第三章 交变电流 素养检测-【高中必刷题】2025-2026学年高中物理选择性必修2同步课件(粤教版)

物理 选择性必修 第二册 YJ 1 3 第三章素养检测 刷速度 2 建议用时：75分钟 1.如图甲所示，将阻值为 的电阻接到内阻不计的正弦式交变电源上，通过电阻的电流随 时间变化的规律如图乙所示，电流表为理想电表，下列说法正确的是( ) D 甲 乙 丙 丁 A.电阻两端电压变化规律的函数表达式为 B.电阻消耗的电功率为 C.若此交变电流由一矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生，如图丙所示，当线框的转速提升一倍 时，电流表的示数为 D.图乙所示交变电流与图丁所示电流的有效值之比为 3 解析 题图乙所示电流的最大值,由欧姆定律得,周期为 , ,所以电阻两端电压变化规律的函数表达式为 ,A错误； 题图乙中电流的有效值为,电阻消耗的电功率为 ,B错误；若该交变电流 由题图丙所示矩形线框在匀强磁场中匀速转动产生,当转速提升一倍时,电动势的最大值 变为原来的2倍,电路中电流的有效值也变为原来的2倍,即 ,即电流表的示数约为 ,C错误；题图乙中的正弦式交变电流 的有效值为,题图丁所示的交变电流虽然方向发生变化,但大小恒为 ,题图乙与题图 丁所示电流有效值之比为 ,D正确. 4 2.［河北衡水2025高二上调研］如图所示的理想变压器电路中，小灯泡A上标有“ ”， 小灯泡B的电阻是 ，副线圈回路中接入三个均标有“ ”的小灯泡，小灯泡A与右边 三个小灯泡均正常发光，下列说法中正确的是( ) B A.理想变压器的原、副线圈匝数比为 B.通过小灯泡B的电流是 C.副线圈两端的电压为 D.小灯泡B两端的电压为 5 解析 原线圈与小灯泡A并联,小灯泡A和副线圈中的三个小灯泡均正常发光,可得原线圈两端的电 压是,副线圈两端的电压是,由电压与匝数的关系得 ,A、C 错误；由理想变压器电流与匝数的关系可得,又,解得 ,又 ,通过小灯泡B的电流,小灯泡B两端电压 ,B正 确,D错误. 6 3.［新疆八一中学2024高二下期中］在同一匀强磁场中，两个相同的矩形金属线圈、 分别绕线 圈平面内且与磁场垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的图像如图所示，不计线圈的阻 值,则( ) D A.线圈的转速是的 B.时，线圈 恰好经过中性面 C.将一只交流电压表接在线圈两端，电压表的示数为 D.将电阻值相同的两个电阻分别与线圈、串联，在 内两电阻上产 生的热量之比为 7 解析 由题图可知,根据转速与周期的关系,可得 ,故A错误； 时,线圈产生的感应电动势最大,即线圈 恰好经过与中性面垂直的位置,故B错误；由题 意知,,根据周期和角速度的关系 ,可得 ,电压表的示数为交流电的有效值,为 ,根据欧姆定律与焦 耳定律有,因为交流电压的有效值为 ,则将电阻值相同的两个电阻分 别与线圈、串联,在内两电阻上产生的热量之比为 ,故C错误,D正确. 8 4.［贵州毕节2024高二下期末］如图，一理想变压器原、副线圈匝数之比为 ，原线圈两端加 上交流电压，其瞬时值表达式为，两个阻值均为 的电阻 串联后接 在副线圈的两端.图中电流表、电压表均为理想交流电表，则( ) D A.电流表的示数为 B.副线圈内交流电的频率为 C.时，电压表的示数为0 D.变压器原线圈的功率为 9 解析 原线圈两端的电压有效值为 ,根据理想变压器原、副线圈电压与 线圈匝数的关系,解得,副线圈中的电流为 ,根据理想变 压器原、副线圈电流与线圈匝数的关系,解得电流表的示数为 ,故A错误；原线圈 内交流电的频率为 ,变压器不改变交流电的频率,副线圈内交流电的频率 为,故B错误；电压表的示数为 ,故C错误；变压器原线圈的功率 为 ,故D正确. 10 5.［湖北随州2025高二上联考］如图甲所示为半波整流电路，在理想变压器的输出电路中有一只 理想整流二极管，已知原、副线圈的匝数比为，电阻 ，原线圈的输入电压随时间 的变化关系如图乙所示，电表均为理想交流电表，则( ) D 甲 乙 A.电压表的示数为 B.电压表的示数为 C.