高考物理 13章综合检测.doc

第十三章交变电流、电磁场和电磁波综合检测一、选择题(本题共12小题，共48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，有选错的得0分)1现代生活中人类与电磁波结下了不解之缘，你认为下列陈述中哪些符合事实()A电磁波是电磁场由产生的区域向远处传播形成的B在真空中电磁波的传播速度小于真空中的光速C空间有变化的电场(或磁场)存在，一定能形成电磁波D把手机放在抽成真空的玻璃盒中，手机接收不到电磁波的信号，所以拨打该手机号码，手机不会响铃(或振动)【解析】根据麦克斯韦电磁场理论，周期性变化的电场产生周期性变化的磁场，周期性变化的磁场产生周期性变化的电场，周而复始，由近处向远处传播就形成了电磁波，选项A正确；在真空中电磁波的传播速度等于真空中的光速，实际上，光就是某些频率的电磁波，选项B错误；如果电场(或磁场)是均匀变化的，那么由变化的电场(或磁场)引起的磁场(或电场)是稳定的，不能形成电磁波，选项C错误；电磁波可以在真空中传播，玻璃并不能屏蔽电磁波，选项D错误综上所述，本题正确答案为A.【答案】A2(2008·北京清华大学附中)如图所示为理想变压器原线圈所接交流电压的波形原、副线圈匝数比n1n2101，串联在原线圈中电路中的电流表示数为1A，下列说法中不正确的是()A变压器的输出功率为200WB变压器的输出功率为200WC变压器输出端的交流电的频率为50HzD穿过变压器铁芯的磁通量变化率的最大值为Wb/s【解析】由图象知，电压的最大值Um200V，有效值U200V，周期T0.02s，频率f50Hz，输出功率PUI200W，由变压器变压比公式，得U220V，U2的最大值U2m20V，而U2mn2，所以的最大值应为 Wb/s，只有A说法不正确，故选A.【答案】A3(2010·天津南开原中学)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比101，b是原线圈的中心接头，电压表和电流表均为理想电表从某时刻开始在线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u220sin100t()A当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22VB当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为220VC单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变大D单刀双掷开关与a连接，滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小【解析】cd两端电压有效值U1220V，当开关与a连接时n1n2101，由知，U222V，即示数为22V，A、B错；因为示数是有效值而不是最大值，双掷开关由a扳向b，原线圈匝数n1变小，所以U2变大，IU/R，所以I变大，C正确；当开关与a连接时，副线圈电压U2不变，示数不变，示数随R增大而减小，D错【答案】C4多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现上述调节的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或风扇的转速，现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的，如图所示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压，即在正弦交流电的每一个周期中，前面的被截去，从而改变了电灯上的电压则现在的电灯上的电压为()AUmB.C.D.【解析】由有效值的定义知T×，得U.【答案】C52008年1月10日开始的低温雨雪冰冻造成我国部分地区严重灾害，其中高压输电线因结冰而损毁严重此次灾害牵动亿万人的心为消除高压输电线上的冰凌，有人设计了这样的熔冰思路：利用电流的热效应除冰若在正常供电时，高压线上送电电压为U，电流为I，热耗功率为P；除冰时，输电线上的热耗功率需变为9P，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)()A输电电流为3I B输电电流为9IC输电电压为3U D输电电压为U【解析】由PI2R线，9PIR线，联立解出Ix3I，故选项A对；由P()2R线，9P()2R线联立解出UxU，故选项D对【答案】AD6(2009·福州模拟)下列关于电磁波的说法中正确的是()A麦克斯韦电磁场理论预言了电磁波的存在B电磁波可以由均匀变化的磁场产生C雷达可以利用自身发射的电磁波的反射波来对目标进行定位D随身携带的移动电话(手机)内，只有无线电接收装置，没有无线电发射装置【解析】选项A符合物理史实电磁波由周期性变化的磁场产生，B错误雷达用电磁波的反射确定目标位置，C正确手机内应有发射电磁波的装置，D错误【答案】AC7面积为S的两个完全相同的单匝金属线圈分别放置在如图甲、乙所示的磁场中甲图中有磁感应强度为B0的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T绕OO轴做匀速转动；乙图中的磁场的变化规律为BB0cost，从图示时刻(t0时刻)起计时，则