16 单元检测卷(三) 交变电流与远距离输电-【正禾一本通】2024-2025学年高中物理选择性必修2同步课堂高效讲义配套练习（鲁科版2019）

单元检测卷(三)　交变电流与远距离输电 (90分钟　100分) 一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的) 1．关于理想变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　) A．通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C．副线圈磁通量的变化使得副线圈产生感应电动势 D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 C　[通有正弦式交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，则磁通量变化，故A错误；因铁芯是闭合的，没有漏磁，原、副线圈的磁通量总相等，故B错误；由于通过副线圈的磁通量发生变化，根据法拉第电磁感应定律，在副线圈上产生感应电动势，故C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈中的电能，原、副线圈是通过磁场联系在一起的，故D错误。] 2．有一单匝闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，在转动过程中，线圈中的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是(　　) A．当磁通量为零时，感应电动势也为零 B．当磁通量减小时，感应电动势也减小 C．当磁通量等于0.5Φm时，感应电动势为0.5Em D．角速度ω＝ D　[由交变电流的产生原理可知，感应电动势与磁通量的变化率有关，与磁通量的大小无关。磁通量最大时，感应电动势为零；而磁通量为零时，感应电动势最大且Em＝BSω＝Φmω，故D正确，A、B错误；当磁通量等于0.5Φm时，线圈平面和磁场方向夹角为30°或150°，此时感应电动势的大小e＝BSωsin 60°＝Em，C错误。] 3．如图所示，甲和乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系。若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min的时间，两电阻消耗的电功之比W甲∶W乙为(　　) A．1∶ B．1∶2 C．1∶3 D．1∶6 C　[计算电功时，I要用有效值。题中甲图，由有效值的定义得R×2×10－2 s＋0＋R×2×10－2 s＝IR×6×10－2 s，得I1＝ A；题中乙图，电流的值不变，I2＝1 A，由W＝I2Rt可以得到W甲∶W乙＝1∶3。故C正确，A、B、D错误。] 4．(2022·山东济南高二期末)用变压器向电阻箱供电的电路如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1。理想交流电流表、理想交流电压表的读数分别为I、U。保持变压器输入电压不变，则下列选项正确的是(　　) A．变压器输入电压为U B．电阻箱阻值为 C．R消耗的功率为10UI D．若电阻箱阻值变为原来的两倍，则电压表读数变为2U C　[根据＝，得变压器输入电压U1＝10U2＝10U，故A错误；根据＝得副线圈电流I2＝10I1＝10I，电阻箱阻值R＝＝，故B错误；R消耗的功率P＝U2I2＝10UI，故C正确；若电阻箱阻值变为原来的两倍，因为原线圈电压不变，匝数比不变，则副线圈电压不变，电压表读数不变，故D错误。] 5．理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，正常工作时，下列说法不正确的是(　　) A．穿过原、副线圈的磁通量相等，且每一匝线圈磁通量的变化率相等 B．原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为5∶1 C．原、副线圈的电压之比为5∶1 D．原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1 B　[对理想变压器，无磁通量损失，因而穿过两个线圈的磁通量相等，磁通量变化率也相等，因而每匝线圈产生的感应电动势相等，所以电压与匝数成正比，A、C正确，B错误；理想变压器可以忽略各种损耗，故输入功率等于输出功率，D正确。] 6．一个匝数为100匝、电阻为0.5 Ω的闭合线圈处于某一磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图所示规律变化，则线圈中产生的交变电流的有效值为(　　) A．6 A B．5 A C．2 A D．2 A C　[根据法拉第电磁感应定律E＝n，可求得0～1 s内产生的感应电动势为E1＝1 V，1～1.2 s内产生的感应电动势为E2＝5 V，设线圈中产生的交变电压的有效值为U，则有t1＋t2＝(t1＋t2), 其中t1＝1 s，t2＝0.2 s，解得U＝ V，再由欧姆定律得线圈中产生的交变电流的有效值为I＝＝2 A，选项C正确，A、B、D错误。] 7．电阻为R的负载接到20 V直流电压上消耗的电功率是P；用一个变压器，原线圈接最大值为200 V的正弦交流电压，副线圈接电阻为R的负载，要使负载上消耗的电功率为，则变压器原、副线圈的匝数比为(　　) A．20∶1 B．10∶1 C．10∶1 D．1∶10 C　[原线圈输入电压U1＝100 V。根据题意，P＝，＝，解得U2＝10 V，由变压器变压公式得变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝U1∶U2＝10∶1，故C正确，A、B、D错误。] 