第三章 交变电流 章末检测 （能力提升）-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

选择性必修二第三章交变电流章末检测（能力提升） 第I卷（选择题） 一、单选题（共24分） 1．（本题3分）（24-25高二上·新疆克孜勒苏·期末）在图乙的电路中，通入如图甲所示的交变电流，此交变电流的每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定。电阻R的阻值为，电表均为理想电表，下列判断正确的是（   ） A．该交变电流的电压有效值为 B．电流表的示数为 C．电阻R一个周期内产生的热量为 D．电压表的示数为 2．（本题3分）（2024·广东广州·一模）无线充电技术已经在新能源汽车领域得到应用。如图甲，与蓄电池相连的受电线圈置于地面供电线圈正上方，供电线圈输入如图乙的正弦式交变电流，下列说法正确的是（　　） A．供电线圈中电流的有效值为 B．受电线圈中的电流方向每秒钟改变50次 C．时受电线圈的感应电流最小 D．时两线圈之间的相互作用力最大 3．（本题3分）（2016·全国I卷·高考真题）一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻、和的阻值分别为、和，A为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定，当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为。该变压器原、副线圈匝数的比值为（　　） A．2 B．3 C．4 D．5 4．（本题3分）（2022·山东·高考真题）如图所示的变压器，输入电压为，可输出、、电压，匝数为的原线圈中电压随时间变化为．单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为。将阻值为的电阻R接在两端时，功率为。下列说法正确的是（　　） A．n1为1100匝，为 B．间线圈匝数为120匝，流过R的电流为 C．若将R接在两端，R两端的电压为，频率为 D．若将R接在两端，流过R的电流为，周期为 5．（本题3分）（2025·湖北·一模）如图甲所示，在水平向右的匀强磁场中，匝数为100匝的矩形线圈绕与线圈平面共面的竖直轴匀速转动，从线圈转到某一位置开始计时，线圈中的瞬时感应电动势e随时间t变化的关系如图乙所示。则下列说法中正确的是（　　） A．e＝0时，穿过线圈的磁通量为零 B．线圈转动一圈的过程中，穿过线圈磁通量的最大值为×10－4 Wb C．瞬时感应电动势e随时间t的变化关系为e＝22sin D．t＝0时，线圈平面与磁场方向夹角为30° 6．（本题3分）（2024·山东·高考真题）如图甲所示，在-d≤x≤d，-d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场（用阴影表示磁场的区域），边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为（　　） A． B． C． D． 7．（本题3分）（2025·山东·高考真题）如图为一种交流发电装置的示意图，长度为、间距为L的两平行金属电极固定在同一水平面内，两电极之间的区域I和区域Ⅱ有竖直方向的磁场，磁感应强度大小均为B、方向相反，区域I边界是边长为L的正方形，区域Ⅱ边界是长为L、宽为的矩形。传送带从两电极之间以速度v匀速通过，传送带上每隔固定一根垂直运动方向、长度为L的导体棒，导体棒通过磁场区域过程中与电极接触良好。该装置产生电动势的有效值为（　　） A． B． C． D． 8．（本题3分）（2023·山东·高考真题）某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1= 250V，输出功率500kW。降压变压器的匝数比n3：n4= 50：1，输电线总电阻R = 62.5Ω。其余线路电阻不计，用户端电压U4= 220V，功率88kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（   ）    A．发电机的输出电流为368A B．输电线上损失的功率为4.8kW C．输送给储能站的功率为408kW D．升压变压器的匝数比n1：n2= 1：44 二、多选题（共16分） 9．（24-25高二下·天津滨海新区·期中）如图甲所示为交流发电机、定值电阻R、交流电流表A组成的闭合回路，线圈ABCD逆时针方向转动，图示位置磁感线与线圈平面平行，图乙所示为通过线圈的磁通量随时间t的变化关系图像，下列说法正确的是（　　） A．t1、t3时刻线圈处于中性面 B．t2、t4时刻线圈中感应电动势为零 C．线圈转动到图示位置时，线圈中磁通量变化率最大 D．线圈转动到图示位置时，感应电流方向为 A→B→C→D→A 10．