第十二章 交变电流（综合训练）（福建专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

**基本信息** 聚焦交变电流核心概念与应用，通过多题型整合知识逻辑，强化物理观念与科学思维的综合训练。 **综合设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础概念|选择/填空（1-4,9-11）|辨析有效值、周期等描述量，结合图像分析|从交变电流产生原理到描述量定义，构建“产生-表征”逻辑链| |变压器与输电|选择/计算（5-8,14-15）|变压器匝数比、输电功率损失计算，结合实际情境|以理想变压器为模型，推导电压、电流关系，延伸至远距离输电能量损耗分析| |实验探究|实验题（12-13）|变压器电压匝数关系实验操作与误差分析|通过实验验证理论，培养科学探究中的证据意识与误差分析能力| |综合计算|计算题（14-16）|结合发电机、风力发电等实际问题，综合应用电磁感应与电路知识|整合电磁感应、电路规律，体现能量观念与模型建构的科学思维|

第十二章 交变电流 （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 第Ⅰ卷(选择题，共40分) 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 B C D A AC CD AD CD 第Ⅱ卷(非选择题，共60分) 三、填空题：本题共3小题，每个空格1分，共9分。 9． 110 10 1100 10． 0.2 11． 聚变 不成 4 四、实验题：本题共2小题，12题5分，13题7分，共12分。 12．(1)ACE (2)C (3)D (4)B (5) 13．(1) 相反 (2)ABC (3) 7.370 13.870 变大 五、计算题：本题共3小题，共39分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 14．（11分）(1)10A (2)22400W (3) 【详解】（1）用户端的总电流为（1分） 根据理想变压器的电流与匝数的关系可得（3分） 代入数据得输电线的电流为（4分） （2）根据能量守恒定律可知（6分） 其中理想降压变压器两端的功率相等 输电线损失的功率（7分） 代入数据得（8分） （3）由交变电流的有效值和最大值的关系可知 由于发电机线圈电阻r =1 Ω，由闭合电路欧姆定律可知 根据理想变压器的电流与匝数关系可得（10分） 根据功率公式可知 代入数据得（11分） 15．（12分）(1) (2) (3) 【详解】（1）线圈转动过程中角速度（2分） 感应电动势的最大值为（3分） 线圈转动过程中电流瞬时值表达式为（5分） （2）电路中电流的有效值为 则电压表的读数为（7分） （3）由题意可知，经时，平均感应电动势（9分） 平均电流 通过电阻的电荷量（12分） 16．（16分）(1)1 A (2)πr2kIωcos （ωt） (3) 【详解】（1）反馈线圈产生的电动势为（2分） 反馈线圈的电阻为（4分） 则根据欧姆定律可得I1＝＝1 A（6分） （2）由题可知反馈线圈有磁场覆盖的面积为 则由法拉第电磁感应定律可得（8分） 由数学知识可知，（10分） 可得反馈线圈产生的感应电动势为 （12分） （3）由（2）问可知，反馈线圈产生的感应电动势为 则有效值为（13分） 反馈线圈的电阻为 又Q＝t（15分） 联立解得时间t内反馈线圈产生的热量为 Q＝（16分） 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十二章 交变电流 （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 考试范围：交变电流 注意事项： 1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。 2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 一、单项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求的。 1．如图是工厂利用的交流电给36 V照明灯供电的电路，变压器原线圈匝数为1100匝，下列说法正确的是（     ） A．电源电压有效值为 B．交变电流的周期为0.02 s C．电压表示数为 D．副线圈匝数为240匝 【答案】B 【详解】A．交流电瞬时值为 正弦交流电的有效值为，故A错误； B．交流电的角频率 周期，故B正确； C．电压表测量的是副线圈电压的有效值，照明灯额定电压为（有效值），因此电压表示数为，故C错误； D．理想变压器原副线圈电压比等于匝数比，即 解得，故D错误。 故选B。 2．