()A两线圈中的磁通量变化规律均为B0ScostB两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同C两线圈中产生的交变电流的有效值不同D从此刻起，T/4时间内流过线圈截面的电荷量相同【解析】由于线圈在磁场中以周期T绕OO轴做匀速转动，所以其角度为，在面积相同的情况下两者的磁通量变化规律均为B0Scost，那么二者实际产生的交变电流是相同的，因此感应电动势达到最大值的时刻、交变电流的有效值、T/4时间内流过线圈截面的电荷量都是相同的【答案】AD8(2009·山东理综)某小型水电站的电能输送示意图如下，发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器)要使额定电压为220V的用电器正常工作，则()A.>B.<C升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率【解析】本题主要考查远距离输电和变压器工作原理，意在考查考生运用相关的物理规律处理实际问题的能力由于输电线上有电阻，所以考虑到电压损失，则有升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，根据变压器的电压与匝数之比的关系，可知要让用电器正常工作，必须有>，A正确，B、C错误；考虑到输电线上也有电功率的损失，可知D也正确【答案】AD9(2009·海南)一台发电机最大输出功率为4000kW，电压为4000V，经变压器T1升压后向远方输电输电线路总电阻RT2降压，负载为多个正常发光的灯泡(“220V 60W”)若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则()AT1原、副线圈电流分别为103A和20ABT2×105V和220VCT1和T2的变压比分别为150和401D有6×104盏灯泡(“220V60W”)正常发光【解析】本题考查远距离输电，意在考查考生对远距离输电过程中的升压和降压及线路上的电压和功率损失情况的计算能力；因为输电线路上损失的功率是发电机输出功率的10%，由PIR可得：输电电流I2A20A，由于I1A103A，所以A正确；又由，U250U150×4000V200000V，又由UI2R20000V，则U3U2U×105V，负载灯泡的额定电压为220V，所以U4220V，所以B正确；由，故C错误；T2的输出功率P输出PPP×106W，所以正常发光的负载灯泡数量为N6×104个，D正确【答案】ABD10用U1U和U2kU两种电压送电能，若输送功率、输电线上损耗功率、输电线的长度和材料都相同，则两种情况下输电线的截面直径之比d1d2为()Ak B. Ck2 D.【解析】设输送电压为U，输电线电阻为R，则P耗()2R··因P耗相同，所以由上式可得U·d必为定值，d1d2U2U1k，选项A正确【答案】A11一个闭合的矩形线圈放在匀强磁场中匀速转动，角速度为时，线圈中产生的的交变电动势的最大值为E0，周期为T0，外力提供的功率为P0.若使线圈转动的角速度为2，线圈中产生的交变电动势的最大值为E，周期为T，外力提供的功率为P.则E、T和P的大小为()AE2E0，TT0，P2P0BEE0，TT0，P2P0CE2E0，TT0，P2P0DE2E0，TT0，P4P0【解析】设线圈为n匝，面积为S，所在区域磁感应强度度B，当角速度为时产生的最大感应电动势E0NBS，周期T0，外力提供的功率P0.当角速度为2时产生的最大感应电动势E2NBS2E0，周期TT0，外力提供的功率P4P0.故选项D对【答案】D12如图所示为一台理想变压器，原、副线圈的匝数分别为n1400匝，n2800匝，如果导线的电阻忽略不计，那么可以确定()A这是一台升压变压器B副线圈两端电压是原线圈两端电压的一半C通过副线圈的电流是通过原线圈电流的一半D变压器输出电功率是输入电功率的一半【解析】由公式，n1<n2，故为升压变压器，则C也正确【答案】AC二、实验题(本题共2小题，共18分)13如图为示波器面板一位同学在做“练习使用示波器”的实验时，进行了如下的操作：(1)打开电源后，首先在屏上调出了一个最圆最小的亮斑，但亮斑位于屏上的左上角若想将这个亮斑调到屏幕的正中央，他应该调节_和_旋钮(填旋钮对应的数字)；(2)为观察示波器的水平扫描作用，他调节相应的旋钮，看到屏上的亮斑从左向右移动，到达右端后又很快回到左端之后，他顺时针旋转扫描微调旋钮以增大扫描频率，此时屏上观察到的现象是_；(3)为观察按正弦规律变化的电压的图线，他把扫描范围旋钮置于左边第一挡(10Hz100Hz)要由机内提供竖直方向的按正弦规律变化的电压，他应将_旋钮(填旋钮对应的数字)置于_挡【解析】(1)将左上角的亮斑调到屏幕正中央，调节竖直位移()和水平位移( )旋钮、即可(2)增大扫描频率后，亮斑移动逐渐变快，最后亮斑成为一条亮线(3)要观察到清晰的正弦曲线，应将扫描范围置于左边第一挡后，要将衰减旋钮置于“”挡，即调节置于“”挡【答案】(1)(2)一条亮线(3)14在“练习使用示波器”的实验中：(1)为观察亮斑在竖直向上的偏移，应该将扫描范围旋钮置于“外X挡”，使亮斑位于屏的_，然后，应把“DCAC”开关置于_位置，以备给示波器输入一个直流电压(2)为给示波器输入一个Y方向的直流电压(要求电压从零开始逐渐增加)，请将下图所示器材与示波器连成正确的电路(3)调节变阻器改变输入