电流表A的示数约为 D.原线圈的输入功率为 11 解析 由题图乙可知,原线圈输入电压的有效值为 ,根据原、副线圈匝数与电压的关系有 ,解得,所以电压表的示数为 ,故A错误；由于二极管具 有单向导电性,只有半个周期内能通过电流,故有 ,解得二极管所在支路电压的有效值 为,即电压表的示数约为,故B错误；流过的电流为 ,副 线圈的输出功率为,理想变压器输入功率等于输出功率,则有 ,则原线 圈电流,即电流表A的示数约为 ,故C错误,D正确. 12 6.一小型风力发电机通过如图甲所示输电线路向某场馆中的一万个额定电压为 、额定功率为 的灯供电.当发电机输出如图乙所示的电压时，场馆中的 灯全部正常工作.已知输电线 上损失的功率为场馆获得的总功率的，输电线的等效电阻为 ，变压器可视为理想变 压器.下列说法正确的是( ) C 甲 乙 A.发电机的转速为 B.发电机内输出的电能为 C.降压变压器原、副线圈匝数之比为 D.升压变压器副线圈输出的电压的最大值为 13 解析 由题图乙可知，交流电的周期为，所以发电机的转速为 ，故 A错误；发电机的输出功率为，则发电机 内输出 的电能为，故B错误；输电线上损失的功率 ，由 可得，输电线上的电流，降压变压器副线圈中的电流 ，根 据理想变压器原、副线圈匝数与电流的关系可知，降压变压器原、副线圈匝数比为 ，故C正确；由，可得 ，则 ，则升压变压器副线圈输出的电压的最大值为 ， 故D错误. 14 7.［四川成都蓉城名校2024高二下联考］如图，某理想变压器原、副线圈的匝数比为 ，原线 圈与定值电阻、交流电源构成回路，滑动变阻器 与副线圈连接.交流电源的输出电压有效值 恒定，回路中的电表均为理想电表，滑动变阻器 接入电路的阻值可调范围足够大，且能保证 电路、电表安全.下列说法正确的是( ) D A.若将滑动变阻器 的滑片向左移动，则电压表和电流表示数均增大 B.若将滑动变阻器 的滑片向左移动，则电源的输出功率减小 C.若将滑动变阻器 的滑片向右移动，则该过程中电压表示数变化量与电流表示数变化量的比值 的绝对值减小 D.调节滑动变阻器的滑片，当消耗的功率最大时， 15 解析 设变压器原、副线圈的电压分别为、,电流分别为、 ,交流电 源的输出电压,对理想变压器有, ,根据欧姆定律 可得,联立得,电压恒定,滑动变阻器 的 滑片向左移动，连入电路中的电阻减小,则原线圈电流增大,电阻 上分得的电压增大,交流电 源输出电压的有效值恒定,则原线圈电压减小,副线圈电压 也减小,即电压表的示数减小,副线圈 电流增大,电流表示数增大,故A错误；由上述分析可知原线圈电流增大,根据 ,可知电源的 输出功率增大,故B错误；由A选项分析可得 ,整理得 ,则为函数的斜率,则,所以 不变,故C 错误；如图所示,虚线框内部的部 16 分可等效为电阻,则,可得, 的功率即为等效电 阻的功率,易知当 时,等效电阻消耗的功率最大,原线圈输入功率最大 为,此时,即 ,故D正确. 8.如图所示，一个理想变压器原线圈的匝数为50，副线圈的匝数为100，原线圈两端接在光滑的 水平平行导轨上，导轨间距为 .导轨上垂直于导轨有一长度略大于导轨间距的导体棒， 导轨与导体棒的电阻忽略不计，副线圈回路中电阻 ，图中电压表为理想电表.导轨所在空 间有垂直于纸面向里、磁感应强度 的匀强磁场，导体棒在水平外力的作用下运动，其速 度随时间变化的关系为 ，则下列说法正确的是( ) BD A.水平外力为恒力 B.电压表的示数约为 C.的功率为 D.穿过变压器铁芯的磁通量变化率的最大值为 18 解析 导体棒的速度按正弦规律变化,则产生的感应电动势不断变化,感应电流不断变化,导体棒所 受安培力不断变化,可知外力不断变化,故A错误；导体棒切割磁感线产生的感应电动势 ,原线圈两端的电压有效值为 ,由电压与匝数关系得 ,可得,则电压表示数约为,故B正确；电阻 的功率 ,故C错误；原线圈两端的最大电压 ,由法拉第电磁感应定律得 ,则变压器铁芯中磁通量变化率的最大值 ,故D正确. 19 9.［广东深圳高级中学2024段考］匀强磁场中有一不计电阻的矩形线圈，绕垂直磁场的轴匀速转 动，产生如图甲所示的正弦式交流电，把该交流电接在图乙中理想变压器的、 两端，电压表和 电流表均为理想电表，为热敏电阻（温度升高时，其阻值减小）， 为定值电阻.