（本题4分）（2025·山东潍坊·一模）如图所示，N匝矩形线圈abcd置于磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，线圈的面积为S，bc边与磁场右边界重合，线圈以bc边为轴逆时针（俯视）匀速转动的周期为T。时刻，线圈从图示位置开始转动，下列说法正确的是（　　） A．0时刻感应电动势为零 B．一个周期内线圈中电流方向不发生变化 C．时刻，穿过线圈的磁通量 D．此线圈产生交变电流电动势的有效值 11．（本题4分）（20-21高二下·天津河东·期末）如图所示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（可视为不变）。输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的电阻用表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R的阻值减小（滑动片向下移）。如果变压器上的能量损失可忽略，当用户的用电器增加时，图中各表的读数变化正确的是（　　） A．电流表的读数变小 B．电流表的读数变大 C．电压表的读数变小 D．电压表的读数变小 12．（本题4分）（2016·全国III卷·高考真题）如图，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两导线框在同一竖直面（纸面）内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里。现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则（　　） A．两导线框中均会产生正弦交流电 B．两导线框中感应电流的周期都等于T C．在t＝时，两导线框中产生的感应电动势相等 D．两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等 第II卷（非选择题） 三、实验题（共14分） 13．（本题8分）（24-25高二下·重庆渝中·月考）某实验小组用可拆变压器探究“变压器的电压与匝数的关系”，可拆变压器如图所示。 (1)除图中的器材外，下列器材在实验中需要用到有___________。（填仪器前的字母） A．干电池 B．低压交流电源 C．多用电表 D．直流电压表 (2)关于本实验，下列说法中正确的是（　　） A．实验中要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，需要运用的科学方法是控制变量法 B．为了减少变压器的能量损失，应采用整块硅钢铁芯 C．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，且副线圈导线应比原线圈导线粗一些好 D．因为实验所用电压较低，为确保接触良好，通电情况下可用手接触裸露的导线、接线柱 (3)该小组在实验中发现，变压器能正常工作，但测量到的原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比有明显差别，引起的原因可能是（　　） A．使用了电压过低的直流电源 B．使用了工作频率不稳定的交流电压源 C．忘了将原线圈和副线圈的接线柱连接起来 D．忘了将变压器铁芯安装到铁芯上 E．变压器的线圈、铁芯有发热 14．（本题6分）（22-23高二下·广东广州·期末）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，某同学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“×100”的匝数。        （1）对于实验过程，下列说法正确的有____________； A．本探究实验采用了控制变量法 B．测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡” C．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量 D．因为实验所用电压较低，通电情况下可用手接触裸露的导线、接线柱 （2）若变压器是理想变压器，电源接变压器原线圈“0”、“8”接线柱，副线圈接“0”、“4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为6.0V，则原线圈的输入电压应为_________； A．18.0V        B．12.0V        C．5.0V            D．3.0V （3）该同学组装变压器时忘记将铁芯闭合进行实验，当原副线圈匝数比为8∶1，原线圈接12.0V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．