第3章 交变电流 阶段·评估 质量检测（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

该高中物理课件聚焦交变电流、变压器及远距离输电核心知识，通过“探究变压器原副线圈电压与匝数关系”等实验导入，衔接电磁感应原理与实际应用，构建从理论到实践的知识支架。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，如实验中通过多组电压数据绘制图像分析匝数比，培养模型建构与科学推理能力。结合手机无线充电、电动汽车能量回收等实例，渗透能量观念与社会责任，助力学生提升知识应用能力，为教师提供系统的实验与习题素材，提升教学效率。

第三章质量检测 阶段•评估 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分，每小题只有一个选项符合题目要求) 1.在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁场垂直的轴匀速转动，如图甲所示，产生的交流电动势随时间变化的规律如图乙所示，则下列说法正确的是(　　) A.t=0.01 s时，穿过线框的磁通量最小 B.t=0.01 s时，穿过线框的磁通量变化率最大 C.该线框匀速转动的角速度大小为50π rad/s D.感应电动势瞬时值为22 V时，线框平面与中性面的夹角为45° 解析：由题图乙知，t=0.01 s时，感应电动势为零，则穿过线框的磁通量最大，穿过线框的磁通量变化率最小，故A、B错误；由题图乙得，周期T=0.02 s，所以ω==100π rad/s，故C错误；当t=0时，感应电动势为零，线框平面与中性面重合，故该交流电动势 √ 的瞬时值表达式为e=22sin 100πt(V)，感应电动势瞬时值为22 V时，将瞬时值22 V代入瞬时表达式，可得线框平面与中性面的夹角正弦值sin α=，所以线框平面与中性面的夹角为45°，故D正确。 2.如图所示，线圈abcd在水平匀强磁场中匀速转动而产生交变电流。当线圈逆时针转动到图示水平位置时 (　　) A.线圈处于中性面位置 B.线圈中瞬时感应电动势为零 C.穿过线圈平面的磁通量最大 D.线圈中电流方向为d→c→b→a √ 解析：线圈处于中性面位置时与磁场方向垂直，题图中线圈与中性面垂直，此时穿过线圈平面的磁通量最小，线圈切割磁感线的速度最快，线圈中瞬时感应电动势最大，故A、B、C错误；根据右手定则可知，线圈中电流方向为d→c→b→a，故D项正确。 3.矩形线圈的匝数为10匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，穿过每一匝线圈的磁通量随时间变化的规律如图所示。已知π取3.14，下列说法正确的是 (　　) A.正弦式交流电的频率为5 Hz B.t=0.005 s时，线圈中感应电动势达到 最大值 C.线圈中感应电动势的最大值为314 V D.1 s内电流方向改变50次 √ 解析：正弦式交流电的频率为f== Hz=50 Hz，故A错误；t=0.005 s时，穿过线圈的磁通量最大，线圈位于中性面，感应电动势为0，故B错误；线圈中感应电动势的最大值为Em=NBSω=NΦm× 2πf=314 V，故C正确；1个周期电流方向改变2次，1 s内电流方向改变100次，故D错误。 4.二极管是常用的电子元件，具有单向导电的性质，其电路符号为“ ”。如图(a)所示，一个R=1 Ω 的定值电阻和一个理想二极管串联后连接到一正弦交流电源两端，经测量发现，通过定值电阻的电流随时间的变化如图(b)所示。下列说法正确的是(　　) A.电源的频率为2 Hz B.电源的电压有效值为5 V C.通过电阻的电流周期为1 s D.通过电阻的电流有效值为2.5 A √ 解析：电源的周期为2 s，电源的频率为f==0.5 Hz，A错误；通过电阻的电流周期为2 s，C错误；设通过电阻的电流有效值为I，有R×+0=I2RT，解得I=2.5 A，D正确；设电源的电压有效值为U，电源的输出功率等于外电路消耗的总功率 IU=I2R，解得U=2.5 V，B错误。 5.小姚同学做了“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，小姚在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝；他将原线圈接入学生电源中的交流电压“6 V”挡位，用交流电压表测量出副线圈的电压为13.0 V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是 (　　) A.