章末检测三 交变电流(Word练习)-【金榜题名】2026-2027学年高二物理选择性必修第二册高中同步学案（人教版）

章末检测(三)(第三章) (时间：90分钟　满分：100分) 一、单项单选题(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．关于交流电电压、电流的有效值和最大值，下列说法正确的是(　　) A．用电器铭牌上标明的电压为交流电电压的最大值 B．电容器能否被击穿取决于交流电电压的最大值 C．保险丝的熔断电流为交流电电流的最大值 D．交流电电压的有效值与最大值满足的关系为U＝ 【解析】　A．用电器铭牌上标明的电压为交流电电压的有效值，A错误；B.电容器能否被击穿取决于交流电电压的最大值，B正确；C.保险丝的熔断电流为交流电电流的有效值，C错误；D.只有在正弦交流电中，交流电电压的有效值与最大值满足的关系才为U＝，D错误。故选B。 【答案】　B 2．一交流电压的瞬时值表达式为u＝20sin 50πt V，下列判断正确的是(　　) A．该交流电压的频率为50 Hz B．t＝0.01 s时该交流电压的瞬时值为0 C．用交流电压表测该交流电压，其示数为20 V D．若将该交流电压加在阻值为10 Ω的电阻的两端，电阻的发热功率为40 W 【解析】　A．该交流电压的频率为f＝＝ Hz＝25 Hz，A错误；B.t＝0.01 s时，u＝20sin 50πt V＝20sin(50π×0.01) V＝20 V，B错误；C.交流电压表测量的是电压的有效值，又交流电压的峰值Um＝20 V，则U＝＝20 V，C错误；D.若将该交流电压加在阻值为10 Ω的电阻的两端，电阻的发热功率为P＝＝ W＝40 W，D正确。故选D。 【答案】　D 3．如图甲所示，矩形线圈的一部分处在有界匀强磁场中，并绕处于磁场边界的轴OO′匀速转动，产生的感应电动势随时间的变化图线如图乙所示，下列说法正确的是(　　) 　 甲　　 　 　　　　　乙 A．t＝0时刻线圈处于与中性面垂直的位置 B．t＝0时刻线圈位于磁场内、外的面积比为3∶2 C．每秒钟电流方向改变100次 D．该交流电的有效值为U＝ V 【解析】　A．分析图乙可知，t＝0时刻，感应电动势为零，此时线圈处于中性面位置，故A错误；B.分析交变电流的产生条件，结合图乙可知，t＝1 s时，感应电动势数值出现跳跃，最大值由5 V变为10 V，根据法拉第电磁感应定律可知，最大值Em＝NBSω，则t＝0时刻，线圈位于磁场内、外的面积之比为2∶1，故B错误。C.分析图乙可知，周期T＝0.04 s，一个周期内电流方向改变两次，则每秒钟电流方向改变50次，故C错误。D.根据电流的热效应可知2R·＋2R·＝·T，解得电压有效值U＝ V，故D正确。故选D。 【答案】　D 4．已知矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图甲所示，则下列说法正确的是(　　) 　 图甲　　　　　　　图乙 A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直 B．t＝0.01 s时刻Φ的变化率达最大 C．t＝0.02 s时刻感应电动势达到最大 D．该线圈相应的感应电动势图像如图乙所示 【解析】　A．t＝0时刻磁通量最大，线圈位于中性面位置，故A错误；B.t＝0.01 s时刻磁通量为零，线圈位于垂直中性面的位置，电动势最大，磁通量的变化率最大，故B正确；C.t＝0.02 s时刻磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零，故C错误；D.感应电动势与磁通量的变化率成正比，电动势随时间变化的图像为正弦曲线，D错误。 【答案】　D 5.ED型硅钢铁芯如图甲所示，其结构为三相两半拼合形成的闭合磁路，广泛应用于三相变压器、扼流圈、电抗器等电磁原件。用ED型硅钢铁芯绕制变压器，并连接成如图乙所示电路，原副线圈绕制匝数分别为n1、n2，原线圈输入的交流电压为U1，副线圈的输出电压为U2。现将滑动变阻器滑片向下滑动，下列说法错误的是(　　) 甲 乙 A．U1∶U2＝n1∶n2 B．灯泡亮度变暗 C．电流表示数减小 D．用相互绝缘的硅钢片叠成ED型铁芯有利于减小涡流 【解析】　A．因为穿过原线圈的磁场并未全部穿过右侧线圈，也有穿过左侧臂的，故不满足U1∶U2＝n1∶n2，故A错误；BC.将滑动变阻器滑片向下滑动，副线圈电阻变大，副线圈电流变小，则灯泡亮度变暗，灯泡分压变小，则并联部分分压变大，R1支路电流变大，电流表示数减小，故BC正确；D.用相互绝缘的硅钢片叠成ED型铁芯有利于减小涡流，故D正确。本题选择错误的，故选A。 【答案】　A 6．一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，A为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压R的有效值恒定当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数的比值为(　　) A．