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1、1第五章 交变电流(时间：90 分钟 满分：100 分)第卷(选择题，共 52 分)一、选择题(本大题共 13 小题，每小题 4 分，共 52 分)1(2017武邑中学月考)由交变电流瞬时表达式 i10sin500 t(A)可知，从开始计时起，第一次出现电流峰值所需要的时间是( )A2 ms B1 msC6.28 ms D3.14 ms解析：根据交变电流的瞬时表达式可知，第一次出现电流峰值时，sin(500 t)1，解得 t s3.14 ms，D 选项正确1 000答案：D2理想变压器的原、副线圈匝数比为 10 1，下列说法中正确的是( )A穿过原、副线圈每一匝的磁通量之比是 10 1B穿过原

2、、副线圈每一匝的磁通量之比是 1 10C正常工作时，原、副线圈的输入、输出电压之比为 10 1D正常工作时，原、副线圈的输入、输出电压之比为 1 10解析：理想变压器的原、副线圈缠绕在同一铁芯上，没有漏磁现象，故穿过原、副线圈每一匝的磁通量相等，A、B 选项错误；根据理想变压器电压和匝数的关系可知 ，U1U2 n1n2正常工作时，原、副线圈的输入、输出电压之比为 10 ：1，C 选项正确，D 选项错误答案：C3(2017湖南师范大学月考)实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型，正方形线圈在水平匀强磁场中，绕垂直于磁感线的 OO轴匀速转动今在发电机的输出端接一个电阻 R 和理想电压表，并让线

3、圈每秒转 25 圈，读出电压表的示数为 10 V已知 R10 ，线圈电阻忽略不计，下列说法正确的是( )A线圈平面与磁场平行时刻，线圈中的瞬时电流为零B从线圈平面与磁场平行开始计时，线圈中感应电流瞬时值表达式为i sin100 t(A)2C流过电阻 R 的电流最大值为 A22D电阻 R 上的热功率等于 5 W解析：根据交变电流产生原理可知，线圈平面与磁场平行时刻，线圈中的瞬时电流最大，A 选项错误；线圈每秒转 25 圈，则角速度 50，电压表的示数为有效值，故线圈中感应电流的有效值为 1A，峰值为 A，C 选项正确；从线圈平面与磁场平行开始计时，2感应电流瞬时值表达式 i cos50 t (A

4、)，B 选项错误；电阻 R 上的热功率 P I2R10 2W，D 选项错误答案：C4(多选)远距离输电中，若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是( )A升压变压器的原线圈中的电流与用户电设备消耗的功率无关B输电线中的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定C当用户用电器的总电阻减少时，输电线上损失的功率增大D升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压解析：根据理想变压器工作原理可知，用户电设备消耗的功率减小，升压变压器、降压变压器输入和输出功率均减小，原、副线圈电流都要减小，A 选项错误；输电线的电流与用户消耗的功率和高压输电电压有关，B 选项错误；用户总电阻减少，而输出电压不变，电流

5、增大，功率损失 P 损 I2R 增大，C 选项正确；输电线存在电压损失，则升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，D 选项正确答案：CD5.(多选)现在低碳环保问题已引起广大人民群众的普遍关注，深圳市民林先生自主研发出一种磁悬浮风力发电机，其发电原理可以简化为：一个矩形线圈绕在其平面内并且垂直于匀强磁场的轴做匀速转动而产生感应电动势，产生的感应电动势图象如图所示，并且接在原、副线圈匝数比为 的理想变压器原线圈两端，则( )n1n2 15A变压器副线圈两端电压的有效值为 U2110 VB感应电动势的瞬时值表达式为 e22 sin10 t(V)2C t0.005 s 时穿过线圈平面的磁通量最

