(課標人教版)2020年《高考風向標》物理 第11章交變電流電磁振蕩與電磁波單元試題

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1、交變電流、電磁振蕩與電磁波單元測試題 第I卷(共48分) 一、選擇題 共12小題在每小題給出的四個選項中,有一個或一個以上選項符合題目要求,全部選對得4分,選不全得2分,有選錯或不答的得0分 1.(2020山東青島)物理興趣小組的同學將10 m的導線與靈敏電流表相連,組成閉合電路,甲、乙兩個同學,東西方向站立,迅速搖動這條導線,如圖13-4-1所示.在其他條件不變的情況下,下列說法正確的是( ) A.沒有電流通過電流表 B.通過電流表的電流是直流電 C.通過電流表的電流是交流電 D.搖動的角速度越大,電路中的電流最大值越大 2.(2020北京西城)某交流發(fā)電機產生的感應電

2、動勢與時間的關系如圖13-4-2所示如果其他條件不變,僅使線圈的轉速變?yōu)樵瓉淼囊话耄瑒t交流電動勢的最大值和周期分別變?yōu)椋? ) A.200V,0.08s B.25V,0.04s C.50V,0.08s D.50V,0.04s 3.(2020山東濟寧)一正弦交流電的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖13-4-3所示由圖可知( ) A.該交流電壓的瞬時值表達式為 100sin(25t)V B.該交流電的頻率為25Hz C.該交流電壓的最大值為100V D.若將該交流電加在阻值的電阻兩端,則電阻消耗的功率是50W 4.一只電飯煲和一臺洗衣機同時并入u=311sin3

3、14tV的交流電源上,均正常工作,用電流表分別測得電飯煲的電流是5A;洗衣機的電流是0.5A,下列說法正確的是( ?。? A.電飯煲的電阻是44Ω,洗衣機電動機線圈電阻是440Ω B.電飯煲消耗的功率為1555W,洗衣機電動機消耗的功率為155.5W C.1分鐘內電飯煲消耗的電能為6.6×104J,洗衣機電動機消耗的電能為6.6×103J D.電飯煲發(fā)熱功率是洗衣機電動機發(fā)熱功率的10倍 5.如圖13-4-4(a)是電熱毯的電路圖,電熱絲接在u=311sin100πtV的電源上,被加熱到一定溫度后,通過裝置P使輸入電壓變?yōu)槿鐖D13-4-4(b)所示的波形,從而進入保溫狀態(tài)若電熱絲的電

4、阻R保持不變,此時交流電壓表的示數是( ) A.100V B.155.5V C.220V D.311V 6.(2020北京海淀)t/×10-2s u/V 0 220 -220 1 2 3 4 圖1 圖1所示為理想變壓器原線圈所接正弦交流電源兩端的電壓-時間圖象。原、副線圈匝數比n1∶n2=10:1,串聯在原線圈電路中交流電流表的示數為1A,則 ( ) A.變壓器原線圈所接交流電壓的有效值為220V B.變壓器輸出端所接電壓表的示數為22V C.變壓器輸出端交變電流的頻率為50Hz D.變壓器的輸出功

5、率為220W A B C D E 7.(2020錦州調研)如圖所示,一理想變壓器原副線圈匝數比為4:1,圖中五只電燈完全相同,若B、C、D、E都能正常發(fā)光,則A燈( ) A .一定能正常發(fā)光 B .比正常發(fā)光暗 C .比正常發(fā)光亮 D .一定被燒壞 8.(2020江蘇揚州)如圖13-4-6所示,理想變壓器原、副線圈的匝數比為10:1,b是原線圈的中心抽頭,電壓表和電流表均為理想電表,從某時刻開始在原線圈c、d兩端加上交變電壓,其瞬時值表達式為u1=220sin100πt(V),則( ) A.當單刀

6、雙擲開關與a連接時,電壓表的示數為22V B.當t=s時,c、d間的電壓瞬時值為110V C.單刀雙擲開關與a連接,在滑動變阻器觸頭P向上移動的過程中,電壓表和電流表的示數均變小 D.當單刀雙擲開關由a扳向b時,電壓表和電流表的示數均變小 9.汽車消耗的主要燃料是柴油和汽油柴油機是靠壓縮汽缸內的空氣點火的;而汽油機做功沖程開始時,汽缸中的汽油—空氣混合氣是靠火花塞點燃的但是汽車蓄電池的電壓只有12V,不能在火花塞中產生火花,因此,要使用如圖13-4-8所示的點火裝置,此裝置的核心是一個變壓器,該變壓器初級線圈通過開關連到蓄電池上,次級線圈接到火花塞的兩端,開關由機械控制,做功沖程開始時

