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第五章交变电流时间:60分钟 分值:100分
一、选择题本题共6小题每小题8分共48分.每小题给出的四个选项中至少有一项是正确的全部选对得8分部分选对得4分有选错或不选的得0分❶多选图5-T-1为交流发电机的示意图线圈的AB边连在金属滑环K上CD边连在金属滑环L上两个导体电刷E、F分别压在两个滑环上线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接.关于其工作原理下列分析正确的是 图5-T-1A.当线圈平面转到中性面的瞬间穿过线圈的磁通量最大B.当线圈平面转到中性面的瞬间线圈中的感应电流最大C.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间穿过线圈的磁通量最小D.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间线圈中的感应电流最小❷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图5-T-2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式交变电压的每一个周期中前面的被截去从而改变了电灯上的电压.那么现在电灯上的电压为 图5-T-2A.Um B. C. D.❸多选如图5-T-3所示面积为S、匝数为N、电阻为r的线圈与电阻R构成闭合回路理想交流电压表并联在电阻R的两端.线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转动轴以角速度ω匀速转动则 图5-T-3A.在图示位置线圈平面处于中性面位置流过电阻R的电流为零电压表的读数也为零B.1s内流过电阻R的电流方向改变次C.在电阻R的两端再并联一个电阻后电压表的读数将减小D.在电阻R的两端再并联一个电容较大的电容器后电压表的读数不变❹多选发电机的输出电压为U经电阻为r的输电线向远处的用户供电发电机的输出功率为P则 A.输电线上的电流为B.输电线上的功率损失为C.用户得到的功率为P-rD.用户得到的电压为❺多选图5-T-4是某供电系统的原理图它由发电机和副线圈匝数可调的变压器组成图中R0表示输电线的电阻.滑片P置于a处时用户的用电器恰好正常工作.要保证用电器仍能正常工作下列说法中正确的是 图5-T-4A.当发电机输出的电压发生波动使电压表V1的示数小于正常值时应使滑片P向上滑动B.当发电机输出的电压发生波动使电压表V1的示数小于正常值时应使滑片P向下滑动C.如果电压表V1的示数保持正常值不变那么当用电器个数增加时滑片P应向上滑动D.如果电压表V1的示数保持正常值不变那么当用电器个数增加时滑片P应向下滑动❻[2017·广东三校联考]如图5-T-5所示为一自耦变压器保持输入电压不变以下说法正确的是 图5-T-5A.滑动触头P不动滑片Q上移电流表示数不变B.滑动触头P不动滑片Q上移电压表示数变小C.滑动触头P向b方向移动滑片Q下移电流表示数减小D.滑动触头P向b方向移动滑片Q不动电流表示数增大
二、实验题共16分❼利用DIS数字化信息处理系统探究手摇发电机如图5-T-6所示的线圈产生的交变电流.图5-T-6实验步骤为:
①将电压传感器接入数据采集器;
②电压传感器的测量夹与发电机的输出端并联;
③点击“数据采集设置”设定“采样点时间间隔”;
④缓慢摇动发电机的手柄观察工作界面上的信号.图5-T-71工作界面上出现的电压波形如图5-T-7所示从图中可以看出手摇发电机产生的电压波形不是正弦波其原因是 .写出一条即可 2研究交变电流的波形发现在用手摇动发电机手柄的2min内屏上出现了61个向上的“尖峰”则交变电流的平均周期为T= s;如果发电机手摇大轮的半径是转子小轮半径的2倍则手摇大轮转动的平均角速度ω= rad/s.
