章末检测卷3 交流电（Word练习）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（教科版）

(本卷满分：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，只有一个是符合题目要求的。 1．一矩形线圈在匀强磁场中转动产生的交变电动势为e＝10sin 20πt(V)，则下列说法正确的是(　　) A．t＝0时，线圈位于中性面 B．t＝0时，穿过线圈的磁通量为零 C．t＝0时，线圈切割磁感线的有效速度最大 D．t＝0.4 s时，电动势第一次出现最大值 解析　由电动势e＝10sin 20πt(V)知，计时从线圈位于中性面时开始，所以t＝0时，线圈位于中性面，磁通量最大，但此时线圈切割磁感线的线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速度为零，选项A正确，B、C错误；当t＝0.4 s时，e＝10sin (20π×0.4) V＝0，选项D错误。 答案　A 2.如图所示，线圈面积为S，匝数为N，线圈的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想电流表A和二极管D。二极管D具有单向导电性，即正向电阻为零，反向电阻无穷大。下列说法正确的是(　　) A．图示位置电流最大 B．R两端电压的有效值U＝NBS C．交流电流表的示数I＝NBS D．一个周期内通过R的电荷量q＝ 解析　由题图可知，图示位置通过R的电流为零，R两端电压的瞬时值可用图来表示。 设电压的有效值为U，在一个周期内有＝T，解得U＝NBSω，电流的有效值I＝＝，在一个周期内，只有半周期的时间有电流通过R，故q＝N＝，只有选项C正确。 答案　C 3．两个相同的电阻，分别通以如图所示的正弦交变电流和方波形交变电流，两种交变电流的最大值相等，周期相等，则在一个周期内，正弦交变电流在电阻上产生的焦耳热Q1与方波形交变电流在电阻上产生的焦耳热Q2之比为(　　) A．3∶1　　　　　　　　　 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶3 解析　正弦交变电流的有效值I1＝Im，方波形交变电流的有效值I2＝Im 因此＝＝。 答案　B 4．电阻R1、R2与交流电源按如图甲方式连接，R1＝10 Ω，R2＝20 Ω。合上开关S后，通过电阻R2的正弦交变电流i随时间t变化的情况如图乙所示。则(　　) A．通过R1的电流有效值是1.2 A B．R1两端的电压有效值是6 V C．通过R2的电流最大值是1.2 A D．R2两端的电压最大值是6 V 解析　交变电流的最大值Im＝0.6 A，则有效值I＝＝0.6 A，选项A、C错误；R1两端的电压有效值U1＝IR1＝6 V，选项B正确；R2两端的电压最大值U2m＝ImR2＝12 V，选项D错误。 答案　B 5.如图所示，理想变压器初级线圈的匝数为n1，次级线圈的匝数为n2，初级线圈两端a、b接正弦交流电源，R为负载电阻，电流表A1的示数是0.2 A，电流表A2的示数为1.0 A。下列说法正确的是(　　) A．初级和次级线圈的匝数比为1∶5 B．初级和次级线圈的匝数比为5∶1 C．若将另一个电阻与原负载R串联，则电流表A2的示数增大 D．若将另一个电阻与原负载R并联，则电流表A2的示数减小 解析　由I1∶I2＝n2∶n1，可得n1∶n2＝5∶1，A错，B正确；若将另一个电阻与原负载R串联，则副线圈所在回路总电阻变大，由I2＝，所以A2示数减小，C错误；若将另一个电阻与原负载并联，则副线圈所在回路总电阻变小，I2增大，即电流表A2示数增大，D错误。 答案　B 6．如图所示，实验室一台手摇交流发电机的内阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的电阻。闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝10sin 10πt(V)，则(　　) A．该交变电流的频率为10 Hz B．该电动势的有效值为10 V C．外接电阻R所消耗的电功率为10 W D．电路中理想交流电流表A的示数为1.0 A 解析　由交变电流电动势的表达式e＝10·sin 10πt(V)＝Emsin ωt可知，该交变电流的频率为f＝＝ Hz＝5 Hz，选项A错误；该交变电流电动势的有效值E＝＝ V＝10 V，选项B错误；电流的有效值I＝＝ A＝1.0 A，外接电阻R所消耗的电功率PR＝I2R＝1.02×9.0 W＝9 W，故选项C错误，D正确。 答案　D 7．如图所示，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsin ωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器。V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是(　　) A．I1和I2表示电流的瞬时值 B．U1和U2表示电压的最大值 C．滑片P向下滑动过程中，U2不变，I1变大 D．滑片P向下滑动过程中，U2变小，I1变小 解析　电压表V1和V2分别测量变压器原、副线圈的输入、输出电压的有效值，电流表A1和A2分别测量原、副线圈电路中电流的有效值，选项A、B错误；滑动变阻器向下滑动时，接入电路的电阻变小，原、副线圈输入、输出电压不变，由欧姆定律I＝可知，副线圈电路中的电流I2变大，由＝知原线圈电流I1变大，选项C正确，D错误。 