人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流综合与测试同步训练题

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流综合与测试同步训练题，共16页。试卷主要包含了2 A,周期为0等内容，欢迎下载使用。
第三章　交变电流
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g取10 m/s2。
一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第1~8小题只有一项符合题目要求,第9~12小题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选不全的得2分,选错或不答的得0分)
1.(2021河北正定中学高二月考)对于如图所示的电流I随时间t做周期性变化的图像,下列说法中正确的是 (　　)

A.电流大小变化,方向不变,是直流电
B.电流大小、方向都变化,是交流电
C.电流最大值为0.2 A,周期为0.01 s
D.电流大小变化,方向不变,不是直流电,是交流电
2.(2021江苏南通高二期末)某水电站发电机的输出功率恒定,用升压变压器将电压升至U后向远处输电,输电电流为I,在用户端用降压变压器将电压降至所需电压,为减小输电线的热功率,下列措施可行的是 (　　)
A.增大输电电流I　　　B.增大输电电压U
C.减少输电时间　　　D.减小输电导线的横截面积
3.(2021山西忻州高二下月考)交流发电机在工作时的电动势e=Em sin ωt,如果将其电枢的转速提高一倍,同时将电枢所围面积减小一半,其他条件不变,则其电动势变为 (　　)
A.e=Em sin ωt　　　B.e=4Em sin 2ωt
C.e=Em sin 2ωt　　　D.e=4Em sin ωt
4.(2021山东淄博高二下期中)如图所示,电阻均匀的正方形导线框ad边的中点和bc边的中点连线OO'恰好位于某磁场右边界上,磁场方向与线框平面垂直,已知该磁场的磁感应强度的变化率ΔBΔt=2002sin 100πt(T/s),线框的边长L=20 cm。则线框c、d两点间的电压有效值为 (　　)

A.1 V　　　B.2 V
C.2 V　　　D.22 V
5.(2021河北邯郸高二期末)现在世界各国生产生活用电基本为交流电,日本的关东地区和关西地区使用不同标准的交流电,这导致在电力的输送和调配方面出现了一些问题。日本关西地区所使用交流电的电压随时间的变化规律如图所示,将理想交流电流表与阻值为31.1 Ω的电阻串联后接在该交流电压两端。下列判断正确的是 (　　)

A.该交流电的频率为120 Hz
B.该交流电的方向每分钟变换3 600次
C.该交流电的电压有效值为110 V
D.理想交流电流表的示数为5 A
6.(2021山东泰安肥城高二下期中)如图甲为电热毯电路示意图,交流电压u=311 sin (100πt) V,当开关S闭合时,电热丝的电功率为P0;当开关S断开时,加在电热丝上的电压如图乙所示,则 (　　)

A.开关闭合时,交流电压表的读数为156 V
B.开关闭合时,交流电压表的读数为311 V
C.开关断开时,电热丝功率为P04
D.开关断开时,电热丝功率为P02
7.(2021广东佛山高二下期中)如图所示,一只理想变压器原线圈与频率为50 Hz的正弦交变电源相连,两个阻值均为20 Ω的电阻串联后接在副线圈的两端。图中的电流表、电压表均为理想交流电表,原、副线圈分别为200匝和100匝,电压表的示数为5 V。则 (　　)

A.电流表的读数为0.5 A
B.流过电阻的交变电流的频率为100 Hz
C.交变电源的输出电压的最大值为202 V
D.交变电源的输出功率为1.25 W
8.(2021北京第八中学高二月考)如图所示,一理想变压器原线圈接入一交流电源,副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为定值电阻,开关S是闭合的。V1和V2为理想电压表,读数分别为U1和U2;A1、A2和A3为理想电流表,读数分别为I1、I2和I3,现断开S,U1数值不变,下列推断中正确的是 (　　)

A.I1变小、I2变小　　　B.I1变大、I2变大
C.U2变小,I3变小　　　D.U2变大、I3变大
9.在绕制变压器时,某人将两个线圈误绕在如图所示的变压器铁芯的左右两个臂上,当通以交变电流时,每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈,而另一半则通过中间的臂,已知线圈1和2的匝数比为2∶1。在不接负载的情况下 (　　)

A.当线圈1输入电压为220 V时,线圈2输出电压为110 V
B.当线圈1输入电压为220 V时,线圈2输出电压为55 V
C.当线圈2输入电压为110 V时,线圈1输出电压为220 V
D.当线圈2输入电压为110 V时,线圈1输出电压为110 V
10.(2021湖北十堰高二期末)如图所示,匝数为100的矩形线圈abcd的边长分别为ab=10 cm、ad=8 cm,t=0时刻线圈平面与磁感应强度大小为0.1 T的匀强磁场平行,线圈以ab边为轴、以10 rad/s的角速度匀速转动。则下列分析正确的是 (　　)

