检测卷3 变交电流(word练习)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测（人教版2019）

检测卷三 交变电流 [对应素能提升训练第62页] （满分：100分,时间：75分钟） 一、选择题：本题共10小题，共46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，每小题4分；第8～10题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1.如图所示,面积均为S的单匝线圈绕轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动。从图中所示位置开始计时,下图中能产生正弦式交流电动势e＝BSωsin ωt的是 （　　） 解析　由题图知,只有A、B图中线圈在切割磁感线,穿过线圈的磁通量在变化,从而产生感应电流。但B图中在t＝0时产生的感应电动势最大,不按正弦规律变化,故只有A图中产生正弦式交流电动势e＝BSωsin ωt,A正确。 答案　A 2.美国使用的电吹风在120 V的电压下正常工作,现将它在标准电压为220 V的中国使用,则下列说法正确的是 （　　） A.要使电吹风正常工作,所需变压器的原、副线圈匝数比应为6∶11 B.标准电压220 V指的是交流电的有效值 C.标准电压220 V指的是交流电的峰值 D.变压器中匝数少的线圈导线较细,匝数多的线圈导线较粗 解析　要使电吹风正常工作,所需变压器的原、副线圈匝数比＝＝＝,故A错误；标准电压220 V指的是交流电的有效值,故B正确,C错误；根据＝可知,匝数少的线圈电流大,则变压器中匝数少的线圈导线较粗,匝数多的线圈导线较细,故D错误。 答案　B 3.在图乙的电路中,通入如图甲所示的交变电流,此交变电流的每个周期内,前三分之一周期电压按正弦规律变化,后三分之二周期电压恒定。电阻R的阻值为12 Ω,电表均为理想电表。下列判断正确的是 （　　） A.电压表的示数为6 V B.该交变电流的电压有效值为4 V C.电阻R一个周期内产生的热量一定大于9 J D.电流表的示数为0.5 A 解析　由焦耳定律得×1＋×2＝×3,即电压有效值U＝6 V,电压表读数为有效值,故A、B错误；热量根据有效值进行计算,则Q＝T＝9 J,故C错误；电流表读数为有效值,则I＝＝0.5 A,故D正确。 答案　D 4.如图所示,理想变压器原、副线圈接有三个完全相同的灯泡,其额定电压均为U,且三个灯泡均能正常发光。下列说法正确的是 （　　） A.原、副线圈匝数之比为3∶1 B.原、副线圈匝数之比为1∶3 C.AB端的输入电压为3U D.AB端的输入电压为4U 解析　设灯泡正常发光时,流过它的电流为I,则该变压器原线圈中电流I1＝I,副线圈中电流I2＝2I,则原、副线圈匝数之比＝＝2∶1；所以原线圈两端的电压U1＝U2＝2U,则AB端输入电压为3U。故A、B、D错误,C正确。 答案　C 5.下图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻。转子是中心在O点的条形磁体，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是（　　） A.两线圈产生的电动势的有效值相等 B.两线圈产生的交变电流的频率相等 C.两线圈产生的电动势同时达到最大值 D.两电阻消耗的电功率相等 解析　根据E＝n可得感应电动势最大值不相等，有效值也不相等；根据P＝可知，两电阻的电功率也不相等，选项A、D错误。因两线圈放在同一个旋转磁铁的旁边，则两线圈产生的交变电流的频率相等，选项B正确。当磁铁的磁极到达一线圈附近时，这个线圈的磁通量最大，感应电动势为0，另一个线圈通过的磁通量最小，感应电动势最大，可知两线圈产生的感应电动势不可能同时达到最大值，选项C错误。 答案　B 6.小明分别按照图1和图2电路探究远距离输电的输电损耗,将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路,忽略导线的自感作用。其中T1为理想升压变压器,T2为理想降压变压器,两次实验中使用的灯泡相同,灯泡的电压相等。两次实验中 （　　） A.都接直流电源 B.A两端的电压相等 C.A损耗的功率相等 D.图1中A的电流较大 解析　变压器不能改变直流电电压,A错误；两次灯泡电压相等,电流也一定相等,因为＝所以图1流过A的电流大于图2流过A的电流,P＝I2R,图1线圈A消耗的功率大于图2线圈A消耗的功率,C错误,D正确；由U＝IR可知图1 A两端的电压大,B错误。 答案　D 7.