随着科技的发展，各式各样的用电器层出不穷，对用电的需求也越来越多，解决充电难题已经刻不容缓，为了人们出行轻便，无线充电发展迅速。如图所示实线部分是某无线充电接收端电流经电路初步处理后，通过定值电阻的图像，其中曲线为正弦函数图像的一部分，则该电流（     ） A．是一种直流电 B．周期为2s C．有效值为 D．在内通过定值电阻的电荷量为 【答案】C 【详解】A．由于电流的大小和方向随时间做周期性变化，则该电流是一种交流电，故A错误； B．由图可知，该电流的周期为3s，故B错误； C．根据交流电有效值的定义可得 解得这种交流电的有效值为，故C正确； D．根据图像与坐标轴围成的面积表示电荷量，根据图像对称性可知在内通过定值电阻的电荷量为，故D错误。 故选C。 3．图示是交流发电机的示意图，线圈的两条边分别与两个金属滑环连在一起，线圈逆时针匀速转动时，通过滑环和电刷保持与外电路的连接。为清楚起见，图中只画了一匝线圈。磁场可视为匀强磁场。下列关于此发电机工作时的说法中，正确的是（     ） A．线圈转动到甲图和丙图所示的位置时，穿过线圈的磁通量最大，电路中的电流也最大 B．线圈转动到乙图和丁图所示的位置时，穿过线圈的磁通量为零，电路中的电流为零 C．线圈从甲图所示位置逆时针转动到丁图所示位置的过程中，电路中电流的方向改变4次 D．线圈从乙图或丁图所示的位置开始转动时，电路中电流随时间变化的规律为 【答案】D 【详解】A．线圈转动到甲图和丙图所示的位置时，为中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为零，电路中的电流为零，故A错误； B．线圈转动到乙图和丁图所示的位置时，为中性面垂面位置，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率最大，电路中的电流最大，故B错误； C．线圈每次经过中性面时，电流方向发生改变，可知线圈从甲图所示位置逆时针转动到丁图所示位置的过程中，电路中电流的方向改变1次，故C错误； D．线圈从乙图或丁图所示的位置开始转动时，此时电路中的电流最大，电路中电流随时间变化的规律为，故D正确。 故选D。 4．以下是一段关于输电线损失功率的推导。将电能从发电站送到用户，在输电线上会损失一部分功率。设输电电压为U，输电电流为I，输电线电阻为R，则功率损失为，而。将代入得到，因此，要减小功率损失，就应当用低压送电和增大输电线的电阻R。针对输电线电路，这段推导中错因分析正确的是（     ） A．中U用错了，中U错了 B．中U和I都用错了，中I用错了 C．中U用错了，中R和I都用错了 D．中U和I都用错了，中U和I都错了 【答案】A 【详解】输电电压是输电线始端的总电压，而非输电线电阻两端的电压降；输电电流是流过输电线的电流，输电线电阻是输电线自身的阻值。输电线损失的功率为，推导中误用了总电压，中左侧应为输电线压降，推导中误用了总电压，I和R的应用是正确的。 故选A。 二、双项选择题：本题共4小题，每小题6分，共24分。每小题有两项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 5．（多选）如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，下列说法正确的是（     ） A．线圈每转动一周，交变电流方向改变两次 B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C．线圈逆时针转动到图示位置 ab边的感应电流方向为a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零 【答案】AC 【详解】A．线圈转动一周时，线圈两边切割磁感线的运动方向各改变一次，感应电流方向随之改变两次，故A正确； B．中性面是线圈平面与磁场方向垂直的位置，此时磁通量最大且变化率为零。图示位置不是中性面，线圈中有感应电流，故B错误； C．根据右手定则，图示位置边的感应电流由流向，故C正确； D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量为零，但磁通量变化率最大，不为零，故D错误。 故选AC。 6．（多选）如图所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500V，输出的电功率为50kW，用电阻的输电线远距离输电，要求远距离输电线上损失的电功率为发电机输出电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220V供用户使用（两个变压器均为理想变压器）。对整个送电过程，下列说法正确的是（　　） A．输电线上损失的功率为3000W B．升压变压器的匝数比为1∶100 C．