2025-2026学年高二寒假物理作业： 第三章《交变电流》（单元检测）

高中物理选择性必修第二册寒假作业 第三章《交变电流》（单元检测） 一、单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1.以下各个选项所示的电流，属于交变电流的是(　　) 2.一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势瞬时值表达式为e＝10sin(4πt)V，则(　　) A.该线圈转动的角速度为4 rad/s B.t＝0时刻线圈平面与磁场垂直 C.t＝0.25 s时，e达到最大值 D.在1 s时间内，线圈中电流方向改变10次 3.一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中，通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是(　　) A.t1、t3时刻线圈产生的电动势最大 B.t1、t3时刻线圈位于中性面 C.t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变 D.线圈每转一周，电流的方向就改变一次 4.如图所示，正弦波和方波交变电流的最大值相等，周期也相等，现使它们通过完全相同的电阻，则在相同的时间(远大于周期)内，两电阻发热之比等于(　　) A. B. C. D. 5.某发电厂发电机的输出电压为U、输出功率为P，已知该发电厂至学校的输电线总电阻为R，则输电线上损耗的功率可表示为(　　) A.R B. C.R D.U 6.如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关K断开，当K接通时，下列说法正确的是(　　) A．副线圈两端M、N的输出电压减小 B．副线圈输电线等效电阻R上的电压减小 C．通过灯泡L1的电流增大 D．原线圈中的电流增大 7.如图所示，某小型水电站发电机的输出电压U1＝250 V，经升压变压器和降压变压器后为养殖场供电．已知输电线的总电阻R线＝5 Ω，输电线上损失的功率P线＝2 kW，养殖场共有1 100盏标有“220 V　40 W”字样的灯泡正常工作(除此之外没有其他用电器)．假设两个变压器均为理想变压器，下列说法正确的是(　　) A．输电线上的电流I线＝20 A B．升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶10 C．降压变压器的匝数比n3∶n4＝9∶1 D．发电机的输出功率为44 kW 二、多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t变化的情况如图所示，下列说法正确的是(　　) A.此交变电流的频率为0.2 Hz B.1 s内电流方向变化10次 C.t＝0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行 D.1 s内线圈转5圈 9.如图所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用总电阻为3 Ω的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)。对整个送电过程，下列说法正确的是(　　) A.输电线上的损失功率为300 W B.升压变压器的匝数比为1∶100 C.降压变压器的输入电压为4 970 V D.降压变压器的匝数比为100∶1 10.如图所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是(　　) A.变压器输入功率为484 W B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3 三、填空题（共计2题，共计16分） 11.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。 (1)观察变压器的内部结构，为了减小涡流，它的结构和材料是　　　　(选填“A”或“B”)。  A.整块硅钢铁芯 B.绝缘的硅钢片叠成的铁芯 (2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，匝数不同，如果作为降压变压器使用，原线圈的导线较　　　(选填“A”或“B”)。  A.细且匝数多 B.