0V            B．9.60V        C．1.50V        D．0.65V （4）正确组装变压器后，用匝数Na=400匝和Nb=800匝的变压器实际测量数据如下表： Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90 Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98 根据测量数据可判断连接交流电源的原线圈是______（填Na或Nb）。 四、解答题（共46分） 15．（本题10分）（23-24高二下·江苏无锡·期中）如图所示为交流发电机示意图，匝数n = 100的矩形线圈，边长分别为30 cm和20 cm，内阻为5 Ω，在磁感应强度B = 0.5 T的匀强磁场中绕OO′轴以的角速度匀速转动，线圈和外部20 Ω的电阻R相连接，已知线圈绕OO′轴转动，t = 0时刻为图示位置，求： (1)交变电流的感应电动势瞬时值表达式： (2)电阻R上所消耗的电功率是多少； (3)由图示位置转过30°的过程中，通过R的电量是多少。 16．（本题12分）（23-24高二下·山东枣庄·期中）水力发电是获得清洁能源的重要途径之一。某条河流，河水流量为200m3/s，落差为4m。现利用它来发电，水电站的总效率为，发电机的输出电压为500V。水电站到用户之间要进行远距离高压输电，两地间输电线的总电阻为125Ω，允许输电线上损耗的功率为发电机输出功率的5%，认为所用的变压器都是理想变压器。已知水的密度为，取。求： （1）发电机输出的功率； （2）高压输电线路中设置的升压变压器的原、副线圈的匝数比； （3）若采用超高压1000kV的方式输电，除了我们熟悉的电阻类损耗以外，还存在大约占总损耗功率60%的电晕类损耗。相比于高压输电，超高压输电节省的总功率是多少？ 17．（本题12分）（21-22高二下·江西宜春·期中）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，线圈匀速转动的角速度，匀强磁场的磁感应强度，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=10Ω，变压器都是理想变压器，降压变压器原、副线圈的匝数比，若用户区标有“220V，8.8kW”的电动机恰能正常工作。发电机线圈电阻r不可忽略。求： （1）输电线路上损耗的电功率； （2）发电机电动势最大值和升压变压器副线圈； （3）若升压变压器原、副线圈匝数比为，交流发电机线圈电阻r上的热功率与输电线上损耗的电功率之比。 18．（本题12分）（19-20高二下·四川遂宁·月考）2020年属于不平凡的一年，原本属于全国人民的新春佳节却被一场突如其来的疫情打破了，如今新冠病毒在全国白衣天使和所有工作人员的共同努力下得到了有效的遏制，根据中共中央应对新冠肺炎疫情工作领导小组印发《意见》在有效防控疫情的同时积极有序推进复工复产。为了防止复工复产期间停电事故的发生，某工厂购买了一台应急备用发电机及升压变压器及降压变压器各一台。如图，发电机内阻为1，升压变压器匝数比为1：10，降压变压器匝数比9：1，输电线总电阻R=5。工厂共36个车间，每个车间有“220V，22W”灯10盏，若保证全部电灯正常发光，则： （1）发电机输出功率多大？ （2）发电机电动势多大？ （3）输电的效率是多少？ 第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页 第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页 学科网（北京）股份有限公司 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 选择性必修二第三章交变电流章末检测》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A C B D B C D C AC AD 题号 11 12 答案 BC BC 1．A 【详解】AD．设此交变电流的电压有效值为，根据有效值定义可得 解得 则该交变电流的电压有效值为6V，电压表的示数为6V，故A正确，D错误； B．由闭合电路欧姆定律可得电流表的示数为 故B错误。 C．由焦耳定律得电阻R一个周期内产生的热量为 故C错误。 故选A。 2．C 【详解】A．根据如图乙可知供电线圈中电流的最大值为 得有效值为 故A错误； B．根据如图乙可知周期为 得频率为 由于交流电流一个周期电流方向改变2次，而受电线圈中的周期和频率与供电线圈周期和频率是相同的，得受电线圈中的电流方向每秒钟改变方向次数为 次 故B错误； CD．由如图乙可知时，可知供电线圈电流达到最大值，其变化率最小为零，由楞次定律可知受电线圈中的电流最小为零，两线圈这时的相互作用力最小为零，故C正确，D错误。 