江西2025-2026学年高二物理下学期阶段测试（人教版选择性必修第二册 第三章 交谈电流）

**基本信息** 高二物理选择性必修第二册第三章交变电流单元测，涵盖交变电流描述、变压器、远距离输电等核心知识点，通过机场金属探测门、海上风电场等真实情境，融合科学思维与社会责任，适配单元复习巩固与能力提升。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |选择题|10题/46分|交变电流周期频率、有效值、发电机原理、变压器|第4题原创耦合响应系数定义，考查科学推理；第7题“L”型线框运动，体现模型建构| |实验题|1题/12分|变压器电压与匝数关系|结合雅鲁藏布江水电工程，设计探究性实验，培养科学探究能力| |解答题|3题/42分|交变电流瞬时表达式、远距离输电计算、电磁感应综合|第13题以66kV海上风电输电为情境，考查能量观念与社会责任；第14题多段磁场运动，提升综合分析能力|

应用场景：单元测 高二物理下学期单元测试 选择性必修第二册第三章交变电流 （考试时间：60分钟，分值：100分） 第一部分（选择题 共46分） 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．如图为交流发电机的示意图，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为。下列说法正确的是（ ） A．此交流电的频率为100Hz B．此交流电动势的有效值为40V C．当线圈平面转到图示位置时磁通量的变化率最大 D．当线圈平面转到平行于磁场的位置时产生的电动势最大 2．如图为某实验小组得到的交流电的电流i随时间t变化的图像，下列说法正确的是（ ） A．该交流电的周期为20s B．该交流电的周期为4s C．该交流电的频率为0.25Hz D．该交流电的频率为0.1Hz 3．如图甲所示，在匀强磁场中矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，线圈匝数，磁场的磁感应强度，线圈中产生的感应电动势随时间的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是（ ） A．时，线圈平面与中性面重合 B．矩形线圈的面积为 C．感应电动势有效值为 D．感应电动势随时间的变化关系为 4.（原创）某机场金属探测门利用互感原理实现金属物品检测，为定量描述发射线圈与接收线圈间的磁耦合效果，定义耦合响应系数k：接收线圈中产生的感应电动势E与发射线圈内交变电流的变化率的比值，定义式为，已知该探测门的耦合响应系数，工作时发射线圈中交变电流的变化率大小为80A/s，不计其他能量损耗。下列说法正确的是（ ） A. 增大线圈间距，耦合响应系数k将增大 B. 接收线圈中产生的感应电动势大小为1.2V C. 电流变化率越大，耦合响应系数k一定越大 D. 接收线圈中产生的感应电动势大小为0.8V 5．一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交流电压随时间变化的关系如图所示。下列说法正确的是（ ） A．该交流电压的频率为5Hz B．该交流电压可使额定电压为U0的电容器击穿 C．用交流电压表测量时电压表示数为U0 D．该交流电压可使最低发光电压为0.5U0的发光二极管在1 min内闪光600次 6．某同学连接图示电路研究远距离输电，图中理想变压器T1、T2原副线圈匝数比分别为和，T1原线圈电压、功率，电阻r两端电压、功率，灯泡L两端电压、功率。则下列等式一定成立的是（ ） A． B． C． D． 7．如图所示，在MN、PQ间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，磁场区域宽度为2L。“L”型铝线框，在水平面上以速度向左匀速穿过磁场区域，运动过程中af与MN始终平行，铝线框边长，。则在线框穿过磁场区域的过程中，产生的感应电动势有效值为（ ） A． B． C． D． 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，有多个选项是符合题目要求的，全部选对的6分，漏选得3分，错选不得分。 8．某兴趣小组利用变压器的原理设计了一个起重机装置用于竖直提升物体，如图所示，理想变压器原线圈输入电压有效值的正弦交流电，照明灯的规格为“8 V，12 W”，电动机线圈的内阻。装置正常工作时，电动机将质量的物体恰好以的速度匀速提升，照明灯正常发光。