2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第二册 第三章 交变电流 单元检测卷3（含解析）

2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第二册

第三章 交变电流 单元检测卷3（含解析）

一、单选题（共28分）

1．如图所示，通过可调自耦变压器给阻值为R、额定功率为P的电热器供电，在原线圈两端加上正弦交流电压，此时变压器原副线圈匝数比为10：1，闭合电键S后，发现定值电阻的功率只有0.64P，要使定值电阻能正常工作，应（　　）

A．将滑片P向上移。使原副线圈匝数比变为12：1

B．将滑片P向上移，使原副线圈匝数比变为25：2

C．将滑片P向下移，使原副线圈匝数比变为8：1

D．将滑片P向下移，使原副线圈匝数比变为32：5

2．街头变压器给用户供电的示意图如图。变压器的输入电压是市电网的电压，非常稳定，输出电压通过输电线输送给用户。输电线的电阻用R0表示，滑动变阻器R表示用户用电器的总电阻，当滑动变阻器的滑片P向下移动时，下列说法正确的是（　　）

A．V1表的示数减小 B．A1表的示数减小

C．A2表的示数增大 D．V2表的示数增大

3．输电过程中电能的损耗不可避免，如图是常见的家庭输电线路模拟电路，控制电路输入电压恒定，理想变压器原、副线圈匝数可以调整，下列说法正确的是（　　）

A．若将滑动变阻器的滑片移至最左端，稳定后滑片下移，同时滑片上移，电灯L变暗

B．闭合开关，电灯L变暗

C．将滑动变阻器的滑片向右移动，电灯L变暗

D．将滑动变阻器的滑片向右移动，电灯L变亮

4．如图所示，理想变压器原､副线圈匝数之比为1∶2，原线圈与固定电阻串联后，接入输出电压有效值恒定的正弦交流电源。副线圈电路中负载电阻为可变电阻，V､A是理想电表，调节，使，闭合开关S，此时电流表的读数为1A，电压表的读数为4V。则（　　）

A．电源输出电压为4V

B．电源输出功率为12W

C．将调为8Ω时，变压器输出功率为8W

D．将调为8Ω时，电源输出功率为4.5W

5．如图甲乙分别是两种交流电的、关系图像，则两种交流电的有效值之比为（　　）

A．1 B． C． D．

6．纸面内一正方形金属线框MNPQ的PQ边与匀强磁场的边界重合，匀强磁场垂直纸面向外且范围足够大。第一次将金属线框以速度v匀速拉进匀强磁场内（如图甲）；第二次金属线框以PQ边为轴匀速转动180°（如图乙），此时MN边的线速度大小为v。设两过程中线框中产生的焦耳热分别为Q1和Q2，则 等于（　　）

A．4 B．8 C． D．

7．某偏僻山区靠小型发电机供电照明，供电电路如图甲所示，通过电灯的电流随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，若发电机的线圈共有1000匝，总内阻为2Ω，电灯的电阻为48Ω，不计输电线的电阻，则下列说法正确的是（　　）

A．电路中的电流方向每秒改变50次

B．穿过线圈的磁通量的最大值为

C．穿过线圈的磁通量变化率的最大值为25Wb/s

D．电灯的电功率为12.5W

二、多选题（共12分）

8．2021年6月28日，“国之重器”金沙江白鹤滩水电站首批机组正式并网发电。近些年中国大力发展水电，既有助于减轻国家能源危机，又有利于减小碳排放。如图甲是一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图，图乙是该发电机的电路图，图中发电机的线圈为单匝线圈，其内阻为，外接一只电阻为的灯泡（阻值恒定），下列说法正确的是（　　）

A．电压表的示数最大值为

B．在0~1 s的过程中，灯泡产生的热量为95 J

C．在时，通过线圈的磁通量最大

D．在0.005~0.015s的过程中，通过线圈的电荷量为

9．某兴趣小组设计了一种发电装置，如图所示。在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为π，磁场均沿半径方向。匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab=cd=L、bc=ad=2L，线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc边和ad边同时进入磁场。在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直。线圈的总电阻为r，外接电阻为R。则（　　）

A．线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em=2BL2ω

B．线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F=

C．线圈旋转一圈时，流过电阻R的净电荷量为零

D．外力做功的平均功率为

10．如图所示，理想变压器原线圈接在的交流电源上，各电表均为理想电表，当的滑片向下滑动时，电表的示数变化的大小为，则（       ）

A．电压表的示数不变 B．电流表的示数变小

C．比值不变 D．比值变小

三、实验题（共15分）

11．在用可拆变压器“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中：

（1）变压器铁芯的结构和材料应选用______；

A．整块的硅钢铁芯                     B．绝缘的铜片叠成                   C．绝缘的硅钢片叠成

（2）原线圈所接的电源应是______；

A．B．C．

（3）副线圈两端所接的电表可选用_______；

A．直流电压表                      B．交流电压表                      C．多用电表（交流电压挡）

（4）若变压器两线圈的匝数分别为30和60，测得的电压分别为3.7V和8.0V。据此可知变压器的输入电压是_______V。

12．某同学做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。

（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，仅增加原线圈的匝数，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___________。