故选C。 3．B 【详解】设原、副线圈的匝数比为k，原线圈的电流为，则有副线圈的电流为 原线圈的电压 因为电源电压的有效值恒定，所以有 代入数据则有 解得 故选B。 4．D 【详解】A．变压器的输入电压为220V，原线圈的交流电的电压与时间成余弦函数关系，故输入交流电压的最大值为，根据理想变压器原线圈与单匝线圈的匝数比为 解得原线圈为2200匝，A错误； B．根据图像可知，当原线圈输入220V时，BC间的电压应该为12V，故BC间的线圈匝数关系有 BC间的线圈匝数为120匝，流过R的电流为 B错误； C．若将R接在AB端，根据图像可知，当原线圈输入220V时，AB间的电压应该为18V。根据交流电原线圈电压的表达式可知，交流电的角速度为，故交流电的频率为 C错误； D．若将R接在AC端，根据图像可知，当原线圈输入220V时，AC间的电压应该为30V，根据欧姆定律可知，流过电阻R的电流为 交流电的周期为 D正确。 故选D。 5．B 【详解】ACD．由图乙可知，线圈转动周期为0.02s，角速度为ω＝＝100πrad/s 由，当t=0时，可得，则瞬时感应电动势e随时间t的变化关系为e＝22sin 当t＝0时，线圈平面与磁场方向夹角为60°，当e＝0时，穿过线圈的磁通量不为零，故ACD错误； B．线圈转动一圈的过程中，穿过线圈磁通量的最大值为Φm＝BS＝＝×10－4 Wb，故B正确。 故选B。 6．C 【详解】根据题意可知，磁场区域变化前线圈产生的感应电动势为 由题图丙可知，磁场区域变化后，当时，线圈的侧边开始切割磁感线，即当线圈旋转时开始切割磁感线，由几何关系可知磁场区域平行于x轴的边长变为 C正确。 故选C。 【点睛】 7．D 【详解】由题意可知导体棒通过磁场区域过程需要的时间，即周期为 导体棒通过区域I时，产生的电动势大小为，经过的时间为 导体棒通过区域Ⅱ时，产生的电动势大小为，经过的时间为 根据有效值的定义有 带入数据可得 故选D。 8．C 【详解】A．由题知，发电机的输出电压U1 = 250V，输出功率500kW，则有 A错误； BD．由题知，用户端电压U4 = 220V，功率88kW，则有 P′ = U4I4 联立解得 I4 = 400A，I3 = 8A，U3 = 11000V 则输电线上损失的功率为 P损 = I32R = 4kW 且 U2 = U3＋I3R = 11500V 再根据，解得 BD错误； C．根据理想变压器无功率损失有 P = U2I3＋P储 代入数据有 P储 = 408kW C正确。 故选C。 9．AC 【详解】A．由图乙知线圈在、时刻，穿过线圈的磁通量最大，故t1、t3时刻线圈处于中性面处，故A正确； B．根据图乙，由交流发电机工作原理可知，在、时刻，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率却最大，则线圈中产生的感应电动势最大，故B错误； C．线圈转到图甲所示位置时，穿过线圈中的磁通量为零，但磁通量变化率却最大，故C正确； D．线圈ABCD逆时针方向转动，根据右手定则可判断当线圈转动到图甲所示位置时，感应电流方向为D→C→B→A→D，故D错误。 故选AC。 10．AD 【详解】A．在图示位置穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小为零，故0时刻感应电动势为零，故A正确； B．一个周期内线圈中电流方向变化一次，故B错误； C．对应线圈转过的角度为 则此时穿过线圈的磁通量为 故C错误； D．此线圈产生交变电流电动势的最值为 又 解得 由题分析，可知线圈转一圈，只有半个周期有交变电流，设此线圈产生的交变电流电动势的有效值为，则有 解得此线圈产生交变电流电动势的有效值 故D正确。 故选AD。 11．BC 【详解】A． 由于变压器的输入的功率和输出的功率相等，由于副线圈的电阻减小了，输出的功率变大了，所以原线圈的输入的功率也要变大，因为输入的电压不变，所以输入的电流要变大，所以A1的示数变大，故A错误； B． 当用电器增加时，相当于R的值减小，电路中的总的电阻减小，所以电流要变大，即A2的示数变大，故B正确； C． 由于副线圈的电流变大，电阻R0消耗的电压变大，又因为V2的示数不变，所以V3的示数变小，故C正确； D． 理想变压器的输出电压是由输入电压和匝数比决定的，由于输入电压和匝数比不变，所以副线圈的输出的电压也不变，所以V2的示数不变，故D错误； 故选BC。 12．BC 【详解】A．本题中导线框的半径匀速旋转切割磁感线时产生大小不变的感应电流，故A错误； B．两导线框产生的感应电流的周期与线框转动周期相同，故B正确； C．在t＝时，两导线框切割磁感线的导线长度相同，且切割速度大小相等，故产生的感应电动势相等，均为 E＝BR2ω 故C正确； D．两导线框中感应电流随时间变化的图像如下图所示，故两导线框中感应电流的有效值不相等，故D错误。 故选BC。 13．