交流电表均为理想电表，重力加速度g取。则装置正常工作时（ ） A．原、副线圈匝数比为10∶1 B．电压表的示数为 C．电动机的电功率为12 W D．电流表的示数为0.35 A 9．关于交变电流，下列说法正确的是（ ） A．交变电流的峰值都是有效值的倍 B．我国民用交变电流的照明电压的电压峰值是311 V C．电压u＝311sin(100πt) V加在R＝100 Ω的电热器上，1分钟电热器产生的热量是2.9×104 J D．交变电流的有效值即为一个周期内的平均值 10．如图为远距离输电原理图，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，降压变压器的副线圈匝数可调，为输电线上的电阻，、为负载电阻，其余电阻不计。开始时开关K断开，在升压变压器原线圈ab两端输入最大电压一定的正弦交流电，则下列说法正确的是（ ） A．仅将开关K闭合，消耗的功率变小 B．仅将开关K闭合，消耗的功率变小 C．仅将滑片P下移，消耗的功率增大 D．仅将滑片P下移，降压变压器的输出功率可能变小 第二部分（非选择题 共54分） 三、实验题：本题共4小问，共12分，前三问每空2分，第四问4分。 11．雅鲁藏布江下游水电工程开工仪式于2025年7月19日上午在西藏自治区林芝市举行。工程主要采取截弯取直，隧洞引水的方式，建设五座梯级电站，总投资约1.2万亿元。该工程的电力外送离不开变压器，某兴趣小组在实验室发现图甲所示的变压器，与物理课上展示的外形不同，小组成员拆开变压器研究其内部结构画出了图乙所示理想模型图和图丙所示电路图。 (1)兴趣小组为探究该变压器原副线圈电压与匝数的关系，设计出了图丁所示实验电路，电路中原线圈接入的电源应该选择接法____（选填“A”或“B”）。 A． B． (2)兴趣小组分别在实验电路图1、2之间，3、4之间，5、6之间接入交流电压表测得原副线圈电压分别为，为了多测一组不同匝数的副线圈电压，兴趣小组还需要连接______（选填“34”“45”或“56”），并在_____（选填“35”“36”或“46”）之间接入交流电压表测量电压记作。 (3)兴趣小组部分实验数据记录如下： 12间电压 34间电压 56间电压 _____间电压 4.31 1.04 4.14 2.14 2.01 3.21 1.34 6.36 1.55 4.10 3.16 2.01 4.75 1.34 在实际实验中兴趣小组测出34间电压为2.00V，则12间和56间电压可能为____________。 A．， B．， C．， (4)等效法、理想模型法是重要的物理学方法，合理采用物理学方法会让问题变得简单，这体现了物理学科 “化繁为简” 之美，如图所示，心电图仪中有兴趣小组研究的变压器装置，左侧虚线框部分可等效为内阻为的电源，右侧虚线框部分可等效为一个电阻，等效电阻_____（用表示）。 四、解答题：本题共3小题，共42分。解答应写出文字说明、证明过程或演算步骤。 12．（12分）如图所示，匀强磁场的磁感应强度B，边长L正方形线圈abcd共N匝，线圈电阻r，线圈绕OO′轴匀速转动，角速度ω，外电路电阻R。求： (1)从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时表达式；(6分) (2)交流电压表的示数。（6分） 13.（原创）（14分）我国大力发展海上清洁能源，某海上风电场采用66kV 交流远距离输电方案。风机发电机组输出的交变电压有效值，输出总功率。电能先通过理想升压变压器将电压升至，再经总电阻的海底电缆向陆地输送，到达陆地后通过理想降压变压器向用户供电。不计变压器能量损耗，求： （1）升压变压器原、副线圈的匝数比；（3分） （2）输电线上的电流大小I线；（3分） （3）输电线上损失的电功率P损；（4分） （4）陆地降压变压器原线圈两端的电压U3。（4分） 14．（16分）如图所示，两根平行间距为L的金属导轨固定于水平面上，导轨电阻不计。一根质量为m、电阻为R的金属棒垂直放于导轨上，导轨与金属棒间的动摩擦因数为。导轨左端连有阻值也为R的电阻，在电阻两端接有电压传感器并与监视器相连。空间中存在多段竖直向下的匀强磁场区域，磁感应强度大小均为B，每段磁场区域的宽度均为2d，相邻两段磁场区域的间距为d，金属棒初始位置与第1段磁场左边界的距离为，金属棒与导轨接触良好。 (1)金属棒在外力作用下穿过各段磁场，已知进入某磁场的速度大小为v，若使金属棒匀速通过该磁场，求：在该磁场中运动过程需对金属棒施加水平向右拉力的大小；（4分） (2)现对金属棒施加一个水平向右的恒定拉力（g为重力加速度），使金属棒从初始位置由静止开始运动，若已知金属棒刚穿过第1段磁场区域的速度为进入第1段磁场区域速度的，求穿过第1段磁场过程中回路产生的焦耳热Q及通过金属棒横截面的电荷量q；（7分） (3)金属棒在持续作用下穿过各段磁场。运动一段时间后，从监视器可发现，电压呈稳定的周期性变化（即棒在通过每段磁场区域和无磁场区域的过程中，速度的变化规律完全相同），求：此周期性变化的电压的有效值。（5分） 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 高二物理下学期单元测试 选择性必修第二册第三章交变电流 答案及解析 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D D B B D D A AD BC BD 1．【答案】D 【详解】A．由发电机的电动势随时间的变化规律可知，此交流电的频率为，故A错误； B．此交流电动势的有效值为，故B错误； C．当线圈平面转到图示位置时，线圈处于中性面，其磁通量最大，但磁通量的变化率为零，故C错误； D．当线圈平面转到平行于磁场的位置时，磁通量的变化率最大，产生的感应电动势最大，故D正确。 故选D。 2．【答案】D 【详解】AB．从图像可知：电流从（，接下来向负方向变化）开始，下一次出现相同状态（，接下来向负方向变化）的时刻是，因此该交流电的周期，故AB错误； CD．频率和周期的关系为 代入得，故C错误，D正确。 故选D。 3．【答案】B 【详解】A．时，由题图可知线圈电动势最大，此时线圈平面与中性面垂直，故A错误； B．根据 由图乙可知周期为，则角速度为 联立解得矩形线圈的面积为，故B正确； C．感应电动势有效值为，故C错误； D．感应电动势随时间的变化关系为，故D错误。 4．【答案】B 【详解】根据题目给出的耦合响应系数定义式变形可得感应电动势的计算表达式：,将已知数据代入： ,,计算得： 因此B 选项正确，D 选项错误。 耦合响应系数k的物理意义与决定因素:耦合响应系数k用于描述两个线圈之间磁耦合的紧密程度，其大小只由线圈自身结构与相对位置决定，包括：线圈匝数、横截面积、线圈间距、正对面积、有无铁芯等。k的大小与线圈中电流大小、电流变化率均无关。增大线圈间距，磁耦合效果减弱、漏磁增加，k会减小，故 A 错误。电流变化率仅影响感应电动势大小，不能改变耦合响应系数k，故 C 错误。 综上，正确答案B. 5．【答案】D 【详解】A．该交流电压的周期为，故频率为，故A错误； B．额定电压为U0的电容器击穿电压对应最大值U0，该交流电压的峰值是，故不可使额定电压为U0的电容器击穿，故B错误； C．交流电压表测量的是电压的有效值，而是电压的峰值，故C错误； D．由于发光二极管的单向导电性，故每个周期内发光一次，故 内发光的次数次 故D正确。 故选D。 6．【答案】D 【详解】A．原副线圈匝数比为，仅能得到副线圈总电压，而是输电线电阻的分压，不是副线圈总电压，因此，故A错误； B．设输电线（副线圈回路）电流为，则副线圈电压满足 原副匝数比为因此灯泡电压 故B错误； CD．输电线电阻会损耗功率，总功率等于损耗功率与灯泡功率之和，即，故C错误，D正确； 故选D。 7．【答案】A 【详解】进入磁场至进入磁场阶段，切割磁场，感应电动势为 进入磁场至进入磁场阶段， 与切割磁场，感应电动势 进入磁场至出磁场阶段，与切割磁场，感应电动势 出磁场至出磁场阶段，切割磁场，感应电动势 每个阶段位移均为，故每个阶段时间 总时间 根据感应电动势有效值的定义 解得 故选A。 8．【答案】AD 【详解】AB．照明灯正常发光则变压器副线圈输出电压，则电压表读数为8V， 由， 解得，故A正确，B错误； C．对电动机 由能量守恒 解得，，故C错误； D．对灯泡由欧姆定律 故副线圈中的电流 理想变压器输入功率等于输出功率 解得，即电流表的示数为0.35 A，故D正确。 故选AD。 9．【答案】BC 【详解】A．只有正弦式交变电流的峰值是有效值的倍，方波、锯齿波等其他波形的交变电流不满足该关系，故A错误； B．我国民用照明交变电流为正弦式，有效值为220V，峰值，故B正确； C．该交变电压为正弦式，有效值 纯电阻电热器的热量由焦耳定律得，故C正确； D．交变电流的有效值是根据电流热效应定义的（与同时间、同电阻下产热相同的恒定电流数值为有效值），和一个周期内的平均值是完全不同的物理量，例如正弦式交变电流一个周期内的平均值为0，但有效值不为0，故D错误； 故选BC。 10．【答案】BD 【详解】A．升压变压器输入最大电压一定，因此原线圈输入电压有效值恒定，由于升压变压器匝数不变，副线圈输出电压​恒定，仅闭合开关，负载并联后总电阻减小，降压变压器和负载等效到输电线侧的总电阻减小，输电电流​增大，消耗功率，因此​功率增大，故A错误； B．输电线电压损失，​增大后，增大，降压变压器原线圈电压，则减小，降压变压器匝数比不变，副线圈电压​，则减小，​的功率，因此​消耗功率变小，故B正确； C．滑片下移，降压变压器副线圈匝数减小，等效电阻 ​则增大，输电总电阻增大，输电电流 则减小，因此功率减小，故C错误； D．降压变压器输出功率可整理为 该函数在时输出功率最大，输电线的电阻与等效电阻大小未知，若初始等效电阻大于输电线的电阻，则降压变压器的输出功率可能变小，故D正确。 故选BD。 11．（12分）【答案】(1)B（2分） (2) 45 （2分） 36（2分） (3)C（2分） (4)（4分） 【详解】（1）变压器的工作原理是互感现象，需要原线圈输入变化的电流（即交流电源）才能在副线圈产生感应电压，题图B接的是交流输出端。 故选B。 （2）[1][2] 已测得匝数为（34间）、（56间）的副线圈电压，要得到一组新的不同匝数数据，可将两个副线圈顺向串联，即连接使两个线圈串联，总匝数为，再在间接入电压表测量总电压。 （3）根据给出的实验数据，实际测量的平均比值为， 当时，可得， 实际实验存在误差，不是理想整数比，只有选项C符合该结果。 故选C。 （4）设原线圈电压为，原线圈总功率等于两个副线圈功率之和，即 其中， 解得等效电阻 12．（12分）【答案】(1)（6分） (2)U=（6分） 【详解】（1）从图示位置开始计时，即从与中性面垂直位置开始计时，则感应电动势的瞬时表达式为（6分） （2）电动势的有效值为（2分） 则交流电压表的示数为（2分） 解得U=（2分） 13．（14分）【答案】（1）升压变压器原、副线圈匝数比为2:165（3分） （2）输电线上的电流大小约为121.2A（3分） （3）输电线上损失的电功率约为 （4分） （4）降压变压器原线圈两端电压约为65.5kV（4分） 【详解】 （1）求升压变压器原、副线圈匝数比 理想变压器电压与匝数成正比：（2分） 代入数据，, U2=66kV=66000V,得： 答：升压变压器原、副线圈匝数比为2:165（1分） （2）求输电线上的电流 理想变压器输入功率等于输出功率，输电线电流等于升压变压器副线圈电流， 由P=U2I线得：（2分） 代入数据：（1分） 答：输电线上的电流大小约为121.2A （3）求输电线上损失的电功率 输电线上的功率损失由焦耳定律得：（2分） 代入数据： 答：输电线上损失的电功率约为。（2分） （4）求降压变压器原线圈两端的电压 输电线上的电压损失：U损=I线r（1分） 降压变压器原线圈两端电压等于升压变压器输出电压减去线路电压损失： U3=U2-U损（1分） 代入数据： （2分） 答：降压变压器原线圈两端电压约为65.5kV。 14．（16分）【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）进入磁场后，对金属棒有（2分） 其中，（1分） 解得（1分） （2）金属棒进入第一段磁场之前，根据动能定理有（2分） 金属棒穿过第一段磁场过程，根据动能定理有（2分） 可得（1分） 又，，（1分） 解得（1分） （3）在一个电压周期内，由能量守恒有（2分） 由动量定理有（2分） 又 根据焦耳定律有 解得（1分） 答案第8页，共8页 答案第7页，共7页 学科网（北京）股份有限公司 $Sheet1 题号 题型 分值 知识点 难度系数（预估） 1 单选题 4 交变电流产生、中性面、磁通量变化率 0.82 2 单选题 4 交变电流周期、频率、i-t图像分析 0.79 3 单选题 4 交变电流峰值、有效值、瞬时表达式 0.78 4 单选题 4 互感耦合系数、感应电动势计算 0.76 5 单选题 4 交变电压图像、频率、电容器击穿问题 0.74 6 单选题 4 远距离输电、理想变压器功率关系 0.72 7 单选题 4 线框穿越磁场、感应电动势有效值 0.70 8 多选题 6 变压器与电动机电路、功率综合计算 0.58 9 多选题 6 交变电流有效值、焦耳热、民用交流电参数 0.56 10 多选题 6 远距离输电动态分析、负载功率变化 0.54 11 实验题 12 变压器探究实验、电压与匝数关系 0.70 12 解答题 12 交变电流瞬时值、有效值、电压表示数 0.70 13 解答题 14 远距离输电、匝数比、功率损耗计算 0.55 14 解答题 16 金属棒穿越磁场、焦耳热、电压有效值 0.40 Sheet2 $