三、计算题本题共2小题共36分解答应写出必要的文字说明、表达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❽16分如图5-T-8甲所示一台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OO转动线圈的匝数n=100匝.发电机的内阻r=5Ω外电路的电阻R=95Ω.穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化如图乙所示.已知感应电动势的最大值Emax=nωΦmax其中Φmax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.图5-T-8❾20分某发电机输电电路的简图如图5-T-9所示发电机的矩形线框ABCD处于磁感应强度大小为B=T的水平匀强磁场中线框面积为S=
0.25m2匝数为100匝电阻不计.线框绕垂直于磁场的轴OO以角速度ω=100πrad/s匀速转动并与升压变压器的原线圈相连.降压变压器的副线圈接入若干“220V 100W”的灯泡两变压器间的输电线总电阻R=20Ω变压器均为理想变压器.当发电机输出功率为5×104W时灯泡正常发光线路损失的功率为输出功率的4%.1从线框平面与磁感线垂直时开始计时写出线框中感应电动势随时间变化的关系式.2求升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数之比.图5-T-
91.AC [解析]当线圈平面转到中性面的瞬间穿过线圈的磁通量最大但线圈中的感应电动势为零感应电流也为零选项A正确选项B错误;当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间穿过线圈的磁通量最小但磁通量的变化率最大线圈中的感应电动势最大感应电流也最大选项C正确选项D错误.
2.C [解析]由有效值的定义知T=×故U=选项C正确.
3.BC [解析]在图示位置线圈平面处于中性面位置流过电阻R的瞬时电流是零电压表的读数为有效值不是零选项A错误;线圈每转过一圈电流方向改变2次故1s内电流方向改变的次数为2f=2×=选项B正确;电阻R两端再并联一个电阻时干路电流增大路端电压减小故电压表的读数减小选项C正确;电阻R两端并联一个电容器后由于电路与交流电源相连电容器反复充、放电该支路有电流通过故路端电压减小电压表的读数也减小选项D错误.
4.AC [解析]由P=UI得输电线上的电流为I=选项A正确;输电线上的功率损失为ΔP=I2r=r选项B错误;用户得到的功率为P-r选项C正确;用户得到的电压为U-ΔU=U-Ir=U-选项D错误.
5.AC [解析]当电压表V1的示数小于正常值时副线圈的输出电压也要变小要使用电器正常工作滑片P应向上滑动选项A正确选项B错误;当用电器个数增加时副线圈中的电流增大输电线上损失的电压增大要使用电器正常工作滑片P应向上滑动选项C正确选项D错误.
6.C [解析]当滑动触头P不动时输出电压不变滑片Q上移负载电阻减小功率增大电流表读数增大故A错误;当滑动触头P不动时自耦变压器的输出电压不变电压表测的是输出电压示数不变故B错误;当滑动触头P向b方向移动时输出电压减小滑片Q不动电阻不变故输出功率减小输入功率也减小电流表示数减小故D错误;当滑动触头P向b方向移动时输出电压减小滑片Q下移时电阻增大故输出功率减小输入功率也就减小所以电流表读数减小故C正确.
7.1转子不是在匀强磁场中转动或发电机的转速不均匀 22
0.5π[解析]1只有线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的交变电流才是标准的正弦式交变电流手摇发电机的磁场是由条形磁铁产生的所以不是匀强磁场;由于是手摇转动转速难以保持恒定.2屏上每出现一次向上尖峰就代表经过了一个周期2min内屏上出现了61个向上的尖峰表明周期T=s=2s;大轮角速度等于小轮角速度的一半所以大轮角速度ω=×=
0.5πrad/s.
8.
1.4A[解析]由Φ-t图像可以看出Φmax=
1.0×10-2WbT=
3.14×10-2s.已知感应电动势的最大值Emax=nωΦmax又ω=故电路中电流的最大值Imax===A=2A交流电流表的读数是交变电流的有效值即I=≈
1.4A.
9.1e=250sin100πtV21∶20 240∶11[解析]1矩形线框ABCD在匀强磁场中转动时产生的交流电动势的最大值为Em=nBSω=100××
0.25×100πV=250V从中性面开始计时线框中产生的感应电动势e=Emsinωt=250sin100πtV.2画出输电电路图如图所示.发电机输出的电压U1==250V发电机输出的电功率P=5×104W根据输电要求有ΔP损=R=P×4%解得I2==A=10A则U2==V=5×103V所以升压变压器原、副线圈的匝数之比为===输电线上的电压损失ΔU损=I2R=10×20V=200VU3=U2-ΔU损=5×103V-200V=4800V据题意可知U4=220V所以降压变压器原、副线圈的匝数之比为===.。