第3章 交变电流 章末检测试卷(3)-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修 第二册（人教版2019，苏京）

章末检测试卷(三) (满分：100分) 一、单项选择题：共10题，每题4分，共40分。每题只有一个选项最符合题意。 1．某小型发电机产生的感应电动势为e＝50·sin 100πt V。对此电动势，下列表述正确的是(　　) A．最大值是50 V B．频率是100 Hz C．有效值是25 V D．周期是0.02 s 答案　D 解析　由题意知，感应电动势的最大值是Em＝50 V，A错误；由ω＝2πf＝100π rad/s得f＝50 Hz，B错误；电动势有效值是E＝＝25 V，C错误；T＝＝0.02 s，D正确。 2．在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的高压电，所用的器材叫电压互感器。下列选项所示的四个图中，能正确反映其工作原理的是(　　) 答案　B 解析　由电压互感器的工作原理可知，电压互感器应跨接在火线与零线之间，且由于电压与匝数成正比，故电压互感器应使高压电线并联接入匝数较多的线圈上，故B符合题意，A、C、D不符合题意。 3.(2023·徐州市高二期中)在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2 Ω，则(　　) A．t＝0时，线圈中的电流改变方向 B．t＝1.0 s时，线圈平面垂直于磁感线 C．t＝1.5 s时，线圈中的感应电动势为0 D．一个周期内，线圈产生的热量为8 J 答案　C 解析　每经过一次中性面(线圈平面垂直于磁感线，磁通量有最大值)，电流的方向改变一次，t＝0时，磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，线圈中的电流方向不改变，A错误；t＝1.0 s时，磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，B错误；t＝1.5 s时，磁通量有最大值，但磁通量的变化率为零，根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为0，C正确；感应电动势最大值Em＝NBSω＝4π V，有效值E＝＝2π V，一个周期内，线圈产生的热量为Q＝T＝8π2 J，D错误。 4．供电站向某地输送5 000 kW的电功率，输电线上损耗的电功率为100 kW，如果把输电电压提高为原来的10倍，同时将输电线的横截面积减为原来的一半，而输送的电功率不变，那么输电线损耗的电功率为(　　) A．0.2 kW B．0.5 kW C．2.0 kW D．5.0 kW 答案　C 解析　输电电压提高为原来的10倍，根据P＝UI知，输电电流减小为原来的，根据电阻定律R＝ρ知，输电线的横截面积减为原来的一半，则输电线的电阻增大为原来的2倍，根据P损＝I2R知，输电线上损耗的电功率减小为原来的，则输电线上损耗的功率为2.0 kW，故选C。 5．(2020·浙江7月选考)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V。已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是(　　) A．发电机输出的电流I1＝40 A B．输电线上的电流I线＝625 A C．降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11 D．用户得到的电流I4＝455 A 答案　C 解析　发电机输出电流I1＝＝ A＝400 A，故A错误；输电线上损失的功率P线＝I线2R线＝5 kW，所以I线＝＝25 A，故B错误；用户得到的功率P4＝P－P线＝(100－5) kW＝95 kW，则I4＝＝ A＝ A≈432 A，故＝＝，故C正确，D错误。 6．(2022·江苏省阜宁中学高二月考)图甲是小型交流发电机的示意图，两极M、N间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，图中电表均为理想交流电表，内阻不计的矩形线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，矩形线圈通过滑环接一理想变压器，滑动触头P上下移动时可改变变压器副线圈的输出电压，副线圈接有可调电阻R，从图示位置开始计时，发电机线圈中产生的感应电动势随时间变化的图像如图乙所示，以下判断正确的是(　　) A．电压表的示数为10 V B．t＝0.01 s末，发电机线圈平面与磁场方向垂直 C．