变压器的铁芯没有闭合 B.一定是电压的测量出了问题 C.副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝 D.学生电源实际输出电压大于标注的“6 V” √ 解析：若变压器是理想变压器，根据理想变压器原、副线圈电压与匝数的关系=，可得副线圈的电压U2=12.0 V。若变压器的铁芯没有闭合，则得出副线圈的电压会小于12.0 V，故A错误；副线圈实际匝数若小于200匝，副线圈的电压小于12.0 V，故C错误；若学生电源实际输出电压大于标注的“6 V”，副线圈的电压可能为13.0 V，不一定是电压的测量出了问题，故B错误，D正确。 6.如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2=10∶1，原线圈输入正弦式交流电压如图乙所示，副线圈电路中定值电阻R0=10 Ω，电容器C的耐压值为22 V(电容器如击穿当作烧断)，所有电表均为理想电表。下列说法正确的是 (　　) A.滑片P滑至最下端时，变压器输入功率约为48.4 W B.副线圈两端电压变化的频率为5 Hz C.电容器C不会被击穿 D.滑片P滑至最下端时，电流表A2的示数约为0.22 A √ 解析：原线圈电压的有效值为U1=≈220 V，根据理想变压器原、副线圈电压与线圈匝数的关系=，解得U2=22 V，变压器输入功率等于输出功率，滑片P滑至最下端时，滑动变阻器接入电路的电阻为零，则变压器输入功率约为P== W=48.4 W，故A正确；变压器不改变交流电压的频率，则副线圈两端电压变化的频率 为f== Hz=50 Hz，故B错误；副线圈两端的最大电压为U2m=U1m=31.1 V>22 V，根据电路关系可知，电容器C两端的电压会超过耐压值22 V，电容器C会被击穿，故C错误；滑片P滑至最下端时，电流表A2的示数约为I2== A=2.2 A，故D错误。 7.某款手机的无线充电技术是基于变压器原理，简化的充电原理图如图所示。发射线圈连接u=220sin 400πt(V)的交流电，接收线圈的输出电压为5 V，若工作状态下，变压器可看作理想变压器，下列说法正确的是(　　) A.发射线圈中的电流每秒钟方向变化50次 B.接收线圈中的电流小于发射线圈中的电流 C.发射线圈与接收线圈中交变电流的频率之比为1∶44 D.发射线圈与接收线圈中磁通量变化率之比为1∶1 √ 解析：交变电流的频率f==200 Hz，故发射线圈中的电流每秒钟方向变化400次，故A错误；由U1I1=U2I2，可知接收线圈中的电流大于发射线圈中的电流，故B错误；变压器原、副线圈中交变电流的频率相同，故C错误；任一瞬间穿过发射线圈的磁通量与穿过接收线圈的磁通量相同，故发射线圈与接收线圈中磁通量变化率之比为1∶1，故D正确。 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，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 8.如图所示，T1、T2是测量高压交流电的两种互感器(均视为理想变压器)，假设T1、T2都接在交流高压输电线的前端，T1原、副线圈的匝数比为1∶n，T2原、副线圈的匝数比 为n∶1，电表a的示数与电表b的示数之 积为N，则下列说法正确的是(　　) A.T1是电流互感器，且为升压变压器 B.T2是电流互感器，且为降压变压器 C.若a的示数为M，则交流高压输电线的输送电流为 D.交流高压输电线的输送功率为Nn2 √ √ 解析： T1串联在高压电线上测量电流，是电流互感器，且为升压变压器，A正确；T2并联在高压电线上测量电压，是电压互感器，且为降压变压器，B错误；若a的示数为M，根据理想变压器的规律，交流高压输电线的输送电流为Mn，C错误；设交流高压输电线的输送电流、输送电压分别为I1、U1，则输送功率为P=U1I1，设电表a、b的示数分别为I2、U2，由理想变压器的规律可得=n、=n，由题意可得N=U2I2，综合可得P=Nn2，D正确。 9.一个理想的自耦变压器左端通过定值电阻R0和电流表接交流电源，电源电压随时间变化的关系为u1=220sin 100πt，右端接入如图所示电路，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，电压表和电流表均为理想交流电表。R0=20 Ω，R2=5 Ω，R3的最大电阻也为5 Ω，不计导线的电阻。研究发现当滑动变阻器R3的触头调至最上端时电流表示数I=1 A、电压表示数U=10 V。