单元检测卷（三）交流电-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义配套练习（教科版）

单元检测卷（三）　交流电 (时间：90分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28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．如图所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正，则下列四幅图像中正确的是(　　) 答案：C 解析：以线圈平面与磁场夹角θ＝45°时为计时起点，由楞次定律可判断，初始时刻电流方向为b到a，则瞬时电流的表达式为i＝－Imsin ，选项C正确。 2．如图甲所示，标有“220 V　40 W”的灯泡和标有“20 μF　300 V”的电容器并联到交流电源上，为理想交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，下列判断正确的是(　　) A．断开开关，t＝时刻，的示数为零 B．断开开关时灯泡恰好正常发光 C．开关闭合时电容器不可能被击穿 D．断开开关，的示数保持220 V不变 答案：B 解析：的示数应是电压的有效值220 V，故选项A、D错误；电源输出电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压，灯泡正常发光，选项B正确；电压的峰值Um＝220 V≈311 V，大于电容器能承受的最大电压，故开关闭合时电容器被击穿，选项C错误。 3．在图甲、乙两电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上220 V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为110 V。若分别在c、d两端与g、h两端加上110 V的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为 (　　) A．220 V、220 V B．220 V、110 V C．110 V、110 V D．220 V、0 答案：B 解析：变压器与分压器的区别主要是原理不同，变压器的工作原理是法拉第电磁感应定律，可以把电压升高，也可以把电压降低；分压器的工作原理是串联电路的分压原理，不能升高电压。在题图甲中，由Uab＝220 V，Ucd＝110 V，可知nab＝2ncd，所以当c、d间接110 V交流电压时，ab间电压为220 V；在题图乙中，由Uef＝220 V，Ugh＝110 V，可知分压器触头P在正中央，当gh间接110 V交流电压时，电流经过分压器下半部分，g点和e点电势相等，所以ef间电压等于gf间电压，即Uef＝110 V，故选B。 4．如图所示，理想变压器三个线圈的匝数比为n1∶n2∶n3＝4∶1∶1，电阻R1＝R2＝R3＝R。当A、B两接线柱接正弦交流电源时，通过R2的电流为I，则电源的输出功率为(　　) A．2I2R B．I2R C．3I2R D．18I2R 答案：B 解析：设R3两端电压为U，则R2两端电压为U2＝U＝U，原线圈两端的电压为U1＝U＝4U，又因为通过R2的电流为I，则I＝＝，则通过R3的电流为I3＝＝＝I，由U1I1＝U2I＋U3I3，可知I1＝，则电源的输出功率为P＝I12R＋I2R＋I32R＝I2R，故B正确。 5．(2024·广东佛山高二期末)如图为某种燃气灶点火装置原理图。转换器把直流电压转换为最大值为5 V的正弦交变电压，加在一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，当钢针与金属板间的电压大于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。对此，下列说法正确的是 (　　) A．图中电压表的示数为5 V B．图中的变压器为降压变压器 C．该理想变压器的匝数比应小于 D．要使点火装置正常工作，转换器输出的一定为正弦交流电 答案：C 解析：交流电压表示数是电压的有效值，电压表示数为U＝＝ V＝ V，故A错误；由于钢针与金属板间的电压大于5 000 V才会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体，因此图中的变压器为升压变压器，故B错误；根据理想变压器电压与匝数的关系有＝<＝，故C正确；变压器的工作原理是电磁感应，只要通过变压器原线圈的电流发生变化，线圈中的磁通量就会发生变化，就会产生电磁感应，故D错误。 