第3章 交流电 测评卷（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册（教科版）

( 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 封 线 内 不 要 答 题 ) 第三章　交流电 注意事项 1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。 2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10 m/s2。 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.直流特高压输电技术已成为我国“西电东送”战略的技术基础,下列方法中经济可靠且能降低输电损耗的是 (　　) A.提高用户的用电量　　　　　　　B.改用交流输电 C.用电阻率大的材料制造输电线　　D.提高输电电压 2.如图是交流发电机的示意图,线圈ab边连接在金属滑环K上,cd边连接在金属滑环L上,左右两个导体电刷分别压在滑环K、L上,线圈转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。若线圈绕转轴顺时针匀速转动,取从左向右通过电流表G为电流正方向,从图示位置开始计时,下列图中能正确表示电流表G中电流随时间变化关系的是 (　　) A　B　C　D 3.一矩形线框在匀强磁场中,绕着与磁场垂直且与线框共面的轴匀速转动,线框中产生的感应电动势随时间变化的图像如图所示,下列说法中正确的是 (　　) A.感应电动势的有效值为10 V B.此交变电流的频率为0.2 Hz C.t=0.1 s时,线框平面与磁场方向平行 D.感应电动势的瞬时值表达式为e=10 sin 10πt(V) 4.如图甲所示为某实验小组自制的手摇发电机,以一定的频率摇动手柄时,可使与其串联的灯泡恰好正常发光。已知灯泡上标有“9 V,4.5 W”字样,图乙为流过灯泡的电流随时间变化的规律。下列说法正确的是 (　　) 甲　乙 A.通过灯泡的电压峰值为9 V B.该交变电流方向每秒改变5次 C.一个周期内通过灯泡的电流的平均值为0.5 A D.通过该灯泡的电流表达式为i= sin (10πt) A 5.某交变电流的电压随时间变化的规律如图所示(初始部分为正弦函数的四分之一周期),下列说法正确的是 (　　) A.该交变电流的周期为2 s B.该交变电流电压的有效值为200 V C.将该交变电流加在交流电压表两端时,电压表读数为200 V D.将该交变电流加在启辉电压(达到或超过启辉电压后氖管会发光)为200 V的氖管上,氖管未被击穿,氖管1秒钟内发光次数为100次 6.如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0=100、n1=200和n2=300,两个副线圈分别接有电阻R1=5 Ω、R2=10 Ω和R3=5 Ω。当原线圈中接入正弦交流电源时,理想电压表的示数为U=5 V。不计线圈电阻,理想电流表的示数为 (　　) A.3 A　　　　B.3 A　　　 C.7 A　　　　D.7 A 7.小明设计了台灯的两种调光方案,电路图分别如图甲、乙所示,图中额定电压为6 V的灯泡的电阻恒定,R为滑动变阻器,理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。原线圈两端接电压为220 V的交流电,滑片P可调节灯泡L的亮度,P在R最左端时,甲、乙图中灯泡L均在额定功率下工作,则 (　　) 甲　乙 A.n1∶n2=220∶3 B.当P滑到R中点时,图甲中L的功率比图乙中的小 C.当P滑到R最左端时,图甲所示电路比图乙更节能 D.图甲中L两端电压的可调范围比图乙中的大 二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。每小题有多个选项符合题目要求,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.