降压变压器原线圈中的电流为10A D．降压变压器的输入电压为4970V 【答案】CD 【详解】A．由题意可知，输电线上损失的功率为，故A错误； BC．由题意可知，升压变压器原线圈电流 根据 解得输电线的电流为 则通过升压变压器副线圈电流为 通过降压变压器原线圈的电流为 根据 解得升压变压器的匝数比为，故B错误，C正确； D．降压变压器的输入功率为 则降压变压器的输入电压为，故D正确。 故选CD。 7．（多选）一台发电机最大输出功率为4000kW， 电压为4000V，经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R=1kΩ。到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡（220V、60W）。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则（　　） A．T1原、副线圈电流分别为 和20A B．T2原、副线圈电压分别为 和440V C．T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1 D．有 盏灯泡（220V、60W）正常发光 【答案】AD 【详解】A．由可得，升压变压器输入电流为 由可得，升压变压器的输出电流为，故A正确； B．由可得， 根据可得，，故降压变压器的输入电压 用户得到的电压即为降压变压器的输出电压，故B错误； C．降压变压器的变压比，故C错误； D．用户得到的功率 可供灯泡正常发光的盏数，故D正确。 故选AD。 8．（多选）某发电厂单台发电机组一年可发电近2.5亿度，可保障近6万户家庭全年用电.如图是发电站向居民区输电的简化电路图，图中的变压器均可视为理想变压器，输电线路的等效总电阻为r，发电站输电电压U1保持不变，下列说法中正确的是（     ） A．用电高峰期用户端负载增加时，会减小 B．用电高峰期用户端负载增加时，会增大 C．用电高峰期用户端负载增加时，发电站输出功率会增大 D．用电高峰期用户端负载增加时，等效电阻r消耗的功率会增大 【答案】CD 【详解】A．理想升压变压器的输入电压保持不变，设升压变压器原副线圈匝数分别为和，根据理想变压器电压比公式有 解得 因为匝数比不变且保持不变，可知保持不变，故A错误； B．用电高峰期用户端负载增加，并联的用电器增多使得总电阻减小，导致用户端电流增大，设降压变压器原副线圈匝数分别为和，根据理想变压器电流比公式有 解得 由于增大可知输电线电流增大，输电线路上损失的电压为 可知损失的电压增大，根据串联电路电压关系可知降压变压器的输入电压为 可知降压变压器输入电压减小，根据理想变压器电压比公式有 解得 由于减小，可知用户端电压减小，故B错误； C．根据串联电路电流关系，输电线上的电流满足 由于增大可知理想升压变压器副线圈电流增大，发电站的输出功率等于升压变压器的输入功率，根据理想变压器功率关系有 由于保持不变且增大，可知发电站输出功率增大，故C正确； D．等效电阻消耗的功率为 由于输电线电流增大，可知等效电阻消耗的功率增大，故D正确。 故选CD。 三、填空题：本题共3小题，每个空格1分，共9分。 9．家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦式交流电压的波形截去一部分来实现调节电压，从而调节灯光的亮度。某电子调光灯经调整后的电压波形如图所示，则电压有效值为______V。若将此电压与一阻值的电热丝以及理想交流电流表（内阻忽略不计）连接成回路，则电流表读数为__________A；功率为______________W。 【答案】 110 10 1100 【详解】[1]根据有效值的定义有 解得 [2][3]若将此电压加在阻值的电热丝两端，电流有效值为， 10．如图所示，一个边长，匝数匝的正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动，磁感应强度，角速度，外电路电阻，其他电阻不计。则线圈转动的周期T=___________s，感应电动势的最大值=___________V；线圈由图中所示位置开始计时，感应电动势的瞬时表达式为___________。 【答案】 0.2 【详解】[1] 根据周期公式有 [2] 感应电动势的最大值 [3] 由于线框垂直于中性面开始计时，所以电动势瞬时值的表达式为 11．塔式光热发电站为我国实现碳达峰、碳中和目标作出了积极贡献。太阳能是太阳内部的氢原子核发生________（选填“裂变”或“聚变”）释放的能量。输电过程中电流的热效应会造成电能损耗，电流通过导体产生的热量跟电流________（选填“成”或“不成”）正比，若某段输电线路的电流从1×104A变为5×103A时，线路上发热损耗的功率减少约3×105kW，该段线路的电阻约为________Ω。