单元复习【过考点】 第三章 交变电流-2022-2023学年高二物理单元复习（人教版2019选择性必修第二册）

这是一份单元复习【过考点】 第三章 交变电流-2022-2023学年高二物理单元复习（人教版2019选择性必修第二册），文件包含单元复习过考点第三章交变电流-2022-2023学年高二物理单元复习过过过人教版2019选择性必修第二册解析版docx、单元复习过考点第三章交变电流-2022-2023学年高二物理单元复习过过过人教版2019选择性必修第二册原卷版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共25页， 欢迎下载使用。

单元复习【过考点】 第三章 交变电流
班级 姓名

【正弦式交变电流的产生及变化规律】
1．一手摇交流发电机线圈在匀强磁场中匀速转动，内阻不计．转轴位于线圈平面内，并与磁场方向垂直．产生的电动势随时间变化的规律如图所示，则(　　)

A．该交变电流频率是0.4 Hz
B．计时起点，线圈恰好与中性面重合
C．t＝0.1 s时，穿过线圈平面的磁通量最大
D．该交变电动势瞬时值表达式是e＝10cos 5πt(V)
答案　C
解析　由题图可知电压随着时间变化的周期为T＝0.4 s，故频率为f＝＝ Hz＝2.5 Hz，故A错误；计时起点，电动势最大，所以此时磁通量为0，线圈和中性面垂直，故B错误；t＝0.1 s时，电动势为0，穿过线圈平面的磁通量最大，故C正确；该交变电动势最大值为Um＝10 V，ω＝＝＝5π rad/s，又从垂直中性面开始计时，所以电动势瞬时值表达式是 e＝Emcos ωt＝10cos 5πt(V)，故D错误．
2．为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验构思方案：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴OO1按图示方向匀速转动(ab向纸外，cd向纸内)，并从图甲所示位置开始计时，此时产生的交流电如图乙所示．第二次他仅将转轴移至ab边上，第三次他仅将转轴OO1右侧的磁场去掉，关于后两次的电流图像，下列说法正确的是(　　)


A．第二次是(a)图 B．第二次是(c)图
C．第三次是(b)图 D．第三次是(d)图
答案　D
解析　第二次将转轴移到ab边上产生的感应电流与第一次相同，第三次将OO1右侧的磁场去掉，线圈在转动过程中只有一边切割磁感线，产生的交变电流的最大值为原来的，D正确．
3．(多选)有一种自行车，它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如图甲所示，图中N、S是一对固定的磁极，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮．如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电．关于此装置，下列说法正确的是(　　)

A．自行车匀速行驶时线圈中产生的是交流电
B．小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关
C．知道摩擦轮和后轮的半径，就可以知道后轮转一周的时间里摩擦轮转动的圈数
D．线圈匝数越多，穿过线圈的磁通量的变化率越大
答案　AC
解析　自行车匀速行驶时，摩擦轮带动线圈在磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生交流电，故A正确；自行车的行驶速度会影响感应电动势的大小，进而影响小灯泡的亮度，故B错误；摩擦轮和后轮属于摩擦传动，具有大小相等的线速度，如果知道了摩擦轮与后轮的半径关系，就能知道角速度关系，也就能知道转速关系，故C正确；线圈匝数不影响穿过线圈的磁通量的变化率的大小，故D错误．

4．(多选)如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦式交变电流的图像，当调整线圈转速后，其在同一磁场中匀速转动过程所产生正弦式交变电流的图像如图线b所示．下列关于这两个正弦式交变电流的说法中正确的是(　　)

A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零
B．线圈先后两次转速之比为3∶2
C．交变电流a的电动势瞬时值表达式为e＝10sin (5πt) V
D．交变电流b的电动势最大值为 V
答案　BCD
解析　由题图可知t＝0时刻线圈均在中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，A错误；由图像可知Ta∶Tb＝2∶3，故na∶nb＝3∶2，B正确；由图像可知交变电流a的电动势最大值为
10 V，ω＝＝ rad/s＝5π rad/s，所以交变电流a的电动势瞬时值表达式为e＝10sin (5πt) V，C正确；交变电流的电动势最大值为Em＝NBSω，故Ema∶Emb＝3∶2，知Emb＝Ema＝ V，D正确．
考点二　【交变电流有效值的求解】
5．(2022·湖北黄冈市模拟)如图是某一线圈通过的交流电的电流—时间关系图像(前半个周期为正弦波形的)，则一个周期内该电流的有效值为(　　)