答案　C 8．如图所示，甲图是副线圈接有灯泡和理想交流电流表的理想变压器，乙图是输出端电压的U2­t图像，已知变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，电流表的示数为1 A。则(　　) A．电压表V1的示数为220 V B．电压表V2的示数为28.2 V C．变压器原线圈电流的最大值为 A D．灯泡实际消耗的功率为20 W 解析　电表的示数均为有效值，故电压表V2的示数为20 V，因原、副线圈匝数之比为10∶1，故电压表V1的示数为U1＝20×10 V＝200 V，故A、B错误；电流表的示数为1 A，根据电流大小与匝数成反比得原线圈电流I1＝×1 A＝0.1 A，原线圈的最大电流为 A，故C正确；由P＝UI可知，灯泡实际消耗的功率为P＝20×1 W＝20 W，故D错误。 答案　C 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，有多个是符合题目要求的。全部选对得4分，选对但不全得2分，有选错或不选得0分。 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，选项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，选项C正确。 答案　AC 10．如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与阻值为R＝10 Ω的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电表，示数是10 V。图乙是穿过矩形线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像，线圈电阻忽略不计，则下列说法正确的是(　　) A．电阻R上的电功率为10 W B．0.02 s时R两端的电压瞬时值为零 C．R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝10 cos 100πt (V) D．通过R的电流i随时间t变化的规律是i＝cos 100πt (A) 解析　根据公式P＝，得P＝10 W，故选项A正确；由题图乙可知，0.02 s时通过线圈的磁通量为零，电动势最大，R两端的电压瞬时值为10 V，故选项B错误；由题图乙可知，T＝0.02 s，电动势的最大值为Em＝U＝10 V，ω＝＝100π rad/s，又因为此交变电流是从垂直于中性面开始计时的，所以R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝10 cos (100πt) V，故选项C正确；Im＝＝ A，通过R的电流i随时间t变化的规律是i＝ cos (100πt) A，故选项D错误。 答案　AC 11．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为1∶4，正弦交流电源电压为U＝100 V，电阻R1＝10 Ω， R2＝20 Ω，滑动变阻器R3最大阻值为40 Ω，滑片P处于正中间位置，则(　　) A．通过R1的电流为8 A B．电压表读数为400 V C．若向上移动P，电压表读数将变大 D．若向上移动P，电源输出功率将变大 解析　理想变压器原副线圈匝数之比为1∶4，可知原副线圈的电流之比为4∶1，设通过R1的电流为I，则副线圈电流为0.25I，初级电压 U1＝U－IR1＝100－10I 根据匝数比可知次级电压为＝＝4， U2＝0.25I＝10I 联立解得I＝8 A，U2＝80 V 故A正确，B错误；若向上移动P，则R3电阻减小，次级电流变大，初级电流也变大，根据P＝IU可知电源输出功率将变大，电阻R1的电压变大，变压器输入电压变小，次级电压变小，电压表读数将变小，故C错误，D正确。 答案　AD 12．在匀强磁场中有一不计电阻的单匝矩形线圈，绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生如图甲所示的正弦交流电。把该交流电输入到图乙中理想变压器的A、B两端，图中的电压表和电流表均为理想交流电表，Rt为热敏电阻(温度升高时其电阻减小)，R为定值电阻，下列说法正确的是(　　) A．在图甲的t＝0.01 s时刻，矩形线圈平面与磁场方向垂直 B．变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式e＝36sin 50πt(V) C．Rt处温度升高时，电压表V2示数与V1示数的比值变大 D．Rt处温度升高时，电压表V1示数与电流表A1示数的乘积一定变大 解析　在题图甲的t＝0.01 s时刻，e＝0，则磁通量最大，此时矩形线圈平面与磁场方向垂直，故A正确；根据题图甲可知，变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝36sin 100πt(V)，故B错误；电压表V1的示数为交流电压的有效值即36 V不变，副线圈两端的电压也不变，在Rt处温度升高时，Rt电阻变小，总电阻变小，总电流变大，R两端电压变大，所以电压表V2的示数变小，所以电压表V2示数与V1示数的比值变小，故C错误；由C项分析可知，由于电流表A2示数变大，所以电流表A1示数变大，电压表V1的示数不变，所以电压表V1示数与电流表A1示数的乘积一定变大，故D正确。 