（忽略输电线路电阻的变化） 【答案】 聚变 不成 4 【详解】[1]太阳内部的能量来源于太阳内部的氢原子核在超高温下发生聚变反应，释放出巨大的核能。 [2]根据焦耳定律，在电阻R和通电时间t固定时，电流通过导体产生的热量和电流的平方成正比，并非和电流本身成正比，因此选“不成”。 [3]输电线上的发热功率满足 由题意可知损耗功率的变化量 整理得 四、实验题：本题共2小题，12题5分，13题7分，共12分。 12．某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示： (1)下列说法正确的是________ A．为保证实验安全，原线圈应接直流稳压电源 B．变压器中铁芯是相互绝缘的硅钢片制成，不可以用相互绝缘的铸铁片代替 C．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响 D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈 E．若有一升压变压器的原、副线圈的导线粗细不同，导线粗的线圈应该是原线圈 (2)在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线的输入电压可能为________；（填字母） A．1.5V B．6.0V C．7.0V (3)变压器原、副线圈匝数分别选择匝、匝，原线圈与10V正弦式交流电源相连，用理想电压表测得输出电压，输出电压测量值明显小于理论值，造成这种现象的最可能的原因是________。 A．副线圈匝数略少于400匝 B．变压器存在电磁辐射 C．原、副线圈存在电流热效应 D．两块变压器铁芯没有组装在一起 (4)之后，该同学又仔细观察铁芯是由相互绝缘的金属片平行叠成，如下图，金属片应平行于________。 A．平面abfe B．平面adhe C．平面adgf (5)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。理想变压器是一种理想化模型。如图所示，心电图仪（将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可以等效为左侧虚线框内的交流电源和定值电阻串联）与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为、（右侧线框内的电路也可以等效为一个电阻）。在交流电源的电压有效值不变的情况下，在调节可变电阻R的过程中，当________时，R获得的功率最大。 【答案】(1)ACE (2)C (3)D (4)B (5) 【详解】（1）A．变压器依赖交变磁场工作，直流电源无法产生交变磁通量，副线圈无感应电压，故A错误； B．变压器铁芯由绝缘硅钢片叠成，可有效减小涡流损耗，故B正确； C．由，可知保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响，故C正确； D．变压器的工作原理是互感现象，若不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，而不是靠铁芯导电来传输电能，故D错误； E．由，可知升压变压器的原线圈电压低，电流大，原线圈应该导线粗，故E正确。 故选ACE。 （2）若是理想变压器，则，解得原线圈的输入电压 实际变压器有电能损耗，原线圈的输入电压大于，故选C。 （3）A．若是理想变压器，则，解得副线圈的输出电压 若副线圈匝数n2略少于400匝，可知副线圈电压应略小于5V，不会明显小于理论值，故A错误； B．变压器存在电磁辐射，辐射电磁波，放出能量，但辐射能量较少，输出电压测量值不会明显小于理论值，故B错误； C．原、副线圈存在电流热效应，副线圈电压将小于5V，但不会明显小于理论值，故C错误； D．两块变压器铁芯没有组装在一起，会出现漏磁，副线圈电压将明显小于理论值，故D正确。 故选D。 （4）为了减小涡流的产生，应使硅钢片的方向与磁场方向平行，所以硅钢片相叠时应平行于平面adhe，故选B。 （5）对于电源电动势为E，内阻为r，外阻为R的电路，电源的输出功率 当内外电阻相等，即r=R时，输出功率最大。 把变压器和R等效为一个电阻R原，R0当作电源内阻，根据理想变压器电压与匝数比的关系，得 根据理想变压器电流与匝数比的关系 原线圈的等效电阻 当R0=R原时，即 电阻R上获得的功率最大，解得 13．(1)为探究影响感应电流方向的因素，某同学利用图甲所示电路进行实验。将条形磁铁S极向下插入螺线管，可观察到发光二极管______（填“”或“D2”）短暂发光。由此可分析得出：当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向______（填“相同”或“相反”）。 (2)某同学探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”时，得到的实验数据如表格所示。 原、副线圈匝数比 0.5 2 2 4 8 16 原、副线圈电压比 0.57 2.27 2.30 4.50 9.28 18.50 分析表格内数据，发现没有严格等于，则可能的原因有 。 A．线圈通过电流时会发热 B．铁芯在交变磁场的作用下会发热 C．交变电流产生的磁场没有完全局限在铁芯内 D．此变压器为理想变压器 (3)某实验小组的同学用绿光进行双缝干涉实验，在光屏上得到了明暗相间的条纹。 ①测量时，使分划板中心刻线与第1条亮条纹和第6条亮条纹的中心分别对齐，手动轮对应的示数分别如图甲、乙所示，则图甲的示数为______mm，图乙的示数为______mm； ②所用实验器材的双缝间距为，双缝到光屏的距离为，测得绿光的波长为______m（保留三位有效数字），如果改用红光做实验，则在光屏上观察的明暗相间条纹的间距将会______（选填“变小”“不变”或“变大”）。 【答案】(1) 相反 (2)ABC (3) 7.370 13.870 变大 【详解】（1）[1][2]将条形磁铁S极向下插入螺线管，则穿过螺线管的磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流方向沿螺旋管的外表面向左，可观察到发光二极管短暂发光。由此可分析得出：当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向相反。 （2）ABC．变压器并非理想变压器，能量损失主要来源于三个方面，分别是ABC项中的绕制线圈的铜导线发热损耗（俗称铜损）、铁芯中的涡流发热损耗（俗称铁损）、铁芯对磁场的约束不严密损耗（俗称磁损）。故ABC正确。 D．理想变压器没有能量损失，因此，故D错误。 故选ABC。 （3）[1]由螺旋测微器的读数规则可知，图甲的示数为 [2]图乙的示数为 [3]根据题意可知，相邻两条纹中心的间距为 又由公式可得绿光的波长为 [4]由公式可知，由于红光的波长大于绿光的波长，若改用红光做实验，相邻两亮条纹中心的间距变大。 五、计算题：本题共3小题，共39分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 14．（11分）如图所示，为某小型发电站的远距离输电示意图，已知发电机线圈匝数N=100匝、面积S=0.36 m2、电阻r =1 Ω。该线圈在磁感应强度的匀强磁场中，绕垂直磁场的OO′轴匀速转动。已知输电线的总电阻R = 4 Ω，升压变压器原、副线圈的匝数比，降压变压器原、副线圈的匝数比。若用户区标有“220 V、20 W”的1100只灯泡恰能同时正常发光（假设此时没有其他用电器工作，变压器均为理想变压器）。求： (1)输电线的电流； (2)发电机的输出功率； (3)发电机线圈转动的角速度。 【答案】(1)10A (2)22400W (3) 【详解】（1）用户端的总电流为 根据理想变压器的电流与匝数的关系可得 代入数据得输电线的电流为 （2）根据能量守恒定律可知 其中理想降压变压器两端的功率相等 输电线损失的功率 代入数据得 （3）由交变电流的有效值和最大值的关系可知 由于发电机线圈电阻r =1 Ω，由闭合电路欧姆定律可知 根据理想变压器的电流与匝数关系可得 根据功率公式可知 代入数据得 15．（12分）贯彻新发展理念，我国风力发电发展迅猛，2020年我国风力发电量高达4000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为，开始线圈平面与磁场方向垂直。线圈的匝数为、面积为，线圈总电阻为，外电路接有电阻为的用电器，若磁体转动的转速为。如图所示，某时刻线圈平面刚好转到与磁场方向垂直的位置。 (1)从此时刻开始计时，写出线圈中感应电流瞬时值的表达式； (2)如果用电器两端接入一电压表，电压表的读数是多少？ (3)从此时刻开始计时，经时，通过电阻的电荷量是多少？（计算结果可以保留和根号） 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）线圈转动过程中角速度 感应电动势的最大值为 线圈转动过程中电流瞬时值表达式为 （2）电路中电流的有效值为 则电压表的读数为 （3）由题意可知，经时，平均感应电动势 平均电流 通过电阻的电荷量 16．（16分）现有一种利用电磁感应原理测血栓的传感器，该传感器部分的构成如图甲所示，激励线圈和反馈线圈分别装在两个圆盘上，两圆盘圆心在同一竖直线上。转盘a固定，其边缘围绕一组环形的激励线圈，内部铺装有许多点状磁感应强度传感器。转盘b可转动，内部单匝反馈线圈为“三叶式”，如图乙所示。该传感器工作原理：当检测部位放入两圆盘之间时，有血栓部位将导致反馈线圈所在圆盘对应区域磁感应强度发生变化，反馈线圈以角速度ω0转动时将产生感应电流，感应电流产生的磁场将导致磁传感器所在处的耦合磁场磁感应强度发生变化，从而确定血栓所在位置和大小。某次模拟测试时，放入半径为r2的扇形（扇形圆心与圆盘圆心在同一竖直线上，扇形平行于圆盘平面）模拟血栓块，使得两圆盘之间对应区域磁感应强度为0。若反馈线圈处磁感应强度与激励线圈的电流关系为B＝kI，反馈线圈单位长度的电阻为R，反馈线圈内圈半径为r1＝r，外圈半径r2＝2r。 (1)若激励线圈接I＝1 A的恒定电流（已放入半径为r2的扇形模拟血栓块），取k＝0.1，ω0＝30 rad/s，r＝ m，π＝3，R＝0.1 Ω/m，求转动过程中反馈线圈所产生的电流大小。 (2)若反馈线圈不转动，模拟血栓块恰好与其中一叶片重叠，当激励线圈接i＝I sin （ωt）的交流电时，求反馈线圈所产生的感应电动势。 (3)求（2）中时间t内反馈线圈产生的热量。 【答案】(1)1 A (2)πr2kIωcos （ωt） (3) 【详解】（1）反馈线圈产生的电动势为 反馈线圈的电阻为 则根据欧姆定律可得I1＝＝1 A （2）由题可知反馈线圈有磁场覆盖的面积为 则由法拉第电磁感应定律可得 由数学知识可知， 可得反馈线圈产生的感应电动势为 （3）由（2）问可知，反馈线圈产生的感应电动势为 则有效值为 反馈线圈的电阻为 又Q＝t 联立解得时间t内反馈线圈产生的热量为 Q＝ 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十二章 交变电流 （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 考试范围：交变电流 注意事项： 1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。 2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 一、单项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求的。 1．如图是工厂利用的交流电给36 V照明灯供电的电路，变压器原线圈匝数为1100匝，下列说法正确的是（     ） A．电源电压有效值为 B．交变电流的周期为0.02 s C．电压表示数为 D．副线圈匝数为240匝 2．随着科技的发展，各式各样的用电器层出不穷，对用电的需求也越来越多，解决充电难题已经刻不容缓，为了人们出行轻便，无线充电发展迅速。如图所示实线部分是某无线充电接收端电流经电路初步处理后，通过定值电阻的图像，其中曲线为正弦函数图像的一部分，则该电流（     ） A．是一种直流电 B．周期为2s C．有效值为 D．在内通过定值电阻的电荷量为 3．图示是交流发电机的示意图，线圈的两条边分别与两个金属滑环连在一起，线圈逆时针匀速转动时，通过滑环和电刷保持与外电路的连接。为清楚起见，图中只画了一匝线圈。磁场可视为匀强磁场。下列关于此发电机工作时的说法中，正确的是（     ） A．线圈转动到甲图和丙图所示的位置时，穿过线圈的磁通量最大，电路中的电流也最大 B．线圈转动到乙图和丁图所示的位置时，穿过线圈的磁通量为零，电路中的电流为零 C．线圈从甲图所示位置逆时针转动到丁图所示位置的过程中，电路中电流的方向改变4次 D．线圈从乙图或丁图所示的位置开始转动时，电路中电流随时间变化的规律为 4．以下是一段关于输电线损失功率的推导。将电能从发电站送到用户，在输电线上会损失一部分功率。设输电电压为U，输电电流为I，输电线电阻为R，则功率损失为，而。将代入得到，因此，要减小功率损失，就应当用低压送电和增大输电线的电阻R。针对输电线电路，这段推导中错因分析正确的是（     ） A．中U用错了，中U错了 B．中U和I都用错了，中I用错了 C．中U用错了，中R和I都用错了 D．中U和I都用错了，中U和I都错了 二、双项选择题：本题共4小题，每小题6分，共24分。每小题有两项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 5．（多选）如图所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，下列说法正确的是（     ） A．线圈每转动一周，交变电流方向改变两次 B．图示位置为中性面，线圈中无感应电流 C．线圈逆时针转动到图示位置 ab边的感应电流方向为a→b D．线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零 6．（多选）如图所示，某小型发电站发电机输出的交流电压为500V，输出的电功率为50kW，用电阻的输电线远距离输电，要求远距离输电线上损失的电功率为发电机输出电功率的0.6%，则发电站要安装一升压变压器，到达用户再用降压变压器变为220V供用户使用（两个变压器均为理想变压器）。对整个送电过程，下列说法正确的是（　　） A．输电线上损失的功率为3000W B．升压变压器的匝数比为1∶100 C．降压变压器原线圈中的电流为10A D．降压变压器的输入电压为4970V 7．（多选）一台发电机最大输出功率为4000kW， 电压为4000V，经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R=1kΩ。到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡（220V、60W）。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则（　　） A．T1原、副线圈电流分别为 和20A B．T2原、副线圈电压分别为 和440V C．T1和T2的变压比分别为1∶50和40∶1 D．有 盏灯泡（220V、60W）正常发光 8．（多选）某发电厂单台发电机组一年可发电近2.5亿度，可保障近6万户家庭全年用电.如图是发电站向居民区输电的简化电路图，图中的变压器均可视为理想变压器，输电线路的等效总电阻为r，发电站输电电压U1保持不变，下列说法中正确的是（     ） A．用电高峰期用户端负载增加时，会减小 B．用电高峰期用户端负载增加时，会增大 C．用电高峰期用户端负载增加时，发电站输出功率会增大 D．用电高峰期用户端负载增加时，等效电阻r消耗的功率会增大 三、填空题：本题共3小题，每个空格1分，共9分。 9．家用电子调光灯的调光原理是用电子线路将输入的正弦式交流电压的波形截去一部分来实现调节电压，从而调节灯光的亮度。某电子调光灯经调整后的电压波形如图所示，则电压有效值为______V。若将此电压与一阻值的电热丝以及理想交流电流表（内阻忽略不计）连接成回路，则电流表读数为__________A；功率为______________W。 10．如图所示，一个边长，匝数匝的正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动，磁感应强度，角速度，外电路电阻，其他电阻不计。则线圈转动的周期T=___________s，感应电动势的最大值=___________V；线圈由图中所示位置开始计时，感应电动势的瞬时表达式为___________。 11．塔式光热发电站为我国实现碳达峰、碳中和目标作出了积极贡献。太阳能是太阳内部的氢原子核发生________（选填“裂变”或“聚变”）释放的能量。输电过程中电流的热效应会造成电能损耗，电流通过导体产生的热量跟电流________（选填“成”或“不成”）正比，若某段输电线路的电流从1×104A变为5×103A时，线路上发热损耗的功率减少约3×105kW，该段线路的电阻约为________Ω。（忽略输电线路电阻的变化） 四、实验题：本题共2小题，12题5分，13题7分，共12分。 12．某学习小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中，采用了可拆式变压器，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，如图所示： (1)下列说法正确的是________ A．为保证实验安全，原线圈应接直流稳压电源 B．变压器中铁芯是相互绝缘的硅钢片制成，不可以用相互绝缘的铸铁片代替 C．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响 D．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈 E．若有一升压变压器的原、副线圈的导线粗细不同，导线粗的线圈应该是原线圈 (2)在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线的输入电压可能为________；（填字母） A．1.5V B．6.0V C．7.0V (3)变压器原、副线圈匝数分别选择匝、匝，原线圈与10V正弦式交流电源相连，用理想电压表测得输出电压，输出电压测量值明显小于理论值，造成这种现象的最可能的原因是________。 A．副线圈匝数略少于400匝 B．变压器存在电磁辐射 C．原、副线圈存在电流热效应 D．两块变压器铁芯没有组装在一起 (4)之后，该同学又仔细观察铁芯是由相互绝缘的金属片平行叠成，如下图，金属片应平行于________。 A．平面abfe B．平面adhe C．平面adgf (5)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。理想变压器是一种理想化模型。如图所示，心电图仪（将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可以等效为左侧虚线框内的交流电源和定值电阻串联）与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为、（右侧线框内的电路也可以等效为一个电阻）。在交流电源的电压有效值不变的情况下，在调节可变电阻R的过程中，当________时，R获得的功率最大。 13．(1)为探究影响感应电流方向的因素，某同学利用图甲所示电路进行实验。将条形磁铁S极向下插入螺线管，可观察到发光二极管______（填“”或“D2”）短暂发光。由此可分析得出：当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流产生的磁场与条形磁铁的磁场方向______（填“相同”或“相反”）。 (2)某同学探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”时，得到的实验数据如表格所示。 原、副线圈匝数比 0.5 2 2 4 8 16 原、副线圈电压比 0.57 2.27 2.30 4.50 9.28 18.50 分析表格内数据，发现没有严格等于，则可能的原因有 。 A．线圈通过电流时会发热 B．铁芯在交变磁场的作用下会发热 C．交变电流产生的磁场没有完全局限在铁芯内 D．此变压器为理想变压器 (3)某实验小组的同学用绿光进行双缝干涉实验，在光屏上得到了明暗相间的条纹。 ①测量时，使分划板中心刻线与第1条亮条纹和第6条亮条纹的中心分别对齐，手动轮对应的示数分别如图甲、乙所示，则图甲的示数为______mm，图乙的示数为______mm； ②所用实验器材的双缝间距为，双缝到光屏的距离为，测得绿光的波长为______m（保留三位有效数字），如果改用红光做实验，则在光屏上观察的明暗相间条纹的间距将会______（选填“变小”“不变”或“变大”）。 五、计算题：本题共3小题，共39分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。 14．（11分）如图所示，为某小型发电站的远距离输电示意图，已知发电机线圈匝数N=100匝、面积S=0.36 m2、电阻r =1 Ω。该线圈在磁感应强度的匀强磁场中，绕垂直磁场的OO′轴匀速转动。已知输电线的总电阻R = 4 Ω，升压变压器原、副线圈的匝数比，降压变压器原、副线圈的匝数比。若用户区标有“220 V、20 W”的1100只灯泡恰能同时正常发光（假设此时没有其他用电器工作，变压器均为理想变压器）。求： (1)输电线的电流； (2)发电机的输出功率； (3)发电机线圈转动的角速度。 15．（12分）贯彻新发展理念，我国风力发电发展迅猛，2020年我国风力发电量高达4000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为，开始线圈平面与磁场方向垂直。线圈的匝数为、面积为，线圈总电阻为，外电路接有电阻为的用电器，若磁体转动的转速为。如图所示，某时刻线圈平面刚好转到与磁场方向垂直的位置。 (1)从此时刻开始计时，写出线圈中感应电流瞬时值的表达式； (2)如果用电器两端接入一电压表，电压表的读数是多少？ (3)从此时刻开始计时，经时，通过电阻的电荷量是多少？（计算结果可以保留和根号） 16．（16分）现有一种利用电磁感应原理测血栓的传感器，该传感器部分的构成如图甲所示，激励线圈和反馈线圈分别装在两个圆盘上，两圆盘圆心在同一竖直线上。转盘a固定，其边缘围绕一组环形的激励线圈，内部铺装有许多点状磁感应强度传感器。转盘b可转动，内部单匝反馈线圈为“三叶式”，如图乙所示。该传感器工作原理：当检测部位放入两圆盘之间时，有血栓部位将导致反馈线圈所在圆盘对应区域磁感应强度发生变化，反馈线圈以角速度ω0转动时将产生感应电流，感应电流产生的磁场将导致磁传感器所在处的耦合磁场磁感应强度发生变化，从而确定血栓所在位置和大小。某次模拟测试时，放入半径为r2的扇形（扇形圆心与圆盘圆心在同一竖直线上，扇形平行于圆盘平面）模拟血栓块，使得两圆盘之间对应区域磁感应强度为0。若反馈线圈处磁感应强度与激励线圈的电流关系为B＝kI，反馈线圈单位长度的电阻为R，反馈线圈内圈半径为r1＝r，外圈半径r2＝2r。 (1)若激励线圈接I＝1 A的恒定电流（已放入半径为r2的扇形模拟血栓块），取k＝0.1，ω0＝30 rad/s，r＝ m，π＝3，R＝0.1 Ω/m，求转动过程中反馈线圈所产生的电流大小。 (2)若反馈线圈不转动，模拟血栓块恰好与其中一叶片重叠，当激励线圈接i＝I sin （ωt）的交流电时，求反馈线圈所产生的感应电动势。 (3)求（2）中时间t内反馈线圈产生的热量。 1 / 17 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $