第三章 交变电流（单元测试 ）+答案高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第二册）

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人教版新教材 物理选择性必修第二册 第三章《交变电流》 单元测试 班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________ （考试时间：90分钟 试卷满分：100分） 单项选择题（每小题3分，共30分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项是正确的） 1．关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是（　　） A．线圈每转动一周,感应电流方向就改变一次 B．线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向不变 C．线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次 D．线圈通过中性面时,磁通量为零 【答案】C 【详解】ABC．感应电动势的方向即为感应电流的方向，当线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时，线圈平面每经过中性面一次，感应电流和感应电动势方向都要改变一次，线圈转动一周，两次经过中性面，感应电流和感应电动势方向都要改变两次，AB错误C正确； D．线圈通过中性面时，磁通量最大，磁通量变化率为零，D错误。 故选C。 2．“新冠肺炎”席卷全球，某汽车厂决定改建生产线转产口罩，原生产线工作电压为380V，而口罩机工作电压为220V。现在需要变压器来进行降压，若变压器原线圈匝数为1900匝，则副线圈匝数为（　　） A．110 B．220 C．1100 D．2200 【答案】C 【详解】根据 解得 匝 故选C。 3．图甲为小型发电机的结构简图，通过线圈在两磁极间转动给小灯泡供电，电表均为理想交流电表，已知小灯泡获得的交变电压如图乙所示。则下列说法正确的是（    ） A．图甲中电压表的示数为62V B．图乙中的0时刻就是图甲所示时刻 C．图乙中时，穿过图甲中线圈的磁通量最小 D．图乙中时，穿过图甲中线圈的磁通量最小 【答案】C 【详解】A．题图甲中电压表的示数为小灯泡获得的交流电的有效值 故A错误； B．题图乙中的0时刻感应电动势为零，而题图甲所示时刻，感应电动势最大，故B错误； C．题图乙中时，感应电动势最大，则此时穿过题图甲中线圈的磁通量最小，故C正确； D．题图乙中时感应电动势为零，则此时穿过题图甲中线圈的磁通量最大，故D错误。 故选C。 4．如图所示，图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将干电池提供的直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压，并加在理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压表为交流电表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体，下列说法中正确的是（　　） A．实现点火的条件是 B．实现点火的条件是 C．开关闭合后电压表V的示数为5V D．开关闭合后电压表V的示数2.5V 【答案】A 【详解】AB．分析题意可知，副线圈输出电压最大值，根据变压比 可解得实现点火的条件是 B错误，A正确； CD．根据图乙得到原线圈输入电压的最大值，故原线圈输入电压的有效值 则电压表的示数为，CD错误。 故选A。 5．如图为电动机模型图，左侧为N极，右侧为S极。电动机线框通过换向器连入电路中，线框abcd的面积为S，匝数为n，匀强磁场磁感应强度为B，线框平面与磁场平行。若此时闭合开关，则下列说法正确的是（　　） A．从正前方看去，该线框将会逆时针转动 B．若同时调转电极和磁极方向，则线圈的转动方向改变 C．转动过程中线圈中电流方向变化，流过R的电流方向不变 D．线框转过时，穿过线框平面的磁通量最大，且为nBS 【答案】C 【详解】A．根据电源正负极可知，从上往下看，电流为逆时针电流，根据左手安培定则可知，ab导体棒受力向上，cd导体棒受力向下，所以从正面看线框会顺时针转动，A错误。 B．同时调转电极和磁极方向，相当于同时改变磁场和电流方向，根据左手安培定则可知，线框受力方向不变，所以转动方向不会发生改变，B错误。 C．下面的电路为直流电流，电流的方向不发生改变，C正确。 D．根据磁通量的公式 可知，在计算磁通量的时候，不应该出现匝数，所以D错误。 故选C。 6．一般发电机组输出的电压在十千伏上下，不符合远距离输电的要求。要在发电站内用升压变压器，升压到几百千伏后再向远距离输电，到达几百公里甚至几千公里之外的用电区之后，再经“一次高压变电站”、“二次变电站”降压。已知经低压变电站降压变压器（可视为理想变压器）后供给某小区居民的交流电u=220sin100πt（V），该变压器原、副线圈匝数比为50∶1，则（　　） A．