粗且匝数少 (3)实验中将低压交流电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用多用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V，若考虑存在漏磁，则原线圈的输入电压可能为　　　　 V(选填“7.0”或“5.0”)。  12.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中： (1)下列仪器中不需要的是　　　　。  (2)实验时原线圈接在电源上，用多用电表测量副线圈的电压，下列操作正确的是　　　　。  A.原线圈接直流电压，多用电表用直流电压挡 B.原线圈接直流电压，多用电表用交流电压挡 C.原线圈接交流电压，多用电表用交流电压挡 D.原线圈接交流电压，多用电表用直流电压挡 (3)若某次实验中使用匝数N1=400匝、N2=800匝的变压器，测得的电压分别U1=3.6 V、U2=8.2 V，据此可知　　　　(选填“N1”或“N2”)是原线圈匝数。  (4)造成(3)中误差的原因可能为　　　　。  A.原线圈上的电流产生热量 B.副线圈上的电流产生热量 C.变压器铁芯漏磁 D.原线圈输入电压发生变化 (5)为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。作为横档的铁芯Q的硅钢片应按照下列哪种方法设计　　　　。  四、解答题（共计3题，共计41分） 13.(13分)如图所示，理想变压器原线圈匝数n1＝800匝，副线圈匝数n2＝200匝，灯泡A标有“5 V　2 W”，电动机D的线圈电阻为1 Ω。将交变电压u＝100·sin(100πt)V加到理想变压器原线圈两端，灯泡恰能正常发光，求： (1)副线圈两端电压； (2)副线圈中的电流； (3)电动机D消耗的电功率。 14.(11分)一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率为500 kW，升压变压器原线圈两端的电压为500 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶5，两变压器间输电线的总电阻为1.5 Ω，降压变压器的输出电压为220 V，变压器均为理想变压器，求： (1)升压变压器副线圈两端的电压； (2)输电线上的功率损失及用户得到的功率； (3)降压变压器原、副线圈的匝数比。 15.(16分)光伏发电可以有效解决偏远农村地区用电难的问题，相对于传统发电机，光伏发电系统更为便捷，电池板只需安装在屋顶上，就可直接将太阳能转化为电能供应，完全不受供电通道的限制。如图，某户农家将输出电压U0=220 V交流电的光伏发电系统接到变压器上，通过副线圈n2、n3分别向10只标称为“12 V　1.5 A”的灯泡和一台电动机供电，电动机线圈电阻r=1.0 Ω，原线圈上所接灯泡L的额定电压UL=40 V，副线圈n2的匝数为60匝。电路接通后，各用电器都正常工作，光伏发电系统的输出功率P0=440 W，电压表的示数为36 V，变压器为理想变压器，电表为理想电表，求： (1)原线圈上所接灯泡L消耗的功率PL； (2)变压器原线圈的匝数n1； (3)电动机输出的机械功率P机。 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理选择性必修第二册寒假作业 第三章《交变电流》（单元检测）答案 一、单项选择题（共计7题，每小题4分，共计28分） 1.以下各个选项所示的电流，属于交变电流的是(　　) 答案　B 解析　判断电流是交流还是直流，要看其方向是否随时间周期性变化。选项C中，电流的大小和方向均不变；选项A、D中，尽管电流大小随时间周期性变化，但其方向不变，仍是直流，故只有B正确。 2.一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势瞬时值表达式为e＝10sin(4πt)V，则(　　) A.该线圈转动的角速度为4 rad/s B.t＝0时刻线圈平面与磁场垂直 C.t＝0.25 s时，e达到最大值 D.在1 s时间内，线圈中电流方向改变10次 答案　B 解析　由交变电动势的瞬时值表达式e＝10sin (4πt)V，可知感应电动势的最大值Em＝10 V，线圈转动的角速度ω＝4π rad/s，选项A错误；将t＝0代入交变电动势的瞬时值表达式，可得感应电动势为0，则此时线圈处于中性面，线圈平面与磁场垂直，选项B正确；将t＝0.25 s代入交变电动势的瞬时值表达式可得e＝10sin π V＝0，e达到最小值，选项C错误；线圈转动的周期T＝＝ 0.5 s，则在1 s时间内线圈转过2周，转1周电流方向改变2次，则在1 s时间内线圈中电流方向改变4次，选项D错误。 