阶段性综合复习训练（考查范围：第3章、第4章）
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．如图所示，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n∶1，原线圈接正弦交流电，电压为u＝U0cos 100πt（V），副线圈接有一个交流电流表和一个电动机。电动机线圈电阻为R，当电键S接通后，电流表读数为I，电动机带动一电阻为r、质量为m、长为l的金属杆在光滑的没有电阻的导轨上以速度v匀速上升。下列判断正确的是（ ）
A．电动机两端电压为IR，其消耗的电功率为I2R
B．变压器的输入功率为I2R＋mgv＋
C．原线圈中的电流为nI，变压器的输入功率为I2R＋mgv，副线圈电流的频率为50 Hz
D．电动机的热功率为I2R，副线圈电压的有效值为
2．传统的自行车发电机内部电路如图甲所示，驱动轴一端与自行车车轮相连，另一端连接条形永久磁铁，车轮转动过程中，驱动轴带动永久磁铁在形软铁芯之间匀速转动，发电机线圈两端产生的交变电压波形如图乙所示。已知波形图中正、负尖峰电压分别为和，两个相邻正、负尖峰电压所对应的时间差为，发电机线圈匝数为。下列判断正确的是（ ）
A．驱动轴转动的角速度
B．线圈电压的有效值
C．穿过线圈磁通量变化率的最大值
D．相邻两个向上尖峰时间内，线圈电压的平均值
3．如图所示，匝数n=100的矩形金属线圈ABCD处于磁感应强度大小B=T水平匀强磁场中，线圈面积S=0.04m2，电阻r=2Ω。线圈绕垂直于磁场的轴OO′以角速度=10πrad/s匀速转动，通过滑环和电刷与一个阻值R=18Ω的小灯泡和一个理想二极管连接，小灯泡正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．线圈中产生的感应电动势的最大值为40V
B．线圈中电流的最大值为A
C．灯泡的额定电压为18V
D．灯泡的额定功率为36W
4．汽油发动机内经过压缩的汽油与空气的混合物，需要火花塞来点燃。某汽油发动机火花塞需要高达10kV的电压才能点火，一同学设计了如图所示的点火电路。已知直流电源的电压为12V，升压变压器的输出端接到火花塞上，开关是自动控制的。下列说法正确的是（ ）
A．两电路都不可能使火花塞点火，因为变压器不能改变直流电压
B．图（a）和（b）的电路中，保持开关闭合，输出端都会获得持续的高压
C．图（a）的电路中，在开关断开瞬间，输出端会产生高压
D．图（b）的电路中，在开关断开瞬间，输出端会产生高压
5．我国航天员翟志刚通过“神舟七号”载人飞船首次实现了中国航天员在太空的舱外活动，如图所示，这是我国航天史上的又一里程碑。若舱外的航天员与舱内的航天员进行通话，则需通过（ ）
A．直接对话 B．紫外线 C．红外线 D．无线电波
6．2017年10月10日，中国科学院国家天文台宣布，科学家利用被誉为“天眼”的世界最大单口径射电望远镜——500米口径球面射电望远镜（FAST）探测到数十个优质脉冲星候选体，其中两颗已通过国际认证。这是中国人首次利用自己独立研制的射电望远镜发现脉冲星。脉冲星是中子星的一种，为会发出周期性脉冲信号的星体。与地球相似，脉冲星也在自转着，并且有磁场，其周围的磁感线分布如图所示。脉冲是由于脉冲星的高速自转形成，只能沿着磁轴方向从两个磁极区辐射出来；脉冲星每自转一周，地球就接收到一次它辐射的脉冲。结合上述材料，下列说法正确的是（ ）
A．脉冲信号属于机械波 B．脉冲星的磁轴与自转轴重合
C．脉冲的周期等于脉冲星的自转周期 D．所有的中子星都可以发出脉冲信号
7．在图（a）的LC振荡演示电路中，开关先拨到位置“1”，电容器充满电后，在时刻开关拨到位置“2”。若电流从传感器的“+”极流入，电流显示为正，图b为振荡电流随时间变化的图线，则下面有关说法正确的是（ ）
A．若电阻R减小，电流变化如图（c）中实线
B．若电阻R减小，电流变化如图（c）中虚线