8．如图所示为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsin ωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为(　　) A．· B．· C．4r D．4r C　[升压变压器原线圈两端电压的有效值U1＝，根据＝可得U2＝·，又因为T是理想变压器，所以副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率P，所以输电线上的电流I＝，输电线上损失的电功率为P′＝I2·2r＝4r，故C正确，A、B、D错误。] 二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分) 9．(2022·福建省泉州市泉港区第一中学月考)交流发电机线圈电阻r＝1 Ω，用电器电阻R＝9 Ω，电压表示数为9 V，如图所示，那么该交流发电机(　　) A．电动势的峰值为10 V B．电动势的有效值为9 V C．线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10 V D．线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为 V AD　[用电器电阻R＝9 Ω，电压表示数为9 V，则电路中的电流为I＝＝1 A，所以电路中的电动势E＝I(R＋r)＝10 V。电压表的示数是交流电的有效值，所以电路中电动势的有效值是10 V，其最大值Em＝10 V，故A正确，B错误；由交流电的产生与变化的规律可知，当线圈处于中性面时，感应电动势最小，为零，故C错误；线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为＝＝＝＝ V＝ V，故D正确。] 10．一个匝数N＝100匝的平面线圈所包围的面积S＝0.02 m2，在磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴以角速度ω＝100π rad/s匀速转动时，在线圈中产生交流电，若自线圈通过中性面时开始计时，那么选项中能够反映线圈中感应电动势随时间变化的图像是(　　) BD　[线圈产生的感应电动势的最大值为Em＝NBSω＝100π V，所以感应电动势瞬时值表达式为e＝Emsin ωt＝100π·sin 100πt V ，电流的正方向可以选顺时针为正，也可以选逆时针为正，故感应电动势随时间变化的图像为B或D，A、C错误。] 11．远距离输电的电路原理图如图所示，变压器均为理想变压器并标示了电压和电流，其中输电线总电阻为R，则(　　) A．I2＝ B．输电效率为×100% C．用户的用电器数量增多时，U3将减小 D．用户得到的电功率可能等于电厂输出的电功率 AC　[根据欧姆定律可知I2＝，A正确；输电效率η＝×100%，B错误；用户的用电器的数量增多时，I4增大，I2也增大，U3＝U2－I2R将减小，C正确；用户得到的电功率等于电厂输出的电功率减去输电线损失的电功率，D错误。] 12．图甲是某燃气炉点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压，并加在一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，V为交流电压表。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。以下判断正确的是(　　) A．电压表的示数为5 V B．电压表的示数约为3.5 V C．实现点火的条件是>1 000 D．实现点火的条件是<1 000 BC　[由题图乙可知变压器输入电压的最大值为5 V，而电压表示数为交流电压的有效值，可得U＝ V≈3.5 V，A错误，B正确；由于引发电火花的条件是副线圈电压的瞬时值大于5 000 V，根据＝可知，实现点火的条件为＝>1 000，C正确，D错误。] 三、非选择题(本题共6小题，共60分。计算题解答时应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。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位) 13．(6分)(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列器材需要的有________。 A．干电池组 B．滑动变阻器 C．直流电压表 D．多用电表 E．学生电源 (2)在实验中，某同学保持原线圈的电压以及副线圈的匝数不变，仅增加原线圈的匝数，副线圈两端的电压将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)如图所示，当左侧线圈“0”“16”接线柱间接入9 V电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出电压可能是________。 A．3.1 V　　　B．2.5 V　　　C．1.7 V 解析：　(1)变压器是改变交流电的设备，故A错误，E正确；该实验不需要滑动变阻器，故B错误；交流电的电压不能用直流电压表测量，故C错误，D正确。 (2)由＝知，U2＝U1，故n1增大，U1和n2不变，则U2减小。 (3)由题意知，＝4，U1＝9 V，则U2＝2.25 V。理想变压器的输出电压U＝U2，而实际变压器由于漏磁等原因，U<U2，故选项C正确。 答案：　(1)DE　(2)减小　(3)C 14．