3.一闭合矩形线圈abcd绕垂直于磁感线的固定轴OO′匀速转动，线圈平面位于如图甲所示的匀强磁场中，通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是(　　) A.t1、t3时刻线圈产生的电动势最大 B.t1、t3时刻线圈位于中性面 C.t2、t4时刻线圈中感应电流方向改变 D.线圈每转一周，电流的方向就改变一次 答案　B 解析　t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，而磁通量的变化率等于零，则电动势为零，故A错误；t1、t3时刻通过线圈的磁通量最大，则线圈位于中性面位置，故B正确；t2、t4时刻磁通量为零，线圈转到与中性面垂直位置处，此时感应电动势最大，电流方向不变，故C错误；线圈每转一周，两次经过中性面，电流方向改变两次，故D错误。 4.如图所示，正弦波和方波交变电流的最大值相等，周期也相等，现使它们通过完全相同的电阻，则在相同的时间(远大于周期)内，两电阻发热之比等于(　　) A. B. C. D. 答案　B 解析　计算电阻发热Q＝I2Rt需用交流电的有效值，题图甲的有效值为I1＝，题图乙的有效值为I2＝Im，所以代入可得＝，B正确。 5.某发电厂发电机的输出电压为U、输出功率为P，已知该发电厂至学校的输电线总电阻为R，则输电线上损耗的功率可表示为(　　) A.R B. C.R D.U 答案　A 解析　由I＝，P损＝I2R，解得P损＝R，故A正确。 6.如图所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时，开关K断开，当K接通时，下列说法正确的是(　　) A．副线圈两端M、N的输出电压减小 B．副线圈输电线等效电阻R上的电压减小 C．通过灯泡L1的电流增大 D．原线圈中的电流增大 答案　D 解析　输入电压和原、副线圈的匝数比不变，由＝可知副线圈两端M、N的输出电压不变，A错误；当K接通时，副线圈电路的总电阻减小，总电流I2变大，输电线等效电阻R上的电压增大，并联部分的电压减小，通过灯泡L1的电流减小，B、C错误；由＝可知，电流I2变大，则I1变大，即原线圈中的电流增大，D正确． 7.如图所示，某小型水电站发电机的输出电压U1＝250 V，经升压变压器和降压变压器后为养殖场供电．已知输电线的总电阻R线＝5 Ω，输电线上损失的功率P线＝2 kW，养殖场共有1 100盏标有“220 V　40 W”字样的灯泡正常工作(除此之外没有其他用电器)．假设两个变压器均为理想变压器，下列说法正确的是(　　) A．输电线上的电流I线＝20 A B．升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶10 C．降压变压器的匝数比n3∶n4＝9∶1 D．发电机的输出功率为44 kW 答案　A 解析　根据公式P线＝I线2R，解得I线＝20 A，A正确；设升压变压器原线圈电流为I1，则有U1I1＝P线＋1 100×40 W，解得I1＝184 A，升压变压器的匝数比为＝＝，B错误；降压变压器的副线圈的电流为I4＝1 100×＝200 A，降压变压器的匝数比为n3∶n4＝I4∶I线＝10∶1，C错误；发电机的输出功率P出＝U1I1＝46 kW，D错误． 二、多项选择题（共计3题，每小题5分，选对但不全得3分，错选不得分，共计15分） 8.矩形金属线圈共10匝，绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，线圈中产生的感应电动势e随时间t变化的情况如图所示，下列说法正确的是(　　) A.此交变电流的频率为0.2 Hz B.1 s内电流方向变化10次 C.t＝0.1 s时，线圈平面与磁场方向平行 D.1 s内线圈转5圈 答案　BD 解析　由题图可知交变电流的周期T＝0.2 s，频率f＝＝ Hz＝5 Hz，即1 s内线圈转5圈，每转1圈电流方向改变2次，则1 s内电流方向变化10次，故A错误，B、D正确；在t＝0.1 s时，e＝0，线圈平面与磁场方向垂直，故C错误。 9.如图所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V，输出的电功率为50 kW，用总电阻为3 Ω的输电线向远处送电，要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)。对整个送电过程，下列说法正确的是(　　) A.输电线上的损失功率为300 W B.