若滑动触头P的位置向上移动、R不变时，电流表示数将变小 D．若滑动触头P的位置不变、R不变，把发电机线圈的转速增大一倍，则变压器的输入功率将增大到原来的4倍 答案　D 解析　电压表的示数为有效值U＝＝10 V，A选项错误；t＝0.01 s末，感应电动势最大，此时线圈平面与磁场方向平行，B选项错误；由＝，＝知，滑动触头P的位置向上移动，变压器原线圈匝数变小，副线圈电压变大，输出电流变大，则原线圈电流变大，故电流表示数将变大，C选项错误；发电机线圈的转速增大一倍，感应电动势Em＝NBSω变为原来的2倍，输入电压和输出电压均变为原来的2倍，输出功率P＝增大到原来的4倍，理想变压器输入功率等于输出功率，则变压器的输入功率将增大到原来的4倍，D选项正确。 7．(2023·镇江市高二期中)图甲为某变压器，由于铁芯中的涡流其效率为95%，ab为原线圈，cd为副线圈，e为副线圈中引出的一个接头。ab端输入电压如图乙所示，若只在cd上接一个800 Ω的电阻，或者只在ce处接一个450 Ω的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W，下列说法正确的是(　　) A．原线圈输入电压的瞬时值表达式为e＝220sin 100πt(V) B．两种情况下原线圈中的电流有效值大小不同 C．只在cd上接一个800 Ω的电阻时，原线圈中电流大小为 A D．cd和ce间线圈的匝数之比为4∶3 答案　D 解析　由图像乙可知输入电压峰值为220 V，周期为0.02 s，则原线圈输入电压的瞬时值表达式为e＝220sin 100πt(V)，A错误；两种情况下电阻消耗的功率均为80 W，则原线圈输入功率相同，两种情况下原线圈中的电流有效值大小相同，B错误；只在cd上接一个800 Ω的电阻时，电压有效值U1＝220 V，变压器由于铁芯中的涡流其效率为95%，P1＝＝ W，原线圈中的电流I1＝＝ A≈0.38 A> A，故C错误；设ab间匝数为n1，则＝，＝，由题意知＝，解得＝，代入数据得＝，故cd和ce间线圈的匝数之比为4∶3，D正确。 8.(2023·徐州市第七中学阶段练习)如图所示，半径为r的半圆形单匝金属线框放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，MN两点连线与磁场垂直，线框绕MN连线以角速度ω匀速转动，灯泡电阻为R，其他电阻不计，则(　　) A．通过灯泡的电流方向不变 B．图示位置回路磁通量变化最快 C．灯泡两端电压为πr2Bω D．由图示位置转过180°过程中通过灯泡的电荷量为0 答案　C 解析　线框绕MN连线以角速度ω匀速转动，产生正弦式交变电流，电流方向改变，故A错误；题图所示位置穿过回路的磁通量最大，磁通量变化率为零，故B错误；感应电动势的最大值为Em＝NBSω＝B·πr2ω＝πr2Bω，有效值为E＝＝πr2Bω，由于其他电阻不计，灯泡两端电压为U＝E＝πr2Bω，故C正确；由题图所示位置转过180°过程中感应电动势的平均值为＝＝＝，通过灯泡的电荷量为q＝Δt＝Δt＝，故D错误。 9．(2023·南京市第一中学校考期中)某充电器充电时可简化为如图甲所示电路，原线圈串联一个阻值R1＝800 Ω的定值电阻，副线圈c、d连接阻值R2＝5 Ω的定值电阻，a、b两端输入如图乙所示正弦式交流电压，电流表的示数为0.025 A，变压器为理想变压器，电表均为理想电表，则(　　) A．理想电压表的示数为10 V B．电阻R2消耗的功率为10 W C．理想变压器原、副线圈匝数比为40∶1 D．若电阻R1的阻值减小，则电阻R2的电功率也将减小 答案　C 解析　a、b两端输入电压的有效值U＝ V＝220 V，U＝I1R1＋U1，＝，U2＝I2R2，n1I1＝n2I2，解得＝，U2＝5 V，故A错误，C正确；电阻R2的功率P2＝＝5 W，故B错误；若电阻R1的阻值减小，则U1增大，由＝知U2增大，则电阻R2的电功率将增大，故D错误。 10．在如图甲所示的电路中，ab两端接入图乙所示的电压，副线圈接火灾报警系统(报警器未画出)，图中电压表和电流表均为理想电表，变压器为理想变压器，电压表的示数为22 V，D为理想二极管，R0为定值电阻，L为电阻恒定的指示灯，RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。下列说法中正确的是(　　) A．理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1 B．若RT处出现火灾时，电压表示数不变，电流表示数将变小 C．若RT处出现火灾时，指示灯L将变暗 D．