6、大D t0.005 s 时线圈平面和磁场方向平行解析：分析图象可知，感应电动势的有效值为 22 V，根据理想变压器电压和匝数的规律可知，变压器副线圈两端电压的有效值为 U2 U1110 V，A 选项正确；感应电动势的n2n1周期 T0.02 s，角速度 100，瞬时值表达式为 e22 sin100 t(V)，B 选项2T 23错误；当 t0.005 s 时， e22 V，此时的感应电动势最大，穿过线圈平面的磁通量为2零，线圈平面与磁场方向平行，C 选项错误，D 选项正确答案：AD6一个小型电热器若接在输出电压为 10 V 的直流电源上，消耗电功率为 P；若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电

7、功率为 .如果电热器电阻不变，则此交流电源输出P2电压的最大值为( )A5 V B5 V 2C10 V D10 V2解析：设电热器电阻为 R，正弦交流电源的电压有效值为 U 效 ，接 10 V 直流电源时，P ；接交流电源时， ，联立得 U 效 5 V，故最大值 Um U 效U2R 102R P2 U2效R 2 210 V，C 选项正确答案：C7(2015四川高考)小型手摇发电机线圈共 N 匝，每匝可简化为矩形线圈 abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴 OO，线圈绕 OO匀速转动，如图所示，矩形线圈 ab 边和 cd 边产生的感应电动势的最大值都为 e0，不计线圈电阻，则发

8、电机输出电压( )A峰值是 e0 B峰值是 2e0 C有效值是 e0 D有效值是 Ne022 2解析：矩形线圈 ab 边和 cd 边产生同方向的感应电动势，不计线圈电阻，发电机输出电压的峰值为 2Ne0；根据正弦式交流电规律可知，有效值 E Ne0，D 选项正确Em2 2答案：D8(多选)图甲是某燃气炉点火装置的原理图转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为 n1、 n2，为交流电压表当变压器副线圈电压的瞬时值大于 5 000 V 时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体以下判断正确的是( )4A电压表的示数等于 5 VB电

9、压表的示数等于 V52C实现点火的条件是 1 000n2n1D实现点火的条件是 1 000n2n1解析：交流电压表测的是交流电的有效值，对正弦交流电，其电压有效值 U ，所Um2以 B 正确，A 错误；根据题意，副线圈电压峰值大于 5 000 V 时就可以点燃气体，对理想变压器 1 000，C 正确，D 错误n2n1 U2mU1m 5 0005答案：BC9图甲是小型交流发电机的示意图，两极 M、 N 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，图中电表均为理想交流电表，内阻不计的矩形线圈绕垂直于磁场方向的水平轴 OO沿逆时针方向匀速转动，矩形线圈通过滑环接一理想变压器，滑动触头 P 上下移动时可改变变压

10、器副线圈的输出电压，副线圈接有可调电阻 R，从图示位置开始计时，发电机线圈中产生的交变电动势随时间变化的图象如图乙所示，以下判断正确的是( )A电压表的示数为 10 V2B在 0.01 s 末时刻发电机线圈平面与磁场方向垂直C若滑动触头 P 的位置向上移动、 R 不变时，电流表读数将减小D若滑头 P 的位置不变、 R 不变时，而把发电机线圈的转速增大一倍，则变压器的输入功率将增大到原来的 4 倍解析：电压表显示的是有效值 U 10 V，A 选项错误；在 0.01 s 末时刻交变电动Um2势最大，此时线圈平面与磁场方向平行，B 选项错误；理想变压器 ， ，滑动U1U2 n1n2 I1I2 n2n

11、1触头 P 的位置向上移动，变压器原线圈匝数变小，输出电压变大，输出电流变大，则原线圈电流变大，C 选项错误；发电机线圈的转速增大一倍，交变电动势 Um NBS 变为 2 倍，5输入电压和输出电压均变为 2 倍，输出功率 P 增大为原来的 4 倍，理想变压器输入功U2R率等于输出功率，则变压器的输入功率将增大到原来的 4 倍，D 选项正确答案：D10(2015新课标卷)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为 3 1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为 220 V 的正弦交流电源上，如图所示，设副线圈回路中电阻两端的电压为 U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为 k

