第三章 交变电流 单元训练-2025-2026学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

第三章 交变电流单元训练 建议用时：75分钟 满分：100分 第I卷选择题 一、单选题：本题共7小题，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求，每小题4分 1．在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴转动时，则线圈平面（    ） A．转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大 B．转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量为0，线圈中的感应电动势最大 C．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为0，线圈中的感应电动势最小 D．当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量的变化率最大，线圈中的感应电动势最大 2．交流发电机是现代电力系统的基础，其核心原理是法拉第电磁感应定律。在实验室中，常通过模拟发电机装置测量感应电动势、电流随时间的变化规律，验证相关理论。如图所示，矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，其转动轴线与磁感线垂直。已知匀强磁场的磁感应强度，线圈匝数，线圈的总电阻，线圈所围面积，转速。若从中性面开始计时，则线圈中产生的交变电流的瞬时值表达式为（　　） A． B． C． D． 3．街头某变压器原理结构如图所示，下列说法不正确的是（　　） A．该变压器是降压变压器 B．变压器工作原理是互感现象 C．原线圈导线比副线圈更细（线圈材质相同） D．为减小“铁芯”涡流影响，用陶瓷材质替换更好 4．如下图是街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动。输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器变化时，相当于R的值变化（滑动片向下或向上移动）。如果变压器上的能量损失可以忽略，当用户的用电器增加时，下列说法不正确的是（   ） A．电流表的读数不变 B．电压表的读数不变 C．电压表的读数变小 D．电流表的读数变大 5．如图所示，交流发电机中的线圈ABCD沿逆时针方向匀速转动，此时线圈平面与中性面垂直，下列说法不正确的是（　　） A．在图示位置时，穿过线圈的磁通量为零 B．在图示位置时，电流方向不发生改变 C．在图示位置时，AB边受安培力方向向上 D．从图示位置转过90°时，线圈中电动势最大 6．2025年中国风力发电量突破万亿千瓦时，继续稳居全球第一位。如图所示，某风轮机带动内部匝数为N的矩形铜质线圈ABCD在水平匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁场的水平转轴OO逆时针匀速转动产生交流电，已知N匝线圈产生的感应电动势的最大值为。则下列说法正确的是（   ） A．当线圈转到图示位置时产生的瞬时感应电流最小 B．当线圈转到与图示位置垂直时电流表的示数不为零 C．当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最小 D．当线圈转到图示位置时穿过线圈的磁通量为 7．如图所示的电路中，变压器为理想变压器，电路的a、b端接有电压稳定的正弦交流电源。则在滑动变阻器R的滑片P向上移动过程中，下列判断中一定正确的是（　　） A．A灯变暗 B．B灯变暗 C．滑动变阻器的电功率增大 D．a、b端的输入功率增大 二、多选题：本题共3小题，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分。 8．交流发电机的示意图如甲所示，线圈从甲图所示的位置以为轴逆时针匀速转动，产生交变电流如图乙所示变化。则（　　） A．1s时间内电流出现100次峰值 B．该交变电流的有效值为 C．图甲所示位置时，AB边内电流的方向由B流向A D．当电流瞬时值为25A时，线圈平面与中性面的夹角为 9．日常生活中的冰箱、空调、电视等内部通常有降压变压器。某用电器通电后，内部变压器原线圈两端电压为220V，副线圈两端的电压随时间变化的关系式为。若将该变压器视为理想变压器，则（　　） A．变压器原、副线圈的匝数之比为55：3 B．