A.t=0时通过线圈的感应电流最大
B.线圈转动过程中感应电动势的最大值为0.8 V
C.线圈转动90°的过程中,感应电动势的平均值为0.4 V
D.线圈转动过程中感应电动势的有效值为0.4 V
11.(2021山东济南历城二中高二月考)如图,L1和L2是输电线,甲、乙是两个互感器(可视为理想变压器),其中的线圈匝数关系为:n1∶n2=200∶1,n3∶n4=1∶100,电流表和电压表均为理想交流电表。下列说法正确的是 (　　)

A.甲是电流互感器,乙是电压互感器
B.甲是电压互感器,乙是电流互感器
C.若电压表示数为30 V,则输电线两端的电压最大值为6 000 V
D.若电流表示数为5 A,则通过输电线的电流有效值为500 A
12.(2021广东深圳实验学校高二下阶段考试)如图所示,导体棒ab的两个端点分别搭接在两个竖直放置、半径相等的金属圆环上,两圆环所在空间处于方向竖直向下的匀强磁场中,圆环通过电刷与导线c、d相接。c、d两个端点接在匝数比为n1∶n2=10∶1的理想变压器原线圈两端,变压器副线圈接一滑动变阻器R0,导体棒ab绕与ab平行的水平轴(即两圆环的中心轴,轴与环面垂直)OO'以角速度ω匀速转动。当滑动变阻器连入电路的阻值为R时,电流表的示数为I,ab棒、圆环及接触电阻均不计,下列说法正确的是 (　　)

A.变压器原线圈两端的电压U1=10IR
B.滑动变阻器上消耗的功率为P=100I2R
C.取ab在环的最低端时t=0,则导体棒ab中感应电流的表达式是i=2I sin ωt
D.若c、d间改接电阻R'后电流表的示数不变,ab棒转过90°的过程中流过ab棒的电荷量可能为1002IRωR'

二、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(6分)(2021山东淄博高二下期中)某同学做“变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验探究。
(1)下列器材中,实验需要用到的有　　　　。 
A.干电池
B.学生电源
C.可拆变压器及导线
D.直流电压表
E.多用电表
(2)在实验中,该同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变,仅减少原线圈的匝数,副线圈两端的电压将　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”),该实验采用的物理方法是　　　　。 
14.(6分)(2021湖北宜昌高二期末)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的电阻值,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把低压电源接B线圈,让它的输出电压恒为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,让低压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　　　。 
15.(8分)(2021河北石家庄二中南校区高二月考)如图所示,匀强磁场磁感应强度大小B=0.1 T,所用矩形线圈的匝数N=100,边长ab=0.2 m,bc=0.5 m,以角速度ω=100π rad/s绕OO'轴匀速转动,线圈电阻为22 Ω,从线圈平面通过中性面时开始计时,(π=3.14)试求:
(1)线圈中感应电动势的最大值和瞬时值表达式;
(2)线圈电流的有效值。













16.(10分)(2021江西宜春高安中学高二期末)如图所示,一个匝数N=100的边长为1 m的正方形线圈以固定转速50 r/s在匀强磁场中旋转,其产生的交流电通过一匝数比n1∶n2=10∶1的变压器给阻值R=20 Ω的电阻供电,已知交流电压表的示数为20 V,从图示位置开始计时,求:
(1)磁感应强度的大小;
(2)t=0.002 5 s时刻穿过线圈平面的磁通量大小。


17.(10分)(2021湖北武汉高二期末)如图所示,矩形线圈面积为0.2 m2,匝数为100,绕OO'轴在磁感应强度为25π T的匀强磁场中以角速度10π rad/s匀速转动。理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,两电表均为理想电表,电阻R=50 Ω,其他电阻不计。
(1)线圈转到与磁场垂直时开始计时,求从计时开始线圈转过30°时感应电动势的瞬时值e。
(2)若n1n2=15,求变压器的输入功率及电流表的示数。








18.(12分)(2021四川乐山十校高二下期中联考)如图为远距离输电过程的示意图。已知某个小型发电机的输出功率为90 kW,发电机的电压为250 V,通过升压变压器升高电压后向远处输电,输电线总电阻为5 Ω,在用户端用一降压变压器把电压降为220 V,要求在输电线上损失的功率控制为2 kW(即用户得到的功率为88 kW),求:
(1)降压变压器输出的电流和输电线上通过的电流。
(2)输电线上损失的电压和升压变压器输出的电压。
(3)两个变压器各自的匝数比。










答案全解全析
第三章　交变电流
1.A
2.B
3.C
4.A
5.C
6.D
7.C
8.A
9.BD
10.AB
11.BD
12.BD
1.A　由图像可知:电流的大小周期性变化,方向始终不发生变化,所以是直流电,电流最大值为0.2 A,周期为0.02 s,A正确。
2.B　由于输电线损耗的热功率P热=I2r,若增大输电电流I,会增大输电线损耗的热功率,A错误;由于输送功率不变,根据P=UI,可知增大输电电压U,会减小输电电流I,从而减小输电线损耗的热功率,B正确;输送功率与时间无关,C错误;根据r=ρlS可知,减小输电导线的横截面积,导致输电线电阻变大,从而增大输电线损耗的热功率,D错误。
3.C　交流发电机工作时的电动势最大值表达式为Em=NBSω,将发电机电枢的转速提高一倍,同时将电枢所围面积减小一半,电动势最大值表达式为Em'=NBS2·2ω=NBSω=Em,角速度为ω'=2ω,则其电动势变为e=Em sin 2ωt,故选项C正确。
4.A　线框中的感应电动势为E=NΔΦΔt=ΔBΔt·L22=2002sin 100πt×0.222 V=42sin 100πt(V),电动势的有效值为U=Em2=422 V=4 V,线框四根导体棒串联,所以c、d两点间电压有效值为U'=14U=1 V,故选项A正确。
5.C　由题图可知该交流电的周期为160 s,则频率为60 Hz,交流电方向在一个周期内变换2次,1分钟电流方向变换7 200次,故A、B错;该交流电电压的有效值为U=155.52 V=110 V,故C正确;理想交流电流表显示的是电流的有效值,而5 A为电流的最大值,故D错。
6.D　电压表读数为有效值,开关接通时,电压表测量原线圈电压,所以电压表的示数为311V2=220 V,故A、B错误;温控器是二极管,具有正向通电性,所以开关断开后,只有一半周期的电流通过电路,根据电流的热效应得31122R·T2=U2RT,解得U=1102 V≈156 V,可得P=U2R=P02,故C错误,D正确。
7.C　副线圈电流为I2=520 A=0.25 A,原线圈电流为I1=0.25×100200 A=0.125 A,故A错误;变压器不改变交流电的频率,原副线圈交变电流的频率相同,故B错误;副线圈电压U2=10 V,原线圈电压U1=20 V,交变电源的输出电压的最大值为202 V,故C正确;交流电源的输出功率为P1=U1I1=20×0.125 W=2.5 W,故D错误。
8.A　由题图可知,电压表V1测量的是原线圈的输入电压,电压表V2测量的是副线圈的输出电压,因为变压器的匝数与U1不变,所以U2不变。当S断开时,副线圈电路的负载电阻增大,故副线圈中的电流I2减小,根据原副线圈电流比与匝数比成反比,则原线圈电流I1也将减小;因为R1两端的电压减小,故R2、R3两端的电压将增大,I3变大。故选项A正确。
9.BD　当线圈1接220 V的交变电压时,设穿过线圈1的磁通量为Φ,依题意可知穿过线圈2的磁通量为Φ2,若线圈1的匝数为n,则线圈2的匝数为n2,根据法拉第电磁感应定律可得220 V=nΔΦΔt,U2=12n·ΔΦΔt·12,整理得U2=55 V,故A错误,B正确。当线圈2接110 V的交变电压时,设穿过线圈2的磁通量为Φ',则穿过线圈1的磁通量为Φ'2,由法拉第电磁感应定律可得110 V=n2·ΔΦ'Δt,U'1=n·12·ΔΦ'Δt,整理得U'1=110 V,故选项C错误,D正确。
10.AB　t=0时穿过线圈的通磁量为0,cd边垂直切割磁感线,感应电动势最大,则感应电流最大,A正确;感应电动势最大值Em=NBSω=100×0.1×10×10-2×8×10-2×10 V=0.8 V,B正确;线圈转过90°时,cd边速度方向与磁感线平行,该过程中产生的平均电动势为E=NΔΦΔt=NBΔST4=1.6π V≈0.5 V,C错误;感应电动势的有效值E有效=Em2=225 V,D错误。
11.BD　甲图的原线圈两端分别接L1和L2上测量电压,所以是电压互感器,乙图的原线圈串联接入输电线的一根导线,所以是电流互感器,故A错误,B正确;电压表测电压的有效值,若电压表示数为30 V,则输电线两端的电压有效值为U1=n1n2U2=2001×30 V=6 000 V,故C错误;电流表测电流的有效值,若电流表示数为5 A,则通过输电线的电流有效值为I3=n4n3I4=1001×5 A=500 A,故D正确。
12.BD　由变压器原副线圈两端的电压电流公式可知I1I2=n2n1得I2=10I,又因U1U2=n1n2、U2=10IR得U1=100IR,故A错误;由P=U2I2=100I2R知B正确;ab在环的最低端时t=0,则导体棒ab中感应电流的表达式是i=2I cos ωt,故C错误;在c、d端接电阻后,原电路的电压不变,仍然是U1=100IR,因此电流表的示数不变,可知电阻R'=100R,故1002IRωR'=1002IRω100R=2Iω,而由q=ΔΦR知,交流电的电流最大值为2I=BSωR,旋转90°过程中磁通量的变化量ΔΦ=BS,联立可得q=2Iω,所以D正确。
13.答案　(1)BCE(2分)
(2)增大(2分)　控制变量法(2分)
解析　(1)变压器的原理为交流互感,不需要干电池,需要学生电源提供交流电;需要用低压交流电流表和电压表,可用多用电表代替;另外还需要可拆变压器及导线,故B、C、E符合题意。(2)在实验中,其同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变,仅减小原线圈的匝数,根据原副线圈电压之比等于匝数之比可得副线圈两端的电压将增大。研究的过程采用的是控制变量法。
14.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,倍率为“×1”,所以线圈A阻值为50 Ω。
(2)设B线圈的匝数为nB,A线圈的匝数为nA。由理想变压器原理有
UnB=U1nA,UnB=U2n
得nA=U1U2n
代入数据得nA=500
15.答案　(1)314 V　e=314 sin 100πt (V)　
(2)10 A
解析　(1)感应电动势的瞬时值
e=NBSω sin ωt (2分)
由题可知S=0.2×0.5 m2=0.1 m2
Em=NBSω=100×0.1×0.1×100π V=314 V(1分)
所以e=314 sin 100πt (V)。 (2分)
(2)线圈电流的有效值
I=Em2R=3142×22 A≈10 A(3分)
16.答案　(1)250π T　(2)150π Wb
解析　(1)原线圈两端的电压为
U1=n1n2U2=200 V(2分)
线圈转动的角速度为
ω=2πn=100π rad/s(2分)
所以有Um=NBSω=2U1 (2分)
解得B=250π T(2分)
(2)通过线圈的磁通量为Φ=BS cos ωt=[250π·cos (100π×0.002 5)] Wb=150π Wb(2分)
17.答案　(1)202 V　
(2)800 W　20 A
解析　(1)交流电动势的最大值为
Em=NBSω=402 V(1分)
线圈转过30°时感应电动势的瞬时值
e=Em sin 30°=202 V(2分)
(2)变压器原线圈输入电压为
U1=Em2=40 V(1分)
变压器副线圈输出电压为U2,则U1U2=n1n2 (1分)
所以变压器的输入功率P=U22R=800 W(2分)
副线圈的电流为I2=U2R=4 A(2分)
所以电流表的示数为
I1=n2n1I2=20 A(1分)
18.答案　(1)400 A　20 A　
(2)100 V　4 500 V　
(3)1∶18　20∶1
解析　(1)由于用户获得的电压与降压变压器的输出电压相同,根据功率:P=U4I4 (1分)
解得降压变压器输出电流为:
I4=PU4=88 000220 A=400 A(1分)
根据输电导线消耗的功率:P损=I22R (1分)
解得:I2=P损R=2 0005 A=20 A(2分)
(2)由欧姆定律可知输电导线损耗的电压为:
U损=I2R=20×5 V=100 V(1分)
根据升压变压器原副线圈功率相等可得升压变压器输出电压U2为
U2=PI2=90 00020 V=4 500 V(2分)
(3)由输电导线上两端电压的关系可知降压变压器原线圈两端的电压为:
U3=U2-U损=4 500 V-100 V=4 400 V(2分)
根据理想变压器原副线圈电压与匝数的关系可知:
升压变压器匝数比:n1n2=U1U2=250V4 500V=118 (1分)
降压变压器匝数比:n3n4=I4I2=400A20A=201 (1分)