原线圈上的电压为11000V B．原线圈中电流的频率是100Hz C．原线圈使用的导线应该比副线圈的要粗 D．采用高压输电有利于减少输电线路中的损耗 【答案】D 【详解】A．副线圈电压的有效值为 U2==220V 根据理想变压器电压和匝数的关系可知，原线圈上电压 U1=11000V A错误； B．变压器不会改变交流电的频率，故原线圈中电流的频率 f==50Hz B错误； C．原、副线圈的电流之比等于匝数的反比，故副线圈的电流大于原线圈的电流，为了降低线圈的铜损，副线圈的导线粗，C错误； D．在输送电功率一定的情况下 P损=R=R 高压输电有利于减少输电线路中的损耗，D正确。 故选D。 7．如图所示，用一理想变压器给负载供电，变压器输入端的电压不变。开始时开关S是断开的，现将开关S闭合，则图中所有理想交流电表的示数以及输入功率的变化情况是（　　） A．、的示数不变，的示数增大，的示数减小，增大 B．、的示数不变，、的示数增大，增大 C．的示数不变，、、的示数减小，减小 D．的示数不变，的示数增大，的示数减小，的示数增大，减小 【答案】B 【详解】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，所以变压器的输出电压也不变，所以、的示数都不变；当开关闭合时，负载电阻减小，所以副线圈的电流增大，原线圈的电流也增大。根据可知，副线圈电压不变，电流变大，则功率变大，所以输入功率也变大。B正确。 故选B。 8．如图所示，当A、B两点间输入有效值为UAB的交流电压时，开关S闭合后，电阻值恒定的六个相同灯泡发光亮度相同（即通过灯泡的电流相等）。已知变压器为理想变压器，原、副线圈匝数分别为n1、n2，UAB保持不变，副线圈两端电压用UCD表示，开关S闭合或断开，六个灯泡都不损坏，则下列说法正确的是（　　） A．n1∶n2＝1∶4 B．若开关S闭合，UAB∶UCD＝8∶1 C．若开关S断开，UAB∶ UCD＝8∶3 D．开关S断开后，灯泡L1的亮度比S闭合时暗 【答案】D 【详解】A．因为开关S闭合后，六个灯泡发光亮度相同，设每个灯泡中的电流为I、两端电压为U、电阻为R，则原线圈中的电流为I1＝I，副线圈中的电流为I2＝4I，由 故A错误； B．开关S闭合后，UCD＝U2＝U，由 U1＝4U UAB＝2U＋4U＝6U 即开关S闭合后 UAB∶UCD＝6∶1 故B错误； C．开关S断开后，设流过L3、L4、L5三灯的电流均为，则副线圈中电流为，副线圈两端电压 由原、副线圈电流比关系和电压比关系得原线圈中电流为，原线圈两端电压为，则有 UAB∶UCD＝11∶2 故C错误； D．由前面的计算可知，开关S闭合后，L1两端电压为，S断开后，L1两端电压为 则开关S断开后，灯泡L1两端电压变小，通过的电流变小，灯泡变暗，故D正确。 故选D。 9．2020年3月28日消息，随着复产复工有序推进，全国发电量、用电量出现明显回升。如图所示，甲为一台小型发电机构造示意图，单匝线圈逆时针匀速转动，产生的交变电流随时间按正弦规律变化，其图像如图乙所示，以下说法正确的是（　　） A．线圈转动两周，电流的方向改变2次 B．从线圈经过图示位置开始计时，则电动势e随时间变化的规律为 C．在到时间内，穿过线圈的磁通量逐渐增大 D．若只将线圈的转速变为原来的2倍，则周期变为 【答案】D 【详解】A．交变电流的方向在一个周期内方向改变两次，则线圈转动两圈，电流的方向改变4次，选项A错误； B．若从题图甲所示位置开始计时，即从垂直中性面位置开始计时，电动势e随时间变化的规律为，选项B错误； C．在到时间内，电流逐渐增大，穿过线圈的磁通量逐渐减小，选项C错误； D．由题图乙所示图像可知电流的瞬时表达式可表示为，则峰值为，周期为，转速，当转速变2倍，则角速度变为原来的2倍，周期变为原来的一半，即周期变为，选项D正确。 故选D。 10．如图甲所示电路中，L为“，”的灯泡，定值电阻阻值为，R为光敏电阻，其阻值随光照强度增大而减小，变压器为理想变压器，原副线圈的匝数比为，各电表均为理想电表。当ab端接如图乙所示的交变电压，用某一强度的光照射光敏电阻时，灯泡恰好正常发光，则（　　） A．副线圈两端输出的交流电频率为 B．电流表的示数为 C．增大光照强度，电压表示数变小 D．增大光照强度，灯泡变暗 【答案】D 【详解】A．交流电的周期，所以频率，故A错误； B．由线圈匝数比可知副线圈两端的输出电压有效值为；灯泡恰好正常发光，说明灯泡两端电压为6V，所以定值电阻两端的电压最大值为，流过的电流为 由匝数比可知原线圈的电流为： 故B错误； CD．副线圈两端的输出电压是不变的；增大光照强度，则光敏电阻的阻值减小，与之并联的灯泡两端电压降低，灯泡变暗；故C错误，D正确。 故选D。 多项选择题(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,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分) 11．如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b，当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光，下列说法正确的是（　　） A．