第三章 交变电流 水平测评-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册创新导学案教用Word（粤教版2019）

物理 选择性必修 第二册(粤教) 第三章　水平测评 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间75分钟． 第Ⅰ卷(选择题，共50分) 一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分．在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1．如图所示是一台发电机的结构示意图．磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、与轴线距离相等处磁感应强度大小相等的磁场．若从图示位置开始计时，当线框绕固定转动轴匀速转动时，下列图像中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是(　　) 答案　D 解析　因发电机的两个磁极N、S呈半圆柱面形状，磁极间的磁感线呈辐向分布，与轴线距离相等处磁感应强度的大小相等，故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小不变，A、B错误；线框越过竖直方向的空隙段后，线框切割磁感线产生的感应电动势的方向发生变化，故C错误，D正确． 2．图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表．线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示．以下判断正确的是(　　) A．电流表的示数不断变化 B．线圈转动的角速度为50π rad/s C．0．01 s时线圈平面与磁场方向平行 D．0．02 s时电阻R中电流的方向自右向左 答案　C 解析　电流表的示数等于交流电的有效值，由题图乙知Im＝10 A，则交流电的有效值I＝＝10 A，A错误；T＝2×10－2 s，ω＝＝100π rad/s，B错误；t＝0．01 s时，i＝－Im，此时线圈平面与磁场方向平行，C正确；由右手定则可知，0．02 s时电阻R中电流方向自左向右，D错误． 3．频率为50 Hz的交变电流，其电压u＝120·sinωt(V)，把它加在激发电压、熄灭电压均为85 V的霓虹灯的两端，则在半个周期内霓虹灯点亮的时间约为(　　) A． s B． s C． s D． s 答案　C 解析　频率为50 Hz的交变电流，周期T＝0．02 s，电压u＝120sin100πt(V)，峰值Um＝120 V，画出一个周期内交流电的u­t图像如图所示，其中阴影部分对应的时间内霓虹灯不能发光，根据对称性，半个周期内霓虹灯不能发光的时间为2t1．当u＝U0＝85 V时，由上式得t1≈ s，再由对称性求得半个周期内霓虹灯点亮的时间约为t＝－2t1＝ s，所以C正确． 4．如图所示，在绕制变压器时，某人将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间臂，已知线圈1、2的匝数比n1∶n2＝2∶1，在不接负载的情况下(　　) A．当线圈1输入电压220 V时，线圈2输出电压为110 V B．当线圈1输入电压220 V时，线圈2输出电压为55 V C．当线圈2输入电压110 V时，线圈1输出电压为220 V D．当线圈2输入电压110 V时，线圈1输出电压为55 V 答案　B 解析　在不接负载的情况下，变压器原(副)线圈两端电压U1(U2)等于原(副)线圈中产生的感应电动势E1(E2)．当线圈1输入电压U1时，＝＝＝＝＝×＝，当U1＝220 V时，U2＝55 V，A错误，B正确；当线圈2输入电压U2′时，＝＝＝＝＝×＝1，当U2′＝110 V时，U1′＝110 V，C、D错误． [名师点拨]　应注意＝只适用于无漏磁的理想变压器，本题中变压器漏掉一半的磁通量，这时需要从变压器的原理——法拉第电磁感应定律分析两线圈的电压关系． 5．如图所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝22∶5，电阻R1＝R2＝25 Ω，D为理想二极管，原线圈接u＝220sin100πt(V)的交流电，则(　　) A．交流电的频率为100 Hz B．通过R1的电流为1 A C．通过R2的电流为 A D．变压器的输入功率为200 W 答案　C 解析　交流电的频率f＝ Hz＝50 Hz，A错误；由理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝22∶5及原线圈电压的有效值为220 V可知，副线圈两端电压为50 V，故通过R1的电流I1＝ A＝2 A，由于二极管的单向导电性，根据电流热效应可得·＝T，所以R2两端的电压有效值U＝25 V，通过R2的电流有效值I2＝＝ A，则B错误，C正确；副线圈电路消耗的功率P＝ W＋ W＝150 W，输入功率等于输出功率，故D错误． 6．发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形金属框，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示．其他电阻不计，图乙中的Um为已知量．则金属框转动一周(　　) A．框内电流方向不变 B．金属框中的平均电流＝ C．流过电阻的电荷量q＝0 D．电阻产生的焦耳热Q＝ 答案　D 解析　当金属框转动时，每经过中性面一次框内电流方向都要变化一次，A错误；在金属框转动一周的过程中，金属框中电流按正弦规律经历一个周期，I­t图线与t轴所围面积即q′为0，则金属框中电流的平均值＝＝0，B错误；金属框转动半周，流过电阻的电荷量为q0＝Δt＝Δt＝＝，则金属框转过一周流过电阻的电荷量为q＝2q0＝，故C错误；由闭合电路欧姆定律可知，电动势等于电阻R两端电压，故由图乙可知，电动势的峰值为Um，因为Um＝BωL2，则ω＝，金属框转过一周电阻产生的焦耳热Q＝T＝·＝，D正确． 7．图甲是某品牌手机无线充电器的示意图．其工作原理如图乙所示，该装置可等效为一个理想变压器，送电线圈为原线圈，受电线圈为副线圈．当a、b间接上220 V的正弦交变电流后，受电线圈中产生交变电流．送电线圈的匝数为n1，受电线圈的匝数为n2，且n1∶n2＝5∶1．两个线圈中所接电阻的阻值均为R，当该装置给手机快速充电时，手机两端的电压为5 V，充电电流为2 A，则下列判断正确的是(　　) A．流过送电线圈与受电线圈的电流之比为5∶1 B．快速充电时，受电线圈cd两端的输出电压为44 V C．快速充电时，两线圈上所接电阻的阻值R＝18．75 Ω D．若手机戴上较厚的手机壳充电，手机两端电压仍为5 V 答案　C 解析　流过送电线圈与受电线圈的电流之比＝＝，故A错误；已知快速充电时，手机两端电压U手＝5 V，充电电流I手＝2 A，Uab＝220 V，又Iab＝I手＝0．4 A，Uab－IabR＝5Ucd，Ucd－I手R＝U手，联立解得Ucd＝42．5 V，R＝18．75 Ω，故B错误，C正确；手机戴上较厚的手机壳充电时，受电线圈与送电线圈距离较远，此时漏磁较多，不能看成理想变压器，因此手机两端电压低于5 V，D错误． 8．海洋中蕴藏着巨大的能量，利用海洋的波浪可以发电．浮桶式波浪发电灯塔浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，浮桶内置线圈随波浪相对磁体沿竖直方向运动，且始终处于磁场中，该线圈与阻值R＝15 Ω的灯泡相连，浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(斜线阴影部分)，如图所示，其内为产生磁场的磁体，与浮桶内侧面的缝隙忽略不计；匝数N＝200的线圈所在处辐射磁场的磁感应强度B＝0．2 T，线圈直径D＝0．4 m，电阻r＝1 Ω．取重力加速度g＝10 m/s2，π2＝10．若浮桶随波浪上下运动的速度可表示为v＝0．4πsinπt(m/s)，则下列说法正确的是(　　) A．波浪发电产生感应电动势e的瞬时值表达式为e＝16sinπt(V) B．灯泡中电流i的瞬时值表达式为i＝4sinπt(A) C．灯泡的电功率为120 W D．灯泡两端电压的有效值为 V 答案　BC 解析　线圈在浮桶里随波浪上下运动切割磁感线产生感应电动势，有e＝NBLv＝NBπDv＝64sinπt(V)，A错误；电路总电阻R总＝R＋r＝16 Ω，则灯泡中电流i的瞬时值表达式为i＝＝4sinπt(A)，B正确；灯泡中电流的有效值I＝＝2 A，灯泡的电功率P＝I2R＝120 W，C正确；灯泡两端电压的有效值U＝IR＝30 V，D错误． 9．如图所示，一理想变压器原线圈可通过滑动触头P的移动改变其匝数，当P接a时，原、副线圈的匝数比为5∶1，b为原线圈的中点，副线圈接有电容器C、灯泡L、理想电流表A以及R＝44 Ω的定值电阻．若原线圈接有u＝311sin100πt(V)的交变电压，下列判断正确的是(　　) A．当P接a时，灯泡两端电压为44 V B．当P接b时，电流表的示数为2 A C．P接b时灯泡消耗的功率比P接a时大 D．