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2019-2020年高中物理 第五章 交流電提高鞏固練習(xí)（含解析）新人教版選修3-2 【鞏固練習(xí)】 一、選擇題 1．如圖所示，有一個(gè)理想變壓器，原線圈的匝數(shù)為n1，輸入電壓為U1，電流為I1；兩個(gè)副線圈的匝數(shù)分別為n2和n3，輸出電壓分別為U2和U3，電流分別為I2和I3，下列判斷正確的是（ ） A．U1∶U2=n1∶n2，U1∶U3=n1∶n3 B．I1∶I2=n2∶n1，I1∶I3=n3∶n2 C．n1I1=n2I2+n3I3 D．I1U1=I2U2+I3U3 2．如左圖所示，在閉合鐵芯上繞著兩個(gè)線圈M和P，線圈P與電流表構(gòu)成閉合回路。若在t1至t2這段時(shí)間內(nèi)，觀察到通過電流表的電流方向自上向下（即為由c經(jīng)電流表至d），則可以判斷出線圈M兩端的電勢(shì)差uab隨時(shí)間t的變化情況可能是圖中的（ ） 3．調(diào)壓變壓器是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖所示，線圈AB繞在一個(gè)圓環(huán)的閉合鐵芯上，AB間加上有效值不變的正弦式電壓U，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P的位置，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓，在輸出端連接了滑動(dòng)變阻器尺和理想交流電流表A，變阻器的滑動(dòng)觸頭為Q，則（ ） A．保持P的位置不動(dòng)，將Q向下移動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大 B．保持P的位置不動(dòng)，將Q向下移動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變小 C．保持Q的位置不動(dòng)，將P沿順時(shí)針方向移動(dòng)（不超過B）時(shí)，電流表的讀數(shù)變大 D．保持Q的位置不動(dòng)，將P沿順時(shí)針方向移動(dòng)（不超過B）時(shí)，電流表的讀數(shù)變小 4．如圖所示，理想變壓器原線圈與燈泡A串聯(lián)后，加上交變電流U1，副線圈兩端電壓為U2，接有B和C兩個(gè)燈泡。若A、B、C是三個(gè)完全相同的燈泡且均正常發(fā)光，則為（ ） A．4∶1 B．3∶1 C．2∶1 D．1∶1 5．平行板間加如圖所示周期性變化的電壓，重力不計(jì)的帶電粒子靜止在平行板中央，從t=0時(shí)刻開始將其釋放，運(yùn)動(dòng)過程無碰板情況，則選項(xiàng)中能正確定性描述粒子運(yùn)動(dòng)的速度圖象的是（ ） 6．圖中甲、乙分別表示兩種電壓的波形，其中圖甲所示電壓按正弦規(guī)律變化。下列說法正確的是（ ） A．圖甲表示交變電流，圖乙表示直流 B．兩種電壓的有效值相等 C．圖甲所示電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為U=311 sin100πt V D．圖甲所示電壓經(jīng)匝數(shù)比為10∶1的變壓器變壓后，頻率變?yōu)樵瓉淼? 7．如圖所示，理想變壓器的初級(jí)線圈接交流電源，次級(jí)線圈接阻值為R的負(fù)載電阻。若與初級(jí)線圈連接的電壓表V1的示數(shù)為U1，與次級(jí)線圈連接的電壓表V2的示數(shù)為U2，且U2＜U1，則以下判斷中正確的是（ ） A．該變壓器輸入電流與輸出電流之比為U1∶U2 B．該變壓器輸入功率與輸出功率之比為U2∶U1 C．通過負(fù)載電阻R的電流 D．通過初級(jí)線圈的電流 8．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，b是原線圈的中心抽頭，電壓表和電流表均為理想交流電表，從某時(shí)刻開始在原線圈c、d兩端加上交變電壓，其瞬時(shí)值表達(dá)式，則（ ） A．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時(shí)，電壓表的示數(shù)為22 V B．當(dāng)時(shí)，c、d間的電壓瞬時(shí)值為110 V C．單刀雙擲開關(guān)與a連接，在滑動(dòng)變阻器觸頭P向上移動(dòng)的過程中，電壓表和電流表的示數(shù)均變小 D．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時(shí)，電壓表和電流表的示數(shù)均變小 二、填空題 9．一交變電壓隨時(shí)間變化的圖象如左下圖所示，則此交變電流的頻率是________Hz，若將該電壓加在10μF的電容器上，則電容器的耐壓值不應(yīng)小于________V；若將該電壓加在一阻值為1 kΩ的純電阻用電器上，用電器恰能正常工作，為避免意外事故的發(fā)生，電路中保險(xiǎn)絲的額定電流不能低于________A。 10．