人教版 (新课标)选修3第三章 磁场综合与测试巩固练习

(时间：90分钟，满分：100分)

一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分)

1．矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直磁场方向的轴匀速转动，线圈平面跟中性面重合的瞬间，下面说法中正确的是(　　)

A．线圈中的磁通量为零

B．线圈中的感应电动势最大

C．线圈中的感应电动势为零

D．线圈所受的磁场力不为零

解析：选C.线圈平面与中性面重合时，与磁场垂直，磁通量最大，A错；线圈平面切向速度与磁感线平行，感应电动势为零，B错，C对；线圈中没有感应电流，所以磁场力为零，D错．

2．在相同时间内，某正弦交流电通过一阻值为100 Ω的电阻产生的热量，与一电流强度为3 A的直流电通过同一阻值的电阻产生的热量相等，则(　　)

A．此交流电的电流强度的有效值为3 A，最大值为3 A

B．此交流电的电流强度的有效值为3 A，最大值为6 A

C．电阻两端的交流电的电压的有效值为300 V，最大值为300 V

D．电阻两端的交流电的电压的有效值为300  V，最大值为600 V

答案：AC

3．关于输电线损失的电功率，下列说法中正确的是(　　)

A．根据P＝I2R，输电线路上损失的电功率跟输电电流的二次方成正比，跟输电线的电阻成正比

B．根据P＝，输电线损失的电功率跟输电电压的二次方成正比，跟输电线的电阻成反比

C．根据P＝UI，输电线上损失的电功率跟输电电压成正比，跟输电电流成正比

D．根据P＝，输电线上损失的电功率跟输送的电能成正比，跟输电时间成反比

解析：选A.P损＝I2R，其中I是通过导线的电流，R是导线的电阻，因此P损＝I2R可以正确表达P损和I、R的关系．选A.

图17－4

4．如图17－4所示，正弦波和方波交流电的峰值和频率均相等，把甲、乙两交流电通入完全相同的两电阻，则在相同的时间(足够长)里，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为(　　)

A．1∶    B．1∶2

C．1∶4      D．1∶1

答案：B

5．如图17－5所示，为四种亮度可调的台灯的电路示意图．它们所用的白炽灯泡相同，且都是“220 V,40 W”．当灯泡所消耗的功率都调至20 W时，哪种台灯消耗的功率最小(　　)

图17－5

解析：选C.只有C中使用的调压装置是理想变压器，不消耗电能，其他几个电路中的调压元件均为电阻，都要消耗电能．

6．电阻R1、R2与交流电源按照图17－6甲所示方式连接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω.合上开关S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示．则(　　)

图17－6

A．通过R1的电流有效值是1.2 A

B．R1两端的电压有效值是6 V

C．通过R2的电流最大值是1.2 A

D．R2两端的电压最大值是6 V

解析：选B.从图象可以看出，交变电流中电流最大值0.6 A，电流有效值为：I＝＝0.6 A，R1两端电压为U1＝IR1＝6 V，R2两端电压最大值为Um＝ImR2＝0.6×20 V＝12 V，综上所述，正确选项为B.

7．(2011年天津市质检)如图17－7所示为理想变压器原线圈所接正弦交变电压的波形．原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，串联在原线圈电路中电流表的示数为1 A，则(　　)

图17－7

A．与副线圈并联的电压表在t＝0.5×10－2 s时的示数为220 V

B．副线圈所接用电器在1 min内消耗的电能为1.32×104 J

C．1 s内通过副线圈所接用电器的电量为60 C

D．副线圈中电流有效值为10 A

解析：选BD.电压表的示数应为副线圈两端电压的有效值U2＝n2＝22 V，A错误．由W2＝W1＝I1U1t＝1.32×104 J知B正确．副线圈中的电流I2＝＝10 A，D正确．计算电量时应该使用电流的平均值而不是有效值，C错误．

8．(2011年高考浙江卷)

图17－8

如图17－8所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1＝800和n2＝200的两个线圈，上线圈两端与u＝51sin314t V的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是(　　)

A．2.0 V      B．9.0 V

C．12.7 V      D．144.0 V

解析：选A.由＝得U2＝，其中U1＝ V，得U2＝ V≈9.0 V，因此题中两线圈并非处于理想状态，会出现漏磁，所以交流电压表的读数小于9.0 V，故选项A正确．

9．图17－9甲所示电路中，A1、A2、A3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(　　)

图17－9

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

解析：选C.理想变压器原、副线圈的磁场变化情况相同，由图乙知副线圈的磁场均匀变化，据法拉第电磁感应定律E＝n＝n·S知副线圈中产生恒定电流，线圈对直流电无阻碍作用，直流电不能通过电容器，所以电流表A1、A2的示数相同，A3的示数为0，C选项符合题意．

10．(2010年高考山东理综卷)一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈输入电压的变化规律如图17－10甲所示，副线圈所接电路如图乙表示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是(　　)

图17－10

A．副线圈输出电压的频率为50 Hz

B．副线圈输出电压的有效值为31 V

C．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小

D．P向右移动时，变压器的输出功率增加

解析：选AD.由图甲知，原线圈两端输入电压的最大值为U1m＝310 V，有效值为U1＝＝220 V，周期为T＝2×10－2s，频率f＝＝50 Hz, 变压器不改变电压的频率，A项正确；由＝知，U2＝U1＝22 V，B项错误；变压器原、副线圈的电流与匝数成反比，由于匝数未变，所以原、副线圈的电流比不变，C项错误；P向右移动时，滑动变阻器的有效阻值减小，副线圈中电流增大，由P2＝U2I2知变压器的输出功率增加，D项正确．