下列说法正确的是(　　) A.滑动变阻器R3的触头向上滑动时，电压表的示数减小 B.保持R3不变，当自耦变压器的可动端逆时针转动时，电流表的示数增大 C.电阻R1的阻值为20 Ω D.当滑动变阻器R3的触头调至最上端，电流表示数I=1 A时，变压器原、副线圈的匝数比为4∶1 √ √ 解析：设右端电路的总电阻为R，自耦变压器及右侧的电路可等效为一接在原线圈电路的电阻RD，有RD=R，原、副线圈的电流关系n1I1=n2I2，则RD=R，当滑动变阻器R3的触头向上滑动时，R增大，RD增大，原线圈电路中电流减小，所以RD分得的电压增大，即原线圈两端电压增大，所以副线圈两端电压增大，R1分得的电压减小，电压表的示数增大，故A错误；当自耦变压器的可动端逆时针转动时，n2增大，RD减小，原线圈电路中总电阻减小，电流增大，电流表的示数增大，故B正确；电源的电压有效值为U==220 V， 当滑动变阻器R3的触头调至最上端时，副线圈中的电流为I2== 4 A，则原、副线圈的匝数比为===，原线圈的输入电压为U1=U-IR0=200 V，副线圈两端的电压为U2=U1=50 V，则R1两端的电压为UR1=U2-UV=40 V，所以R1的阻值为R1==10 Ω，故C错误，D正确。 10.远距离输电的原理图如图所示，T1、T2为理想变压器，其原、副线圈匝数比分别为1∶10和10∶1，输电线路的总电阻R=10 Ω，A、B均是额定电压为220 V、额定功率为1 100 W的电热器。开关S断开时，电热器A正常工作，则下列说法正确的是 (　　) A.开关S断开时，输电线的热功率为5 W B.变压器T1的输入电压为225 V C.闭合开关S，输电线损失的电压增大 D.闭合开关S，电热器A、B均不能正常工作 √ √ 解析：开关S断开时，电热器A正常工作，则流过变压器T2副线圈上的电流为I== A=5 A，则输电线上的电流为I'=I=0.5 A，输电线的热功率为P热=I'2R=2.5 W，A错误；变压器T1的输出电压U2==2 205 V，由于变压器T1原、副线圈匝数比为1∶10，则变压器T1的输入电压为U1=U2=220.5 V，B错误；闭合开关S，变压器T2副线圈电路中总电阻减小，变压器T2副线圈上的电流增大，输电线上的电流增大，所以输电线上损失的电压增大，变压器T2两端的电压减小，那么电热器A、B均不能正常工作，C、D正确。 三、非选择题(本题共5小题，共54分) 11.(7分)如图甲所示，实验室内有一变压器，匝数标记位置模糊不清，但结构和功能是完好的，某同学利用该变压器进行匝数的探究实验，M、N是原线圈的两个接线柱，P、Q是副线圈的两个接线柱。 (1)实验室有下列器材：A.变压器，B.开关、导线若干，C.0~40 V直流输出电源，D.0~40 V交流输出电源，E.多用电表。 (2)选用的电源是_________ (填“C”或“D”)；(1分)  D 解析：变压器的原理是电磁感应，需使用交流电，故选用的电源是0~40 V交流输出电源。故选D。 (3)为了保证人身安全，所用输入电压不要超过__________ (填“12 V”“40 V”或“220 V”)；(2分)  12 V 解析：为了保证人身安全，所用输入电压不要超过12 V。 (4)该同学将MN端接在所选电源正确位置后，将多用电表红黑表笔接在变压器PQ端测量输出电压UPQ，调节输入电压UMN，得到多组数据； (5)作出UMN⁃UPQ图像，如图乙所示，横、纵坐标的截距分别为a、b，则匝数比=_______ (用a、b表示)，匝数比 的测量值________真实值(填“大于”“小于”或 “等于”)。(4分)  　 大于 解析：根据理想变压器原、副线圈电压与线圈匝数的关系，有==；由于实际变压器存在漏磁等损耗，测得的UPQ偏小，匝数比的测量值大于真实值。 12.(9分)在利用教学中的可拆变压器进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，装置如图甲所示。回答下列问题： (1)原线圈所接的电源应是__________；(1分)  C 解析：变压器的工作原理是互感，原线圈需要接入交流电，为了确保安全，所接交流电必须是低压交流电，生活用电的电压在变压器实验中仍然过大，不能够确保安全，故A错误；干电池提供的是直流电，故B错误；利用学生电源的交流电满足实验要求，故C正确。 (2)用多用电表的交流电压挡测电压时，应先用___________ (选填“最大”或“最小”)量程挡试测；(2分)  最大 解析：为了确保多用电表的安全，用多用电表的交流电压挡测电压时，应先用最大量程挡试测。 (3)若在原线圈“0”和“800匝”之间接12 V交流电压，副线圈接“0”和“400匝”，则利用交流电压表测出副线圈两端的电压可能是____V (选填“5”或“6”)；(2分)  5 解析：若是理想变压器，则有=，解得U2=6 V，由于实际变压器存在漏磁等损耗，使得输出电压比理想值小一些，可知电压表测出副线圈两端的电压可能是5 V。 (4)由于交变电流的电压是变化的，所以实验中测量的是电压的_________值(选填“平均”“有效”或“最大”)；某次实验操作，副线圈所接多用电表的读数如图乙所示，其对应的选择开关是交流电压10 V 挡，则此时多用电表读数为_________V。(4分)  有效 4.8 解析：交变电流的电压是变化的，实验中测量的是电压的有效值；交流电压10 V挡的精度为0.2 V，根据多用电表读数规律，该读数为4.8 V。 13.(10分)电动汽车制动过程中可以控制电机转为发电模式，在产生制动效果的同时，将汽车的部分机械能转换为电能，储存在储能装置中，实现能量回收、降低能耗。如图1所示，发电机可简化为处于匀强磁场中的单匝正方形线框ABCD，线框边长为L，电阻忽略不计，磁场磁感应强度大小为B，线框转轴OO'与磁场垂直，且与AB、CD距离相等。线框与储能装置连接。 (1)线框转动方向如图1所示，试判断图示位置AB中的电流方向；(3分) 答案：从B到A　 解析：由右手定则可知，题图1位置AB中的电流方向从B到A。 (2)若线框以角速度ω匀速转动，线框平面与中性面垂直瞬间开始计时，线框在t时刻位置如图2所示，求此时AB产生的感应电动势大小。(7分) 答案：ωBL2cos ωt 解析：线框平面与中性面垂直瞬间开始计时，则经过时间t转过的角度为θ=ωt AB切割磁感线的速度大小为v=ωcos θ 则感应电动势e=BLv 解得此时AB产生的感应电动势e=ωBL2cos ωt。 14.(13分)如图所示，矩形线圈面积为 S=0.2 m2， 匝数为N=100匝，绕OO'轴在磁感应强度大小为 T的匀强磁场中以角速度ω=100π rad/s匀速转动。 理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2， 两电表均为理想电表， 电阻R=50 Ω， 其他电阻不计。 (1)线圈转到与磁场垂直时开始计时， 求从计时开始线圈转过30°时感应电动势的瞬时值；(6分) 答案： 200 V 解析：当从线圈平面与磁场垂直时开始计时，产生的感应电动势的瞬时值满足正弦函数规律，可得e=Emsin ωt 其中 Em=NBSω=100××0.2×100π V=400 V 可得瞬时感应电动势的表达式为 e=400sin(100πt)V 当线圈转过30°时， 可得e=400sin 30° V=200 V。 (2)若=，求变压器的输入功率及电流表的示数。(7分) 答案： 80 kW　200 A 解析：根据正弦式交流电最大值与有效值之间的关系可知，变压器原线圈的输入电压为U1==400 V 变压器副线圈的输出电压为U2=U1=2 000 V 则变压器副线圈的输出功率为P2==80 kW 变压器原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率， 可得P1=P2=80 kW 电流表示数为I1==200 A。 15.(15分)某校用一台不计内阻的发电机来提供照明用电，输电过程如图所示，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶5，降压变压器原、副线圈匝数比为5∶1，输电线的总电阻为R=25 Ω，全校共有33个班，每班有6盏“220 V，40 W”的灯，若要保证全部电灯正常发光，求： (1)输电线损失的功率；(6分) 答案：1 296 W 解析：降压变压器副线圈的电流I4=×6×33 A=36 A 降压变压器原线圈的电流I3=I4= A 输电线损失的功率ΔP=R=1 296 W。 (2)升压变压器的输入电压；(6分) 答案： 256 V　 解析：降压变压器原线圈的电压U3=U4=1 100 V 输电线上损失的电压为ΔU=I3R=180 V 升压变压器的输出电压U2=U3+ΔU=1 280 V 升压变压器的输入电压U1=U2=256 V。 (3)升压变压器每小时输出的电能。(结果保留三位有效数字)(3分) 答案： 3.32×107 J 解析：升压变压器每小时输出的电能W2=U2I2t≈3.32×107 J。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $