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1、1第五章 交变电流章末提升训练(二)(时间:60 分钟 分值:100 分)一、选择题(本题共 6 小题,每小题 8 分,共 48 分 .每小题给出的四个选项中,至少有一项是正确的,全部选对得 8 分,部分选对得 4 分,有选错或不选的得 0 分)(多选)图 5-T-1 为交流发电机的示意图,线圈的 AB 边连在金属滑环 K 上, CD 边连在金属滑环 L 上,两个导体电刷 E、 F 分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接 .关于其工作原理,下列分析正确的是 ( )图 5-T-1A.当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大B.当线圈平面转到中性面的瞬间,线圈中

2、的感应电流最大C.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小D.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,线圈中的感应电流最小多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇,过去是用变压器来实现上述调节的,缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或风扇的转速 .现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的,图 5-T-2 为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压,即在正弦式交变电压的每一个 周期中,前面的 被截去,从而改变了电灯上12 14的电压 .那么现在电灯上的电压为( )图 5-T-2A.Um B. C. D.Um2 Um2 Um4(多选)如图 5-T-3 所

3、示,面积为 S、匝数为 N、电阻为 r 的线圈与电阻 R 构成闭合回路,理想交流电压表并联在电阻 R 的两端 .线圈在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转动轴以角速度 匀速转动,则 ( )图 5-T-3A.在图示位置,线圈平面处于中性面位置,流过电阻 R 的电流为零,电压表的读数也为零B.1s 内流过电阻 R 的电流方向改变 次2C.在电阻 R 的两端再并联一个电阻后,电压表的读数将减小D.在电阻 R 的两端再并联一个电容较大的电容器后,电压表的读数不变(多选)发电机的输出电压为 U,经电阻为 r 的输电线向远处的用户供电,发电机的输出功率为 P,则 ( )A.输电线上的电流为P

4、UB.输电线上的功率损失为U2rC.用户得到的功率为 P- r(PU)2D.用户得到的电压为PrU(多选)图 5-T-4 是某供电系统的原理图,它由发电机和副线圈匝数可调的变压器组成,图中 R0表示输电线的电阻 .滑片 P 置于 a 处时,用户的用电器恰好正常工作 .要保证用电器仍能正常工作,下列说法中正确的是( )图 5-T-4A.当发电机输出的电压发生波动使电压表 V1的示数小于正常值时,应使滑片 P 向上滑动B.当发电机输出的电压发生波动使电压表 V1的示数小于正常值时,应使滑片 P 向下滑动C.如果电压表 V1的示数保持正常值不变,那么当用电器个数增加时,滑片 P 应向上滑动D.如果电

5、压表 V1的示数保持正常值不变,那么当用电器个数增加时,滑片 P 应向下滑动2017广东三校联考如图 5-T-5 所示为一自耦变压器,保持输入电压不变,以下说法正确的是 ( )图 5-T-5A.滑动触头 P 不动,滑片 Q 上移,电流表示数不变B.滑动触头 P 不动,滑片 Q 上移,电压表示数变小C.滑动触头 P 向 b 方向移动,滑片 Q 下移,电流表示数减小D.滑动触头 P 向 b 方向移动,滑片 Q 不动,电流表示数增大二、实验题(共 16 分)利用 DIS(数字化信息处理系统)探究手摇发电机(如图 5-T-6 所示)的线圈产生的交变电流 .图 5-T-6实验步骤为: 将电压传感器接入数

6、据采集器;3 电压传感器的测量夹与发电机的输出端并联; 点击“数据采集设置”设定“采样点时间间隔”; 缓慢摇动发电机的手柄,观察工作界面上的信号 .图 5-T-7(1)工作界面上出现的电压波形如图 5-T-7 所示,从图中可以看出,手摇发电机产生的电压波形不是正弦波,其原因是 .(写出一条即可) (2)研究交变电流的波形,发现在用手摇动发电机手柄的 2min 内屏上出现了 61 个向上的“尖峰”,则交变电流的平均周期为 T= s;如果发电机手摇大轮的半径是转子小轮半径的 2 倍,则手摇大轮转动的平均角速度 = rad/s. 三、计算题(本题共 2 小题,共 36 分,解答应写出必要的文字说明、

7、表达式和重要的演算步骤 .有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)(16 分)如图 5-T-8 甲所示,一台小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度 绕垂直于磁场方向的固定轴 OO转动,线圈的匝数 n=100 匝 .发电机的内阻 r=5,外电路的电阻 R=95 .穿过每匝线圈的磁通量 随时间按正弦规律变化,如图乙所示 .已知感应电动势的最大值 Emax=n max,其中 max为穿过每匝线圈磁通量的最大值 .求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数 .图 5-T-84(20 分)某发电机输电电路的简图如图 5-T-9 所示,发电机的矩形线框 ABCD 处于磁感应强度大小为