A.I0 B.I0 C.I0 D.I0
答案　B
解析　设该电流的有效值为I，由I2RT＝()2R·＋(2I0)2R·，解得I＝I0，故选B.
6．(2021·浙江6月选考·5)如图所示，虚线是正弦交流电的图像，实线是另一交流电的图像，它们的周期T和最大值Um相同，则实线所对应的交流电的有效值U满足(　　)

A．U＝ B．U＝
C．U> D．U<
答案　D
解析　因虚线是正弦交流电的图像，则该交流电的有效值为U有效＝＝，
由题图可知，在任意时刻，实线所对应的交流电的瞬时值都不大于虚线表示的正弦交流电的瞬时值，则实线所对应的交流电的有效值小于虚线表示的正弦交流电的有效值，则U<，故选D.
7．某研究小组成员设计了一个如图所示的电路，已知纯电阻R的阻值不随温度变化．与R并联的是一个理想的交流电压表，D是理想二极管(它的导电特点是正向电阻为零，反向电阻为无穷大)．在A、B间加一交流电压，其瞬时值的表达式为u＝20sin 100πt(V)，则交流电压表示数为(　　)

A．10 V B．20 V C．15 V D．14.1 V
答案　D
解析　二极管具有单向导电性，使得半个周期内R通路，另外半个周期内R断路，在正半周期内，交流电压的有效值为20 V，故一个周期内电阻产生的热量为Q＝T＝·，解得U＝10 V≈14.1 V，选项D正确．
8．(多选)一闭合矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的感应电流如图，由图可知(　　)

A．该交变电流的有效值是5 A
B．该交流电的频率是50 Hz
C．t＝0时刻线圈平面位于中性面
D．该交流电电流的瞬时值表达式为i＝5cos 100πt(A)
答案　BD
解析　由题图可知，电流的最大值为5 A，选项A错误；电流的周期为0.02 s，频率为50 Hz，选项B正确；t＝0时，线圈中的电流为最大值，因而线圈平面与磁场平行，并非位于中性面，选项C错误；该交变电流的瞬时值表达式为i＝5cos 100πt(A)，选项D正确．
9．(多选)如图甲所示，标有“220 V　40 W”的灯泡和标有“20 μF　320 V”的电容器并联接到交流电源上，为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关．下列判断正确的是(　　)

A．t＝时刻，的示数为零
B．灯泡恰好正常发光
C．电容器不可能被击穿
D.的示数保持110 V不变
答案　BC
解析　的示数应是交流电压的有效值220 V，故选项A、D错误；交流电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压，灯泡正常发光，选项B正确；交流电压的峰值Um＝220 V≈311 V，小于电容器的耐压值，故电容器不可能被击穿，选项C正确．
10．(多选)(2021·浙江1月选考·16)发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形金属框，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示．其他电阻不计，图乙中的Um为已知量．则金属框转动一周(　　)

A．框内电流方向不变
B．电动势的最大值为Um
C．流过电阻的电荷量q＝
D．电阻产生的焦耳热Q＝
答案　BD
解析　金属框转动一周电流方向改变两次，A项错误；因除电阻R外其他电阻不计，R两端电压就等于电动势，所以电动势最大值为Um，B项正确；金属框转动一周，穿过金属框的磁通量的变化量为零，故由q＝知q＝0，C项错误；电阻R两端的电压的有效值U＝，Um＝BL2ω，T＝，又Q＝T，联立解得Q＝，D项正确．


【交变电流综合应用】
11．(2022·浙江杭州市检测)如图所示，KLMN是一个竖直的电阻为R的单匝矩形导体线框，全部处于磁感应强度为B的水平向右的匀强磁场中，线框面积为S，KL边水平，线框绕某竖直固定轴以角速度ω匀速转动(俯视逆时针转动)．下列说法正确的是(　　)

A．在图示位置时，线框中的感应电动势为BSω
B．在图示位置时，线框中电流的方向是KLMNK
C．从图示位置继续旋转30°的过程中，线框中的平均电流为
D．该线框连续转动产生的交变电流的有效值为
答案　D
解析　在题图所示位置时，线框中的感应电动势为e＝BωScos 30°＝BSω，选项A错误；根据楞次定律可知，在题图所示位置时，线框中电流的方向是KNMLK，选项B错误；从题图所示位置继续旋转30°的过程中，线框中的平均电流为＝＝＝＝，选项C错误；该线框连续转动产生的交变电流的有效值为I＝＝＝，选项D正确．
12．(多选)图甲为小型交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的匝数n＝100匝、总电阻r＝5 Ω，线圈的两端与阻值为95 Ω的电阻R连接，交流电压表为理想电表．t＝0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间t按图乙所示正弦规律变化．若交流发电机产生的电动势的最大值为Em，电压表的示数为U，则(　　)