变压器原、副线圈的电流之比为3：55 C．副线圈中电流的方向每1s内改变50次 D．副线圈中电流的方向每1s内改变100次 10．AI的快速发展极大促进了社会的进步，同时对电力的需求呈指数级增长，已成为全球电力需求飙升的重要原因之一。某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压，输出功率750kW。降压变压器的匝数比，输电线总电阻。其余线路电阻不计，用户端电压，功率110kW，所有变压器均可视为理想变压器。下列说法不正确的是（　　） A．发电机的输出电流为3000A B．输电线上损失的功率为4 kW C．升压变压器的匝数比 D．输送给储能站的功率为634kW 第II卷选择题 三、实验题：本大题共2小题，共16.0分。第一小题8分，第二小题8分 11．某物理小组的同学设计了用磁感应强度传感器探究线圈中磁场变化产生感应电流的实验。如图甲所示，他将一条形磁铁放在转盘上，磁铁可随转盘转动，另将一磁感应强度传感器固定在转盘旁边，磁感应强度传感器上还套有一带有绝缘外层的闭合导线圈（图中未画出），感应电流产生的磁场对原磁场的磁感应强度产生影响不计。转动转盘（及磁铁），磁感应强度测量值周期性地变化，该变化周期与转盘转动的周期一致。该同学取向右为正方向在计算机上得到了如图乙所示的图像，请完成下面填空： (1)在图像记录的这段时间内，线圈中产生的交流电 （填“是”或“不是”）按正弦变化的。 (2)在图像记录的这段时间内，线圈中产生的交流电的周期 （填“不变”，“先不变，后变小”或“先不变，后变大”）。 12．某实验小组用如图所示的可拆变压器来做“探究变压器原、副线圈电压和匝数的关系”的实验，请回答下列问题： (1)本实验中需要运用的科学方法是 （选填“控制变量法”或“等效替代法”）。 (2)本实验中需要用到的电源为 （选填“直流电源”或“交流电源”），测量电压时，需要用到 （选填“直流电压表”或“多用电表”）。 四、解答题：本大题共3小题，共38.0分。第一小题9分，第二小题13分，第三小题16分 13．如图所示，一小型交流发电机中，线圈ABCD（电阻不能忽略）以角速度绕垂直于磁场的轴匀速转动，发电机感应电动势的最大值。线圈通过滑环与理想变压器原线圈相连，变压器副线圈与电阻相接，电表均为理想交流电表，电压表示数为，电流表示数为，从线框转至中性面位置开始计时。 (1)求线框中感应电动势的瞬时值表达式； (2)若原、副线圈匝数比为，求电阻R的阻值及消耗的电功率P。 14．如图所示为交流发电机示意图，匝数匝的矩形线圈，边长分别为10cm和20cm，内阻为5Ω，在磁感应强度的匀强磁场中绕轴以的角速度匀速转动，线圈和外部20Ω的电阻R相连接，已知线圈绕轴转动，求： (1)开关S闭合后，电压表和电流表示数； (2)电阻R上所消耗的电功率是多少？ 15．光伏发电系统是指无须通过热过程，直接将光能转变为电能的发电系统。图示是某光伏发电系统为一个城市的几个学校供电照明的示意图。已知太阳能光伏发电机的输出电压为250 V，升压变压器的原、副线圈的匝数之比，这几个学校有标有“220 V、100 W”字样的电灯5400盏。若全部电灯正常发光，变压器均为理想变压器，输电线损耗功率是发电机输出功率的10%。 (1)求输电线的总电阻R和降压变压器的匝数比； (2)若仅改变输电线的材料使输电线电阻减少10%，求增加了多少盏正常发光的电灯。 试卷第2页，共2页 试卷第6页，共8页 学科网（北京）股份有限公司 第三章 交变电流单元训练参考答案 1．D 【详解】AB．当线圈平面转到中性面的瞬间，线框平面与磁感线方向垂直，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为0，故AB错误； CD．当线圈平面转到与中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为零，线圈中磁通量的变化率最大，根据法拉第电磁感应定律可知，此时线圈中的感应电动势最大，故C错误， D正确。 故选D。 2．B 【详解】矩形线圈在匀强磁场中匀速转动时，若从中性面开始计时，感应电动势的瞬时表达式为，其中， 则线圈中产生的交变电流，ACD错误，B正确。 故选B。 3．D 【详解】A．根据图示可知，原线圈匝数比副线圈匝数多，由电压匝数关系可知，该变压器是降压变压器，故A正确； B．变压器工作原理是互感现象，故B正确； C．若为理想变压器，根据电流匝数关系有 由于原线圈匝数比副线圈匝数多，则原线圈电流小于副线圈电流，根据 为了减小电热，需要增大横截面积，即原线圈导线比副线圈更细（线圈材质相同），故C正确； D．