答案　AD 三、非选择题：本题共6小题，共60分。 13．(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．条形磁铁 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 14．(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)又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 15.(8分)电磁炉专用锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成，起加热作用的是安装在锅底的一系列半径不同的同心导电环(导电环的分布如图所示)。导电环材料每米的电阻为0.125π Ω，从中心向外第n个同心圆环的半径rn＝(2n－1)r1(n＝1,2,3，…，7)，已知r1＝1.0 cm，当电磁炉开启后，能产生垂直于锅底方向的变化磁场，该磁场的磁感应强度B随时间的变化率为100πsin ωt。求半径为r1的导电圆环中感应电流的最大值。 解析　半径为r1的导电圆环中产生的感应电动势E＝＝S＝πr12×100πsin ωt，所以电动势最大值 Em＝100π2r12。 电流的最大值Im＝＝ A＝4 A。 答案　4 A 16．(8分)如图所示，一个小型应急交流发电机，内部为n＝50匝、边长L＝20 cm的正方形线圈，总电阻为r＝1.0 Ω。线圈在磁感应强度为B＝0.1 T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动。电机对一电阻为R＝9.0 Ω的电灯供电，线路中其他电阻不计，当发电机的转动角速度为ω＝100 rad/s时，电灯正常发光。求： (1)交流发电机发出的电动势的最大值； (2)电灯正常发光的功率； (3)从图示位置开始，线圈转过30°的过程中，通过电灯的电荷量； (4)线圈每转动一分钟，外力所需做的功。 解析　(1)电动势的最大值为 Em＝nBSω＝nBωL2 ＝20 V。 (2)电动势的有效值为E＝＝10 V 电灯正常发光的电流I＝＝ A＝ A， 电灯正常发光的功率P＝I2R＝18 W。 (3)q＝Δt＝＝＝0.01 C (4)整个回路上产生的热量为Q＝I2(R＋r)t＝1 200 J W外＝Q＝1 200 J。 答案　(1)20 V　(2)18 W　(3)0.01 C (4)1 200 J 17．(14分)如图所示，匝数n＝100的正方形线圈abcd固定在竖直平面内，与电阻R1、理想变压器连成电路。在线圈的中心水平放置一个条形磁铁，磁铁绕竖直方向的轴OO′匀速转动，使线圈内的磁通量Φ＝sin 100πt (Wb)。已知线圈的电阻r＝4 Ω，R1＝46 Ω，R2＝10 Ω，其余导线的电阻不计，变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1。 (1)求线圈产生电动势的最大值Em； (2)若断开S2，闭合S1，求磁铁从图示位置转过90°的过程中，通过R1的电荷量q； (3)若断开S1，闭合S2，求R2消耗的功率P。(保留三位有效数字) 解析　(1)Em＝nBSω＝nΦmω， 解得Em＝200 V。 (2)q＝Δt，＝，＝n，解得q＝ C。 (3)线圈产生电动势的有效值E＝，E＝U1＋I1r，U2＝I2R2，＝， I1n1＝I2n2，P＝I22R2， 联立解得P≈238 W。 答案　(1)200 V　(2) C　(3)238 W 18．(16分)一台小型发电机的最大输出功率为100 kW，输出电压恒为500 V，现用电阻率为1.8×10－8 Ω·m、横截面积为10－5 m2的输电线向4×103 m远处的用户输电，要使发电机满负荷运行时，输电线上的损失功率不得超过发电机总功率的4%。 (1)求所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是多少？ (2)如果用户用电器的额定电压为220 V，那么所用的理想降压变压器原、副线圈的匝数比是多少？ (3)当深夜接入电路的用电器减少时，用电器两端的电压是大于、小于还是等于220 V？若用电器电路中电流为100 A，求此时用电器两端的电压数值。 解析　(1)输电要用两根导线，则输电线的电阻为r＝ρ＝1.8×10－8× Ω＝14.4 Ω 由题意知P损＝P×4%＝2r 代入数据得U2＝6 000 V 升压变压器原、副线圈匝数比＝＝＝。 (2)I2＝＝ A＝ A U损＝I2r＝×14.4 V＝240 V 而U3＝U2－U损＝6 000 V－240 V＝5 760 V ＝＝＝ 降压变压器原、副线圈匝数比为288∶11。 (3)用电器总数减少时，用电器两端电压将增大， 由题知I4′＝100 A，则由＝＝ 所以I3′＝ A U损′＝I3′r＝×14.4 V＝55 V 而U1、U2不变 U3′＝U2－U损′＝(6 000－55) V＝5 945 V 由＝得 U4′＝U3′＝×5 945 V≈227 V。 答案　(1)1∶12　(2)288∶11　(3)大于220 V　227 V 学科网（北京）股份有限公司 $