下列说法正确 的是( ) BD 甲 乙 A.变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为 B. 时，穿过该矩形线圈的磁通量的变化率为零 C.处温度升高时，由于变压器线圈匝数比不变，所以电压表、 示数的比值不变 D. 处温度升高时，电流表的示数变大，变压器输入功率变大 20 解析 由题图甲可知,原线圈两端电压的最大值为,周期为, ,所以 变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为,时, ,穿过该矩 形线圈的磁通量的变化率为零,故A错误,B正确； 处温度升高时,其阻值减小,副线圈电路总电阻 减小,则副线圈电流增大,两端电压增大,两端电压减小,电压表 示数减小,原线圈两端电压不变, 则电压表的示数不变,所以电压表、示数的比值增大,故C错误； 处温度升高时,其阻值减 小,副线圈中的电流增大,故电流表的示数变大,而输出电压不变,则变压器输出功率变大,由于变压器 输入功率等于输出功率,所以变压器输入功率变大,故D正确. 21 10.［广东汕头2025高二上月考］如图所示为远距离输电 模拟原理图，变压器均为理想变压器，其中降压变压器的 原线圈匝数匝，副线圈匝数 的调节范围为 BCD A.滑片固定， 的触头向上滑动时，输电效率降低 B.滑片固定， C.当接入电阻为时，滑片由最下端向上滑动，滑动变阻器 消耗的功率先增大后减小 D.当接入电阻为时，滑片由最下端向上滑动，输电线电阻 消耗的功率一直增大 匝，滑动变阻器的调节范围为 ，发电机输出电压不变，两变压器间输电线的总 电阻为，其余导线电阻不计.当滑片固定让变化时，理想电压表 的示数变化为 ， 理想电流表A的示数变化为 ，下列说法正确的是( ) 22 解析 设发电机输出电压为,升压变压器输出电压为,输电线电流为 ,降压变压器输入电压为 ,由题可知发电机输出电压不变，则升压变压器输出电压也不变，滑片固定, 的触头向 上滑动时,降压变压器的等效电阻,阻值增大,则输电线上的电流 减小,输电 线上电压损失减小,降压变压器的输入电压增大,由 ,可知输 电效率升高,故A错误；依题意有,又,,联立解得 ,可得 ,故B正确；当接入电阻为时,滑片 由最下端向上滑动,降压变压器等效电阻阻值 减小,输电线上电流增大,增大，降压变压器输入电压减小,根据,可知输电线电阻 消 耗的功率一直增大，滑片在滑动过程中,等效电阻的最大值和最小值分别为 , ,根据,可知当时,滑动变阻器 消耗的功率最 大,所以滑片由最下端向上滑动,滑动变阻器 消耗的功率先增大后减小,故C、D正确. 23 11.（8分）［河北邯郸2025高二上月考］在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中， 某同学采用了如图甲所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“ ”的匝数. 甲 24 （1）对于实验过程，下列说法正确的有_____； A.该实验采用了控制变量法 B.测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡” C.使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量 D.因为实验所用电压较低，通电情况下可用手接触裸露的导线、接线柱等 AC 解析 本实验探究变压器两端的电压与匝数的关系,因此应采用控制变量法,故A正确；变压器的原线 圈接低压交流电,则测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”,故B错误；使用多用电表测 电压时,为了安全,先用最大量程试测,再选用适当的挡位进行测量,故C正确；虽然实验所用电压较低, 但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱等,这样可减小实验误差,避免发生危险,故D错误. 25 乙 （2）若变压器是理想变压器，如图乙所示，电源接变压器原线圈“0”“8”接 线柱，副线圈接“0”“4”接线柱，当副线圈所接电压表的示数为 时，原 线圈的输入电压应为___； B A. B. C. D. 