如右上圖所示為一理想變壓器，初級(jí)接220 V正弦式電流，負(fù)載電阻R=10Ω，次級(jí)線圈b，c間匝數(shù)為10匝，當(dāng)把開關(guān)S由接b改接c時(shí)，通過R上的電流增加0.2 A，則通過變壓器鐵芯的磁通量變化率最大值是_______ Wb／s。（取兩位有效數(shù)字） 11．閉合線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為240 r／min，若線圈平面轉(zhuǎn)至與磁感線平行時(shí)的電動(dòng)勢(shì)為2 V，則從中性面開始計(jì)時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)表達(dá)方式為e=________V，從中性面起經(jīng)s，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為________。 三、解答題 12．如圖甲所示，兩平行金屬板的板長不超過0.2 m，板間的電壓u隨時(shí)間t變化的u-t圖線如圖乙所示，在金屬板右側(cè)有一左邊界為MN、右邊無界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.01 T，方向垂直紙面向里。現(xiàn)有帶正電的粒子連續(xù)不斷地以速度v0=105 m／s，沿兩板間的中線OO＇平行金屬板射入電場(chǎng)中，磁場(chǎng)邊界MN與中線OO＇垂直。已知帶電粒子的荷質(zhì)比C／kg，粒子的重力和粒子間相互作用力均可以忽略不計(jì)。 （1）在每個(gè)粒子通過電場(chǎng)區(qū)域的時(shí)間內(nèi)，可以把板間的電場(chǎng)強(qiáng)度看作是恒定的。試說明這種處理能夠成立的理由。 （2）設(shè)t=0.1 s時(shí)刻射入電場(chǎng)的帶電粒子恰能從平行金屬板邊緣穿越電場(chǎng)射人磁場(chǎng)，求該帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)速度的大小。 （3）對(duì)于所有經(jīng)過電場(chǎng)射入磁場(chǎng)的帶電粒子，設(shè)其射入磁場(chǎng)的入射點(diǎn)和從磁場(chǎng)射出的出射點(diǎn)間的距離為d，試判斷：d的大小是否隨時(shí)間而變化？若不變，證明你的結(jié)論；若變，求出d的變化范圍。 13．如圖所示，理想變壓器接在電壓為220 V的交流電源上，燈L1的額定電壓為6 V，L2的額定電壓為2 V，電阻分別為RL1=3Ωn和RL2=10Ω，接有電壓表的線圈為n3=5匝，當(dāng)S閉合在“1”處時(shí)兩燈正常發(fā)光，電壓表示數(shù)為1 V。 （1）在圖示情況下，另一副線圈的匝數(shù)n2以及電流表示數(shù)是多少？ （2）若將S由“1”合向“2”時(shí)，燈L1、L2和電流表示數(shù)如何變化？ 14．有一個(gè)阻值為R的電阻，若將它接在電壓為20 V的直流電源上時(shí)，消耗的電功率為P；若將它接在圖中的理想變壓器的次級(jí)線圈兩端時(shí)，消耗的電功率為。已知變壓器輸入的是正弦式電流，其電壓的最大值為200 V，不計(jì)電阻阻值隨溫度的變化，求： （1）理想變壓器次級(jí)線圈兩端電壓的有效值； （2）此變壓器的原、副線圈的匝數(shù)之比。 15．如圖所示，某發(fā)電廠的輸出電壓恒定，分別用甲、乙兩種線路向同一用電器送電，用電器上的功率相同。甲線路中不用變壓器，線路總電阻為0.9Ω；乙線路中在用電器處裝原、副線圈匝數(shù)比為9∶10的升壓變壓器，線路總電阻為1.8Ω，求： （1）甲、乙兩線路中輸電線損耗的功率之比是多少？ （2）用電器的電阻是多少？ 【答案與解析】 一、選擇題 1．【答案】ACD 【解析】根據(jù)變壓器的原理，可判斷選項(xiàng)A是正確的；對(duì)于理想變壓器來說，輸入功率等于輸出功率，選項(xiàng)D正確；電流跟線圈匝數(shù)成反比的關(guān)系只適用于輸出端只有一個(gè)副線圈工作時(shí)的情況，同樣，只有當(dāng)線圈2開路時(shí)，I1∶I3=n3∶n1才成立，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若兩個(gè)線圈同時(shí)工作，電流跟線圈匝數(shù)的關(guān)系要根據(jù)“輸入總功率等于輸出的總功率”關(guān)系來判斷。 根據(jù)I1U1=I2U2+I3U3，變形得， 代入，，整理得n1I1=n2I2+n3I3， 故選項(xiàng)C正確。 2．【答案】CD 【解析】由電流表中電流方向和右手定則知P中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向豎直向下，因四個(gè)選項(xiàng)中Uab均大于0，故可假設(shè)Ua＞Ub，Uab產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)方向是一致的，因此t1至t2時(shí)刻，M中的電流減小，即Uab減小。可以判定C、D正確，A、B錯(cuò)誤。 3．