6．(2024·黄冈高二期末)某小型水电站交流发电机的输出电压为400 V，先经升压变压器将电压升高，经总阻值为R＝2 Ω的输电线向远端用户输电，用户端用降压变压器将电压降到220 V供用户使用。若用户的用电功率为19.8 kW，输电线R上损耗的功率为0.2 kW，已知变压器均为理想变压器，其他电阻不计。下列说法正确的是(　　) A．通过输电线R的电流I2＝10 A B．降压变压器的输入电压U3＝2 000 V C．升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝1∶10 D．降压变压器原、副线圈匝数比n3∶n4＝10∶1 答案：A 解析：通过输电线R的电流I2＝＝ A＝10 A，故A正确；用户的用电功率为19.8 kW，用户端电流I4＝＝ A＝90 A，降压变压器原、副线圈匝数比n3∶n4＝I4∶I2＝9∶1，所以降压变压器的输入电压U3＝U4＝1 980 V，故B、D错误；升压变压器输出电压U2＝U3＋I2R＝2 000 V，升压变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝U1∶U2＝1∶5，故C错误。 7．(2024·甘孜高二校考)如图为某小型发电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，变压器均为理想变压器。在输电线路的起始端接入甲乙两个互感器(均为理想器材)，两互感器原线圈的匝数比分别为200∶1和1∶20，降压变压器原、副线圈的匝数比为200∶1，电压表的示数为220 V，电流表的示数为5 A，输电线路总电阻r＝20 Ω，则下列说法正确的是 (　　) A．互感器甲是电流互感器，互感器乙是电压互感器 B．输电线路上损耗的功率约占输电总功率的4.5% C．用户端的电压U4为200 V D．用户使用的用电设备增多，流过电流互感器的电流减小 答案：B 解析：互感器甲并联在零、火线上，所以是电压互感器，互感器乙串联在电路中，是电流互感器，故A错误；电流表的示数为5 A，互感器原、副线圈的匝数比为1∶20，则线路上电流I＝100 A，线路上损耗的功率P损＝I2r＝200 kW，电压表的示数为220 V，匝数比为200∶1，所以输送电压U＝44 000 V，功率P＝UI＝4 400 kW，则输电线路上损耗的功率约占输电总功率的×100%＝4.5%，故B正确；U3＝44 000 V－100×20 V＝42 000 V，用户端的电压U4＝＝210 V，C错误；用户使用的用电设备增多，电阻变小，则用户回路电流变大，流过电流互感器的电流变大，故D错误。 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分) 8．家用台灯亮度调节原理图如图甲所示，理想自耦变压器的a、b间接入如图乙所示的正弦交流电压。交流电流表为理想电表，灯泡额定电压为15 V，额定功率为30 W(设灯泡的电阻值保持不变)，当P在c处时灯泡正常发光。下列描述正确的有 (　　) A．灯泡正常发光时变压器线圈的总匝数与c点下方的匝数之比为44∶3 B．当灯泡正常发光时电流表的读数为2 A C．将调压端的滑动触头P向下移动时，变压器的输入功率变小 D．将调压端的滑动触头P向下移动时，变压器的输入电压变小 答案：AC 解析：由题图乙可知，a、b间交流电压的最大值为Um＝311 V，则有效值为U＝＝220 V，根据变压器的变压比可知＝＝＝，A正确；灯泡正常发光时，灯泡中的电流I＝＝ A＝2 A，电流表测量的是原线圈中电流的有效值，则I1＝＝ A≈0.14 A，B错误；将调压端的滑动触头P向下移动时，副线圈匝数减少，变压器输入电压不变，输出电压减小，输出功率减小，所以输入功率减小，C正确，D错误。 9．如图所示的装置中，cd杆光滑且原来静止。当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(杆切割磁感线速度越大，感应电流越大)(　　) A．向右匀速运动 B．向右加速运动 C．向左加速运动 D．向左减速运动 答案：BD 解析：ab杆向右匀速运动，在ab杆中产生恒定的电流，该电流在线圈L1中产生恒定的磁场，在L2中不产生感应电流，所以cd杆不动，故A错误；ab杆向右加速运动，根据右手定则知，在ab杆上产生逐渐增大的由a到b的电流，在L1中产生方向向上且增强的磁场，该磁场向下通过L2，由楞次定律及安培定则知，在cd杆上产生由c到d的感应电流，根据左手定则，可知cd杆受到向右的安培力，cd杆将向右运动，故B正确；同理可得C错误，D正确。 