P固定在a点不移动，原线圈改接u＝311sin120πt(V)的电压，灯泡亮度不变 答案　BC 解析　原线圈接有u＝311sin100πt(V)的交变电压，电压的有效值为220 V，当P接a时，原、副线圈的匝数比为5∶1，副线圈两端的电压为44 V，而交流电虽能通过电容器，但会受到一定的阻碍，所以灯泡两端的电压低于44 V，故A错误；当P接b时，原、副线圈的匝数比为5∶2，副线圈两端的电压为88 V，又理想电流表与R＝44 Ω的定值电阻串联在副线圈两端，所以电流表的示数为2 A，故B正确；当P接b时灯泡两端的电压比P接a时大，所以灯泡消耗的功率比P接a时大，故C正确；P固定在a点不移动，原线圈改接u＝311sin120πt(V)的交变电压，副线圈得到的交流电的频率变大，则电容器的容抗变小，灯泡变亮，故D错误． 10．如图所示为某小型发电站高压输电示意图．升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2，降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4．在输电线路的起始端接入两个互感器，两个互感器原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10，各互感器和电表均为理想的，则下列说法正确的是(　　) A．两互感器均起到降压作用 B．若电压表的示数为220 V，电流表的示数为10 A，则输电线路输送电功率为220 kW C．若保持发电机输出电压U1一定，仅将滑片Q下移，则输电线路损耗功率减少 D．若发电机输出电压U1一定，用户数增加，为维持用户电压U4一定，可将滑片P上移 答案　BD 解析　两个互感器原、副线圈的匝数比分别为10∶1和1∶10，电压互感器电压与匝数成正比，起到降压的作用，电流互感器电流与匝数成反比，起到降流(升压)的作用，A错误；由题意，根据理想变压器电压和电流规律可得＝10，＝10，解得U2＝2200 V，I2＝100 A，所以输电线路输送的电功率为P＝U2I2＝2200×100 W＝220 kW，故B正确；由理想变压器电压规律＝，可得U2＝U1，若保持发电机输出电压U1一定，仅将滑片Q下移，n2增大，U2增大，根据闭合电路欧姆定律有U3＝U2－I2r，根据理想变压器电压和电流规律有＝，＝，设用户端总电阻为R，则有I4＝，联立解得I2＝，已知输电电压U2增大，R、r不变，所以输电电流I2增大(将降压变压器及负载看作等效电阻，可快速得出此结论)，而输电线路损耗功率为ΔP＝Ir，所以输电线路损耗功率增大，故C错误；若保持发电机输出电压U1和Q的位置一定，使用户数增加，即U2不变，R减小，由C项分析知I2增大，U3减小，为了维持用户电压U4一定，需要增大，可将滑片P上移，故D正确． 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、实验题(本题共2小题，共10分) 11．(4分)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中， (1)实验时需要的仪器为________(填选项字母)． A．可拆变压器 B．干电池 C．条形磁体 D．学生电源 E．直流电压表 F．多用电表 (2)某同学在完成上述实验后，采用如图所示的电路测量变压器原线圈的电阻(阻值较小)，为保证电路中各元件安全，实验结束时，首先应断开________(填选项字母)． A．导线A B．导线B C．开关C D．导线D 答案　(1)ADF　(2)A 解析　(1)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，需要学生电源来提供低压交流电，需要交流电压表来测量电压，同时还需要可拆变压器和导线，可知应选A、D、F． (2)实验结束时，应先把电压表从电路中断开，否则在断开开关瞬间会产生较高的自感电动势，并且会使电压表反接，从而烧毁电压表，故应先断开导线A，故A正确． 12．(6分)(1)为探究变压器两个线圈的电压关系，张明同学制订的操作步骤如下： A．将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤； B．将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡； C．闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压； D．将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上． ①以上操作的合理顺序是________(填步骤前的字母代号)． ②在实验中，当原线圈匝数n1＝1600，副线圈匝数n2＝400时，若原线圈两端电压为8 V，则副线圈两端电压为2 V；原、副线圈对调后，原线圈两端电压为3 V，副线圈两端电压为12 V．