7、,開關由閉合變?yōu)閿嚅_,從而在次級線圈中產生10000V以上的電壓,這樣就能在火花塞中產生火花了下列說法正確的是( ) A.柴油機的壓縮點火過程是通過做功使空氣的內能增大的 B.汽油機點火裝置的開關若始終閉合,次級線圈的兩端也會有高壓 C.接該變壓器的初級線圈的電源必須是交流電源,否則就不能在次級產生高壓 D.汽油機的點火裝置中變壓器的次級線圈匝數必須遠大于初級線圈的匝數 10. (2020廣東六校聯考)某電廠發(fā)電機的輸出電壓穩(wěn)定,它發(fā)出的電先通過電廠附近的升壓變壓器升壓,然后用輸電線路把電能輸送到遠處居民小區(qū)附近的降壓變壓器,經降低電壓后輸送到用戶,設升、降變壓器都是理想變壓器

8、,那么在用電高峰期,白熾燈不夠亮,但電廠輸送的總功率增加,這時( ) A.升壓變壓器的副線圈的電壓變大 B.降壓變壓器的副線圈的電壓變大 C.高壓輸電線路的電壓損失變大 D.用戶負載增多,高壓輸電線中的電流減小 11.(2020北京海淀)關于電磁場和電磁波,下列敘述中正確的是( ) A.恒定的電場產生能夠產生電磁波 B.電磁波的傳播需要介質 C.電磁波從一種介質進入另一種介質,頻率不變 D.電磁波的傳播過程也傳遞了能量 12.電磁波包括的范圍很廣,產生的機理有所不同,下列說法正確的是( ) A.紅外線、可見光、紫外線是原子外層電子受激發(fā)而產生的 B.倫琴射

9、線是原子核受激發(fā)而產生的 C.γ射線是原子核受激發(fā)而產生的 D.無線電波是振蕩電路的電子周期性運動而產生的 第II卷(共102分) 二、非選擇題. 按題目要求作答. 解答題應寫出必要的文字說明、方程和重要演算步驟,只寫出最后答案的不得分.有數值計算的題,答案中必須明確寫出數值和單位. 13.(16分)如圖13-4-10所示,在真空中,半徑為R=5L0的圓形區(qū)域內存在勻強磁場,磁場方向垂直紙面向里.在磁場右側有一對平行金屬板M和N,兩板間距離為d=6L0,板長為L=12L0,板的中心線O1O2與磁場的圓心O在同一直線上. 給M、N板加上電壓U0,其變化情況如圖13-4-11所示.有一電

10、荷量為q、質量為m的帶電的粒子,從M、N板右側沿板的中心線,在t=0或t=T/4時刻以速率v向左射入M、N之間,粒子在M、N板的左側剛好以平行于M、N板的速度射出.若上述粒子經磁場后又均能平行于M、N極板返回電場,而電場變化的周期T未知,求磁場磁感應強度B相應必須滿足的條件.(不計粒子重力) (二)必做題 14.(8分)物理興趣小組的同學發(fā)現不同的變壓器,它們的初級線圈和次級線圈的匝數都不一樣,于是他們提出了一個這樣的探究問題:是不是變壓器的輸出電壓與變壓器的匝數有關呢?為了驗證自己的猜想,他們進行了以下的探究實驗: 實驗器材有:可拆變壓器(即初級線圈、次級線圈匝數都可改變),交

11、流電流表,學生電源(可輸出低壓交流電)其實驗原理圖如圖13-4-12所示,每次實驗后每同時改變依次初級線圈、次級線圈的匝數,并將每次實驗時初級線圈、次級線圈的匝數記錄在表格中,同時將每次初級線圈的輸入電壓、次級線圈的輸出電壓也記錄在下表中: 試驗次數 初級線圈匝數n1(匝) 次級線圈匝數n2(匝) n1/n2 初級線圈的輸入電壓U1(V) 次級線圈的輸出電壓U2(V) U1/U2 1 1800 900 4 1.98 2 1500 750 4 1.99 3 1000 500 4 2.00 4 800 400 4 1

12、.99 (1)計算出每次實驗所用的初級線圈與次級的匝數比以及初級線圈的輸入電壓與次級線圈的輸出電壓之比并填入表中 (2)通過以上實驗的數據分析,得出相應的規(guī)律: 15.(16分)為了測定和描繪“220V,40W”白熾電燈燈絲的伏安特性曲線,可以利用調壓變壓器供電.調壓變壓器是一種自耦變壓器,它只有一組線圈L,繞在閉合的環(huán)形鐵心上,輸入端接在220V交流電源的火線與零線間,輸出端有一個滑動觸頭P,移動它的位置,就可以使輸出電壓在0~250V之間連續(xù)變化,圖13-4-13畫出的是調壓變壓器的電路圖符號.實驗室內備有交流電壓表.交流電流表.滑動變阻器.開關.導線等實驗器材. (1)

