章末达标检测3 交变电流（Word练习）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

（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．（2025·广西卷）某变压器输入正弦交流电的电压有效值为220 V，输出电压最大值为11 V，该变压器视为理想变压器，其原、副线圈匝数之比为(　　) A.20∶ B．20∶1 C．20∶1 D．1∶20 解析　 答案　C 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如图来表示。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．（2024·山东卷）如图甲所示，在－d≤x≤d、－d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场（用阴影表示磁场的区域），边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为(　　) 解析　根据题意可知，磁场区域变化前线圈产生的感应电动势为e＝E sin ωt，由题图丙可知，磁场区域变化后，当E sin ωt＝时，线圈的侧边开始切割磁感线，即当线圈旋转时开始切割磁感线，由几何关系可知磁场区域平等于x轴的边长变为d′＝2d cos ＝d，C正确。 答案　C 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错误，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．（2025·云南卷）电动汽车充电桩的供电变压器（视为理想变压器）示意图如图所示。变压器原线圈的匝数为n1，输入电压U1＝1.1 kV；两副线圈的匝数分别为n2和n3，输出电压U2＝U3＝220 V。当Ⅰ、Ⅱ区充电桩同时工作时，两副线圈的输出功率分别为7.0 kW和3.5 kW，下列说法正确的是(　　) A．n1∶n2＝5∶1 B．n1∶n3＝1∶5 C．变压器的输入功率为10.5 kW D．两副线圈输出电压最大值均为220 V 解析　根据理想变压器的电压比等于匝数比可得n1∶n2＝U1∶U2＝5∶1，n1∶n3＝U1∶U3＝5∶1 故A正确，B错误； 根据能量守恒定律可知变压器的输入功率等于总的输出功率，故 P输入＝P输出＝7.0 kW＋3.5 kW＝10.5 kW 故C正确； 输出电压为交流电的有效值，根据正弦交流电的最大值与有效值的关系可知，两副线圈输出电压最大值均为Um＝220 V 故D错误。故选A、C。 答案　AC 11．（2024·海南卷）电动汽车充电站变压器输入电压为10 kV，输出电压为220 V，每个充电桩输入电流为16 A，设原、副线圈匝数分别为n1、n2，输入正弦交流电的频率为50 Hz，则下列说法正确的是(　　) A．交流电的周期为0.02 s B．原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶500 C．输出的最大电压为220 V D．若10台充电桩同时使用，输入功率为35.2 kW 解析　交流电的周期为T＝＝0.02 s，故A正确；根据理想变压器原副线圈的电压与线圈匝数的关系可得，原副线圈匝数比为＝＝＝，故B错误；输出的最大电压为U2m＝U2＝220 V，故C错误；若10台充电桩同时使用，输出功率为P2总＝10U2I2＝10×220×16 W＝35 200 W＝35.2 kW，变压器不改变功率，故输入功率为P1总＝P2总＝35.2 kW，故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）（2025·山东卷）某实验小组为探究远距离高压输电的节能优点，设计了如下实验。所用实验器材为： 学生电源； 可调变压器T1、T2； 电阻箱R； 灯泡L（额定电压为6 V）； 交流电流表A1、A2、A3，交流电压表V1、V2； 开关S1、S2，导线若干。 部分实验步骤如下： (1)模拟低压输电。按图甲连接电路，选择学生电源交流挡，使输出电压为12 V，闭合S1，调节电阻箱阻值，使V1示数为6.00 V，此时A1（量程为250 mA）示数如图乙所示，为　　　　mA，学生电源的输出功率为　　　　W。 (2)模拟高压输电。保持学生电源输出电压和电阻箱阻值不变，按图丙连接电路后闭合S2。调节T1、T2，使V2示数为6.00 V，此时A2示数为20 mA，则低压输电时电阻箱消耗的功率为高压输电时的　　　　倍。 (3)A3示数为125 mA，高压输电时学生电源的输出功率比低压输电时减少了　　　　 W。 解析　(1)根据题图乙可知电流表的分度值为5 mA，故读数为200 mA 学生电源的输出功率 P1＝U1I1＝12×200×10-3W＝2.4 W。 (2)电阻箱阻值不变，由P＝I2R可知低压输电时电阻箱消耗的功率与高压输电时电阻箱消耗的功率之比为＝＝100，即低压输电时电阻箱消耗的功率为高压输电时的100倍。 (3)A3示数为125 mA时，学生电源的输出功率P4＝U1I3＝12×125×10-3W＝1.5 W 高压输电时学生电源的输出功率比低压输电时减少了ΔP＝P1－P4＝2.4 W－1.5 W＝0.9 W。 答案　(1)200　2.4　(2)100　(3)0.9 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）（2025·江苏卷）圆筒式磁力耦合器由内转子、外转子两部分组成，工作原理如图甲所示。内、外转子可绕中心轴OO′转动。外转子半径为r1，由四个相同的单匝线圈紧密围成，每个线圈的电阻均为R，直边的长度均为L，与轴线平行。内转子半径为r2，由四个形状相同的永磁体组成，磁体产生径向磁场，线圈处的磁感应强度大小均为B。外转子始终以角速度ω0匀速转动，某时刻线圈abcd的直边ab与cd处的磁场方向如图乙所示。 (1)若内转子固定，求ab边产生感应电动势的大小E； (2)若内转子固定，求外转子转动一周，线圈abcd产生的焦耳热Q； (3)若内转子不固定，外转子带动内转子匀速转动，此时线圈中感应电流为I，求线圈abcd中电流的周期T。 解析　(1)ab边所处磁场区域的磁感应强度大小为B，则E＝BLv 其中v＝ω0r1 解得E＝BLω0r1。 (2)由题意分析可知单个线圈中产生的感应电动势为E′＝2BLω0r1 线圈转动过程中电动势大小恒定，可得 Q＝T1 T1＝ 解得Q＝。 (3)四个线圈带动四个内转子转动，可选择其中一个线圈abcd分析，设内转子转动的角速度为ω， 线圈产生的电动势大小为E″＝IR 且E″＝2BL(ω0－ω)r1 线圈相对内转子转动90°，线圈内电流改变一次方向，线圈相对内转子继续转动90°，线圈内电流再改变一次方向，刚好经过一个电流的周期，则T＝ 解得T＝。 答案　(1)BLω0r1　(2)　 (3) 学科网（北京）股份有限公司 $