10．(2024·浙江温州统考期末)如图所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为1∶2，在原、副线圈的回路中分别接有阻值为R和4R的电阻，原线圈一侧接在电压100 V的正弦交流电源上，则(　　) A．副线圈回路中电阻两端的电压为100 V B．副线圈回路中电阻两端的电压为200 V C．原、副线圈回路中电阻消耗的功率之比为1∶1 D．原、副线圈回路中电阻消耗的功率之比为1∶2 答案：AC 解析：设理想变压器的原线圈输入电压为U1，电流为I1，副线圈的输出电压为U2，电流为I2，则＝＝，＝＝＝，解得U2＝100 V，原、副线圈回路中电阻消耗的功率之比为＝＝，A、C正确，B、D错误。 三、非选择题(本题共6小题，共54分。按题目要求作答。计算题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) 11．(6分)某同学选用匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验，变压器原线圈两端所接的电源应是12 V的低压________(选填“交流电源”或“直流电源”)。先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”、“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。上述探究变压器两端的电压与匝数的关系过程中采用的实验方法是____________(选填“控制变量法”、“转换法”或“类比法”)。 答案：交流电源　增大　减小　控制变量法 解析：变压器的工作原理是互感现象，故原线圈两端所接的电源应是12 V的低压交流电源；根据＝可知，保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，可观察到副线圈两端的电压增大；保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，可观察到副线圈两端的电压减小；探究变压器两端的电压与匝数的关系，采用的实验方法是控制变量法。 12．(8分)某同学利用实验室中的自耦变压器做“探究变压器线圈两端的电压与匝数关系”的实验。图甲为变压器的实物图，图乙为其内部结构图，图丙为实验原理图。除自耦变压器外实验室还提供了如下器材： A．直流电压表； B．多用电表； C．220 V交流电源； D．交直流学生电源； E．低压直流电源； F．滑动变阻器“20 Ω，2 A”； G．滑动变阻器“5 Ω，0.5 A”； H．开关、导线若干。 回答下列问题： (1)实验中电源应选用________，测量电压的电表应选用________，滑动变阻器应选用________。 (2)实验中原线圈的匝数用图甲刻度盘上的________表示，副线圈的匝数用图甲刻度盘上的手柄上的指针指示刻度表示。 (3)实验中该同学想通过调节滑动变阻器改变副线圈上的电压，是否可行？________ (4)下表为某次实验得到的数据，从数据上发现电压比总小于匝数比。除测量误差外，造成这一结果的主要原因是(说出两个原因)： ①________________________________________________________________________； ②________________________________________________________________________。 实验数据记录表(表盘总刻度为240，U1＝12 V) 实验次数 1 2 3 4 5 指针指示刻度 40 60 80 120 200 U2/V 1.90 2.92 3.94 5.96 9.98 答案：(1)D　B　F　(2)总刻度　(3)不可行 (4)①有漏磁(磁损)　②铁芯发热(铁损)或线圈导线发热(线圈有电阻) 解析：(1)变压器工作必须使用交流电源，为了确保安全，选用交直流学生电源D；由于测量的是交流电压，因此选用多用电表B的交流挡位；为确保安全，选用额定电流为2 A的滑动变阻器F。 (2)原线圈的匝数是线圈的总匝数。用图甲刻度盘上的总刻度表示。 (3)根据变压器的电压与匝数的关系可知，副线圈两端电压由原线圈电压与匝数比决定，与滑动变阻器的阻值大小无关，因此实验中想通过调节滑动变阻器改变副线圈上的电压不可行。 (4)由于电压比总小于匝数比，说明副线圈中磁通量的变化率总小于原线圈中磁通量的变化率，原因在于该变压器并不是理想的变压器，在实际运用中既有漏磁(磁损)，又有铁芯发热(铁损)或线圈导线发热(线圈有电阻)。 