12、，则( )A U66 V， k B U22 V， k19 19C U66 V， k D U22 V， k13 13解析：副线圈回路中电阻两端的电压为 U2 U，则流过电阻的电流为 I2 ，根据理想UR变压器电压、电流和匝数的关系可知，原线圈两端电压 U1 U23 U，流过原线圈的电流n1n2为 I1 I2 ，原线圈回路中电阻两端的电压 UR I1R ，根据闭合电路欧姆定律得，n2n1 U3R U3U1 UR220 V，联立解得 U66 V原线圈中电阻消耗的功率 PR URI1 ，副线圈回路U29R中电阻消耗的功率 P2 U2I2 ，根据题干信息可知， k ，A 选项正确U2R 19答案：A11

13、(2017衡水市模拟)如图甲所示电路中，A 1、A 2、A 3为相同的电流表， C 为电容器，电阻 R1、 R2、 R3的阻值相同，线圈 L 的电阻不计在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示，则在 t1 t2时间内( )A电流表 A1的示数比 A2的小B电流表 A2的示数比 A3的小C电流表 A1和 A2的示数相同D电流表的示数都不为零6解析：理想变压器原、副线圈的磁场变化情况相同，由图乙知原线圈的磁场均匀变化，据法拉第电磁感应定律 E S 知副线圈中产生恒定电流，线圈对直流电无阻n t n B t碍作用，直流电不能通过电容器，所以电流表 A1、A 2的示数相同，A 3的示数为零，

14、C 选项符合题意答案：C12如图所示为一自耦变压器，保持电阻 R的阻值和输入电压不变，以下说法正确的是( )A滑键 P 向 b 方向移动，滑键 Q 不动，电流表示数增大B滑键 P 不动，滑键 Q 上移，电流表示数不变C滑键 P 向 b 方向移动、滑键 Q 不动，电压表示数减小D滑键 P 不动，滑键 Q 上移，电压表示数增大解析：滑键 P 向 b 方向移动，原线圈匝数增大，根据理想变压器的规律可知，输出电压减小，电压表示数减小，根据欧姆定律可知，输出电流减小，输入电流减小，即电流表的示数减小，A 选项错误，C 选项正确；滑键 P 不动，滑键 Q 上移，则输入、输出电压不变，副线圈电阻变小，根据欧

15、姆定律可知，输出电流增大，根据理想变压器电流和匝数关系可知，输入电流增大，电流表示数变大，B、D 选项错误答案：C13(多选)在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图乙所示，产生的交变电动势随时间变化规律的图象如图甲所示，已知发电机线圈内阻为 1.0 ，外接一只电阻为 9.0 的灯泡，则( )A电压表 V 的示数为 20 VB电路中的电流方向每秒改变 10 次C灯泡实际消耗的功率为 36 WD电动势随时间变化的瞬时表达式为 e20cos5 t(V)7解析：交变电动势的有效值 E 20 V，电压表的示数 U E18 V，A 选项Em2 RR r错误；交变电流的周期 T0.2

16、 s，一个周期内电流方向改变 2 次，每秒改变 10 次，B 选项正确；灯泡实际消耗的功率 P 36 W，C 选项正确；线圈转动的角速度U2R 10，电动势随时间变化的瞬时表达式为 e20 cos10 t(V)，D 选项错误2T 2答案：BC第卷(非选择题，共 48 分)二、计算题(本题共 4 小题，共 48 分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的题要注明单位)14(12 分)(2017武邑中学月考)如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴 OO匀速转动，线圈的匝数 n100、电阻 r10 ，线圈的两端经集流环与电阻 R 连接，电阻 R9