2　　　　　　　　B．3 C．4 D．5 【解析】　设理想变压器原、副线圈匝数的比值为k，根据题述，当开关S断开时，电流表示数为I，则由闭合电路欧姆定律得U＝IR1＋U1，由变压公式＝k及功率关系U1I＝U2I2，可得＝k，即副线图输出电流为I2＝kI；U2＝I2(R2＋R3)＝kI(R2＋R3) 当开关S闭合时，电流表示数为4I，则有U＝4IR1＋U1′ 由变压器公式＝k及功率关系U1′·4I＝U2′I2′，可得＝k，即副线圈输出电流为I2′＝4kl，U2′＝I2′R2＝4k/R2，联立解得k＝3，选项B正确，ACD错误；故选B。 【答案】　B 7．如图所示，甲乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中。甲图中变压器原副线圈的匝数比为k1，电压表读数为U，乙图中变压器原副线圈的匝数比为k2，电流表读数为I。则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为(　　) A．k1U，k2I B．k1U， C.，k2I D.， 【解析】　根据理想变压器的电压和电流规律：＝k1，＝，解得甲图中高压线电压为U0＝k1U，乙图中高压线电流为I0＝，故B正确，ACD错误。故选B。 【答案】　B 8．如图所示，理想变压器原线圈接在u＝Um sin(ωt＋φ)的交流电源上，副线圈接三个阻值相同的电阻R，不计电表内电阻影响。闭合开关S后(　　) A．电流表A2的示数减小 B．电压表V1的示数减小 C．电压表V2的示数不变 D．电流表A1的示数不变 【解析】　根据变压器电压比与匝数比关系U1∶U2＝n1∶n2可知，副线圈电压不变，即电压表V1的示数不变，故B错误。闭合开关后，根据“串反并同”可知，开关S所在支路电阻由“无穷大”变为R，与其并联的电流表A2示数减小，电压表V2示数减小，故A正确，C错误。流过副线圈干路电阻R的电流由于“串反”而变大，根据变压器电流关系I1∶I2＝n2∶n1可知，原线圈电流变大，即电流表A1示数变大，故D错误。 【答案】　A 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．如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2，当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I，不计线圈电阻，下列说法正确的是(　　) A．通过电阻R2的电流为 B．电阻R2两端的电压为 C．n0与n1的比值为 D．发电机的功率为 【解析】　AB.由题知理想电流表读数为I，则根据欧姆定律U1＝ IR1 根据变压器电压与匝数的关系有＝，＝ 代入数据有U0＝IR1，U2＝IR1 再由欧姆定律有U2＝I2R2 可计算出I2＝I 综上可知，A错误、B正确； C．由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈， 则有Emax＝ NB2L2ω，U0＝＝NBL2ω 由选项AB知U0＝IR1 则＝，C正确； D．由于变压器为理想变压器则有P0＝P1＋P2＝U1I＋U2I2＝I2R1＋U2I2 代入选项ABC公式有 P0＝ 由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则发电机的功率为P0，D错误。故选BC。 【答案】　BC 10．如图所示，L1、L2为水平面上足够长的金属导轨，左端连接定值电阻R＝0.5 Ω，其间有足够多等间隔反向分布的磁场区域Ⅰ和Ⅱ，磁感应强度大小均为B＝0.5 T，方向垂直于导轨所在平面，每个磁场Ⅰ或Ⅱ的两个直边界的间距为L＝0.4 m，长直边界在Ox上，左、右曲边界恰好可以组合成相同的周期的正弦曲线，其他边界均为直线段。导体棒MN与两导轨接触良好且始终与导轨垂直，不计导体棒及导轨的电阻。当导体棒从x＝0处沿导轨以速度v＝10 m/s匀速向右滑动时，下列说法正确的是(　　) A．通过电阻R的是交变电流 B．电阻R两端电压的最大值为4 V C．通过电阻R的电流有效值为2.3 A D．导体棒从x＝0处运动到x＝1.2 m处的过程中电阻R上产生的热量为7.2 J 【解析】　A．当导体棒运动时，根据E＝Blv可知随有效长度l及磁场方向的变化会产生交变电流，A正确；B.感应电动势的最大值Em＝Blmv＝2 V，故电阻R两端电压的最大值为2 V，B错误； C．根据有效值的定义可知×＋×＝ 解得U＝ V 通过电阻R的电流有效值为2 A， C正确； D．导体棒从x＝0处运动到x＝1.2 m处的过程中电阻R上产生的热量Q＝·＝0.72 J，D错误。故选AC。 【答案】　AC 11．变压器除了有改变电压、电流作用外，还有变换负载的阻抗作用，以实现阻抗匹配。