13、在圖13-4-13中完成實驗電路; (2)說明按你的實驗電路圖進行測量,如果電表內阻的影響不能忽略,在電壓較高段與低壓段比較那段的誤差大?為什么? (3)如果根據測量結果做出的伏安特性曲線如圖13-4-14所示,試根據圖線確定,把兩個完全相同的“220V 40W”白熾電燈串聯在220V交流電源的火線與零線間,這兩只電燈消耗的總功率是多大? 16.(16分)(2020北京海淀)圖13-4-15(甲)為小型旋轉電樞式交流發(fā)電機的原理圖,其矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉動,線圈的匝數n=100、電阻r=10 W,線圈的兩端經集流環(huán)與電阻R連接,電阻R=90 Ω,與

14、R并聯的交流電壓表為理想電表 在t=0時刻,線圈平面與磁場方向平行,穿過每匝線圈的磁通量F隨時間t按圖13-4-15(乙)所示正弦規(guī)律變化 求:(1)交流發(fā)電機產生的電動勢的最大值;(2)電路中交流電壓表的示數 17.(15分)下表是一雙桶洗衣機所用電動機的工作參數: 圖13-4-16是洗衣機洗滌時正轉、反轉和停的時間程序,若洗衣服的時間為15min,脫水的時間為2min,則洗滌一次衣服大約用電多少? 18.(15分)(2020仲元中學、潮陽一中、中山一中、南海中學聯考)某發(fā)電廠通過兩條輸電線向遠處的用電設備供電.當發(fā)電廠輸出的功率為P0時,額定電壓為U的用電設備消耗的功率

15、為P1.若發(fā)電廠用一臺升壓變壓器T1先把電壓升高,仍通過原來的輸電線供電,達到用電設備所在地,再通過一臺降壓變壓器T2把電壓降到用電設備的額定電壓,供用電設備使用,如圖13-4-17所示,這樣改動后,當發(fā)電廠輸出的功率仍為P0,用電設備可獲得的功率增加至P2.試求所用升壓變壓器T1的原線圈與副線圈的匝數比N1/N2以及降壓變壓器T2的原線圈與副線圈的匝數比n1/n2各為多少? 19.(16分)曾經流行過一種自行車車頭燈供電的小型交流發(fā)電機,圖13-4-18為其結構示意圖,圖中N、S是一對固定的磁極,abcd為固定的轉軸上的矩形線框,轉軸過bc邊中點,與ab邊平行,它的一端有一半徑ro=1

16、.0 cm的摩擦小輪,小輪與自行車車輪的邊緣相接觸,如圖3所示當車輪轉動時,因摩擦而帶動小輪轉動,從而使線框在磁極間轉動設線框由N=800匝導線圈組成,每匝線圈的面積S=20 cm2 ,磁極間的磁場可視作勻強磁場,磁感強度B=0.010T,自行車車輪的半徑R1=35 cm,小齒輪的半徑R2=4.0 cm,大齒輪的半徑R3=10.0 cm(見圖13-4-19)現從靜止開始使大齒輪加速轉動,問大齒輪的角速度為多大才能使發(fā)電機輸出電壓的有效值U=3.2 V?(假設摩擦小輪與自行車輪之間無相對滑動) 參考答案 1.C、D[切割地磁感線產生交變電流] 2.C[, ,

17、] 3.B、D 4.C[由題意可知交流電源的有效值為220V,由于電飯煲、洗衣機電動機都是非純電阻電路,計算它們的內阻、電功率時不能用歐姆定律來計算] 5.B[0.02s為一個周期,前半個周期為正弦式交流電,后半個周期為0,再根據有效值的定義計算] 6.AC 7.A [輸入功率等于輸出功率,且原副線圈電流之比等于匝數的反比] 8.A[電表讀到的為有效值] 9.A、D[根據柴油機的工作原理可知,油機的壓縮點火過程是通過做功使空氣的內能增大的,因此A正確;由于次級線圈的輸出電壓大于初級線圈的輸入電壓,根據變壓器的原理可知,汽油機的點火裝置中變壓器的次級線圈匝數必須遠大于初級線圈的匝數