电压，可以看到亮斑向上的偏移随之改变，电压越高，向上的偏移越_；调换电池正、负极，改变输入电压，可以看到亮斑向_偏移【解析】本题考查示波器原理及示波器的使用方法(1)扫描范围旋钮置于“外X”时，机内不提供X方向的扫描电压，故亮斑仅出现在屏的中心；然后，应把“DCAC”开关置于直流“DC”位置，以备给示波器输入一个直流电压(2)因输入电压要从零开始逐渐增加，所以示波器应接在分压电路上，所以实验时仪器连接应如下图所示(3)若再加大Y向电压，则亮斑会加大其在竖直方向的位移，即电压越高，向上的偏移越大；调换电池正、负极后，亮斑向下偏移【答案】(1)中心DC(2)见解析图(3)大下三、计算题(本题共包括4小题，共54分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)15将电阻R1和R2如图(甲)所示接在变压器上，变压器原线圈接在电压恒为U的交流电源上，R1和R2上的电功率之比为21；若其他条件不变，只将R1和R2改成如图(乙)接法，R1和R2上的功率之比为18，若(甲)图中原线圈的电流I1，(乙)图中原线圈电流为I2，求：(1)两组副线圈的匝数之比；(2)I1和I2之比【解析】(1)(甲)图中R1和R2串联，电流相同，功率与电阻成正比，所以有R12R2设(乙)图三组线圈的匝数分别是n1、n2、n3，两组副线圈上的电压分别是U2和U3，易得U2UU3U由(乙)图中R1和R2上的功率之比为18，即(U/R1)(U/R2)18联立式解得.(2)设(甲)图中输出功率为P1，则P1(U)2/(R1R2)设(乙)图中输出功率为P2，则P2(U)2/R1(U)2/R2以R12R2，n32n2代入，可得：.由于输入功率等于输出功率，所以(甲)、(乙)两图中输入功率之比也为，根据PIU，电压恒定，所以两图中电流之比I1I223.【答案】(1)12(2)2316如图所示，圆形线圈共100匝，半径为r，在匀强磁场中绕过直径的轴OO匀速转动，磁感应强度B0.1T，角速度为rad/s，电阻为R10，求：(1)线圈由图示位置转过90°时，线圈中的感应电流为多大？(2)写出线圈中电流的表达式(磁场方向如图所示，图示位置为t0时刻)【解析】(1)当从图示位置转过90°时，线圈中有最大感应电动势，EmNBS30V，则Im3A.(2)由题意知，iImsint，而Im3A.rad/s，所以：i3sintA.【答案】(1)3A(2)i3sintA17某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为9kW，输出电压为500V，输电线的总电阻为10，允许线路损耗的功率为输出功率的4%，求：(1)村民和村办小企业需要220V电压时，所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少？(不计变压器的损耗)(2)若不用变压器而由发电机直接输送，村民和村办小企业得到的电压和功率是多少？【解析】建立如图甲所示的远距离输电模型，要求变压器原、副线圈的匝数比，先要知道原、副线圈两端的电压之比本题可以从线路上损耗的功率为突破口，先求出输电线上的电流I线，再根据输出功率求出U2，然后再求出U3.(1)由线路损耗的功率P线IR线可得I线A6A又因为P输出U2I线，所以U2V1500VU3U2I线R线(15006×10)V1440V根据理想变压器规律，所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别是13和7211.(2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图乙所示)，由P输出UI线可得I线A18A所以线路损耗的功率P线IR线182×10W3240W用户得到的电压U用户UI线R线(50018×10)V320V用户得到的功率P用户P输出P线(90003240)W5760W.【答案】(1)137211(2)320V5760W18(2010·保定市调研)如右图所示，N50匝的矩形线圈abcd，边长ab20cm, ad25cm，放在磁感应强度B0.4T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直磁感线且通过线圈中线的OO以n3000r/min的转速匀速转动，线圈电阻r1，外电路电阻R9，t0时，线圈平面与磁感应线平行，ab边正好转出纸外、cd边转入纸里(1)在图中标出t0时感应电流的方向；(2)写出线圈感应电动势的瞬时值表达式；(3)线圈转一圈外力做功多大？(4)从图示位置转过90°过程中流过电阻R的电荷量是多大？【解析】(1)线圈感应电流方向为adcba图略(2)线圈的角速度2n2××3000÷60rad/s100rad/s.设ab边在t0时刻速度为vab，图示位置的感应电动势最大，其大小为Em2NB·vabNB··50××××100V314V，电动势的瞬时表达式为e314cos100tV.(3)电动势的有效值E.n3000r/min50r/s.线圈匀速转动的周期T0.02s.线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即W外力J98.6J.(4)QIt.从t0起转过90°的过程中，t时间内流过R的电荷量QtC.【答案】(1)方向adcba图略(2)e314cos100tV(3)98.6J(4)