如图甲所示,L1、L2、L3是三个相同的灯泡,L1与理想变压器的原线圈串联接在电压随时间变化关系如图乙所示的电源两端,L2和L3并联后与阻值R=50 Ω的电阻串联接在变压器副线圈上,三个灯泡恰好都正常发光。理想交流电流表的示数为0.4 A,则下列说法正确的是 (　　) 甲　乙 A.电阻R中电流方向每秒钟变化5次 B.变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1 C.灯泡L3中电流的最大值为 A D.电阻R两端电压的有效值为20 V 9.如图1所示为模拟远距离输电的电路图,发电机输出电压如图2所示,电压经升压变压器升压后向远处输电,输电线的总电阻R线=22 Ω,其余导线电阻不计,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V。若在某一段时间内,输电线损失的功率恒为ΔP=8.8×103 W,输电线损失的功率为发电机的输出功率的4%,假设两个变压器均是理想变压器,发电机内阻不计,下列说法正确的是 (　　) 图1 图2 A.发电机的转速为50 r/s B.升压变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=1∶1 000 C.该段时间内,用户得到的电流I4=960 A D.在用电高峰期,用户负载增多,发电机的输出功率变大,为确保用户端的电压U4不变,可增加降压变压器原线圈的匝数n3 10.如图所示,某同学分别将6卷完全相同的长导线串联后接入电路Ⅰ和电路Ⅱ,模拟远距离输电进行实验探究。已知交流电源输出电压为36 V,变压器T2原、副线圈的匝数比为10∶1,小灯泡L1、L2的规格相同,不考虑温度对灯丝阻值的影响,电表均为理想电表,变压器均为理想变压器,电路的输电效率η=×100%,当接通电路Ⅰ时,电流表A1的示数为0.2 A,电压表V1的示数为4 V;当接通电路Ⅱ时,电压表V2的示数为6 V,灯泡未烧毁。下列说法正确的是 (　　) A.6卷导线的总电阻为180 Ω B.电路Ⅰ中6卷导线上消耗的总功率为6.4 W C.变压器T1副线圈两端的电压为60 V D.电路Ⅱ中的输电效率约为92.6% 三、非选择题(本题共5小题,共54分) 11.(6分)某同学在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中,采用了如图所示的可拆式变压器进行研究,图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×10”的匝数。 (1)关于实验器材和实验过程,下列说法正确的有　　　　;  A.变压器的铁芯可以用整块金属 B.本实验采用了控制变量法 C.测量副线圈电压时应当用交流电压表 D.因为实验原线圈的输入电压较低,在通电情况下可用手接触裸露的接线柱 (2)若变压器是理想变压器,电源接变压器原线圈“0”、“14”接线柱,副线圈接“0”、“4”接线柱,当副线圈所接电压表的示数为6.0 V,则原线圈的输入电压应为　　　　;  A.21.0 V　　　B.12.0 V　　　C.5.0 V　　　D.3.0 V (3)该同学组装变压器时忘记将铁芯闭合进行实验,原、副线圈匝数比为8∶4,原线圈接16.0 V交流电压,则测量副线圈的交流电压表的实际读数可能是　　　　。  A.0 V　　　B.2.60 V　　　C.8.00 V　　　D.9.65 V 12.(6分)有一个教学用的可拆变压器,它由线圈A和线圈B组成,如图甲所示。 甲 乙 (1)张飞同学用多用电表倍率为“×1”的欧姆挡测量了线圈A的阻值,指针位置如图乙所示,则线圈A的阻值为　　　Ω。(结果保留2位有效数字)  (2)李华同学用一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和一个低压交流电源来测量线圈A的匝数。 实验步骤如下: ①把低压交流电源接B线圈,让电源的输出电压恒为6 V;多用电表选择交流电压挡,接在A线圈两端,测得它的电压U1=10 V; ②断开电源,用长导线在变压器线圈A外部绕一个匝数n=50的线圈C; ③接通电源,让电源的输出电压仍为6 V;多用电表选择交流电压挡,接在线圈C两端,测得它的电压U2=1 V。 