18、,所以D也正確] 10.C 11.CD 12.A、C、D[根據電磁波產生的機理可知倫琴射線是原子內層電子受激發(fā)而產生的,故B錯] 13.(16分)若要使從極板左端射入磁場的粒子又平行于極板返回電場,則它們在磁場中的運動半徑r必須等于其在電場中垂直板方向上的位移y.即r=y,否則粒子運動的情況如圖7所示,粒子射出磁場時其速度方向不再與中軸線O1O2平行. 對于t=0射入電場的粒子 -------------------(3分) -------------------(1分) -

19、------------------(1分) -------------------(1分) 而 -------------------(2分) 解得: (N=1、2、3、……),其中 -------------------(2分) 對于時刻射入電場的粒子,, -------------------(2分) 若粒子在電場中運動的時間是T/2的偶數倍,則粒子沿中軸線O1O2射出電場,通過磁場偏轉后,不可能再平行于中軸線O1O2射出磁場返回電場.故粒子在電場中運動的時間

20、只能取T/2的奇數倍. -------------------(2分) 解得: (N=1、2、3、……)其中 即 -------------------(2分) 14.(8分)(1)從實驗數據可得出:每次實驗所用的初級線圈與次級的匝數比為2:1,在實驗誤差范圍內,及初級線圈的輸入電壓與次級線圈的輸出電壓之比也為2:1 -----(4分) (2)結論是:在變壓器中初級線圈、次線圈兩端的電壓之比等于這兩個線圈的匝數之比,即:

21、 -------------------(4分) 15.(16分)(1)如答圖1所示.電流表外接與內接都可以.(本題電源輸出電壓可調,因此用不著滑動變阻器) -------------------(6分) (2)如果采用電流表外接的,電壓較高段誤差更大,因為電壓越高,燈絲電阻越大,由于電壓表分流而造成的誤差越大;如果采用電流表內接的,電壓較低段誤差更大,因為電壓越小,燈絲電阻越小,由于電流表分壓造成的誤差越大.-------------------(5分) (3)兩個相同電燈串聯在電路中,每個燈兩端的電壓都是1

22、10V,在圖像上找到電壓為110V時的電流值是0.22A,每一個燈消耗的功率約為24W,兩燈消耗的總功率為48W.因此答案為48 W±1W. -------------------(5分) 16.(16分)(1)交流發(fā)電機產生電動勢的最大值Em=nBSω-------------------(2分) 而Fm=BS、, -------------------(3分) 所以,Em=2npFm/T

23、 -------------------(2分) 由F-t圖線可知:Fm=2.0′10 -2Wb,T=6.28′10 -2s,所以Em =200V ----------------(2分) (2)電動勢的有效值 E=Em=100 V -------------------(2分) 由閉合電路的歐姆定律,電路中電流的有效值為A -------------------(2分) 交流電壓表的示數為U= I R=90V=127 V -------------------(3分) 17.(15分)從表中可以看到工作

24、電壓就是我們國家的民用交流電,洗滌電動機的工作功率為110W,脫水電機的功率為176W,從洗衣機洗滌的正、反轉和停的時間程序圖可知,停和轉的時間分別為125s和775s -------------------(4分) 所以洗滌時所用的電為:W洗滌=P洗滌t=UIt=220×0.5×10-3×0.215=0.0237kWh----------(4分) 脫水時所用的電為:----------(4分) 洗衣機洗一次衣服用的電為:W= W洗衣+ W脫水=0.0237+0.0059=0.03kWh ----------(3分) 18.(15分)當

25、不用升降壓變壓器時,根據輸電線上的損耗有P0-P1=(P1/U)2r , 得 -------------------(3分) 當用升降壓變壓器后,設發(fā)電廠電流為I1,輸電線上電流為I2,用戶處的電流為I3,則有 I1=P0/U0= P1/U, -------------------(2分) I22r=P0-P2, -----

26、--------------(2分) 故 -------------------(2分) 而 I3=P2/U, -------------------(2分) 故升壓比, -------------------(2分) 降壓比 -------------------(2分) 19.(16分)當自行車

27、車輪轉動時,通過摩擦小輪使發(fā)電機的線框在勻強磁場內轉動,線框中產生一正弦交流電動勢,其最大值:Em=N BSω0 (式中ω0為線框轉動的角速度,即摩擦小輪轉動的角速度) -------------------(3分) 發(fā)電機兩端電壓的有效值:U=/2×Em -------------------(2分) 設自行車車輪轉動的角速度為ω1,由于自行車車輪與摩擦小輪之間無相對滑動,它們的線速度相同,因此有:R1ω1=r0ω0

28、 -------------------(3分) 小齒輪轉動的角速度與自行車輪轉動的角速度相同,也為ω1設大齒輪轉動的角速度為ω,有:R3ω=R2ω1 -------------------(3分) 由以上各式解得: -------------------(3分) 代入數據得:ω=3.2rad/s -------------------(2分)

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