如图所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab、cd中点的轴OO'以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点,并规定当电流自a流向b时电流方向为正,则下列四幅图像中正确的是 （　　） 解析　以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点,由楞次定律可判断,初始时刻电流方向为b到a,则瞬时电流的表达式i＝－Imsin,C正确。 答案　C 8.矩形线框绕垂直于匀强磁场的轴（轴在线框平面内）匀速转动时产生了交变电流,下列说法正确的是 （　　） A.当线框位于中性面时,线框中的感应电动势最大 B.当穿过线框的磁通量为零时,线框中的感应电动势也为零 C.每当线框经过中性面时,感应电动势或感应电流的方向就改变一次 D.线框经过中性面时,各边切割磁感线的速度为零 解析　线框位于中性面时,线框平面与磁感线垂直,穿过线框的磁通量最大,但此时切割磁感线的两条边的速度方向与磁感线平行,即不切割磁感线,所以电动势等于零,此时穿过线框的磁通量的变化率等于零,感应电动势或感应电流的方向也就在此位置改变。线框垂直于中性面时,穿过线框的磁通量为零,但切割磁感线的两边都垂直切割,有效切割速度最大,所以感应电动势最大,此时穿过线框的磁通量的变化率最大。故C、D正确。 答案　CD 9.在变电站里,常用电压互感器或电流互感器监测电网上的高电压或强电流。如图所示为某互感器的示意图,上、下线圈的匝数分别为n1、n2,火线和零线之间的电压为U,火线中的电流为I。若将该互感器视为理想变压器,则下列说法正确的是 （　　） A.该互感器为电流互感器 B.该互感器为电压互感器 C.流过电表的电流为I D.电表两端的电压为U 解析　原线圈串联在输电线路上,测量的是输电电流,因此该互感器为电流互感器,A正确,B、D错误；火线中的电流为I,根据变流公式,通过电表的电流为I,C正确。 答案　AC 10.图甲是电动公交车无线充电装置，供电线圈埋在地下，受电线圈和电池系统置于车内。工作原理图如图乙所示，供电线路导线的等效电阻R＝3 Ω，当输入端ab接入380 V正弦交流电时，电池系统cd两端的电压为600 V，通过电池系统的电流为20 A。若不计其他电阻，忽略线圈中的能量损失，下列说法正确的是（　　） A.无线充电技术与变压器的工作原理相同 B.若输入端ab接380 V直流电，也能进行充电 C.供电线圈和受电线圈匝数比为19∶30 D.ab端的输入功率大于12 kW 解析　无线充电技术是利用变化的电流产生变化的磁场，使穿过受电线圈的磁通量变化，从而在受电线圈中产生变化的电流，即与变压器的工作原理相同，故A正确；若输入端ab接380 V直流电，由于供电线圈中电流产生的磁场不变，则受电线圈中不会产生感应电流，则不能进行充电，故B错误；设供电线圈和受电线圈匝数比为k，有＝＝k，即I1＝＝，由＝可得＝k，解得k＝或，故C错误；副线圈的功率为P＝U2I2＝ 12 kW，供电线路导线的等效电阻也消耗功率，则ab端的输入功率大于12 kW，故D正确。 答案　AD 二、非选择题：本题共5小题，共54分。 11.（6分）在“探究变压器电压与线圈匝数的关系”实验中,某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。 （1）下列器材中,实验需要的器材是　　　　。（填字母）  A.干电池 B.低压交流电源 C.220 V交流电源 D.条形磁体 E.可拆变压器和导线 F.直流电压表 G.多用电表 （2）关于实验操作,下列说法正确的是　　　　。（填字母）  A.为了人身安全,原线圈两端只能使用低压交流电源,所用电压不要超过12 V B.实验通电时,可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路 C.使用多用电表测电压时,先用中等量程挡试测,再选用恰当的挡位进行测量 解析　（1）“探究变压器电压与线圈匝数的关系”的实验,需要的器材有学生电源,提供低压交流电,同时还需要交流电压表来测量电压及可拆变压器和导线；故选B、E、G。（2）实验时,为了人身安全,原线圈两端只能使用低压交流电源,所用电压不超过12 V,故A正确；实验通电时,用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路,这样无形之中,将人体并联在电路中,导致所测数据不准确,故B错误；使用多用电表测电压时,先用最高量程挡试测,再选用恰当的挡位进行测量,故C错误。 答案　（1）BEG　（2）A 12.（8分）在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中,操作步骤如下： ①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上； ②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； ③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； ④将原线圈与副线圈对调,重复以上步骤。 （1）以上操作的合理顺序是　　　　（只填步骤前数字序号）。 （2）在实验中,两线圈的匝数n1＝1 600,n2＝400,当将n1做原线圈时,U1＝16 V,副线圈两端电压U2＝4 V；原线圈与副线圈对调后,当U1'＝8 V时,U2'＝32 V,那么可初步确定,变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是　　　　　　　　　。 解析　（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,最后将原线圈和副线圈对调,重复以上步骤。 （2）n1＝1 600,n2＝400,U1＝16 V,U2＝4 V；原线圈与副线圈对调后,当U1'＝8 V时,U2'＝32 V,n1'＝400时,n2'＝1 600,可以看出U1∶U2＝n1∶n2。 答案　（1）①③②④　（2）U1∶U2＝n1∶n2 13.（12分）图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将干电池提供的直流电压转换为如图乙所示的正弦交流电压,并加在理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压表为交流电表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。求： （1）图中开关闭合时电压表的示数是多少？ （2）变压器原、副线圈的匝数满足怎样的关系才能实现点火？ 解析　（1）电压表测量的是交流电压的有效值, 从图乙可知,最大值为5 V, 因此交流电压的有效值为U＝＝ V＝3.54 V, 因此开关闭合时,电压表的示数为3.54 V。 （2）副线圈电压最大值为5 000 V, ＝＝＝1 000, 因此当变压器原、副线圈的匝数满足＞1 000时才能实现点火。 答案　（1）3.54 V　（2）＞1 000 14.（14分）如图甲所示，一个电阻为R的金属圆环放在磁场中，磁场与圆环所在的平面垂直。穿过圆环的磁通量随时间变化的图像如图乙所示，图乙中的最大磁通量Φ0和变化的周期T都是已知量。求： （1）在一个周期T内金属环中产生的热量。 （2）交变电流的有效值。 （3）在一个周期T内通过金属环某一横截面的电荷量。 解析　（1）0～时间内，感应电动势为E1＝＝， 0～时间内，感应电流为I1＝＝， ～时间内，感应电动势、感应电流大小与0～内相同， ～及～T时间内感应电动势、感应电流为0， 一个周期内产生的热量为2I12R＝。 （2）由有效值的定义可知I2RT＝， 有效值为I＝。 （3）由于一个周期T内穿过金属环的磁通量变化ΔΦ＝0，通过金属环某一横截面的电荷量也为零。 答案　（1）　（2）　（3）0 15.（14分）风力发电机的工作原理可以简化为如图所示的模型：风轮通过齿轮箱带动矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生交变电流，并通过变压器和远距离输电线路给用户供电。若发电机的矩形线圈处于磁感应强度大小为B＝T的水平匀强磁场中，线圈面积S＝0.5 m2、匝数 N＝200匝、电阻不计。线圈绕垂直于磁场的水平轴匀速转动，其输出端通过电刷与升压变压器的原线圈相连，提供电压U1＝250 V，降压变压器原、副线圈的匝数比为5∶1，降压变压器的副线圈连接用电户，两变压器间的输电线总电阻R＝20 Ω，两变压器均为理想变压器。若用这个供电设备给某学校供电，该校需要工作电压220 V、电功率11 kW。求： （1）矩形线圈绕轴的转速n； （2）输电线上损失的电压ΔU； （3）升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2； （4）发电机的输出功率P1。 　 解析　（1）由条件可知NBSω＝U1，ω＝50π rad/s， 所以n＝＝25 r/s。 （2）如图所示， 用户电流I4＝＝50 A， 因为n3∶n4＝5∶1，U4＝220 V，I4＝50 A， 所以U3＝5U4＝1 100 V，I3＝＝10 A， 输电线损失电压ΔU＝I3·R＝200 V。 （3）升压变压器电压关系U2＝ΔU＋U3＝1 300 V， n1∶n2＝U1∶U2＝5∶26。 （4）发电机输出功率P1＝ΔP＋P用户＝I32R＋P用户＝13 kW。 答案　（1）25 r/s　（2）200 V　（3）5∶26　（4）13 kW 学科网（北京）股份有限公司 $$