如图所示，将阻值为R0的负载接在理想变压器副线圈两端，则图(a)中虚线部分可等效为图(b)中阻值为R的电阻接在A、B两点上，即R的两端电压为u1，通过的电流为I1。已知变压器的匝数比为n1∶n2，若图(a)的A、B两端接在电动势为E，内阻为r的交流电源上，要使此电源的输出功率达到最大，下列说法正确的是(　　) A．R0＝R时输出功率最大 B．最大输出功率P＝ C．输出功率最大时u2＝ D．R0＝2r时输出功率最大 【解析】　AB.题图(a)可等效为带有内阻的电源电路，即当内电阻和外电阻大小相等时，输出功率最大，即r＝R时输出功率最大，最大为P输出max＝I2R＝2R＝，A错误，B正确；C.根据闭合电路欧姆定律可得u1＝R，当输出功率最大时r＝R，故u1＝ 代入＝，可得u2＝，C错误； D．当输出功率最大时有I1＝， 根据＝ 结合R0＝，联立可得R0＝2r，D正确。故选BD。 【答案】　BD 12．一自耦变压器如图所示，线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，C、D之间加上输入电压，当滑动触头P转动时，改变了副线圈匝数，从而调节输出电压。图中A为交流电流表，V为交流电压表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，C、D之间接入恒压交流电源，变压器可视为理想变压器，则(　　) A．仅将滑动变阻器的滑片向下滑动时，电压表读数变大 B．仅将滑动变阻器的滑片向下滑动时，电流表读数变大 C．仅将变压器的滑动触头P逆时针转动时，M、N之间的电压变大 D．仅将变压器的滑动触头P顺时针转动时，变压器的输出功率变大 【解析】　AB.保持滑动触头P的位置不动，即是保持变压器的原、副线圈的匝数比不变，则M、N之间的电压不变，当滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器连入电路的电阻的阻值变小，因而副线圈电路中总电流增大，R1两端电压增大，R2两端电压减小，电压表的读数变小，流过R2的电流减小，流过R3的电流增大，电流表的读数变大，选项A错误，B正确；C.仅将变压器的滑动触头P逆时针转动时，变压器的原线圈匝数不变，副线圈匝数增大，M、N之间的电压变大，选项C正确；D.仅将变压器的滑动触头P顺时针转动时，变压器的原线圈匝数不变，副线圈匝数减小，M、N之间的电压变小，副线圈电路中总电流变小，则变压器的输出功率变小，选项D错误。故选BC。 【答案】　BC 三、实验题(本小题每个空4分，共12分) 13．小华同学做了探究变压器线圈两端的电压与匝数关系的实验，请回答以下问题： (1)本实验中需要测量电压，则在如图所示的器材中，应 ________ 。 A．选甲图中的器材　 B．选乙图中的器材 C．都可以选 D．都不能选 (2)小华在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝；他将原线圈接入学生电源中的交流电压“6 V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13 V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是 ______ 。 A．变压器的铁芯没有闭合 B．一定是电压的测量出了问题 C．副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝 D．学生电源实际输出电压大于标注的“6 V” (3)用匝数na＝100匝和nb＝200匝的变压器，实验测量数据如表， U1/V 1.60 2.50 3.70 4.60 U2/V 3.70 5.30 7.60 9.70 根据测量数据可判断连接电源的线圈是 ________ (选填“na”或“nb”)。 【解析】　(1)由题图可知，甲图是多用电表，而乙图是电压表，实验需要测量交流电压，因此选用甲图，故A正确，B、C、D错误。 (2)根据理想变压器的原、副线圈的电压与其匝数关系式＝，若变压器的铁芯没有闭合，则得出副线圈的电压小于12 V，A错误；若是电压的测量出了问题，应该是小于12 V，不应该大于12 V，B错误；副线圈实际匝数与标注的“200”不符，若小于200匝，由以上公式可知，副线圈的电压小于12 V，C错误；若学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”，由以上公式可知，副线圈的电压可能为13 V，D正确。 (3)根据题意，电压比与匝数比不相等，可知该变压器为非理想变压器，考虑到变压器有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响，判断出U2为原线圈上电压大小，则判断出接电源的是nb。 