将变压器视为理想变压器,则线圈A的匝数为　　　。  13.(12分)电动汽车是未来汽车行业的发展方向,为其配套的充电装置的深度研究摆在我们面前。用正弦交流充电桩为动力电池充电的供电电路如图所示。配电设施的输出电压为U1=250 V,变压器均视为理想变压器,升压变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=1∶8。充电桩“慢充”时的额定功率为7 kW,额定电压为U4=220 V,频率为50 Hz。求: (1)升压变压器副线圈的电压U2; (2)“慢充”时,充电桩电流I4的有效值; (3)交流电压u4随时间t变化的方程。 14.(14分)如图所示是交流发电机模型示意图,匝数n=100的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小为B= T的水平匀强磁场中,线框面积S=0.48 m2。线框绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω=100π rad/s匀速转动,并与理想升压变压器相连,升压变压器的原、副线圈匝数比为2∶5,理想降压变压器副线圈接入一只“12 V　30 Ω”的灯泡,且灯泡正常发光,线框、输电线路的电阻都不计。 (1)将图示时刻记为t=0,指出此刻线框中的电流方向,并写出线框产生的正弦式交流电的电动势的瞬时值表达式; (2)求降压变压器的原、副线圈匝数比; (3)求灯泡正常发光时,理想电流表的示数。 15.(16分)某物理兴趣小组在研究交变电流的产生和应用中,设计了以下三种形式,所用匀强磁场的磁感应强度大小均为1.0 T,图乙和图丙的轨道均在水平面上,磁场方向竖直向下。 (1)甲方案为:如图甲所示,让一面积为0.2 m2的单匝矩形线圈abcd,在有界匀强磁场中绕中轴OO'以300 r/min的转速匀速转动,已知OO'在磁场边界上,求从图示位置开始计时线圈产生的交变电流的感应电动势的瞬时值表达式。 (2)乙方案为:如图乙所示,OCA金属导轨与OA金属直导轨分别在O点和A点接一阻值为R1=3.0 Ω和R2=6.0 Ω体积可忽略的定值电阻,导轨OCA的曲线方程为y=1.0 sin m,金属棒ab平行于y轴,长为1.5 m,在外力作用下以速度v=5.0 m/s水平向右做匀速运动(b点始终在Ox轴上),金属棒与导轨接触良好,摩擦不计,整个电路中除了电阻R1和R2外,其余电阻均不计。求金属棒在导轨上从x=0到x=3 m的运动过程中,外力做的功。 (3)丙方案为:如图丙所示,匝数比n1∶n2=1∶2的理想变压器原线圈与水平放置的间距L=1 m的光滑金属导轨相连,导轨电阻不计,副线圈接阻值R=2 Ω的电阻,与导轨接触良好的电阻r=1 Ω的导体棒MN在外力的作用下做简谐运动,其速度v=6 sin (10πt)m/s。求电阻R实际消耗的功率。 甲 乙 丙 答案与解析 第三章　交流电 1.D 2.A 3.D 4.D 5.D 6.C 7.C 8.BD 9.AC 10.BD 1.D　在输送功率一定时,电流I=,输电线上损失的功率为P损=I2R线=,所以为减少输电损耗可采取减小输电线的电阻、提高输电电压的方法;由电阻定律R=ρ可知,选用电阻率小的金属材料来制造输电线或增加导线的横截面积,都可以减小导线的电阻,但成本较高,而提高用户的用电量和改用交流输电都不能降低输电损耗。故选D。 2.A　图示位置穿过线圈的磁通量最大,线圈平面处于中性面位置,感应电流为零;线圈顺时针转动,图示时刻在线圈中产生的感应电流的方向是从a到b,通过电流表的电流从右向左,为负方向,故A正确,B、C、D错误。 3.D　由题图可知,线框中感应电动势的最大值为Em=10 V,交变电流的周期T=0.2 s,则感应电动势的有效值为E= V=10 V,交变电流的频率为f= Hz=5 Hz,故A、B错误;在t=0.1 s时,瞬时电动势e=0,则穿过线框平面的磁通量最大,此时线框平面与磁场方向垂直,故C错误;由于交变电流的周期T=0.2 s,则线框转动的角速度为ω==10π rad/s,感应电动势的瞬时值表达式为e=10 sin 10πt(V),故D正确。 