13．(10分)(2024·德州市第一中学高二阶段练习)如图甲所示，电动车现在成为了许多人常用的代步工具，其中的主要零件有车架、电动机、控制器、蓄电池和充电器。把电动车的电动机拆下来，使其中的线圈转动，并外接上用电器R(可看作纯电阻)，电动机就变成发电机能给R供电，其原理如图乙所示。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大小为B＝ T，方向垂直纸面向里，当线圈以ω＝10π rad/s的角速度匀速转动时。(各电表均视为理想交流电表) (1)求线圈感应电动势的最大值Em和交流电压表示数U。(结果可以保留根式) (2)从图示位置开始计时，写出电路中电流i的瞬时值表达式。 (3)求线圈转一圈用电器R产生的热量。 (4)经 s通过电阻R的电荷量是多少？(结果保留1位有效数字) 答案：(1)50 V　 V　(2)i＝5sin (10πt) A　(3)22.5 J　(4)0.08 C 解析：(1)感应电动势的最大值Em＝NBSω＝50 V 电动势的有效值E有效＝＝25 V 电压表测量的是路端电压，所以电压表的示数 U＝＝ V。 (2)电流最大值Im＝＝5 A 则电路中电流瞬时值表达式为 i＝Imsin ωt＝5sin (10πt) A。 (3)电流有效值I有效＝ 转一圈所需时间T＝＝0.2 s 则线圈转一圈用电器R产生的热量 Q＝I有效2RT＝22.5 J。 (4) s内线圈转过的角度θ＝ωt＝10π×＝ 该过程中，ΔΦ＝BS－BS cos θ＝BS 由＝，＝，＝N得q＝N＝N＝ C≈0.08 C。 14．(8分)(2024·重庆一中期末)如图所示，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，电阻不计，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、副线圈匝数比为k，副线圈接有电阻R。当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，求： (1)电阻R两端电压的有效值； (2)发电机的输出功率。 答案：(1)　(2) 解析：(1)线圈感应电动势的最大值 Em＝NBSω＝2NBL2ω 有效值U1＝＝NBL2ω 由变压器的变压比得＝k 解得U2＝。 (2)发电机的输出功率等于副线圈中R产生的热功率，则有P＝，代入数据解得P＝。 15．(10分)如图所示，阻值均为R的定值电阻R1、R2、R3，分别连接在理想变压器原、副线圈两端，原线圈接交流电源，交流电源输出电压的有效值恒定。已知原、副线圈的匝数之比n1∶n2∶n3＝3∶2∶1，闭合开关S后，电阻R3的功率为P。其他电阻不计，求： (1)电阻R1两端的电压。 (2)该交流电源的输出功率。 答案：(1)3　(2)14P 解析：(1)由题知，各线圈两端电压满足 ＝＝ 由P＝可知，电阻R3两端电压 U3＝＝ 则电阻R1两端电压U1＝U3＝3。 (2)电阻R2两端电压U2＝U3＝2U3 根据P＝可得，电阻R2的功率P2＝＝4P 同理，电阻R1的功率P1＝＝9P 因此该交流电源的输出功率 P出＝P1＋P2＋P＝14P。 16．(12分)(2024·南通市高二上期末)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 m3，线圈匀速转动的角速度ω＝100π rad/s，匀强磁场的磁感应强度大小为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＝10∶1。若用户区标有“220 V　8.8 kW”的电动机M恰能正常工作，发电机线圈电阻r不可忽略。求： (1)交流发电机产生感应电动势的最大值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，求升压变压器原线圈两端的电压U1。 答案：(1)300 V　(2)160 W　(3)280 V 解析：(1)感应电动势的最大值为Em＝NBSω 代入数据解得Em＝300 V。 (2)设降压变压器原、副线圈中的电流分别为I3、I4，电动机恰能正常工作，有I4＝＝40 A 根据＝可得I3＝＝4 A 所以输电线路上损耗的电功率为 ΔP＝I32R＝160 W。 (3)根据＝得U3＝＝＝2 200 V 升压变压器副线圈两端的电压为 U2＝U3＋I3R＝2 240 V 又＝，可得U1＝＝280 V。 学生用书第110页 学科网（北京）股份有限公司 $