C．在图（b）中A点时刻电容器上极板带正电
D．电容器内有感应磁场
8．已知LC振荡电路中电流随时间变化的曲线如图所示，则（ ）
A．ab段为电容器的放电阶段
B．a、c两时刻电容器里的电场能最大
C．b、d两时刻电容器带电量最大
D．b、d两时刻线圈里的磁感应强度最大
二、多选题
9．图甲中的变压器为理想变压器，原线圈匝数与副线圈匝数之比为，变压器的原线圈接如图乙所示的正弦交流电，电阻和电容器连接成如图甲所示的电路，其中电容器的击穿电压为，电表均为理想交流电表，则（ ）
A．开关处于断开状态时，电压表的读数约为
B．开关处于断开状态时，电流表的读数为
C．开关处于断开状态时，电阻上消耗的功率为
D．闭合开关，电容器会被击穿
10．如图甲所示为一理想自耦变压器，、端输入电压如图乙所示，、和、分别是接入原线圈和副线圈中的理想交流电流表和电压表，其示数分别用、、、表示，为定值电阻，现将滑片从图示位置逆时针匀速转动，在转动过程中，电流表和电压表示数均未超过其量程，下列选项中能正确反映、、、变化规律的是（ ）
A． B．
C． D．
11．车辆智能道闸系统的简化原理图如图甲所示，预埋在地面下的地感线圈L和电容器C构成LC 振荡电路，当车辆靠近地感线圈时，线圈自感系数变大，使得振荡电流频率发生变化，检测器将该信号发送至车牌识别器，从而向闸机发送起杆或落杆指令。某段时间振荡电路中的电流一时间关系图像如图乙所示，则下列有关说法正确的是（ ）
A．t1时刻电容器两端的电压为零
B．时间内，线圈的磁场能逐渐增大
C．汽车靠近线圈时，振荡电流的频率变小
D．t3~t4时间内，汽车正在靠近地感线圈
12．用电感L和电容C组成如图所示的电路，开关S断开，电容器上带有一定的电荷量。闭合开关S形成LC振荡电路，振荡周期为T，记开关S闭合瞬间为t=0时刻，则（ ）
A．时，回路中电流为0
B．时，线圈中产生的感应电动势最大
C．时，电容器两极板间的电场强度最小
D．若增大电容器两极板的间距，振荡周期增大
三、实验题
13．某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示。
(1)下列说法正确的是 。
A．为保证实验安全，原线圈应接直流电源
B．变压器中的A、B两块铁芯都是由柱状硅钢块制成
C．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈
D．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响
(2)实验中发现原、副线圈匝数的比值与电压之比有微小差别，出现这种情况的原因是： 。
(3)实验时，某同学听到变压器内部有轻微的“嗡嗡”声，他做出如下猜想，正确的是______。
A．“嗡嗡”声来自副线圈中电流流动的声音
B．“嗡嗡”声是由于铁芯中存在过大的涡流而发出的
C．交变电流的磁场对铁芯有吸、斥作用，使铁芯振动发声
D．若去掉铁芯，“嗡嗡”声马上消失，也能完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验
14．为研究无线传输电能,某科研小组在实验室试制了无线电能传输装置，在短距离内点亮了灯泡，如图实验测得，接在乙线圈上的用电器获得的电能为输入甲线圈电能的35%。
①若用该装置给充电功率为10 W的电池充电，则损失的功率为 W。
②若把甲线接入电压为220 V的电源，测得该线圈中的电流为0.195 A。这时，接在乙线圈上的灯泡恰能正常发光，则此灯泡的功率为 W。
四、解答题
15．在空间中足够大的范围内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，某时刻，置于其中的闭合矩形线圈abcd的ab边与磁场平行，bc边与磁场垂直，如图所示。线圈匝数为n、总电阻为R、边长、。线圈绕ad边以角速度逆时针（从上往下看）转动。求：