【答案】　(1)A　(2)D　(3)nb 四、计算题(本题共4小题，共48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) 14.(10分)如图所示，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为B＝T，当线圈以5 r/s的转速匀速转动时，求： (1)转动中感应电动势的最大值和有效值； (2)电路中交流电压表和电流表的示数； (3)线圈从图示位置转过90°的过程中通过电阻R的电量。 【解析】　(1)根据转动中感应电动势的最大值表达式，则有Em＝nBSω＝100××0.05×2 π×5 V＝50 V 有效值为E＝＝25 V。 (2)回路中电流I＝＝ A＝3.54 A 电压表示数U＝IR＝2.5×9 V＝31.82 V。 (3)从图示位置转过90°的过程中有＝，又因为＝，q＝Δt，解得q＝＝＝ C 【答案】　(1)50 V,25 V　(2)3.54 A,31.82 V　(3) C 15．(10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： 甲 乙 (1)图中开关闭合时电压表的示数； (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，从乙图可知，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，根据＝＝＝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 16．(14分)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＝100 πrad/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、副线圈的匝数比为n3∶n4＝0∶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)交流发电机产生电动势的最大值Em； (2)输电线路上损耗的电功率ΔP； (3)若升压变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2＝1∶8，升压变压器原线圈两端的电压U1。 【解析】　(1)由Em＝NBSω， 得Em＝300 V； (2)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＝＝40 A 由＝，得I3＝4 A 所以输电线路上损耗的电功率ΔP＝IR＝160 W； (3)由＝，得U3＝2 200 V 升压变压器副线圈两端电压U2＝U3＋I3R＝2 240 V 又＝，可得U1＝280 V。 【答案】　(1)300　(2)160 W　(3)280 V 17．(14分)为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了两种发电装置为车灯供电。 方式一：如图甲所示，固定磁极N、S在中间区域产生匀强磁场，磁感应强度B1＝0.1 T，矩形线圈abcd固定在转轴上，转轴过ab边中点，与ad边平行，转轴一端通过半径r0＝1.0 cm的摩擦小轮与车轮边缘相接触，两者无相对滑动。当车轮转动时，可通过摩擦小轮带动线圈发电，使L1、L2两灯发光。已知矩形线圈N＝100匝，面积S＝10 cm2，线圈abcd总电阻R0＝2 Ω，小灯泡电阻均为R＝2 Ω。 方式二：如图乙所示，自行车后轮由半径r1＝0.15 m的金属内圈、半径r2＝0.45 m的金属外圈(可认为等于后轮半径)和绝缘辐条构成。后轮的内、外圈之间沿同一直径接有两根金属条，每根金属条中间分别接有小灯泡L1、L2，阻值均为R＝2 Ω。在自行车支架上装有强磁铁，形成了磁感应强度B2＝1 T、方向垂直纸面向里的“扇形”匀强磁场，张角θ＝90°。 以上两方式，都不计其他电阻，忽略磁场的边缘效应。求： (1)“方式一”情况下，当自行车匀速骑行速度v＝6 m/s时，小灯泡L1的电流有效值I1； (2)“方式二”情况下，当自行车匀速骑行速率v＝6 m/s时，小灯泡L1的电流有效值I1′； (3)在两种情况下，若自行车以相同速度匀速骑行，为使两电路获得的总电能相等，“方式一”骑行的距离S1和“方式二”骑行的距离S2之比。 图甲 图乙 【解析】　(1)根据题意则有Em＝NB1Sω，ω＝ 代入数据可得Em＝6 V 由于产生的是正弦式交变电流， 则U＝＝3 V 回路总电阻R总＝R0＋＝3 Ω 小灯泡L1的电流有效值 I1＝·＝ A (2)根据题意则有 Em′＝＝1.2 V 产生方波式的交变电流，设有效值为U′， 则由·＝T， 可得U′＝＝ V 回路总电阻R总′＝2R＝4 Ω 小灯泡L1的电流有效值 I′1＝＝ A (3)由S＝vt，Q总＝t v相同，Q总相同所以有＝＝· 可得＝ 【答案】　(1) A　(2) A　(3)3∶100 学科网（北京）股份有限公司 $$