二、填空题(本题共2小题，每小题6分，共12分，把答案填在题中指定位置)

11．(2011年武汉模拟)用示波器观察频率为900 Hz的正弦电压信号，把该信号接入示波器Y输入．

(1)当屏幕上出现如图17－11所示的波形时，应调节________旋钮．如果正弦波的正负半周均超出了屏幕的范围，应调节________旋钮或________旋钮，或这两个钮配合使用，以使正弦波的整个波形出现在屏幕内．

(2)如需要屏幕上正好出现一个完整的正弦波形，应将________旋钮置于________位置，然后调节________旋钮．

图17－11

解析：(1)屏幕上的波形位置偏上，应调节竖直位移旋钮使其适当向下移动；若正负半周均超出了屏幕的范围，说明在竖直方向的幅度太大，应使其在竖直方向的幅度减小，故应调Y增益旋钮或衰减调节旋钮．

(2)所观察信号电压频率为900 Hz，故应先将扫描范围旋钮置于1000挡，然后调节扫描微调旋钮使扫描电压的频率为900 Hz.

答案：(1)竖直位移或↑↓　衰减调节　Y增益

(2)扫描范围　1000挡　扫描微调

图17－12

12．图17－12中为示波器面板，屏上显示的是一亮度很低、线条较粗且模糊不清的波形．

(1)若要增大显示波形的亮度，应调节________旋钮．

(2)若要屏上波形线条变细且边缘清晰，应调节________旋钮．

(3)若要将波形曲线调至屏中央，应调节________与________旋钮．

答案：(1)辉度(或写为¤)

(2)聚焦(或写为○)

(3)竖直位移(或写为↑↓)　水平位移(或写为)

三、计算题(本题共4小题，共48分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)

图17－13

13．(10分)如图17－13所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，求：

(1)线框中感应电流的有效值．

(2)线框从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量．

解析：电动势最大值Em＝BSω.有效值E＝＝BSω.由闭合电路欧姆定律可得I＝＝.电荷量q＝·Δt＝·Δt＝＝.

答案：(1)　(2)

14．(10分)如图17－14所示是一个周期性变化电压的u－t图线．求其电压最大值、周期和有效值．

图17－14

解析：从题图中即可看出电压的最大值Um＝10 V，完成一次全变化所需的时间为T＝0.16 s．然而，由于该变化电压不是正弦交变电压，所以有效值要由定义来计算，即找到与其相等热效应的直流电压值．

根据焦耳定律，在一个周期T内电阻R产生的热量为

Q1＝(t1＋t4)＋(t2＋t3)．

式中t1(t4)、t2(t3)分别为题图中一个周期内电压U1、U2对应的通电时间．

对于直流电路，通过电阻R的发热量为Q2＝T.

由交变电压有效值的定义可知：Q1＝Q2.

解得U＝

所以U＝ V≈7.91 V.

此即为电压的有效值．

答案：10 V　0.16 s　7.91 V

15．(14分)一台理想变压器的原、副线圈匝数比为4∶1，在照明电路中使用，如果原线圈所加交流电压为U1＝1410 sin100πt V，副线圈通过总电阻为1 Ω的两根输电线输电给用户．问：

(1)白天用户的电器全部停止使用，原线圈中的输入电流是多大？

(2)如果用户使用的都是“220 V,40 W”的白炽灯，要使这些灯正常发光，接入电路的灯应为多少盏？

解析：(1)理想变压器不考虑本身消耗的电能，所以当负载为零时，输入电流为零．

(2)交流电路中用电器上所标注的额定值应为交流电的有效值．原线圈电压

U1＝Um＝1000 V.

根据U1/U2＝n1/n2，得副线圈电压U2＝U1/4＝250 V．根据灯正常发光时的电流

I0＝P0/U0＝(40/220)A，

n盏灯并联电路总电流I＝nI0＝(40/220)n A，由于输电线上的电压降为U2－U0＝30 V，又有关系

IR＝30 V．所以I＝30 A.

可以得出n＝盏＝165 盏．

答案：(1)零　(2)165盏

16．(14分)(2011年滨州模拟)如图17－15所示为某学校一套校内备用供电系统，由一台内阻为1 Ω的发电机向全校22个教室(每个教室有“220 V,40 W”的白炽灯6盏)供电．如果输电线的总电阻R是4 Ω，升压变压器和降压变压器(都认为是理想变压器)的匝数比分别是1∶4和4∶1，那么：

图17－15

(1)发电机的输出功率应是多大？

(2)发电机的电动势是多大？

(3)输电效率是多少？

解析：(1)全校教室白炽灯消耗的功率

P用＝22×40×6 W＝5280 W.

设输电线路电流为I线，输电电压为U2，

降压变压器原线圈电压为U3，

＝＝，而U4＝220 V，

则U3＝4×220 V＝880 V，

I线＝＝ A＝6 A，

线路损失功率P损＝I2线R线＝36×4 W＝

144 W，

所以P出＝P用＋P损＝5424 W.

(2)U损＝I线R线＝6×4 V＝24 V，

U送＝U2＝U损＋U3＝904 V，

由＝得：U1＝＝904× V＝226 V，

升压变压器原线圈电流

I1＝＝ A＝24 A，

发电机的电动势E＝I1r＋U1＝24×1＋226＝250 V.

(3)η＝×100%＝×100%＝97.3%.

答案：(1)5424 W　(2)250 V　(3)97.3%