升压变压器的匝数比为1∶100 C.降压变压器的输入电压为4 970 V D.降压变压器的匝数比为100∶1 答案　AC 解析　输电线上损失的功率为P损＝P×0.6%＝50 kW×0.6%＝300 W，A项正确；输电线上的电流为I2＝＝ A＝10 A，升压变压器副线圈两端的电压为U2＝＝ V＝5×103 V，由＝＝，B项错误；输电线上损失的电压为U损＝I2R＝10×3 V＝30 V，降压变压器输入电压为U3＝U2－U损＝5 000 V－30 V＝4 970 V，C项正确；由＝得＝，D项错误。 10.如图所示，将额定电压为60 V的用电器，通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是(　　) A.变压器输入功率为484 W B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝11∶3 答案　BD 解析　变压器的输入功率P1＝P2＝I2U2＝2.2×60 W＝132 W，选项A错误；由＝得＝＝＝，选项D正确；由＝得I1＝I2＝×2.2 A＝0.6 A，选项B正确；根据I＝得通过副线圈的电流的最大值I2m＝I2＝ A，选项C错误。 三、填空题（共计2题，共计16分） 11.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。 (1)(2分)观察变压器的内部结构，为了减小涡流，它的结构和材料是　　　　(选填“A”或“B”)。  A.整块硅钢铁芯 B.绝缘的硅钢片叠成的铁芯 (2)(4分)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，匝数不同，如果作为降压变压器使用，原线圈的导线较　　　(选填“A”或“B”)。  A.细且匝数多 B.粗且匝数少 (3)(4分)实验中将低压交流电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用多用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V，若考虑存在漏磁，则原线圈的输入电压可能为　　　　 V(选填“7.0”或“5.0”)。  答案　(1)B　(2)A　(3)7.0 解析　(1)观察变压器的内部结构，为了减小涡流，它的结构和材料是绝缘的硅钢片叠成的铁芯，故选B。 (2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，匝数不同，如果作为降压变压器使用，根据=，由于n1>n2，则有I1<I2，可知原线圈的电流小，则原线圈的导线较细且匝数多，故选A。 (3)实验中将低压交流电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用多用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V，若是理想变压器，则有===2，若考虑存在漏磁，则有>2，可得U1>2U2=2×3.0 V=6.0 V，则原线圈的输入电压可能为7.0 V。 12.在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中： (1)下列仪器中不需要的是　　　　。  (2)实验时原线圈接在电源上，用多用电表测量副线圈的电压，下列操作正确的是　　　　。  A.原线圈接直流电压，多用电表用直流电压挡 B.原线圈接直流电压，多用电表用交流电压挡 C.原线圈接交流电压，多用电表用交流电压挡 D.原线圈接交流电压，多用电表用直流电压挡 (3)若某次实验中使用匝数N1=400匝、N2=800匝的变压器，测得的电压分别U1=3.6 V、U2=8.2 V，据此可知　　　　(选填“N1”或“N2”)是原线圈匝数。  (4)造成(3)中误差的原因可能为　　　　。  A.原线圈上的电流产生热量 B.副线圈上的电流产生热量 C.变压器铁芯漏磁 D.原线圈输入电压发生变化 (5)为了减小能量传递过程中的损失，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成。作为横档的铁芯Q的硅钢片应按照下列哪种方法设计　　　　。  答案　(1)AB　(2)C　(3)N2　(4)ABC　(5)D 解析　(1)“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，需要的器材是低压交流电源，同时还需要交流电压表来测量电压及可拆变压器和导线，结合题目给定的器材，图A是干电池，B是条形磁体，C是低压交流电源，D是多用电表，故不需要的是A、B。 (2)根据实验原理可知，原线圈应接交流电压，副线圈接电压表，应用多用电表的交流电压挡。故选C。 (3)若某次实验中用匝数N1=400匝、N2=800匝的变压器，测得的电压分别为U1=3.6 V、U2=8.2 V，则有<，因为变压器不是理想的，存在漏磁，线圈电阻大、铁芯发热、导线发热等电能损耗，即副线圈电压小于原线圈电压的一半，则N2一定是原线圈匝数，N1为副线圈匝数。 (4)原、副线圈上通过的电流产生热量，铁芯在交变磁场作用下发热，都会使变压器输出功率发生变化，从而导致电压比与匝数比有差别，故A、B正确； 变压器铁芯漏磁，从而导致电压比和匝数比不等，故C正确； 原线圈输入电压发生变化，不会影响电压比和匝数比，故D错误。 (5)根据题意可知，由于变压器工作时会在铁芯Q中存在变化的磁通量，为了减小能量传递过程中的损失，应尽可能使铁芯Q中不产生较大的涡流，如图所示，应通过相互绝缘的硅钢片使平行于efgh的各平面和平行于abfe的各平面都不能形成闭合回路，所以作为横档的铁芯Q的硅钢片应按照平行于adhe平面的形式设计。故选D。 四、解答题（共计3题，共计41分） 13.(13分)如图所示，理想变压器原线圈匝数n1＝800匝，副线圈匝数n2＝200匝，灯泡A标有“5 V　2 W”，电动机D的线圈电阻为1 Ω。将交变电压u＝100·sin(100πt)V加到理想变压器原线圈两端，灯泡恰能正常发光，求： (1)副线圈两端电压； (2)副线圈中的电流； (3)电动机D消耗的电功率。 答案　(1)25 V　(2)0.4 A　(3)8 W 解析　(1)交变电压u＝100sin(100πt)V 最大值为Um＝100 V 故有效值为U1＝＝ V＝100 V 根据理想变压器的变压比公式＝ 有U2＝＝ V＝25 V。 (2)由于灯泡正常发光，故电流为 IL＝＝ A＝0.4 A 所以副线圈中的电流I2＝IL＝0.4 A。 (3)电动机两端电压为 UD＝U2－UL＝25 V－5 V＝20 V 电动机消耗的电功率为 PD＝UDI2＝20×0.4 W＝8 W。 14.(11分)一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输送给用户，已知发电机的输出功率为500 kW，升压变压器原线圈两端的电压为500 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶5，两变压器间输电线的总电阻为1.5 Ω，降压变压器的输出电压为220 V，变压器均为理想变压器，求： (1)(2分)升压变压器副线圈两端的电压； (2)(4分)输电线上的功率损失及用户得到的功率； (3)(5分)降压变压器原、副线圈的匝数比。 答案　(1)2 500 V　(2)60 kW　440 kW　(3)10∶1 解析　输电线路示意图如图所示 (1)根据=可知，升压变压器副线圈两端的电压U2==2 500 V (2)输电线上的电流I2===200 A 输电线上的功率损失P损=r线=60 kW 用户得到的功率P用=P1-P损=440 kW (3)输电线上损失的电压ΔU=I2r线=300 V 降压变压器原线圈两端的电压 U3=U2-ΔU=2 200 V 降压变压器原、副线圈的匝数比为==10∶1。 15.(16分)光伏发电可以有效解决偏远农村地区用电难的问题，相对于传统发电机，光伏发电系统更为便捷，电池板只需安装在屋顶上，就可直接将太阳能转化为电能供应，完全不受供电通道的限制。如图，某户农家将输出电压U0=220 V交流电的光伏发电系统接到变压器上，通过副线圈n2、n3分别向10只标称为“12 V　1.5 A”的灯泡和一台电动机供电，电动机线圈电阻r=1.0 Ω，原线圈上所接灯泡L的额定电压UL=40 V，副线圈n2的匝数为60匝。电路接通后，各用电器都正常工作，光伏发电系统的输出功率P0=440 W，电压表的示数为36 V，变压器为理想变压器，电表为理想电表，求： (1)(4分)原线圈上所接灯泡L消耗的功率PL； (2)(4分)变压器原线圈的匝数n1； (3)(8分)电动机输出的机械功率P机。 答案　(1)80 W　(2)900　(3)155 W 解析　(1)根据题意，设原线圈上的电流为I1，则有P0=U0I1 PL=I1UL 解得PL=80 W (2)根据题意，有= 解得n1=900匝 (3)根据题意，设副线圈n3上的电流为I3，则有P0=PL+P2+I3U3 P机=I3U3-r 又有P2=10U2I2=180 W U3=36 V 联立解得P机=155 W。 学科网（北京）股份有限公司 $