【答案】BD 【解析】如果保持P位置不動(dòng)，即副線圈兩端電壓不變，將P向下移動(dòng)，電阻變大，電流表示數(shù)減小，故A錯(cuò)，B對(duì)；保持Q不變，將P沿順時(shí)針方向移動(dòng)，副線圈匝數(shù)減小，電壓減小，電流表示數(shù)減小。故C錯(cuò)，D對(duì)。 4．【答案】B 【解析】A、B、C三個(gè)燈泡均正常發(fā)光時(shí)，設(shè)每個(gè)燈泡的額定電流為，，則副線圈中的電流I2=2I，原線圈的電流I1=I，由電流與匝數(shù)間的關(guān)系得；再根據(jù)電壓與匝數(shù)的關(guān)系，得 ，又U1=UA+Uab，而UA=U2，則U1=3U2，得，B選項(xiàng)正確。 5．【答案】A 【解析】由，可知帶電粒子做變速運(yùn)動(dòng)的加速度大小是定值，即，故C、D錯(cuò)誤。 由圖知0～與時(shí)間段內(nèi)加速度大小相等、方向相反，故粒子做單向直線運(yùn)動(dòng)，速度沒有反向，故A正確，B錯(cuò)誤。 6．【答案】C 【解析】因圖象的縱坐標(biāo)——電壓的正負(fù)表示電壓的方向，因此兩圖均為交變電流，A錯(cuò)；對(duì)于正弦式電流才有，雖然兩圖的峰值相同，但圖乙非正弦（余弦）式電流不適用上式有效值的求法，故B錯(cuò)；正弦式電流瞬時(shí)值的表達(dá)式為U=Umsinωt，由圖象可知Um=311 V，T=2×10－2 s，可得，代入上式得U=311sin100πt（V），故C對(duì)；由變壓器原理可知變壓器只能根據(jù)匝數(shù)比改變電壓和電流，它不會(huì)改變周期和頻率，故D錯(cuò)。 7．【答案】CD 【解析】理想變壓器的輸入功率等于它的輸出功率，即，所以，，則A、B均錯(cuò)，D正確。通過負(fù)載電阻R的電流，C正確，本題考查了理想變壓器的有關(guān)知識(shí)。 8．【答案】A 【解析】由正弦式電流的最大值與有效值的關(guān)系，可以確定原線圈電壓有效值為220 V，電壓表所測(cè)電壓值也是有效值，由變壓器原、副線圈電壓比等于匝數(shù)比，所以電壓表示數(shù)為22 V，A正確；將s代入瞬時(shí)值表達(dá)式計(jì)算得V，B錯(cuò)；對(duì)于理想變壓器，副線圈電壓只與原線圈電壓和原、副線圈匝數(shù)比有關(guān)，所以滑動(dòng)變阻器觸頭P向上移動(dòng)的過程中，電壓表示數(shù)不變，所以C錯(cuò)；開關(guān)由a扳向b，原、副線圈匝數(shù)比變小，所以副線圈電壓變大，電流變大，所以D錯(cuò)。 二、填空題 9．【答案】50 200 0.14 【解析】由圖知T=0.02 s，Um=200 V，而，所以f=50 Hz，電容器耐壓值應(yīng)不小于200 V，（A）。保險(xiǎn)絲熔斷電流指有效值，以電路中保險(xiǎn)絲熔斷電流不能低于0.14 A。 10．【答案】0.28 【解析】當(dāng)把開關(guān)S從b擲向c，流過R的電流增加了0.2 A，設(shè)R兩端電壓增加ΔU，即ΔU=IR=0.2×10 V=2V，而，,（匝），又，當(dāng)電壓為最大值時(shí)，有最大值，。 11．【答案】2sin8πt 1 V 【解析】由n=240 r／min=4 r／s得ω=2πn=2π×4 rad／s=8πrad／s。當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大，即Em=2 V，所以e=Emsinωt=2 sin8πt V。時(shí)，e=2sin8π×V=2sinV=2×V=1 V。 三、解答題 12．【答案】見解析 【解析】（1）粒子穿過金屬板間的時(shí)間，板間電場(chǎng)周期T=0.2 s。因，故在t時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為板間場(chǎng)強(qiáng)恒定。 （2）t=0.1 s時(shí)，U=100 V，由，得。 （3）設(shè)某時(shí)刻從電場(chǎng)中射出的粒子速度為v，方向與水平成角，如圖所示，則有v=v0／cos， 進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)， 由qvB=mv2／R，得。 由幾何關(guān)系可得粒子射入與射出點(diǎn)距離為。 故d的大小恒為0.2 m，不隨時(shí)間變化。 13．【答案】（1）40匝 5.6×10－2 A （2）變暗 減小 【解析】（1）由于S閉合在“1”處時(shí)兩燈正常發(fā)光，所以UL1=6 V，UL2=2 V，即U2=8 V，由，得n2=40匝，由P入=P出代入數(shù)據(jù)得I=5.6×10－2 A。 （2）S由“1”合向“2”，n1增大，n2、n3不變，U2減小，IL1、IL2減小，燈變暗，由n1I1=n2I2減小，電流表示數(shù)減小。 14．【答案】（1）V （2）10∶1 【解析】（1）由，得，，解得V。 （2）由題意知U1m=200 V，所以V，所以。 15．【答案】（1） （2）11Ω 【解析】（1）由用電器的功率相同，得甲圖中：；乙圖中：，所以 。 （2）由U源=IR甲+IR用，，解得R用=11Ω。