若只将原线圈的理想二极管去掉，则电压表的示数会变为原来的2倍 答案　C 解析　设原线圈两端电压为U1，根据电流的热效应可得T＝×，解得U1＝ V，由＝得＝，故A错误； 输入端的电压不变，匝数比不变，则电压表示数不变，若RT处出现火灾时，RT电阻变小，副线圈的电流变大，输出的总功率变大，则输入端的电功率变大，电压不变，则电流表的示数变大，故B错误； 若RT处出现火灾时，RT电阻变小，输出的总功率变大，副线圈中电流变大，R0两端电压变大，则指示灯两端电压变小，指示灯变暗，故C正确； 有二极管时原线圈两端电压为 V，没有二极管时原线圈两端电压为 V，则原线圈两端电压变为原来的倍，由于匝数比不变，则电压表的示数变为原来的倍，故D错误。 二、非选择题：共5题，共60分。其中第12题～第15题解答时请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；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。 11．(8分)(2023·南京校联考阶段练习)某学习小组在“探究变压器原、副线圈电压和匝数的关系”的实验中，采用了图甲所示的可拆变压器，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，如图乙所示。 (1)下列说法正确的是________； A．为保证实验安全，原线圈应接低压直流电源 B．多用电表应置于直流电压挡 C．保持原线圈电压及匝数不变，改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响 D．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 (2)为了减少涡流的影响，铁芯应选择________； A．整块硅钢铁芯 B．整块不锈钢铁芯 C．绝缘的铜片叠成 D．互相绝缘的硅钢片叠成 (3)该实验小组认真检查电路无误后，分别测出相应的原、副线圈电压值。若原、副线圈匝数分别为n1＝240匝、n2＝120匝，在原线圈两端依次加上不同的电压，用多用电表合适的电压挡分别测量原、副线圈两端的电压，数据如表所示： 序号 1 2 3 4 5 原线圈：U1(V) 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 副线圈：U2(V) 0.90 1.82 2.75 3.63 4.50 利用表格中的数据在图丙中作出U1－U2图像，图像的斜率k＝________(保留两位有效数字)； (4)实验发现，U1－U2图像的斜率k与不相等，原因可能为________。 A．原、副线圈上通过的电流发热 B．铁芯在交变磁场作用下发热 C．变压器铁芯漏磁 D．原线圈输入电压发生变化 答案　(1)C(2分)　(2)D(2分)　(3)见解析图(1分)　2.2(1分)　(4)ABC(2分) 解析　(1)变压器的工作原理是互感，因此为保证实验安全，原线圈应接低压交流电源，A错误；由于变压器使用的是交流电，因此电表应置于交流电压挡，B错误；为了研究副线圈的匝数对输出电压的影响，需要采用控制变量法，保持原线圈电压及匝数不变，改变副线圈的匝数，从而研究副线圈的匝数对输出电压的影响，C正确；变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯，利用互感原理输送到副线圈，D错误。 (2)为了减少涡流的影响，应选择电阻率大的铁磁材料，故铁芯应选择互相绝缘的硅钢片叠成，故选D。 (3)U1－U2图像如图所示 根据图像，直线的斜率为k＝≈2.2 (4)根据题中数据有＝＝2.0<k，即U1－U2图像的斜率k与不相等，实际上的变压器不是理想变压器，存在漏磁，存在能量的消耗，即原线圈都存在一定的电阻，原、副线圈上通过的电流会产生焦耳热，铁芯在交变磁场作用下产生的涡流也会产生焦耳热，故选A、B、C。 12．(10分)(2022·南通市高二期末)利用海洋波浪发电的原理如图甲所示，浮桶内的磁体通过支柱固定在暗礁上，浮桶截面图如图乙。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，线圈与灯泡相连，线圈匝数为n，半径为r，电阻为R，线圈所在处辐射磁场的磁感应强度大小均为B。若灯泡的电阻也为R，线圈中感应电流随时间变化的规律为i＝Imsin ωt。求： (1)灯泡的电功率P； (2)浮桶随波浪上下运动的速度v随时间t变化的表达式。 答案　(1)Im2R　(2)v＝sin ωt 解析　(1)由题意，线圈中电流的有效值为 I＝(1分) 灯泡的功率P＝I2R(2分) 解得P＝Im2R(1分) (2)线圈产生感应电动势的最大值为 Em＝2ImR 又Em＝nB(2πr)vm(2分) 解得vm＝(2分) 浮桶随波浪上下运动的速度v随时间t变化的表达式为 v＝sin ωt。