(9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)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1 600匝，n2＝400匝，当将n1作为原线圈时，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；然后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤，即操作的合理顺序为①③②④。 (2)两线圈的匝数n1＝1 600匝，n2＝400匝，当将n1作为原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V，此时由＝4，＝4，可知＝；当原线圈与副线圈对调后，U1′＝8 V时，U2′＝32 V，此时U2′为原线圈的电压，而U1′为副线圈的电压，＝，＝，可知＝，由分析结果可得理想变压器原、副线圈电压之比，等于原、副线圈的匝数之比。 答案：　(1)①③②④　(2)理想变压器原、副线圈电压之比，等于原、副线圈的匝数之比 15.(9分)如图所示，变压器原线圈匝数n1＝800匝，副线圈匝数n2＝200匝，灯泡A标有“10 V　2 W”字样，电动机D的线圈电阻为1 Ω，将交变电流u＝100sin 100πt V加到理想变压器原线圈两端，灯泡恰能正常发光，求： (1)副线圈两端的电压(有效值)； (2)电动机D的电功率。 解析：　(1)原线圈两端的电压(有效值) U1＝ V＝100 V 由变压器变压公式＝知，副线圈两端的电压U2＝U1＝25 V。 (2)电动机两端的电压UD＝U2－UA＝15 V 通过电动机的电流I＝IA＝＝0.2 A 电动机的功率PD＝UDI＝3 W。 答案：　(1)25 V　(2)3 W 16．(10分)如图是自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图，转轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮。电枢线圈绕在固定的U形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦式交变电流，给车头灯供电。已知自行车车轮半径r＝35 cm，摩擦小轮半径r0＝1.00 cm，线圈匝数n＝800匝，线圈横截面积S＝20 cm2，总电阻R1＝40 Ω，旋转磁极的磁感应强度B＝0.01 T，车头灯电阻R2＝10 Ω。当车轮转动的角速度ω＝8 rad/s时。求： (1)发电机磁极转动的角速度ω0； (2)车头灯中电流的有效值I。 解析：　(1)磁极与摩擦小轮转动的角速度相等，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，故有ω0·r0＝ω·r，ω0＝＝8× rad/s＝280 rad/s (2)摩擦小轮带动磁极转动，线圈产生的感应电动势的最大值为Em＝nBSω0＝800×0.01×20×10－4×280 V＝4.48 V， 感应电动势的有效值E＝＝ V≈3.2 V， 通过电流的有效值I＝＝ A＝0.064 A＝64 mA。 答案：　(1)280 rad/s　(2)64 mA 17.(10分)(2022·吉林通化期中)风力发电作为新能源，近几年来得到了快速发展。如图所示风车阵中发电机的输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线的电阻为10 Ω。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%，试求： (1)在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比； (2)用户得到的电功率。 解析：　(1)输电线损失的功率P损＝P×4%＝100 kW×4%＝4 kW 输电线上的电流I2＝＝ A＝20 A 升压变压器输出电压U2＝＝ V＝5×103 V 升压变压器原、副线圈匝数比＝＝ 输电线上电压损失U损＝I2R线＝20×10 V＝200 V 降压变压器原线圈两端电压U3＝U2－U损＝4 800 V 降压变压器原、副线圈匝数比＝＝。 (2)用户得到的电功率即降压变压器的输出功率P用＝P－P损＝96 kW。 答案：　(1)1∶20　240∶11　(2)96 kW 18．(16分)如图所示是交流发电机模型示意图，n＝100匝的矩形闭合导线框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S＝0.48 m2。线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝100π rad/s匀速转动，并与理想升压变压器相连，升压变压器的原、副线圈匝数比为2∶5，理想降压变压器副线圈接入一只“12 V　30 Ω”的灯泡，且灯泡正常发光，线框、输电线路的电阻都不计。 (1)将图示时刻记为t＝0，指出此刻线框中的电流方向，并写出该正弦式交流电动势的瞬时值表达式； (2)求降压变压器的原、副线圈匝数比； (3)求灯泡正常发光时，电流表的读数。 解析：　(1)利用右手定则判断得到，电流方向为DCBAD。 Em＝nBSω＝480 V 从垂直中性面位置开始计时， e＝Emcos ωt (V)＝480cos 100πt (V)。 (2)发电机电动势的有效值U1＝480 V，升压变压器的原、副线圈匝数比为2∶5 由＝，得升压变压器副线圈的电压U2＝1 200 V，由于灯泡正常发光，则降压变压器副线圈电压降为U4＝12 V 有＝ 线路电阻不计，则U2＝U3 得＝。 (3)灯泡正常发光时，P灯＝＝4.8 W 理想变压器输出功率等于输入功率，故对升压变压器P入＝P出＝P灯＝4.8 W P入＝U1I1，解得电流表的读数I1＝0.01 A。 答案：　(1)DCBAD e＝480cos 100πt (V)　(2)100∶1　(3)0.01 A 学生用书第90页 学科网（北京）股份有限公司 $$