(1)BC (2)AC (3)DE 【详解】（1）AB．变压器的工作原理是互感现象，需要使用低压交流电源，不需要干电池，故A错误，B正确； CD．实验中，产生的是交流电，测量电压需要用交流电表，即需要多用表，不需要直流电压表，故C正确，故D错误。 故选BC。 （2）A．实验过程中，在原、副线圈匝数和原线圈两端电压三个变量中保持两个不变，改变一个来探究匝数比与原副线圈电压之比的关系，用的是控制变量法，故A正确； B．为了减少变压器的能量损失，较少涡流的影响，铁芯应采用绝缘的硅钢片叠成的，故B错误； C．根据电压匝数关系有，可知，为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，即变压器起到降压作用。绕制降压变压器原、副线圈时，根据电流匝数关系有，可知副线圈中的电流大于原线圈中的电流，为了减小线圈功率损耗，根据电阻定律可知，此时副线圈导线应该粗一些，故C正确； D．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、接线柱等检查电路，这样可减小实验误差，避免发生危险，故D错误。 故选AC。 （3）A．变压器的工作原理是互感现象，变压器只能使用交变电压，使用低压直流电源无法正常工作，故A错误； B．变压器的工作原理是互感现象，原线圈和副线圈的频率总是相等，交流电压源工作频率不稳定对原、副线圈的电压之比与它们的匝数之比的测量结果不会有影响，故B错误； C．变压器正常工作时，铁芯导磁，利用互感现象把电能由原线圈输送到副线圈。原线圈和副线圈分别绕在铁芯，它们不能直接连接，否则无法正确工作，故C错误； D．若变压器铁芯组件未正确安装至铁芯主体上，导致磁路未能有效闭合，进而造成磁场约束不足。因此，穿过副线圈的磁通量要小于原线圈的磁通量，即磁通量有损失，俗称磁损，故D正确； E．根据电流的热效应可知，当有电流通过线圈时，线圈会发热，从而造成电能的损失，俗称铜损，铁芯在交变磁场中会产生涡流，而根据电流的热效应可知铁芯会发热，从而造成电能的损失，俗称铁损，故E正确。 故选DE。 14． AC/CA B D Nb 【详解】（1）[1]A.为便于探究，可以采用控制变量法，故A正确； B.变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，故B错误； C.使用多用电表测电压时，为了安全先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量，故C正确； D.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、接线柱等检查电路，这样可减小实验误差，避免发生危险，故D错误。 故选AC。 （2）[2]变压器为理想变压器，则原线圈电压为 故选B。 （3）[3]假设变压器为理想变压器，则副线圈电压为 考虑到变压器不是理想变压器，则副线圈两端电压小于1.5V，电压表测量有效值，则读数小于1.5V，故选D。 （4）[4]由于有漏磁、原副线圈内阻分压等因素，所以副线圈实际测量的电压值应该小于理论值，由理想变压器规律 由表格数据Ua总是略小于Ub，故Nb一定是原线圈。 15．(1) (2) (3) 【详解】（1）t = 0时刻线圈垂直于中性面，故交变电流的感应电动势瞬时值表达式为 （2）感应电动势的有效值为 电阻R上消耗的电功率为 （3）由图示位置转过30°的过程中有 联立得 16．（1）；（2）；（3） 【详解】（1）时间内流过水的质量为 河水减少的重力势能为 发电机输出的功率为 （2）升压变压器输出端电流为 升压变压器输出端电压为 升压变压器的原、副线圈的匝数比为 （3）高压输电，电线上损失的功率 采用超高压1000kV的方式输电，输电线上的电流 电线上损失的功率 相比于高压输电，超高压输电节省的总功率 17．（1）；（2），；（3） 【详解】（1）设降压变压器原、副线圈的电流分别为、，电动机恰能正常工作，有 根据理想变压器的变流比可知 解得 所以输电线路上损耗的电功率 解得 （2）根据正弦式交变电流产生规律可知，最大值为 代入数据解得 根据理想变压器的变压比可知 解得 升压变压器副线圈两端电压 解得 （3）根据理想变压器的变压比可知 可得 升压变压器的原线圈输入功率 可得 根据 解得 电机线圈内阻上消耗的热功率 可得 所以交流发电机线圈电阻r上的热功率与输电线上损耗的电功率之比 18．（1）8000W；（2）240V；（3）99% 【详解】（1）根据题意，所有灯都正常工作的总功率为 用电器都正常工作时的总电流为 两个变压器之间输电线上的电流为 故输电线上损耗的电功率 升压变压器的输出功率为 而发电机输出功率即为升压变压器的输入功率 （2）降压变压器上的输入电压 输电线上的电压损失为 因此升压变压器的输出电压为 升压变压器的输入电压为 升压变压器的输入电流为 发电机的电动势 （3）输电的效率 $