那么可初步确定，变压器原、副线圈的电压U1、U2与原、副线圈匝数n1、n2的关系是________(填写字母关系式)． (2)另一个同学在做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验时，忘记把图甲中的变压器铁芯A组装到变压器铁芯B上，组装后的变压器如图乙所示．在铁芯上的原、副线圈匝数分别为n1＝1000匝和n2＝500匝，原线圈两端与u＝10sin100πt(V)的交流电源相连，则副线圈两端电压的有效值可能是________． A．10 V B．1 V C．5 V D．10 V 答案　(1)①DBCA　②＝　(2)B 解析　(1)①在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤．所以操作的合理顺序是DBCA． ②对调前，＝＝，＝＝；对调后，＝＝，＝＝；由此可初步确定：＝． (2)原线圈两端电压的有效值为：U1＝ V＝10 V，若变压器是理想变压器，则根据变压器原理可得：U2＝U1＝×10 V＝5 V，由于该同学忘记了把铁芯A组装到铁芯B上，导致有“漏磁”，则副线圈两端电压的有效值将小于5 V，故B正确，A、C、D错误． 三、计算题(本题共3小题，共40分．要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位) 13．(12分)某个兴趣小组为了研究圆柱体铁芯的涡流热功率，构建了如图所示的分析模型，电阻率为ρ的硅钢薄片绕成一个内径为r、高度为h的圆柱面，其厚度为d，且d≪r．平行于圆柱面轴线方向存在所占空间足够大、磁感应强度B＝Bmsinωt的匀强磁场．求此硅钢薄片中： (1)感应电动势的表达式(不考虑感应电动势的方向)； (2)发热功率P． 答案　(1)e＝ωπr2Bmcosωt　(2) 解析　(1)题中圆柱面的截面面积S＝πr2 垂直通过截面的磁场B＝Bmsinωt 所以磁通量Φ＝BS＝πr2Bmsinωt 产生的感应电动势e＝＝ωπr2Bmcosωt． (2)硅钢薄片中感应电动势的有效值为 E＝ 将硅钢薄片展开，是一长为2πr、横截面积为hd的立方体电阻，根据电阻定律， 其电阻为R＝ρ 则此硅钢薄片发热功率为P＝ 联立可得P＝． 14．(12分)如图甲所示为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头，原线圈输入正弦式交变电压的uab­t图像如图乙所示．若只在ce间接一个Rce＝400 Ω的电阻，或只在de间接一个Rde＝225 Ω的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W． (1)请写出原线圈输入电压的瞬时值uab的表达式； (2)求只在ce间接400 Ω的电阻时，原线圈中的电流I1； (3)求ce和de间线圈的匝数比． 答案　(1)uab＝400sin200πt(V)　(2)0．28 A (3) 解析　(1)由题图乙知周期T＝0．01 s 则ω＝＝200π rad/s 故原线圈输入电压的瞬时值表达式为 uab＝Em·sinωt＝400sin200πt(V)． (2)原线圈两端的电压U1＝200 V，由理想变压器的功率关系得P1＝P2，原线圈中的电流I1＝ 解得I1＝ A＝0．28 A． (3)设ab间线圈的匝数为n1，则＝ 同理＝ 由题意知＝ 解得＝ 代入数据得＝． 15．(16分)人们利用发电机把天然存在的各种形式的能(水流能、煤等燃料的化学能)转化为电能．有条河流，流量Q＝2 m3/s，落差h＝50 m，现利用其发电，已知发电机总效率为η＝50%，输出电压为U＝5000 V．现直接将发电机和用户连接，测得安装在输电线路的起点和终点的电度表一昼夜读数相差2400 kW·h(一昼夜是24 h)．重力加速度g取10 m/s2，水的密度ρ＝1×103 kg/m3，试求： (1)发电机可输送的功率P； (2)输电线的电阻r； (3)若要使输电线损失的功率降到输送功率的0．2%，所加的理想升压变压器原、副线圈的匝数比； (4)实施(3)后若用户端需要的电压是100 V，所加的理想降压变压器原、副线圈的匝数比． 答案　(1)5×105 W　(2)10 Ω　(3)1∶10　(4)499∶1 解析　(1)发电机可输送的功率为 P＝＝ρQghη＝5×105 W． (2)输电线上损失的功率为 P损＝ kW＝100 kW 由P＝UI得I＝100 A 根据P损＝I2r，解得r＝10 Ω． (3)输电线上损失的功率为 P损′＝I′2r＝P×0．2%＝1000 W 解得I′＝10 A 设升压至U′可满足要求，则U′＝ 解得U′＝5×104 V 则理想升压变压器原、副线圈匝数比＝＝． (4)输电线上损失的电压为U损′＝I′r＝100 V 则理想降压变压器原线圈两端的电压 U3＝U′－U损′＝49900 V 则理想降压变压器原、副线圈匝数比为＝＝． 10 学科网（北京）股份有限公司 $$