为减小“铁芯”涡流影响，用彼此绝缘的硅钢片叠加更好，故D错误。 故选D。 4．A 【详解】B．因输入电压不变，故电压表的读数不变，故B正确； ACD．因输入电压不变，变压器匝数比不变，故电压表的读数也不变，当用户的用电器增加时，相当于减小，分得的电压也变小，即电压表的读数变小，又由于减小，则副线圈回路的电阻变小，故电流表的读数变大，电流表的读数也变大，故A错误，CD正确。 故选A。 5．D 【详解】A．在图示位置时，穿过线圈的磁通量为零，故A正确； B．在图示位置时，线圈中的电流方向不发生改变，故B正确； C．根据右手定则可知，线圈中的电流方向为结合左手定则可知，AB边受安培力方向向上，故C正确； D．在图示位置，穿过线圈的磁通量为零，感应电动势和感应电流均达到最大，线圈转过90°时，穿过线圈的磁通量最大，感应电动势和感应电流均为零，故D错误。 故选D。 6．B 【详解】ACD．当线圈转到图示位置时，线圈平面与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为零，此时产生的感应电动势最大，即磁通量的变化率最大，产生的瞬时感应电流最大，故ACD错误； B．当线圈转到与图示位置垂直时，穿过线圈的磁通量最大，此时产生的感应电动势为零，产生的瞬时感应电流为零，电流表的示数为电流的有效值，不为零，故B正确。 故选B。 7．A 【详解】AB．滑片P向上移动过程中，滑动变阻器的电阻增大，则副线圈并联的总电阻增大，根据等效电阻 结合 可知原线圈的电流减小，则流过灯泡A的电流减小，灯泡A两端的电压减小，输入电压不变，则原线圈两端的电压增大，由变压器电压和匝数的关系可知，副线圈电压增大，故灯泡B变亮，故A正确B错误； C．滑动变阻器与灯泡电阻关系未知，无法判断其电功率变化，故C错误； D．a、b端的输入电压不变，原线圈的电流减小，根据可知，a、b端的输入功率减小，故D错误； 故选A。 8．ABC 【详解】A．由图乙可知，交变电流的周期为，1个周期内出现2次峰值，所以1s时间内电流出现100次峰值，故A正确； B．由图乙可知该交变电流的最大值为50A，则有效值为 故B正确； C．根据右手定则可知，图甲所示位置时，AB边内电流的方向由B流向A，故C正确； D．线圈处于中性面时，电流为0；设线圈平面与中性面的夹角为，则对应的电流为 当当电流瞬时值为25A时，可得 可得 故D错误。 故选ABC。 9．ABD 【详解】A．变压器副线圈电压有效值 根据变压器的原理，有，故A正确； B．理想变压器电流比与匝数比成反比，即 ，故B正确； CD．原副线圈的交流电频率相等，根据副线圈电压表达式可知频率为 在一个周期内电流方向改变2次，所以1s内电流方向会改变100次，故C错误，D正确。 故选ABD。 10．BC 【详解】A．发电机的输出电流为，A正确； B．降压变压器次级电流，则输电线的电流 输电线上损失的功率为，B错误； C．若没有储能装置，则升压变压器的匝数比 因存在储能装置，则升压变压器的匝数比，C错误； D．输送给储能站的功率为，D正确。 故选BC。 11．(1)不是 (2)先不变，后变大 【详解】（1）由于磁场不是按正弦变化的，所以线圈中产生的交流电不是按正弦变化的。 （2）在图像记录的这段时间内，磁场的变化周期0.8s之前不变，后来的周期增大，所以线圈中产生的交流电的周期先不变，后变大。 12．(1)控制变量法 (2) 交流电源 多用电表 【详解】（1）本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压与匝数的关系，实验中需要运用的科学方法是控制变量法。 （2）[1][2]实验中需要交流电源和多用电表。 13．(1) (2)， 【详解】（1）根据题意，线框中感应电动势的瞬时值表达式 （2）由原副线圈的匝数比为，根据变压器原理有， 电压比 电流比 解得， 电阻R的阻值， 电阻消耗的电功率 14．(1)40V，2A (2)80W 【详解】（1）感应电动势最大值为 电动势有效值为 开关S闭合后，由闭合电路欧姆定律得 电阻R两端电压为 可知电压表的示数为40V，电流表的示数为2A。 （2）电阻R上所消耗的电功率为 15．(1)R=150Ω， (2)600 【详解】（1）根据理想变压器的电压匝数关系 可得 用户端 升压变压器的输出功率 可得 线路损耗功率 可得 降压变压器的输入电压 根据理想变压器的电压匝数关系， 可得 （2）若仅改变输电线的材料，灯正常发光，变压器匝数比都不变，则、都不变 根据电压关系 可得 则用户得到的功率 电灯数量（盏） 故增加的正常发光的电灯数量（盏） 2 学科网（北京）股份有限公司 $