8、B= T 的水平匀强磁场中,线框面积为 S=0.25m2,匝数为 100 匝,电阻不计 .线框绕210垂直于磁场的轴 OO以角速度 = 100rad/s 匀速转动,并与升压变压器的原线圈相连 .降压变压器的副线圈接入若干“220V 100W”的灯泡,两变压器间的输电线总电阻 R=20,变压器均为理想变压器 .当发电机输出功率为 5104W 时,灯泡正常发光,线路损失的功率为输出功率的 4%.(1)从线框平面与磁感线垂直时开始计时,写出线框中感应电动势随时间变化的关系式 .(2)求升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数之比 .图 5-T-91.AC 解析当线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通

9、量最大,但线圈中的感应电动势为零,感应电流也为零,选项 A 正确,选项 B 错误;当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量最小,但磁通量的变化率最大,线圈中的感应电动势最大,感应电流也最大,选项 C 正确,选项 D 错误 .2.C 解析由有效值的定义知 T= ,故 U= ,选项 C 正确 .U2R (Um2)2R T2 Um253.BC 解析在图示位置,线圈平面处于中性面位置,流过电阻 R 的瞬时电流是零,电压表的读数为有效值,不是零,选项 A 错误;线圈每转过一圈,电流方向改变 2 次,故 1s 内电流方向改变的次数为 2f=2 = ,选项 B 正确;电阻 R 两端再并联一个电阻时

10、干路电流增大,路端2 电压减小,故电压表的读数减小,选项 C 正确;电阻 R 两端并联一个电容器后,由于电路与交流电源相连,电容器反复充、放电,该支路有电流通过,故路端电压减小,电压表的读数也减小,选项 D 错误 .4.AC 解析由 P=UI 得输电线上的电流为 I= ,选项 A 正确;输电线上的功率损失为PU P=I2r= r,选项 B 错误;用户得到的功率为 P- r,选项 C 正确;用户得到的电压为 U-(PU)2 (PU)2 U=U-Ir=U- ,选项 D 错误 .PrU5.AC 解析当电压表 V1的示数小于正常值时,副线圈的输出电压也要变小,要使用电器正常工作,滑片 P 应向上滑动

11、选项 A 正确,选项 B 错误;当用电器个数增加时,副线圈中的电流增大,输电线上损失的电压增大,要使用电器正常工作,滑片 P 应向上滑动,选项 C 正确,选项D 错误 .6.C 解析当滑动触头 P 不动时,输出电压不变,滑片 Q 上移,负载电阻减小,功率增大,电流表读数增大,故 A 错误;当滑动触头 P 不动时,自耦变压器的输出电压不变,电压表测的是输出电压,示数不变,故 B 错误;当滑动触头 P 向 b 方向移动时,输出电压减小,滑片 Q 不动,电阻不变,故输出功率减小,输入功率也减小,电流表示数减小,故 D 错误;当滑动触头 P 向 b方向移动时,输出电压减小,滑片 Q 下移时,电阻增大

12、故输出功率减小,输入功率也就减小,所以电流表读数减小,故 C 正确 .7.(1)转子不是在匀强磁场中转动(或发电机的转速不均匀) (2)2 0.5解析(1)只有线圈在匀强磁场中匀速转动时,产生的交变电流才是标准的正弦式交变电流,手摇发电机的磁场是由条形磁铁产生的,所以不是匀强磁场;由于是手摇转动,转速难以保持恒定 .(2)屏上每出现一次向上尖峰,就代表经过了一个周期,2min 内屏上出现了 61 个向上的尖峰,表明周期 T= s=2s;大轮角速度等于小轮角速度的一半,所以大轮角速度26061-1= =0.5rad/s .2T 128.1.4A解析由 -t 图像可以看出 max=1.010-2

13、Wb,T=3.1410-2s.已知感应电动势的最大值Emax=n max,又 = ,故电路中电流的最大值 Imax= = =2T EmaxR+rn2 maxT(R+r)A=2A,交流电流表的读数是交变电流的有效值,即 I= 1 .4A.10023.141.010-23.1410-2(95+5) Imax29.(1)e=250 sin100 t(V)2(2)1 20 240 11解析(1)矩形线框 ABCD 在匀强磁场中转动时,产生的交流电动势的最大值为Em=nBS= 100 0.25100V =250 V210 2从中性面开始计时,线框中产生的感应电动势e=Emsint= 250 sin100 t(V).2(2)画出输电电路图,如图所示 .6发电机输出的电压 U1= =250VEm2发电机输出的电功率 P=5104W根据输电要求,有 P 损 = R=P4%I22解得 I2= = A=10AP4R 51040.0420则 U2= = V=5103VPI2510410所以升压变压器原、副线圈的匝数之比为= = =n1n2U1U2 2505103120输电线上的电压损失 U 损 =I2R=1020V=200VU3=U2- U 损 =5103V-200V=4800V据题意可知 U4=220V所以降压变压器原、副线圈的匝数之比为= = = .n3n4U3U4480022024011