（1）转动至图示位置时，线圈中感应电流的大小和方向；
（2）由图示位置转过的时间内，线圈中平均感应电动势的大小；
（3）线圈产生的热功率。
16．如图所示，N=50匝的矩形线圈边长abcd，ab边长d1=20cm，ad边长d2=20cm放在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的轴以n=6000r/min的转速匀速转动，线圈电阻r=1Ω，外电路电阻R=9Ω，t=0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里，求：
（1）感应电动势的瞬时值表达式；
（2）从图示位置转过的过程中流过电阻R的电荷量。
17．如图甲，振荡电路电容器的电容为，线圈自感系数为。电容器两极板电压与时间的关系为余弦函数如图乙。求：
（1）电磁振荡的周期T；
（2）到时间内平均振荡电流（保留3位有效数字）；
（3）时刻的振荡电流。
18．类比是研究和解决物理问题的常用方法。如图1，对于劲度系数为k的轻质弹簧和质量为m小球组成一维振动系统，我们可以写出任意时刻振子的能量方程为，其中x为任意时刻小球偏离平衡位置的位移，v为瞬时速度，v和x满足关系。振子简谐运动的周期与振子质量的平方根成正比，与振动系统的振动系数的平方根成反比，而与振幅无关，即。
（1）如图2，摆长为L、摆球质量为m的单摆在A、B间做小角度的自由摆动。请你类比弹簧振动系统从能量守恒的角度类推出单摆的周期公式（已知重力加速度g；取最低点为零势能面；θ很小时，有，弧长）。
（2）如图3电路，电容器充满电后，将开关置于线圈一侧时，由电感线圈L和电容C组成的电路称为LC振荡电路，是最简单的振荡电路。理论分析表明，LC振荡电路的周期与电感L、电容C存在一定关系。已知电感线圈的磁场能可表示为，电容器储存的能量可表示为QU。请类比简谐运动，根据上述信息，通过对比状态描述参量，分析推导LC振荡电路（不计能量损失）的周期表达式，并定性画出振荡电路电流i随时间t的变化图像（时，电容器开始放电，以顺时针为电流的正方向）。
19．实验室里有一水平放置的平行板电容器，知道其电容。在两板带有一定电荷时，发现一粉尘恰好静止在两板间。手头上还有一个自感系数的电感器，现连成如图所示电路，试分析以下两个问题：
（1）从S闭合时开始计时，经过时，电容器内粉尘的加速度大小是多少？
（2）当粉尘的加速度为多大时，线圈中电流最大？
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参考答案：
1．B
【详解】A．电动机不是纯电阻元件，不能用欧姆定律计算其两端电压，其消耗的电功率也不等于I2R，故A错误；
B．金属杆上升过程中所受安培力大小为
电动机的输出功率为
变压器的输入功率为
故B正确；
C．根据理想变压器变流规律有
所以原线圈中的电流为
故C错误；
D．电动机的热功率为I2R，由题意可知原线圈电压的有效值为
根据理想变压器变压规律有
解得副线圈电压的有效值为
故D错误。
故选B。
2．C
【详解】A．已知两相邻正、负尖峰电压对应时间差为，可得交变电流的周期，驱动轴转动的角速度
A错误；
B．交变电流不是按正弦规律变化的，电压最大值与有效值的关系不是，B错误；
C．由法拉第电磁感应定律得，感应电动势与磁通量变化率成正比，有
穿过线圈磁通量变化率的最大值
C正确；
D．相邻两个向上尖峰时间内，线圈电压的平均值为
线圈转过一个完整周期，磁通量变化量为0，电压平均值为0，D错误；
故选C。
3．C
【详解】A．线圈中产生的感应电动势的最大值
有效值
故A错误；
B．由于，根据闭合电路欧姆定律可知回路中最大电流为
故B错误；
C．由于晶体二极管的作用，灯泡的额定电压有
故C正确；
D．灯泡的额定功率有
P=I2R=R=36W
故D错误。
故选C。
4．C
【详解】变压器是改变交流电的电压的设备，由图可知，当图（a）中的开关接通与断开的瞬间，左侧的电流发生变化，变化的电流引起左侧的线圈内磁通量的变化，进而引起右侧的线圈内磁通量的变化，则在右侧的线圈内产生感应电动势，该电动势以高压的形式对外输出，即可使火花塞产生高压点火。而图（b）中，右侧没有电流，所以右侧的开关的接通与断开不能引起电流的变化，所以图（b）不能使火花塞点火。
故选C。
5．D
【详解】A．舱外为真空环境，声波无法传播，则舱外的航天员与舱内的航天员不能直接对话，故A错误；
BCD．现代的移动通信都是利用无线电波来传递信息的，故D正确，BC错误。
故选D。
6．C
【详解】A．脉冲信号属于电磁波，若为机械波，则传播需要介质，无法接收到，A错误；
B．根据图可知脉冲星的磁轴与自转轴并不重合，B错误；
C．根据题意，脉冲星每自转一周，地球就接收到一次它辐射的脉冲，则可得脉冲的周期等于脉冲星的自转周期，C正确；
D．根据题中信息，脉冲星是中子星的一种，为会发出周期性脉冲信号的星体，说明并不是所有的中子星都可以发出脉冲信号，D错误。
选C。
7．D
【详解】A．若电阻R减小，电流值应该比对应时刻的电流值大，故A错误；
B．若电阻R减小，周期不变，故B错误；
C．在图（b）中A点时刻磁场能正在向电场能转化，且方向为正，则电容器上极板带负电，故C错误；
D．电容器内电场不断变化，有感应磁场，故D正确。
故选D。
8．C
【详解】A．ab段电流从最大开始减小，说明电容器处于充电阶段，A错误；
B．a、c两时刻的电流最大，线圈中的磁场最强，此时磁场能最大，电容器里的电场能为零，B错误；
CD．b、d两时刻回路中电流为零，线圈里的磁感应强度为零、磁场能为零，电容器里的电场能最大，电容器带电量最大，C正确，D错误。
故选C。
9．AC
【详解】A．开关断开时，和串联，电压表测量两端的电压，由题图乙可知原线圈电压有效值为
所以副线圈两端电压为
则两端的电压为
故A正确；
B．由选项A的分析可知，副线圈中电流为
所以原线圈中电流为
故B错误；
C．电阻上消耗的功率为
故C正确；
D．当开关闭合时，、与电容器并联后和串联，电容器的电压为并联部分的电压，利用直流分压计算，并联部分电阻为
所以并联部分的电压为
故并联部分两端电压最大值小于，所以电容器不会被击穿，故D错误。
故选AC。
10．AC
【详解】AC．将滑片从题图所示位置逆时针匀速转动的过程中，原线圈输入电压不变，电压表示数不变，副线圈匝数均匀增大，根据变压比公式可知，副线圈输出电压均匀增大，电压表示数均匀增大，选项AC正确；
B．根据输出功率等于输入功率，可知输入电流增大，电流表示数增大，或者根据电流表示数为电流有效值，不可能呈正弦变化，选项B错误；
D．电流表测量的是电流有效值，将滑片从题图所示位置逆时针匀速转动的过程中，副线圈输出电压均匀增大，电阻中电流均匀增大，电流表示数均匀增大，选项D错误；
故选AC。
11．AC
【详解】A．t1时刻电流最大，电容器极板上所带电荷量为0 ，根据
可知，电容器两端的电压为零，A正确；
B．时间内，电流减小，电流产生磁场，所以磁场能逐渐减小，B错误；
C．当车辆靠近线圈时，线圈自感系数变大，根据
可知，振荡电流的频率变小，C正确；
D．从图乙中可知，在t3~t4时间内，震荡电流频率变大，根据
可知，线圈自感系数变小，因为车辆靠近线圈时，线圈自感系数变大，所以D错误。
故选AC。
12．BC
【详解】A．根据题意可知，开关S闭合瞬间为t=0时刻，电容器开始放电，电流增大，电流与时间呈现正弦式变化，当时，回路中放电电流达到最大值，故A错误；
B．时刻电容器处于反向充电状态，电流减小，由于电流与时间呈现正弦式变化，图像的斜率的绝对值表示感应电动势的大小，在时，电流为0，电流时间图像的斜率的绝对值达到最大值，可知时，线圈中产生的感应电动势最大，故B正确；
C．根据上述可知，时，充电结束，电容器又开始放电，电流反向增大，时，电容器放电结束，电流达到最大，电容器极板所带电荷量最小，电容器两极板间的电场强度最小，故C正确；