4.D　灯泡上标识的电压9 V为有效值,故A错误;由题图乙知,交变电流的周期T=0.2 s,则频率为f= Hz=5 Hz,每个周期内电流方向改变2次,故每秒电流方向改变10次,B错误;在一个周期内穿过线圈的总磁通量的变化为零,由法拉第电磁感应定律可知,一个周期内的平均电动势为零,则平均电流也等于零,C错误;由于灯泡恰好正常发光,则流过灯泡电流的有效值为I==0.5 A,最大值为Im= A,其圆频率为ω==10π rad/s,可得通过该灯泡电流的表达式为i= sin (10πt) A,故D正确。 5.D　由图像可知,该交变电流的周期为0.02 s,故A错误;根据电流的热效应计算电压的有效值,则有T,解得该交变电流电压的有效值为U=100 V,故B错误;交流电压表读数为交变电流电压的有效值,所以电压表读数为100 V,故C错误;只有当交流电压大于或等于启辉电压200 V时,氖管才能发光,由图像可知,一个周期内氖管发光两次,而交变电流的周期为0.02 s,则1秒内发光100次,故D正确。 6.C　设原线圈两端的电压为U0,匝数为n1的副线圈两端的电压为U1,匝数为n2的副线圈两端的电压为U2,由串联电路特点可知,U2=U,由理想变压器电压与匝数的关系可得,由能量守恒定律得U0I0=,联立解得I0=7 A,故选项C正确。 7.C　滑片P在最左端时,图甲、乙中变压器输出电压均为灯泡的额定电压6 V,因此,故A错误;当P滑到R中点时,图甲中副线圈负载总电阻为P左端电阻与灯泡电阻串联,图乙中总电阻为灯泡电阻与Р右端的电阻并联后再与P左端电阻串联,由于并联电阻小于灯泡电阻,则图甲中灯泡两端电压大于图乙中灯泡两端电压,图甲中灯泡功率比图乙中灯泡功率大,故B错误;当P滑到R最左端时,图甲中副线圈负载只有灯泡,图乙中副线圈负载为R与灯泡并联,总电阻更小,输出功率更大,图甲比图乙更节能,故C正确;图乙中的灯泡两端电压在0到6 V间变化,图甲中灯泡两端电压最高为6 V,最低达不到0,则图乙中灯泡两端可调电压范围大,故D错误。 8.BD　由题图乙可知,交变电流的周期为T=0.2 s,在每个周期内电流方向改变2次,所以每秒钟电阻R中电流方向变化10次,故A错误;由于三个灯泡中的电流相等,所以变压器原、副线圈中的电流之比为I1∶I2=1∶2,根据理想变压器的电流与匝数的关系,有,故B正确;灯泡L3中电流为0.2 A,即有效值为0.2 A,可知灯泡L3中电流的最大值为Imax= A,故C错误;电阻R两端电压的有效值为U2=I2R=0.4×50 V=20 V,故D正确。 9.AC　由题图2可知,发电机输出交流电的频率为f==50 Hz,则发电机的转速n=f=50 r/s,故A正确。由题意可知,在某一段时间内,发电机输出的总功率为P1==2.2×105 W,由P1=U1I1,得升压变压器原线圈中的电流为I1==1 000 A;由ΔP=R线,可得输电线上的电流I线=20 A;因为,联立得n1∶n2=1∶50,故B错误。由于两个变压器均是理想变压器,则用户端的总功率P4=U4I4=P1-ΔP,解得I4=960 A,故C正确。在用电高峰期,用户负载增多,可知输电线路中电流变大,输电线路损失的热功率增大,由U3=U2-ΔU=U2-I线R线,可知U3减小,为确保用户端的电压U4不变,可减少降压变压器原线圈的匝数n3,故D错误。 10.BD　当接通电路I时,电流表A1的示数为0.2 A,电压表V1的示数为4 V,根据欧姆定律可得6卷导线的总电阻为R= Ω=160 Ω,故A错误;电路Ⅰ中6卷导线上消耗的总功率为P=I2R=0.22×160 W=6.4 W,故B正确;设变压器T1原、副线圈两端的电压分别为U1、U2,变压器T2原、副线圈两端的电压分别为U3、U4,变压器T2原、副线圈中的电流分别为I3、I4,小灯泡的电阻为RL= Ω=20 Ω,通过小灯泡L2的电流为I4= A=0.3 A,根据理想变压器原副线圈电压、电流与线圈匝数的关系,其中U4=6 V,解得U3=60 V,I3=0.03 A,变压器T1副线圈两端的电压为U2=U3+I3R=60 V+0.03×160 V=64.8 V,故C错误;电路Ⅱ中的输电效率约为η=×100%≈92.6%,故D正确。 