：當(dāng)線圈1作為輸入端時， U1/U2=n1ΔΦ1/Δt/(n2ΔΦ2/Δt)=n1ΔΦ1/n2ΔΦ2=2121=41. 因為U1=220 V，所以U2=55 V，所以②正確. 當(dāng)線圈2作為輸入端時， U1′/U2′=n1ΔΦ1′/n2ΔΦ2′=(2/1)(1/2)=1. 因為U2′=110 V，所以U1′=110 V，所以④正確.答案為D. 答案：D 7.解析：當(dāng)滑動觸頭P逆時針轉(zhuǎn)動時，相當(dāng)于增加了副線圈的匝數(shù)，而原線圈匝數(shù)保持不變，根據(jù)U1/U2=n1/n2可知，輸出電壓增大，其他因素不變時，電壓表讀數(shù)變大，電流表讀數(shù)變大.當(dāng)線圈匝數(shù)不變化而將滑動變阻器滑動觸頭向下滑動時,輸出電壓不變，總電阻減小，則總電流增大，R1兩端電壓增大，R2兩端電壓減小，流過R2的電流減小，因此，流過R3的電流增大，電流表示數(shù)變大.選項D正確. 答案：D 8.解析：輸電線中電流I=P/U，輸電線上損失功率P′＝I2R線＝P2R線/U2＝1 kW.選項A正確. 答案：A 9.解析：輸電線路上消耗的功率為P＝400 kW＝I2R，可知輸電線上電流為I2＝20 A，根據(jù)原線圈P1＝U1I1，可知I1＝103 A，A正確；T1的變壓比為U1/U2=I2/I1＝1/50；根據(jù)P＝U2I2，可知U2＝2105 V，輸電線上電壓U線＝I2R＝20 000 V，則T2原線圈輸入電壓為U3＝U2－U線＝1.8105 V，又知燈泡正常發(fā)光可知T2副線圈電壓為220 V，B正確；T2的變壓比為1.8105∶220，C錯誤；根據(jù)U3I2＝60n W，解得n＝6104，D正確. 答案：C 10.解析：根據(jù)變壓器工作原理可知n1/n2=200/U2,n3/n4=U3/220，所以U2=200n2/n1,U3=220n3/n4,由于輸電線上損失一部分電壓，升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓，有U2＞U3，所以200n2/n1＞220n3/n4，所以n2/n1＞n3/n4,①正確，②、③錯誤.升壓變壓器的輸出功率等于降壓變壓器的輸入功率與輸電線損失功率之和，④正確.答案為B. 答案：B 11.解析：（1）由電壓與變壓器匝數(shù)的關(guān)系可得：U1/n1=U2/n2=U,則n1=1 650匝. （2）當(dāng)開關(guān)S斷開時，有U1/I1=U2/I2,I1=U2I2/U1=0.33 A. （3）當(dāng)開關(guān)S斷開時，有RL1=U2/I2=44 Ω.當(dāng)開關(guān)S閉合時，設(shè)副線圈總電阻為R′,有R′＝RL1/2＝22 Ω，副線圈中的總電流為I2′,則I2′=U2/R′=10 A.由U1I1′=U2I2′，可知I1′=U2I2′/U1=0.67 A. 12.解析：（1）輸電線路的示意圖如圖所示， （2）輸電線損耗功率P線=1004% kW=4 kW，又P線=I22R線，得輸電線電流I2=I3=20 A. 原線圈中輸入電流I1=P/U1=100 000/250 A=400 A.所以n1/n2=I2/I1=20400=120. 故U2=U1n2/n1=25020 V=5 000 V. U3=U2-U線=5 000 V-2010 V=4 800 V. 所以n3/n4=U3/U4=4 800220=24011. （3）用戶得到的電功率P出=10096% kW=96 kW. 111