D．根据
可知，若增大电容器两极板的间距，电容器的电容减小，则振荡周期减小，故D错误。
故选BC。
13．(1)D
(2)见解析
(3)C
【详解】（1）A．变压器的工作原理是互感，为确保变压器正常工作，原线圈需要接交流电，故A错误；
B．为了减小涡流，变压器中的A、B两块铁芯都是由彼此绝缘的块状硅钢片叠加制成，故B错误；’
C．变压器正常工作后，电能由通过互感原理输送到副线圈，并不是通过铁芯导电输送到副线圈，故C错误；
D．根据电压匝数的关系有
可知，保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响，故D正确。
故选D。
（2）理想变压器的原副线圈匝数比等于电压比，实验中发现原、副线圈匝数的比值与电压之比有微小差别，出现这种情况的原因是变压器线圈通过电流时会发热；铁芯在交变磁场的作用下也会发热；此外，交变电流产生的磁场也不可能完全局限在铁芯内，所有这些，使得变压器工作时有能量损失，导致原、副线圈匝数的比值与电压之比有微小差别。
（3）ABC．线圈中交变电流产生的磁场对铁芯有吸、斥作用，使铁芯振动发出“嗡嗡”声，故AB错误，C正确；
D．根据上述，若去掉铁芯，“嗡嗡”声马上消失，但是由于此时没有铁芯，会导致漏磁太多，穿过副线圈的磁通量比穿过原线圈的磁通量小得多，因此不能完成“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验，故D错误。
故选C。
14． 18.6 15
【详解】①[1]由题意可知，该装置的传输效率为35%，充电功率为10 W是有用功率
P总＝ ＝28.6W
损失的功率
P损＝P总×（1－35%）＝28.6W×0.65＝18.6W
②[2]
P总＝UI＝220V×0.195A＝42.9W
灯泡的功率
P有＝P总×35%＝42.9W×0.35＝15W
15．（1）； abcda（2）；（3）
【详解】（1）绕ad边转动至图示位置时，线圈中感应电动势
感应电流的大小为
由楞次定律可得电流方向为abcda。
（2）由图示位置转过的时间内，线圈中平均感应电动势
（3）线圈的热功率
16．（1）；（2）0.1C
【详解】（1）因
感应电动势最大值
感应电动势的瞬时值表达式
（2）从图示位置转过的过程中流过电阻R的电荷量
17．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）振荡电路的周期
代入数值解得
（2）电容器两极板电压
时，电容器带电量
时，电容器带电量
平均电流
代入数值解得
（3）振荡电流
当时
18．（1）见解析；（2）见解析
【详解】（1）单摆的能量方程
在很小的时
又
将代入能量方程可得单摆简谐运动方程
由此可得单摆的振动系数
所以单摆的周期为
（2）类比简谐运动中一些状态描述参量的变化规律可得
简谐运动（弹簧振子） 电磁振荡（LC电路）
振子质量m 电感L
任意时刻振子偏离平衡位置的位移x 电容电量q
瞬时速度 电路电流
振子动能 线圈磁场能
振子弹性势能 电容器电场能
类比简谐运动的能量变化规律
可得电容电量q随时间t变化的方程为
可知
则LC谐振电路周期公式
振荡电路电流i随时间t的变化图像如图所示（时，电容器开始放电，以顺时针为电流的正方向）
19．（1）；（2）
【详解】（1）原来粉尘恰好静止，可知其受到的电场力等于重力，闭合开关后，LC振荡电路的周期为
因此t=π×10-5 s时，LC振荡电路恰好经历半个周期，此时电容器两极板间场强的大小与初始时刻相等、方向与初始时刻相反，所以此时粉尘所受合外力为2mg，加速度大小为2g。
（2）电容器放电过程中，两极板的电荷量减小，电路中的电流增大，当电流最大时，两极板的电荷量为零，极板间电场强度为零，此时粉尘只受重力，其加速度大小为g。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页
