第五章交流电过关检测

(时间:45分钟　满分:100分)

一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确,选对得6分,漏选得4分,错选得0分,把正确选项前的字母填在题后的括号内)

1.照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的,可是我们在晚上七八点钟用电高峰开灯时电灯比深夜时要显得暗,这是因为此时(　　)。

A.总电阻比深夜时大,干路电流小,每盏灯分到的电压就小

B.总电阻比深夜时大,干路电流小,每一支路的电流就小

C.总电阻比深夜时小,干路电流大,输电线上损失的电压大

D.干路电流一定,支路比深夜时多,分去了一部分电流

答案:C

解析:总电阻减小,总电流增大,线路电路造成的损失电压ΔU=IR线增大,电灯得到的电压减小,所以灯泡此时显得要暗些。

2.线圈在磁场中匀速转动产生的交流电动势为e=10sin 20πt V,则下列说法正确的是(　　)。

A.t=0时,线圈平面位于中性面

B.t=0时,穿过线圈的磁通量最大

C.t=0时,导线切割磁感线的有效速度最大

D.t=0.4 s时,e达到峰值10 V

答案:AB

解析:根据交流电动势的瞬时值表达式可判断为正弦式交变电流,当t=0时,e=0,所以此时磁通量的变化率为零,导线切割磁感线的有效速度为零,但此时穿过线圈的磁通量最大,线圈平面位于中性面,所以A、B正确,C错误;当t=0.4 s时,e=10sin 20πt V=10sin 8π V=0,所以D错误。

3.一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化的图象如图甲所示,则下列说法正确的是(　　)。

A.t=0时刻,线圈平面与中性面垂直

B.t=0.01 s时刻,Φ的变化率最大

C.t=0.02 s时刻,交流电动势达到最大

D.该线圈相应产生的感应电动势的图象如图乙所示

答案:B

解析:由图甲可知t=0时刻穿过线圈的磁通量最大,线圈在中性面位置,A错误;t=0.01 s时,Φ=0,Φ的变化率最大,交流电动势最大,B正确;t=0.02 s时,Φ最大,交流电动势为零,C错误;由以上分析可知D错误。

4.一根电阻丝接入100 V的恒定电压电路中,在1 min内产生的热量为Q,同样的电阻丝接入正弦交变电流的电路中,在2 min内产生的热量也为Q,则该交流电压的峰值是(　　)。

A.141.4 V　　　　　　　　B.100 V

C.70.7 V    D.50 V

答案:B

解析:根据Q=得=,U=100/ V,Um=U=100 V。

5.(2011·全国新课标)如图,一理想变压器原副线圈的匝数比为1∶2,副线圈电路中接有灯泡,灯泡的额定电压为220 V,额定功率为22 W;原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关,灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数,则(　　)。

A.U=110 V,I=0.2 A

B.U=110 V,I=0.05 A

C.U=110 V,I=0.2 A

D.U=110 V,I=0.2 A

答案:A

解析:由灯泡正常发光可知,U'=220 V,I'==0.1 A;U=U'=110 V,I=I'=0.2 A,电压表、电流表的示数均为有效值,故选项A正确。

6.(2009·四川理综)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,R1=20 Ω,R2=30 Ω,C为电容器。已知通过R1的正弦交流电如图乙所示,则(　　)。

A.交流电的频率为0.02 Hz

B.原线圈输入电压的最大值为200 V

C.电阻R2的电功率约为6.67 W

D.通过R3的电流始终为零

答案:C

解析:周期T=0.02 s,f==50 Hz,A错;U输出=×R1=10 V,U输入=U输出=100 V,输入电压最大值Um=U输出=200 V,B错;U1=R1=10 V,U2=U1,P2== W=6.67 W,C对;电容器通交流,隔直流,I3≠0,D错。

7.如图所示,理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2,输电线的等效电阻为R。开始时,开关S断开。当S闭合时,以下说法中不正确的是(　　)。

A.副线圈两端M、N的输出电压减小

B.副线圈输电线的等效电阻R上的电压降增大

C.通过灯泡L1的电流减小

D.原线圈中的电流增大

答案:A

解析:理想变压器输入电压不变,则副线圈M、N两端的输出电压不变。S闭合时,总电阻变小,由欧姆定律I2=知,流过R的电流增大,电阻R上的电压降UR=I2R增大。副线圈中的电流增大,而输入功率等于输出功率,即I1U1=I2U2,故原线圈中的电流I1也增大。UMN不变,UR变大,所以=UMN-UR变小,流过灯泡L1的电流减小,故应选A项。

8.如图(a)所示,A、B为两个相同的环形线圈,共轴并靠近放置,A线圈中通有如图(b)所示的电流i,则下列说法中错误的是(　　)。

A.在t1~t2时间内A、B两线圈相吸

B.在t2~t3时间内A、B两线圈相斥

C.t1时刻两线圈间的相互作用力为零

D.t2时刻两线圈间的相互作用力最大

答案:D

解析:在t1~t2时间内,穿过B线圈的磁通量变小,B中产生与A中方向相同的感应电流,两线圈相吸,同理t2~t3时间内两线圈相斥。t1时刻=0,故B中感应电流为零,两线圈间的相互作用力为零。t2时刻i=0,即A线圈中电流为零,故A、B间无相互作用力。由以上分析知,只有选项D是错误的。

二、填空题(本题共2小题,共17分。将正确答案填在题中横线上或按题目要求作答)

9.(9分)在交流电路中,如果电源电动势的最大值不变,频率可以改变,在如图所示电路的a、b两点间逐次将图中的电路元件(1)(2)(3)单独接入,当使交变频率增加时,可以观察到A1读数　　　　,A2读数　　　　,A3读数　　　　。(以上各空填“不变”“增大”或“减小”) 

答案:增大　不变　减小

解析:接入(1)时,电容对交变电流有阻碍作用,而容抗随交流电的频率增加而减小,故A1读数增大;接入(2)时,电阻对交变电流有阻碍作用,且电阻的大小与交变电流的频率无关,故交变电流的频率增加时,A2读数不变;接入(3)时,电感对交变电流有阻碍作用,而感抗随交变电流频率的增加而增大,故当交变电流的频率增加时,A3的读数减小。

10.(8分)闭合线圈在匀强磁场中匀速转动,转速为240 r/min,若线圈平面转至与磁感线平行时的电动势为2 V,则从中性面开始计时,所产生的感应电动势表达式为e=　　　 V,从中性面起经 s,感应电动势的大小为　　　　　。 

答案:2sin 8πt　1 V

解析:由n=240 r/min= r/s=4 r/s

得ω=2πn=2π×4 rad/s=8π rad/s,当线圈平面与磁感线平行时,感应电动势最大,即Em=2 V。

所以e=Emsin ωt=2sin 8πt V

t= s时,e=2sin 8π× V=2sin  V=2× V=1 V。

三、解答题(本题共2小题,共35分。解答应写出必要的文字说明、方程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)

11.(18分)如图所示,AB间为交流电源,电压u=311sin100πt,经过某“过滤”装置P后将如图甲所示正弦交流电滤去一半,得到如图乙所示的交流电,求:

(1)CD间接打点计时器时打点周期为多大?

(2)CD间接有“220 V 40 W”灯泡时其发光功率为多大?

(3)CD间能否连接“220 V 20 μF”的电容器?

答案:(1)见解析　(2)20 W　(3)不能

解析:(1)过滤前交流电的周期T== s=0.02 s。

过滤前打点计时器每经0.02 s打一次点。

过滤后电流变化周期还是0.02 s。如果打点计时器的振针是向下振动时,打点周期不变,为0.02 s;若打点计时器的振针向上振动时,不能打点。

(2)题图乙所示交流电的有效值为U,有

·=·T

U=Um= V。

由P=知=知此时小灯泡的功率

P=20 W。

(3)过滤后,电流的最大值不变,大小为311 V,电容器的电压“220 V”是击穿电压,所以不能直接连接在CD间。

12.(17分)(2011·宁德高二检测)一个小型水力发电站(如图所示),发电机输出电压U0=250 V,内电阻可以忽略不计,最大输出功率为Pm=30 kW,它通过总电阻R线=2.0 Ω的输电线直接向远处的居民区供电。设居民区所有用电器都是额定电压U用=220 V的白炽灯,总功率为P用=22 kW,不计灯丝电阻随温度的变化。

(1)当居民区的电灯全部使用时,电灯两端的电压是多少伏?发电机实际输出的电功率多大?

(2)若采用高压输电,在发电机端用升压变压器,在用户端用降压变压器,且不计变压器和用户线路的损耗。已知用户变压器的降压比为40∶1,当全部用户电灯正常发光时,输电线上损耗的功率多大?

答案:(1)131 V　14.9 kW　(2)12.5 W

解析:(1)如题图,由P用=/R用求得用户总的电阻R用=2.2 Ω,电路中的电流为

I=U0/(R用+R线)=250 V/4.2 Ω=59.5 A

U灯=IR用=130.9 V≈131 V

P输=U0I=14 875 W≈14.9 kW。

(2)如题图,P用=U4I4,U4=220 V,I4==100 A

I3/I4=n4/n3,I3=I4/40=2.5 A

P损=R线=12.5 W。