四、解答题（共45分）

13．如图甲，变压器原副线圈的匝数比为3∶1，、、、为四只规格均为“9V，6W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表，输入端交变电压u的图象如图乙。

（1）求输入电压的有效值和频率；

（2）写出输入瞬时电压u的正弦表达式；

（3）求电流表和电压表的示数；

14．某个小型水电站发电机的输出功率为，发电机的输出电压为。通过升压变压器升压后向远处输电，输电线的双线总电阻为，在用户端用降压变压器把电压降为，已知在输电线上损失的功率为4kW，请你计算：

（1）输电线损失的电压；

（2） 输电线路中的升、降压变压器原、副线圈的匝数比。

15．假设广州二中在后山修建了一座小型太阳能发电站给科技馆供电，发电机最大输出功率为P0=9kW，输出电压恒为U0=500V。已知输电线的总电阻为R=10Ω，科技馆工作电压为U2=220V，求：

（1）输出功率最大时，采用匝数比为1：3的升压变压器进行输电，则输电线功率损耗与直接输电时的功率损耗之比是多少；

（2）假设科技馆某段时间消耗功率为P2=2.64kW，若不采用升压变压器输电，为保障科技馆用电设备正常工作，则科技馆降压变压器的匝数比和发电站的输出功率是多少。

16．如图所示，N=50匝的矩形线圈abcd，ab边长l1=20cm，ad边长l2=25cm，放在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n=3000r/min的转速匀速转动，线圈电阻r=1Ω，外电路电阻R=9Ω，t=0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里。求：

（1）t=0时感应电流的方向；

（2）感应电动势的瞬时值表达式；

（3）线圈转一圈外力做的功；

（4）从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量。

参考答案

1．C

【解析】

【详解】

设原来原副线圈匝数比为，原线圈输入电压为U1，副线圈输出电压为U2，则

故电阻R两端的电压为

则

设调节后的原副线圈的匝数比为n，则电阻R两端的电压为，则

联立解得

故选C。

2．C

【解析】

【详解】

AD．理想变压器的输出电压是由输入电压和匝数比决定的，虽然滑动变阻器R的滑片P向下移动，可输入电压与匝数不变，所以副线圈的输出电压也不变，因此V1和V2表的示数均不变，AD错误；

BC．当滑动变阻器R的滑片向下移动时，用户用电器的总电阻减小，即副线圈电路的总电阻减小，由欧姆定律可知，A2表的示数增大，由于变压器的输入功率和输出功率相等，输出功率增大，原线圈的输入功率增大，因输入电压不变，所以输入电流增大，A1表的示数增大，B错误，C正确。

故选C。

3．C

【解析】

【详解】

A．若将滑动变阻器的滑片移至最左端，稳定后原线圈两端电压等于控制电路的输入电压，保持恒定，滑片下移，同时滑片上移，副线圈两端电压U2则有

可知增大，增大，电灯L变亮，故A错误；

B．闭合开关，整个电路的等效电阻变小，原线圈电流变大，则变大，电灯L变亮，故B错误；

CD．将滑动变阻器的滑片向右移动，或将滑动变阻器的滑片向右移动，整个电路的等效电阻变大，原线圈电流变小，则变小，电灯L变暗，故C正确，D错误。

故选C。

4．B

【解析】

【详解】

A．电流表的读数

I2=1A

电压表的读数

U2=4V

根据欧姆定律可知

得

R1=2Ω

理想变压器原、副线圈匝数之比为1：2，根据电压与匝数成正比得原线圈电压

U1=2V

根据电流与匝数成反比得原线圈电流

I1=2A

所以电源输出电压

U=U1+I1R1=2V+2×2V=6V

故A错误；

B．电源输出功率为

P=UI1=12W

故B正确；

CD．通过副线圈电流

通过原线圈电流

分析原线圈，根据闭合电路欧姆定律可知

解得

当R2=8Ω时

变压器输出的功率

此时

电源输出功率为

故CD错误。

故选B。

5．A

【解析】

【详解】

设甲乙两图的交流电有效值分别为、，根据交流电有效值的定义与图中的条件可得

解得

解得

则有

A正确，BCD错误。

故选A。

6．C

【解析】

【详解】

设正方形线框的边长为、电阻为，磁场的磁感应强度大小为。题图甲中线框产生的感应电动势为

时间为

产生的热量为

题图乙中线框产生的感应电动势的最大值为

有效值为

时间为

产生的热量为

解得

故选C。

7．B

【解析】

【详解】

A．由图乙可知，一周期内电流方向变化两次，所以每秒改变

A错误；

B．电流的最大值为

可得

B正确；

C．设磁通量变化率的最大值为em，电流的最大值为

可得

C错误；

D．电流的有效值为

灯的电功率为

D错误。

故选B。

8．BC

【解析】

【详解】

AB．由题图可得电路中电流的有效值为

电压表的示数为

所以灯泡产生的热量为

故AB正确；

C．1.5 s正好是75个周期，所以此时的电动势为零，通过线圈的磁通量最大，故C正确；

D．在0.005~0.015s的过程中，磁通量的变化量为0，因此通过线圈的电荷量

故D错误。

故选BC。

9．CD

【解析】

【详解】

A．bc，ad边的运动速度

v=ω

感应电动势

Em=4NBLv

解得

Em=2NBL2ω

选项A错误；

B．根据欧姆定律得电流

Im=

安培力

F=2NBImL

解得

F=

选项B错误；

C．线圈旋转一圈时，磁通量的变化量为零，平均感应电动势为零，流过电阻R的净电荷量为零，选项C正确；

D．在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为π，电源的总功率

P=×=

外力做功的功率与电源的总功率相等，选项D正确。

故选CD。

10．AC

【解析】

【详解】

AB．由于理想变压器的匝数比和输入的电压都不变，所以输出的电压也不变，即电压表的示数不变，滑动变阻器滑片向下滑动，副线圈总电阻减小，副线圈电流表的示数变大，故副线圈总输出功率变大，由于原、副线圈电压不变，故原线圈中的电流表的示数变大，故A正确，B错误；

C．电压表测的是两端的电压，测得通过的电流，故

由于为定值电阻，阻值不变，所以比值不变，故C正确；

D．副线圈电压关系为

故

故

所以比值不变，故D错误。

故选AC。

11．     C     C     BC     8.0

【解析】

【详解】

（1）[1]变压器铁芯的材料要选择磁性材料，为防止出现涡流，用绝缘的硅钢片叠成，故C正确，AB错误；

（2）[2]变压器的工作原理是互感现象，出于安全考虑，宜选择低压交流电源，应选学生电源，故C正确，ABD错误；

（3）[3]在变压器的原、副线圈中应接交流电压表，故BC正确，A错误；

（4）[4]变压器线圈的匝数分别为30匝和60匝，电压之比应为1：2，测得的电压分别为3.7V和8.0V，可知电压比与匝数比不相等，由于变压器是不理想的，故有漏磁、铁芯发热、导线发热等影响电压，使输出电压减小，根据电压比大于线圈的匝数比可知:变压器输入端的匝数是60，输入电压是8.0V。

12．     BCE     减小     控制变量法

【解析】

【详解】

（1）[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，需要用到的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。

故选BCE。

（2）[2][3]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，仅增加原线圈的匝数，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减小。研究的过程采用的是控制变量法。

13．（1），；（2）；（3），

【解析】

【详解】

（1）由图可知输入电压的峰值和周期分别为

则输入电压的有效值和频率分别为

（2）输入瞬时电压u的正弦表达式

（3）灯泡的电阻为

电流表和电压表的示数为有效值，设原线圈的电流有效值为，原线圈的电压有效值为，电流表的示数为，副线圈的电压有效值为，原副线圈的匝数比为

根据变压器的原理可知

其中

带入数据解得

电流表的示数为，电压表的示数为

14．（1）；（2）；

【解析】

【详解】

（1）在输电线上损失的功率为，根据

解得

（2）升压变压器原线圈电流

副线圈电流

根据

可得

升压变压器副线圈电压

降压变压器原线圈电压

根据

可得

15．（1）1：9；（2）2，P=3kW

【解析】

【详解】

（1）直接输电时的功率损耗为

采用1：3的升压变压器

输电电压为3U0，此时输电线功率损耗为

故损耗功率之比为

（2）设原副线圈匝数比为k，副线圈电流为

故变压器原线圈电压为

原线圈电流为

输电线损耗电压为

输电线路，有

解得

k=2（舍去）

输电线损耗功率为

故发电厂输出功率为

16．（1）线圈感应电流方向为adcba。；（2）314cos100πt (V)；（3）98.6 J；（4）0.1 C

【解析】

【详解】

（1）根据右手定则，线圈感应电流方向为adcba。

（2）线圈的角速度

图示位置的感应电动势最大，其大小为

代入数据得

感应电动势的瞬时值表达式

（3）电动势的有效值

线圈匀速转动的周期

线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即

代入数据得

（4）从t=0起转过90°过程中，Δt内流过R的电荷量

代入数据得