(2分) 13．(12分)(2021·江苏卷)贯彻新发展理念，我国风力发电发展迅猛，2020年我国风力发电量高达4 000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为0.20 T，线圈的匝数为100、面积为0.5 m2，电阻为0.6 Ω，若磁体转动的角速度为90 rad/s，线圈中产生的感应电流为50 A。求： (1)线圈中感应电动势的有效值E； (2)线圈的输出功率P。 答案　(1)6.4×102 V　(2)3.1×104 W 解析　(1)电动势的最大值Em＝NBSω(2分) 有效值E＝(2分) 解得E＝(1分) 代入数据得E≈6.4×102 V(1分) (2)输出电压U＝E－Ir(2分) 输出功率P＝IU(2分) 解得P＝I(E－Ir)＝50×(6.4×102－50×0.6) W≈3.1×104 W。(2分) 14．(14分)如图甲，电动车现在是许多人常用的代步工具，其中的主要零件有车架、电动机、控制器、蓄电池和充电器。把电动车的电动机拆下来，使其中的线圈转动，并外接上用电器R(可看作纯电阻)，电动机就变成发电机能给R供电，其原理如图乙所示。线圈abcd的面积是0.05 m2，共100匝，线圈电阻为1 Ω，外接电阻R＝9 Ω，匀强磁场的磁感应强度大小为B＝ T，方向垂直纸面向里，当线圈以ω＝10π rad/s的角速度匀速转动时。(各电表均视为理想交流电表) (1)求感应电动势的最大值Em和交流电压表示数U。(结果可以保留根式) (2)从图示位置开始计时，写出电路中电流i的瞬时值表达式。 (3)求线圈转一圈用电器R产生的热量。 (4)经 s通过电阻R的电荷量是多少(结果保留一位有效数字)? 答案　(1)50 V　 V　(2)i＝5sin 10πt(A)　(3)22.5 J　(4)0.08 C 解析　(1)感应电动势的最大值Em＝NBSω＝50 V(1分) 电动势的有效值E有效＝＝25 V(1分) 电压表测量的是路端电压，所以电压表的示数 U＝＝ V(2分) (2)电流最大值Im＝＝5 A(1分) 则电路中电流瞬时值表达式为 i＝Imsin ωt＝5sin 10πt(A)(2分) (3)电流有效值I有效＝(1分) 转一圈所需时间T＝＝0.2 s(1分) 线圈转一圈用电器R产生的热量 Q＝I有效2RT＝22.5 J(1分) (4) s内线圈转过的角度θ＝ωt＝60°(1分) 该过程中，ΔΦ＝BS－BScos θ＝BS(1分) 由＝，＝，＝N得q＝N＝N＝ C＝ C≈0.08 C。(2分) 15．(16分)(2023·泰州姜堰中学校考期中)如图所示，用一小型交流发电机向远处用户供电，已知发电机线圈abcd匝数N＝100匝，面积S＝0.03 m2，线圈匀速转动的角速度ω＝100π rad/s，匀强磁场的磁感应强度B＝ T，输电时先用升压变压器将电压升高，到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用，输电导线的总电阻为R＝10 Ω，变压器都是理想变压器，降压变压器原、副线圈的匝数比n3∶n4＝10∶1，若用户区标有“220 V,8.8 kW”的电动机恰能正常工作。发电机线圈电阻r不可忽略。求： (1)输电线路上损耗的电功率ΔP； (2)升压变压器副线圈电压U2； (3)若升压变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2＝1∶8，交流发电机线圈电阻r上的热功率与输电线上损耗的电功率之比。 答案　(1)160 W　(2)2 240 V　(3)4∶1 解析　(1)设降压变压器原、副线圈的电流分别为I3、I4，电动机恰能正常工作，有 I4＝＝ A＝40 A(1分) 根据理想变压器的变流比可知＝(1分) 解得I3＝4 A(1分) 所以输电线路上损耗的电功率ΔP＝I32R 解得ΔP＝160 W(1分) (2)根据理想变压器的变压比可知＝(1分) 解得U3＝2 200 V(2分) 升压变压器副线圈两端电压U2＝U3＋I3R 解得U2＝2 240 V(2分) (3)根据理想变压器的变压比可知＝ 可得U1＝280 V(1分) 升压变压器的原线圈输入功率P1＝ΔP＋P用 可得P1＝8 960 W(1分) 根据P1＝U1I1 解得I1＝32 A(1分) 根据正弦式交变电流产生规律可知，最大值为 Em＝NBSω 代入数据解得Em＝300 V， 则E＝＝300 V(1分) 发电机线圈内阻上消耗的热功率 P内＝I1E－I1U1(1分) 解得P内＝640 W(1分) 所以交流发电机线圈电阻r上的热功率与输电线上损耗的电功率之比＝4∶1。(1分) 学科网（北京）股份有限公司 $$