17、0 ，与 R 并联的交流电压表为理想电表在 t0 时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量 随时间t 按图乙所示正弦规律变化求：(1)交流发电机产生的电动势的最大值；(2)电路中交流电压表的示数解析：(1)根据交变电流的产生原理可知，交流发电机产生的电动势最大值Em nBS ，其中磁通量最大值 m BS，角速度 ，联立解得 Em ，分析图2T 2n mT乙，代入数据解得， Em200 V.(2)根据正弦式交流电有效值与最大值的关系可知，电动势的有效值 E 100 Em2 2V，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中电流的有效值 I A，故交流电压表的示ER r 2数 U IR90 V.2答

18、案：(1)200 V (2)90 V215(12 分)如图所示，变压器原线圈 n1800 匝，副线圈 n2200 匝，灯泡 A 标有“10 V 2 W”，电动机 D 的线圈电阻为 1 ，将交变电流 u100 sin100 t(V)加到理想2变压器原线圈两端，灯泡恰能正常发光，求：8(1)副线圈两端电压(有效值)；(2)电动机 D 的电功率解析：(1)原线圈两端电压(有效值)U1 V100 VUm12 10022由变压器变压比规律 知副线圈两端电压U1U2 n1n2U2 U125 V.n2n1(2)电动机两端电压 UD U2 UA15 V通过电动机的电流 I IA 0.2 APAUA电动机的功率

19、 PD UDI3 W.答案：(1)25 V (2)3 W16(12 分)(2017连云港期末)如图所示，在铁芯上绕着两个线圈 A 和 B，线圈 A 两端接一电源，线圈 B 两端接一阻值为 10 的电阻 R.已知线圈 A 的匝数为 11；线圈 B 的电阻为 5 ，匝数为 7，横截面积为 0.3 m2.(1)若 A 接的是一电动势为 11 V 的电池组，则电阻 R 两端的电压等于多少？(2)若 A 接某电源(电源上端为正极)使铁芯中的磁感应强度 B 随时间变化如图所示，求电阻 R 两端的电压值并指出流经电阻 R 的电流方向；(3)求(2)中 t0.35 s 时刻穿过线圈 B 的磁通量大小解析：(1

20、)根据电磁感应规律可知，若 A 接的是一电动势为 11 V 的电池组，线圈 A 产生稳定的磁场，穿过线圈 B 的磁通量不变，没有感应电动势产生，电阻 R 两端的电压等于零(2)若线圈 A 产生如图所示的磁场，根据法拉第电磁感应定律可知，线圈 B 产生的感应电动势 E n n S0.6 V. t B t根据闭合电路欧姆定律可知，电阻 R 两端的电压 U R0.4 V，根据楞次定律ER r9可知，流经电阻 R 的电流方向向下(3)分析 B t 图象可知， t0.35 s 时， B0.1 T，穿过线圈 B 的磁通量大小 BS0.03 Wb.答案：(1)零 (2)0.4 V，方向向下 (3)0.03

21、Wb17(12 分)一座小型水电站，水以 3 m/s 的速度流入水轮机，而以 1 m/s 的速度流出，流出水位比流入水位低 1.6 m，水的流量为 1 m3/s，如果水流机械能减少量的 75%供给发电机问：(1)若发电机效率为 80%，则发电机的输出功率为多大？(2)发电机的输出电压为 240 V，输电线路电阻为 16.7 ，允许损失的电功率为 5%，用户所需电压为 220 V，如图所示，则升压变压器和降压变压器的原、副线圈匝数比各是多少？(变压器为理想变压器， g 取 10 m/s2)解析：(1)每秒水流机械能损失为 E m(v v ) mg h210 4 J12 21 2发电机的输出功率为P 出 80%12 kW.75% Et(2)如题图所示 P 线 5% P 出 600 W因为 P 线 I R 线 ，所以 I 线 6 A2线又因 I2 I 线 6 A， I1 50 AP出U1所以对升压变压器有 I1I2 n2n1即 n1n2 I2I1 325又因为 I3 I 线 6 A， I4 AP出 P线U4 57011所以对降压变压器有 I3I4 n4n3即 .n3n4 I4I3 57066 9511答案：(1)12 kW (2) 325 951110