解析 若变压器为理想变压器,则原线圈电压为 ,故选B. （3）该同学进行实验时忘记将铁芯闭合，若原、副线圈匝数比为，原线圈接 交流电压， 则测量副线圈的交流电压表的实际示数可能是___； D A. B. C. D. 解析 假设变压器为理想变压器,则副线圈电压为 ,考虑到变压器不 是理想变压器,则副线圈两端电压小于,即电压表的示数小于 ,但大于0,故选D. 26 （4）正确组装变压器后，用匝数和 的变压器,实验测量数据如下表： 1.80 2.80 3.80 4.90 4.00 6.01 8.02 9.98 根据测量数据可判断连接交流电源的原线圈是____（填“”或“ ”）. 解析 由于变压器存在漏磁现象,还有铜损、铁损等损耗,则副线圈的电压表的实际示数小于理想变 压器副线圈电压表的示数,由表格数据可知,总是略小于,故连接交流电源的原线圈是 . 27 12.（19分）［江苏徐州三中2024高二下月考］如图是某同学设计的给电风扇切换挡位的电路示 意图，、是理想变压器原线圈两端的接点，是原线圈之间抽头的接点.开关 用来改变电风扇 的工作挡位，1挡时电风扇的输入功率为，输出功率为 ；2挡时电风扇的输入功率为 ，输出功率为.理想变压器原线圈输入的交流电压为，开关接 时变压器原、副线 圈的匝数比为 . （1）1挡时，开关应该接还是接 ？通过原线圈的电流多大？ [答案] 接; 28 解析 接1挡时,电风扇的输入功率较小,则电风扇两端的电压较小,变压器副线圈的输出电压较小,由 可知，开关接处,根据功率公式有入 , 解得通过原线圈的电流为 . 29 （2）求电风扇的内阻； [答案] 解析 1挡时，由变压器原、副线圈的匝数比与电流比的关系,可知 , 解得 , 根据能量守恒定律,可知电风扇的热功率为入出 , 解得电风扇的内阻为 . 30 （3）求 间匝数与副线圈匝数的比. [答案] 解析 开关接时为2挡,可知此时电风扇的热功率为入出 , 解得 , 此时变压器的输出功率为入 , 解得 , 根据理想变压器电压比与匝数比之间的关系可知 , 解得 . 31 13.（20分）某物理兴趣小组在研究交变电流的产生和应用时，设计了以下三种方案，所用匀强 磁场的磁感应强度大小均为 ，图乙和图丙所示方案的导轨均在水平面上，磁场方向竖直向下. 甲 （1）甲方案：如图甲所示，让一面积为的单匝矩形线圈 ，在有界匀强磁 场中绕对称轴以的转速匀速转动，已知 为磁场分界线，求线圈从图 示位置开始计时产生的交变电流的感应电动势的瞬时值表达式. [答案] 32 解析 线圈的转速,角速度 ,线圈产生的感应电动势最 大值为 ,则线圈从题图甲所示位置开始计时产生的交变电流 的感应电动势的瞬时值表达式为 . 33 （2）乙方案：如图乙所示，金属导轨与金属直导轨分别在点和 点接一阻值为 和 、体积可忽略的定值电阻，导轨的曲线方程为 ，金 属棒（图中未画出）平行于轴，长为.在外力作用下以速度 水平向右匀速运 动点始终在轴上，金属棒与导轨接触良好，不计摩擦，整个电路中除了电阻和 外，其余 电阻均不计.求金属棒从运动到 的过程中，外力做的功. 乙 [答案] 34 解析 题图乙所示方案中,金属棒产生的瞬时感应电动势 , 又, , 所以 按正弦规律变化, 感应电动势最大值 , 感应电动势的有效值 , 金属棒从运动到所用的时间 , 电路中总电阻 , 则外力做的功 . 35 （3）丙方案：如图丙所示，匝数的理想变压器原线圈与水平放置的间距 的 光滑金属导轨相连，导轨电阻不计，副线圈接阻值 的电阻，与导轨接触良好的阻值为 的导体棒在外力的作用下做简谐运动，其速度.求电阻 实际消 耗的功率. 丙 [答案] 36 解析 导体棒产生的瞬时感应电动势 ,可知感应电动势的最大值 ,按正弦规律变化,感应电动势的有效值 , 由理想变压器的电压与匝数关系得, , 由理想变压器的电流与匝数关系得, , 由闭合电路欧姆定律得, , 联立解得, , 则电阻实际消耗的功率 . 37 $$