11.答案　(1)BC(2分)　(2)A(2分)　(3)B(2分) 解析　(1)为了降低涡流造成的损耗,变压器的铁芯是用相互绝缘的薄硅钢片叠合而成,故A错误;为便于探究,本实验采用控制变量法,故B正确;变压器的原线圈接低压交流电,测量副线圈电压时应当用交流电压表,故C正确;虽然实验所用电压较低,但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱等,这样即避免发生危险,也可减小实验误差,故D错误。 (2)变压器为理想变压器,则原线圈电压为U1=×6 V=21 V,故选A。 (3)假设变压器为理想变压器,则副线圈电压为U2=×16 V=8.0 V,考虑到变压器不是理想变压器,则副线圈两端电压小于8.0 V,电压表测量有效值,则读数小于8.0 V,故选B。 12.答案　(1)50(3分)　(2)500(3分) 解析　(1)多用电表欧姆挡读数=指针指示值×倍率。图乙的读数为50 Ω,倍率为“×1”,所以线圈A的阻值为50 Ω。 (2)设B线圈的匝数为nB,A线圈的匝数为nA,有,,得nA=n,代入数据得nA=500。 13.答案　(1)2 000 V　(2)31.8 A　　(3)u4=220 sin 100πt(V) 解析　(1)升压变压器为理想变压器,电压与匝数的关系满足 (2分) 又U1=250 V 解得U2=2 000 V(1分) (2)“慢充”时,充电桩电流的有效值为I4= (2分) 解得I4=31.8 A(1分) (3)交流电压频率为50 Hz,则圆频率ω=2πf=100π rad/s(2分) 交流电压u4的峰值为Um= V(2分) 则交流电压u4随时间t变化的方程为u4=220 sin 100πt (2分) 14.答案　(1)电流方向为DCBAD　e=480 cos (100πt) V (2)100∶1　(3)0.01 A 解析　(1)利用右手定则判断可知,电流方向为DCBAD。 (1分) 因t=0时刻线圈平面与中性面垂直,线框产生的正弦式交流电的电动势的瞬时值表达式为e=nBSω cos ωt, (2分) 代入相关数据得e=480 cos (100πt) V。 (1分) (2)升压变压器原线圈两端电压U1=480 V,原、副线圈匝数比为2∶5,由,得升压变压器副线圈两端电压U2=1 200 V, (2分) 由于灯泡正常发光,则通过降压变压器电压降为U4=12 V,有, (2分) 输电线路电阻不计,则U2=U3,得。 (2分) (3)灯泡正常发光时,P灯= W=4.8 W, (1分) 理想变压器输入功率等于输出功率,故对升压变压器有P入=P出=P灯=4.8 W, (1分) P入=U1I1,解得理想电流表的示数I1=0.01 A。 (2分) 15.答案　(1)e=π cos (10πt) V　(2)3.75 J　(3)8 W 解析　(1)角速度为ω=2πn=10π rad/s, (1分) 交变电流的感应电动势的瞬时表达式为e=BSω cos ωt=π cos (10πt) V。 (1分) (2)金属棒产生的瞬时感应电动势为e=Byv∝y, (1分) y=1.0 sinm, (1分) x=vt, 所以e按正弦规律变化,最大值E m=Bymv=1×1×5 V=5 V, (1分) 有效值E= V,t= s=0.6 s,R并=2 Ω, W=Q=×t=3.75 J。 (1分) (3)因为E=BLv,故E m=BLvm, (1分) 求得E m=6 V,E=, (1分) 故E=6 V, (1分) 设原线圈两端的电压为U1,电流为I1,副线圈两端的电压为U2,电流为I2,则有, (1分) 则U2=2U1,由, (1分) 得I2=I1,E=U1+I1r, (1分) 2U1=I1×R, (1分) 联立得U1=2 V,I1=4 A, (1分) P=U2I2=2U1×I1, (1分) 故P=8 W。 (1分) 学科网（北京）股份有限公司 $