原、副线圈匝数比为9:1 B．原、副线圈匝数比为1:9 C．此时a和b的电功率之比为9:1 D．此时a和b的电功率之比为1:9 【答案】AD 【分析】考查了理想变压器，电功率的计算 【详解】AB．设灯泡的额定电压为,两灯均能正常发光,所以原线圈输出端电压为，副线圈两端电压为，故，根据，A正确B错误； CD．根据公式可得，由于由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式可得两者的电功率之比为1:9，C错误D正确； 12．在图（a）所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2=10，R3=20，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图（b）所示。下列说法正确的是（　　） A．所用交流电的频率为50Hz B．电压表的示数为100V C．电流表的示数为1.0A D．变压器传输的电功率为15.0W 【答案】AD 【详解】A．交流电的频率为 A正确； B．通过电流的有效值为 两端即副线圈两端的电压，根据欧姆定律可知 根据理想变压器的电压规律可知原线圈的电压 电阻两端分压即为电压表示数，即 B错误； C．电流表的示数为 C错误； D．副线圈中流过的总电流为 变压器原副线圈传输的功率为 D正确。 故选AD。 13．如图所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，匝数，电阻为的矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，线圈两端经集流环和电刷与电路连接，定值电阻，，其他电阻不计，线圈匀速转动的周期。从线圈与磁场方向平行位置开始计时，线圈转动的过程中，理想电压表的示数为2V。下列说法正确的是（   ） A．电阻上的电功率为 B．时，电阻两端的电压瞬时值为零 C．从开始计时到通过电阻的电荷量为 D．若线圈转速增大为原来的2倍，线圈中产生的电动势随时间变化规律为 【答案】AD 【详解】A．电阻上的电功率为 A正确； B．线圈匀速转动的周期，时，正好又转到了与磁场方向平行位置，此时线圈产生的感应电动势最大，故电阻两端的电压瞬时值最大，B错误； C．线圈两端所接电路的总电阻，根据闭合电路欧姆定律可知线圈产生的感应电动势的有效值 最大值 有 故 故 从开始计时到，磁通量的变化 故通过电阻的电荷量为 C错误； D．转速增大2倍，线圈产生的感应电动势 变为原来的2倍，故最大值为 且由 可知，线圈中产生的电动势随时间变化规律为 故D正确。 故选AD。 14．一自耦变压器如图所示，线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，C、D之间加上输入电压，当滑动触头P转动时，改变了副线圈匝数，从而调节输出电压。图中A为交流电流表，V为交流电压表，、为定值电阻，为滑动变阻器，C、D之间接入恒压交流电源，变压器可视为理想变压器，则（　　） A．仅将滑动变阻器的滑片向下滑动时，电压表读数变大 B．仅将滑动变阻器的滑片向下滑动时，电流表读数变大 C．仅将变压器的滑动触头P逆时针转动时，M、N之间的电压变大 D．仅将变压器的滑动触头P顺时针转动时，变压器的输出功率变大 【答案】BC 【详解】AB．保持滑动触头P的位置不动，即是保持变压器的原、副线圈的匝数比不变，则M、N之间的电压不变，当滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器连入电路的电阻的阻值变小，因而副线圈电路中总电流增大，两端电压增大，两端电压减小，电压表的读数变小，流过的电流减小，流过的电流增大，电流表的读数变大，选项A错误，B正确； C．仅将变压器的滑动触头P逆时针转动时，变压器的原线圈匝数不变，副线圈匝数增大，M、N之间的电压变大，选项C正确； D．仅将变压器的滑动触头P顺时针转动时，变压器的原线圈匝数不变，副线圈匝数减小，M、N之间的电压变小，副线圈电路中总电流变小，则变压器的输出功率变小，选项D错误。 故选BC。 三、非选择题(本题共6小题,共54分) 15．（6分）有个教学用的可拆变压器，如图所示，它有两个外观基本相同的线圈A和B，线圈外部还可以绕线。 （1）某同学用多用电表的欧姆挡测量了A、B线圈的电阻值，发现B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍，则可推断 线圈的匝数多。（选填“A”或“B”） （2）如果把它看作理想变压器，现要测量A、B线圈的匝数，提供的器材有；一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和一只低压交流电源（输出电压的有效值不变）。现采用如下方法进行测量。请补充实验步骤，完成A、B线圈匝数的测量（需要测量的物理量请用字母表示，并说明其含义）。 ①将绝缘导线一端与A线圈上方接线柱相连，顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制n匝线圈； ②将绝缘导线的另一端和A线圈下方接线柱分别与低压交流电源两端相连接； ③用多用电表的交流电压挡先后测量低压交流电源两端的电压和B线圈的输出电压U； ④ ； ⑤拆除电路并整理器材。 A、B线圈的匝数和的表达式为 ， 。 【答案】 B 用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压 【详解】（1）[1]根据电阻定律，导线越长，电阻越大，因为B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍，即B的电阻比A的大，所以B线圈匝数多。 （2）[2]由实验步骤知④应为用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压。 [3][4]根据变压器原、副线圈电压比等于匝数比，有 ， 联立解得A线圈的匝数 B的匝数 16．（8分）有一个教学用的可拆变压器，如图所示，它有两个外观基本相同的线圈A和B，线圈外部还可以绕线． （1）某同学用多用电表的欧姆挡测量了A、B线圈的电阻值，发现B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍，则可推断 线圈的匝数多（选填“A”或“B”）； （2）如果把它看作理想变压器，现要测量A、B线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和一只低压交流电源（输出电压的有效值不变）． 现采用如下方法进行测量： ①将绝缘导线一端与A线圈上方接线柱相连，顺着原来的绕制方向在变压器的铁心上再绕制n匝线圈； ②将绝缘导线的另一端和A线圈下方接线柱分别与低压交流电源两端相连接； ③用多用电表的交流电压挡先后测量低压交流电源两端的电压U0和B线圈的输出电压U； 请在上述基础上，补充一个实验步骤，完成A、B线圈匝数的测量（需要测量的物理量请用字母表示，并说明其含义），再写出测量A、B线圈的匝数和的表达式． ④ ； nA= ，nB= ． 【答案】 B 用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压U1，然后拆除电路并整理器材 【详解】(1)[1]根据电阻定律，导线越长，电阻越大，因为B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍，即B的电阻比A大，所以B线圈匝数多； (4)[2]用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压U1，然后拆除电路并整理器材； [3][4]根据变压器电压比等于匝数比，有 解得A线圈的匝数 B线圈的匝数 17．（10分）如图所示，匝数匝的矩形线圈，线圈总电阻，其边长为，。外电路电阻，匀强磁场磁感应强度的大小线圈绕垂直于磁感线的轴以角速度匀速转动。试求： （1）从此位置开始计时，它的感应电动势的瞬时值表达式； （2）在时间内R上消耗的电能。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）感应电动势的峰值 根据题意可得 （2）电动势的有效值 R两端电压 R上消耗的电能为 18．（12分）如图所示，线圈abcd的面积是，共100匝，线圈电阻为，外接电阻，匀强磁场的磁感应强度为，当线圈以的转速匀速转动时，求： （1）转动中感应电动势的最大值和有效值； （2）电路中交流电压表和电流表的示数； （3）线圈由图示位置转过的过程中，交变电动势的平均值。 【答案】（1）100V，；（2），；（3） 【详解】由题意交流电的频率 角速度为 最大值 感应电动势的有效值 线圈电阻为，外接电阻，根据闭合电路欧姆定律，则交流电压表的电压 而电流表的示数 （3）线圈由图示位置转过的过程中 这段时间内的平均值 19．（18分）如图所示，矩形线框匝数n=250，ab=12cm，ad=10cm，线框置于的匀强磁场中，绕垂直于磁场的轴OO′以120r/min 的转速匀速转动，线框通过滑环与外电路相连，外电路接有R=12Ω的电阻及一只发光电压和熄灭电压都为12 V的氖泡L。求： （1）当S接e时，电流表读数为多少？R的热功率为多大？10min内外力对线框做功多少？ （2）当S接f时，氖泡闪光频率为多大？通电10min，氖泡发光总时间为多少？（线框电阻不计） 【答案】（1），24 W，1.44×104 J；（2）4 Hz，400s 【详解】（1）线圈转动的角速度为 周期为 对转动的线圈，电动势的最大值为 电动势的有效值为 当S接e时，电路中的电流为 R上的热功率为 在10 min内外力做功等于电路中的电热 （2）当S接f时，电压的瞬时值大于等于12V时氖泡就发光，小于12V就不发光，因交流电的频率是 在交流电一个周期内会有两次发光，所以闪光的频率是 f光=2f=4Hz 取线框在中性面时开始计时，则电动势的瞬时值表达式为 因线框电阻不计，所以氖泡的电压等于电动势，即 在 t=0到内，令u=12V，可得 解得 或 解得 ， 所以在t=0到内，发光时间是 所以在10min内，发光的总时间是