2020-2021学年第三章 交变电流综合与测试课时作业

这是一份2020-2021学年第三章 交变电流综合与测试课时作业，共12页。试卷主要包含了选择题Ⅰ，选择题Ⅱ，非选择题等内容，欢迎下载使用。
第三章　过关检测(时间：90分钟　满分：100分)一、选择题Ⅰ(本题共6小题，每题4分，共24分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分)1.一理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2=10∶1，原线圈与正弦式交流电源连接，输入电压u随时间t变化的规律如图所示，副线圈只接入一个10 Ω的电阻，则(　　)　 　　　　　　　　　　　　　　　A.流过电阻的电流最大值为2.2 A B.与电阻并联的电压表示数为31.1 VC.电阻在1.0 s内产生的热量为96.8 J D.变压器的输入功率约为48.4 W2.下图中变压器为理想变压器，四个灯泡L1、L2、L3、L4都标有“4 V　4 W”，变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=4∶1。要求灯泡不能被烧毁，假设灯泡电阻不变，则a、b间交流电压的有效值不能超过(　　)A.25 V B.24 VC.20 V D.16 V3.如图所示，理想变压器的原线圈接在u=220sin 100πt (V)的交流电源上，副线圈接有R=110 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为4∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是(　　)A.电流表的读数为2 A B.原线圈的输入功率为27.5 WC.电压表的读数为77.8 V D.副线圈输出交变电流的周期为50 s4.图甲中的变压器为理想变压器，原线圈匝数n1与副线圈匝数n2之比为10∶1，变压器的原线圈接如图乙所示的正弦式交变电流，电阻R1=R2=R3=20 Ω，与电容器C连接成如图所示的电路，其中电容器的击穿电压为8 V，电表均为理想交流电表，开关S处于断开状态，则(　　)甲乙A.电压表的读数为10 V B.电流表的读数为0.05 AC.电阻R2上消耗的功率为2.5 W D.若闭合开关S，电容器会被击穿5.一理想变压器的原、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的正弦式交流电源上，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，则(　　)A.U=66 V，k=  B.U=22 V，k=C.U=66 V，k=  D.U=22 V，k=6.一自耦调压变压器(可看作理想变压器)的电路如图甲所示，移动滑动触头P可改变副线圈匝数。已知变压器线圈总匝数为1 900，原线圈匝数为1 100，接在如图乙所示的交流电源上，电压表为理想电表，则(　　)甲乙A.交流电源电压瞬时值的表达式为u=220sin πt (V)B.P向上移动时，电压表的示数变大，最大示数为380 VC.P向下移动时，变压器的输入功率不变D.P向下移动时，通过原线圈的电流减小二、选择题Ⅱ(本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目7.将如图所示的交流电源加在原、副线圈匝数比为4∶1的理想变压器的原线圈两端，已知副线圈接阻值R=11 Ω的定值电阻，则下列说法正确的是(　　)A.交变电流的频率为50 HzB.该理想变压器的输入功率为输出功率的4倍C.副线圈电压的有效值为55 VD.流过原线圈的电流大小为1.25 A8.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=40 Ω，电容器的电容C=100 μF，已知电阻R1两端的正弦式交流电压如图乙所示，下列说法正确的是(　　)甲乙A.该交变电流的频率为50 HzB.原线圈输入电压的有效值为200 VC.电容器的电荷量为4×10−3 C D.电阻R2消耗的功率为20 W9.如图所示，理想变压器上接有三个完全相同的灯泡，其中一个灯泡与原线圈串联，另外两个灯泡并联后接在副线圈两端。已知交流电源的电压u=18sin 100πt(V)，三个灯泡均正常发光，忽略导线电阻，则变压器(　　)A.副线圈电压的频率为100 HzB.原线圈两端的电压为12 VC.原、副线圈的电流比为2∶1D.原、副线圈的匝数比为2∶110.如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，电压表为理想电表，R为光敏电阻(其阻值随光的增强而减小)，L1、L2、L3是三个额定电压均为10 V的灯泡，其中L2、L3规格相同。原线圈接入如图乙所示的正弦式交流电源，三个灯泡均正常发光，设灯泡不会烧坏，下列说法正确的是(　　)甲乙A.电路中电流1 s内改变50次方向B.灯泡L1、L2的电功率之比为1∶5C.若将灯泡L1换为一个理想二极管，则电压表示数为11 VD.若将灯泡L1换为一个理想电流表，把照射R的光减弱，L2、L3仍然可能正常发光三、非选择题(本题共7小题，共60分)11.(6分)为了探究交变电流的电动势最大值跟哪些因素相关，现将几个单匝面积S、匝数N均相等的闭合线圈都放在同一有界匀强磁场中，使其绕如图中所示的固定转轴(虚线)以相同的转速n匀速转动，图甲、乙、丙、丁中的线圈所产生的正弦式交变电流的电动势最大值分别用“EmA”“EmB”“EmC”和“EmD”表示，则EmA　　　　EmB，EmB　　　　EmC，EmC　　　　EmD。(均选填“>”“<”或“=”) 12.(6分)图甲为一台小型发电机的示意图，单匝线圈逆时针转动。若从中性面开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示。已知发电机线圈内阻为1.0 Ω，外接灯泡的电阻为9.0 Ω。则流经灯泡的瞬时电流的表达式为　　　　　　　　　　　　；转动过程中穿过线圈的最大磁通量为　　　　 Wb；线圈匀速转动一周的过程中，外力所做的功为　　　 J。 甲乙13.(6分)下图是自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图，转轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮。电枢线圈绕在固定的U形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦式交变电流，给车头灯供电。已知自行车车轮半径r=35 cm，摩擦小轮半径r0=1.00 cm，线圈匝数n=800，线圈横截面积S=20 cm2，总电阻R1=40 Ω，旋转磁极的磁感应强度B=0.01 T，车头灯电阻R2=10 Ω。当车轮转动的角速度ω=8 rad/s时，发电机磁极转动的角速度为　　　　　 rad/s；车头灯中电流的有效值为　　　　　 mA。14.(9分)如图所示，理想变压器原线圈Ⅰ接到220 V的交流电源上，副线圈Ⅱ的匝数为30，与一标有“12 V　12 W”字样的灯泡L连接，灯泡正常发光。副线圈Ⅲ的输出电压为110 V，电流为0.4 A。求：(1)副线圈Ⅲ的匝数；(2)原线圈Ⅰ的匝数以及通过原线圈的电流。15.(9分)一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n=100。穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化，如图所示，发电机内阻r=5.0 Ω，外电路电阻R=95 Ω。已知感应电动势的最大值Em=nωΦm，其中Φm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。16.(12分)下图为远距离输电的示意图。已知某个小型发电机的输出功率为90 kW，发电机的电压为250 V，通过升压变压器升高电压后向远处输电，输电线总电阻为5 Ω，在用户端用一降压变压器把电压降为220 V，要求在输电线上损失的功率控制为2 kW(即用户得到的功率为88 kW)，求：(1)降压变压器输出的电流和输电线上通过的电流；(2)输电线上损失的电压和升压变压器输出的电压；(3)两个变压器各自的匝数比。17.(12分)某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为π，磁场均沿半径方向。匝数为n的矩形线圈abcd的边长lab=lcd=l，lbc=lad=2l，线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场。在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。求：(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em；(2)线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F；(3)通过外接电阻的电流的有效值I。 参考答案1.D　原线圈电压最大值为311 V，有效值为220 V，根据 可知副线圈电压最大值为31.1 V，有效值为22 V，所以流过电阻的电流最大值为3.11 A，与电阻并联的电压表示数为22 V，选项A、B错误；电阻在1.0 s内产生的热量Q=I2Rt=48.4 J，选项C错误；输入功率等于输出功率等于48.4 W，选项D正确。2.A　由题图可知，L2与L3并联后与L4串联，故L4中电流为L2与L3电流之和，L1电流为原线圈中的电流，而L4电流等于副线圈中的电流，根据电流之比与线圈匝数之比的关系可得，故L4应达到额定功率，即输出电流为I2= A=1 A，L2与L3中电流均为0.5 A，此时并联部分电压为2 V，变压器输出电压为U2=(4+2) V=6 V，输入电压为U1=U2=24 V，此时灯泡L1中电流为0.25 A，电压为1 V，故ab两端的电压最大值为Um=(24+1) V=25 V，故选项A正确。3.B　原线圈电压有效值为U1=220 V，则根据匝数比可得副线圈电压有效值U2=55 V，则副线圈电流有效值I2= A=0.5 A，则电流表的读数为I1=I2=0.125 A，选项A错误；原线圈的输入功率为P1=U1I1=27.5 W，选项B正确；电压表的读数为U2=55 V，选项C错误；副线圈输出交变电流的周期为T==0.02 s，选项D错误。4.C　开关断开时，副线圈电路为R1和R2串联，电压表测量R2两端的电压，由题图乙可知原线圈电压为100 V，所以副线圈电压为10 V，则电压表的读数是R2两端的电压，为5 V=7.07 V，故选项A错误；由选项A的分析可知，副线圈电流为I2= A=0.25 A，所以原线圈电流为I1=I2=0.025 A，故选项B错误；电阻R1、R2上消耗的功率为P=R=(0.25)2×20 W=2.5 W ，故选项C正确；当开关闭合时，R1与R3并联后和R2串联，电容器的电压为并联部分的电压，并联部分电阻为R并=10 Ω，所以并联部分的电压为UC=U2=×10 V= V ，最大值为 V= V<8 V，所以电容器不会被击穿，故选项D错误。5.A　设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则，故k=。设原线圈两端的电压为U1，则，故U1=3U，而原线圈上电阻分担的电压为U，故+3U=220 V，解得U=66 V。选项A正确。6.D　由题图乙可知，电源电动势最大值为Em=220 V，周期为T=0.02 s， ω==100π rad/s，则交流电源电压瞬时值的表达式为u=220sin 100πt(V)，选项A错误；电压表的示数为交流电压的有效值，原线圈电压有效值U1==220 V，原线圈匝数n1不变，由原、副线圈电压关系可知，副线圈匝数最大时，副线圈电压U2最大，最大值为U2= V=380 V，即电压表示数最大值为380 V，选项B错误；变压器的输入功率由负载决定，即变压器的输入功率等于电阻R消耗的功率P=，P向下移动时，副线圈匝数减少，电压U2减小，所以功率减小，选项C错误；变压器原、副线圈电流关系为，解得原线圈电流为I1=I2，副线圈电流I2=，联立解得I1=，P向下移动时，副线圈匝数n2减少，则I1减小，选项D正确。7.ACD　由题图像可知交变电流的周期为T=0.02 s，则其频率为f==50 Hz，选项A正确；理想变压器的输入功率和输出功率相等，选项B错误；由题图像可知交流电源的电压的最大值为311 V，所以输入电压的有效值为U1= V=220 V，根据电压比与匝数比的关系可知副线圈电压的有效值为55 V，选项C正确；对副线圈，I2= A=5 A，由得I1=I2=×5 A=1.25 A，选项D正确。8.ABD　由题图乙得周期T=0.02 s，则交变电流的频率为f==50 Hz，故选项A正确；由题图乙得变压器的输出电压的最大值为U2max=40 V，则输出电压的有效值为U2==20 V，根据理想变压器两端的电压比等于匝数比，有，解得原线圈输入电压的有效值U1=10U2=200 V，故选项B正确；电容器两端电压在不断变化，所以电容器的电荷量是不断变化的，故选项C错误；副线圈的电路中R2与R1并联，电压相等，则其功率为PR2= W=20 W，故选项D正确。9.BD　根据交流电源的电压u=18sin 100πt(V)，可知周期T= s=0.02 s，则频率为f== 50 Hz，选项A错误；设每个灯泡的额定电流为I，额定电压为U，因并联在副线圈两端的两个灯泡正常发光，所以副线圈中的总电流为2I，原、副线圈电流之比为1∶2，根据原、副线圈中电流之比与匝数之比的关系得，故选项C错误，D正确；根据得原线圈两端电压为U1=U2=2U，交流电源电压为U'=U+2U=3U，该交流电源电压的最大值为18 V，则有效值为18 V，所以3U=18 V，则灯泡的额定电压为6 V，原线圈两端的电压等于2U=12 V，选项B正确。10.BD　由题图乙可知交变电流的周期为T=2×10−2 s，所以频率为f= Hz=50 Hz，所以电路中电流1 s内改变100次方向，故选项A错误；理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，故原、副线圈电流之比为，又因为L2、L3规格相同，所以L2的电流等于副线圈电流的一半，所以流过L1、L2电流之比为IL1∶IL2=1∶5，因为三个灯泡均正常发光，电压相同，故由P=UI可知电功率之比等于电流之比，即PL1∶PL2=IL1∶IL2=1∶5，故选项B正确；若将灯泡L1换为一个理想二极管，则根据二极管单向导电性可知输入电压图像为根据有效值定义可得·T，解得有效值U=110 V，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，故副线圈电压为11 V，即电压表示数为11 V，故选项C错误；若将灯泡L1换为一个理想电流表，则原线圈电压增加，副线圈电压增加，把照射R的光减弱，则阻值增加，根据I=，可知副线圈电流可能不变，流过L2、L3的电流可能不变，即L2、L3仍然可能正常发光，故选项D正确。11.【答案】=　>　<【解析】根据法拉第电磁感应定律知Em=NBSω，其中ω=2πn，题图甲、题图乙中闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场且过线圈平面的转轴匀速转动，满足产生正弦式交变电流的条件，能产生正弦式交变电流，并且EmA=EmB=NBSω=2πNBSn；而图丙中转轴平行于磁场，转动过程中，穿过线圈的磁通量始终为零，故图丙线圈中不能产生正弦式交变电流。在图丁中虽然始终有一边切割磁感线，能产生正弦规律的感应电动势，但是只有一半线圈在磁场中，所以其有效面积小于面积S，故有EmA=EmB>EmD>EmC。12.【答案】i=0.6sin 100πt(A)　2.7×10−2　7.2×10−2【解析】由题图得ω==100π rad/s，所以发电机产生的电动势e=Emsin ωt=6sin 100πt(V)，则流经灯泡的电流i==0.6sin 100πt(A)；由Em=BSω，Em=6 V，ω=100π rad/s，得Φ=BS= Wb=2.7×10−2 Wb；E==6 V，外力所做的功W=Q=T=7.2×10−2 J。13.【答案】280　64【解析】磁极与摩擦小轮转动的角速度相等，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，故有ω0r0=ωr，则ω0==280 rad/s。摩擦小轮带动磁极转动，线圈产生的感应电动势的最大值为Em=nBSω=4.48 V，感应电动势的有效值E=Em=3.2 V，通过车头灯电流的有效值I==0.064 A=64 mA。14.【答案】(1)275　(2)550　0.25 A【解析】(1)已知U2=12 V，n2=30，U3=110 V由得n3=n2=275。(2)已知U1=220 V，根据得原线圈Ⅰ的匝数n1=n2=550原线圈Ⅰ的输入功率P1=P2+P3=P2+I3U3=56 W通过原线圈Ⅰ的电流I1==0.25 A。15.【答案】1.4 A【解析】从题图像可以看出Φm=1.0×10−2 WbT=3.14×10−2 s已知Em=nωΦm又ω=，故电路中电流最大值Im== A=2 A交流电流表读数I==1.4 A。16.【答案】(1)400 A　20 A　(2)100 V　4 500 V(3)1∶18　20∶1【解析】(1)由P=I4U4得降压变压器输出电流为I4= A=400 A由P损=r得输电线上通过的电流I2= A=20 A。(2)由欧姆定律可知输电导线上损失的电压为U损=I2r=20×5 V=100 V根据升压变压器功率守恒可得升压变压器输出电压U2= V=4 500 V。(3)由输电导线上两端电压的关系可知降压变压器原线圈两端的电压为U3=U2−U损=4 500 V−100 V=4 400 V根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系可知。17.【答案】(1)2nBl2ω　(2)　(3)【解析】(1)bc、ad边的运动速度v=ω故感应电动势Em=4nBlv=2nBl2ω。(2)电流Im=故bc边所受安培力F=2nBIml=。(3)一个周期内，有电流通过的时间t=T，R上消耗的电能W=Rt=I2RT解得I=。