A．Em＝200 V，U＝134 V
B．Em＝134 V，U＝95 V
C．通过电阻R的电流每秒内方向改变约50次
D．电阻R实际消耗的功率为190 W
答案　AD
解析　交流发电机产生的电动势的最大值Em＝nBSω，而Φm＝BS，由Φ－t图线可知Φm＝2.0×10－2 Wb，T＝2π×10－2 s，所以ω＝100 rad/s，Em＝200 V，电动势的有效值E＝＝
100 V，由闭合电路欧姆定律，可知电路中电流的有效值I＝＝ A，电压表的示数为U＝IR＝95 V≈134 V，选项A正确，B错误；由题图乙可知，周期T＝2π×10－2 s，频率f＝≈16 Hz，故通过电阻R的电流每秒内方向改变约32次，选项C错误；电阻R消耗的功率为P＝I2R＝190 W，选项D正确．
【“异形”交变电流】
13．如图所示，两根间距为20 cm的无限长光滑金属导轨，电阻不计，其左端连接一阻值为10 Ω的定值电阻，两导轨之间存在着磁感应强度为1 T的匀强磁场，磁场边界虚线均为正弦曲线的一部分，一根接入电路中的电阻为10 Ω的光滑导体棒，在外力作用下以10 m/s的速度匀速向右运动(接触电阻不计)，交流电压表和交流电流表均为理想电表，则(　　)

A．回路中产生的是正弦式交变电流
B．电压表的示数是2 V
C．导体棒运动到图示虚线位置时，电流表示数为零
D．导体棒上消耗的热功率为0.2 W
答案　A
解析　磁场边界虚线为正弦曲线的一部分，可知回路中产生的是正弦式交变电流，故A正确；感应电动势最大值Em＝BLmv＝2 V，则感应电动势的有效值E＝＝2 V，电压表测量R两端的电压，即U＝E＝1 V，故B错误；电流表示数为有效值，始终为I＝＝0.1 A，故C错误；导体棒上消耗的热功率P＝I2r＝0.1 W，故D错误．
【实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系】
14．在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，已有如图所示的器材及开关和导线若干．


(1)上述器材中不需要的是        (填选项字母)，还需要的是        (填名称)．
(2)用匝数na＝100匝和nb＝200匝的变压器，当副线圈处于空载状态(没有接负载)时测量原、副线圈的电压，实验测量数据如下表：
U1/V
1.80
2.80
3.80
4.90
U2/V
4.40
6.01
8.02
9.98

根据测量数据可判断原线圈匝数是        (选填“na”或“nb”)．
(3)保持原线圈匝数和交流电压不变，给副线圈接上小灯泡，实验发现，随着副线圈的匝数增加，小灯泡得到的电压反而减小，亮度减弱，可能的原因是                                                     .
答案　(1)BC　学生电源(或低压交流电源) (2)nb　(3)副线圈匝数越多线圈的电阻越大，线圈内电压越大，输出电压降低
解析　(1)探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，不需要干电池、条形磁体，还需要学生电源(或低压交流电源)．
(2)考虑漏磁等因素，原线圈匝数为200匝，副线圈为100匝，因此原线圈输入电压与副线圈输出电压之比总大于2∶1，所以原线圈匝数为nb.
(3)理论上，副线圈匝数越多，输出电压越高，但由于副线圈匝数越多线圈电阻越大，线圈内电压越大，输出电压反而会降低．
15．(2017·北京卷·16)如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin(100πt) V的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表．下列说法正确的是(　　)

A．原线圈的输入功率为220 W
B．电流表的读数为1 A
C．电压表的读数为110 V
D．副线圈输出交流电的周期为50 s
答案　B
解析　由u＝220sin(100πt) V可知，原线圈电压最大值为220 V，故原线圈电压的有效值为U1＝220 V，根据＝可知，U2＝U1＝110 V，故电压表的读数为110 V，选项C错误；副线圈电流有效值为I2＝＝2 A，根据P＝UI可知，输出功率为220 W，则原线圈的输入功率为220 W，故选项A错误；原线圈中的电流I1＝＝1 A，故选项B正确；因为ω＝，所以T＝＝ s＝0.02 s，故选项D错误．
16．(2021·浙江1月选考·18(2))在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示．为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成．硅钢片应平行于(　　)

A．平面abcd B．平面abfe
C．平面abgh D．平面aehd
答案　D
解析　电流通过线圈时在铁芯中产生磁场，要减小涡流产生的热量，应让磁感线与硅钢片平行，故应平行于平面aehd，所以D正确．
17．(2020·浙江1月选考·10)如图所示，甲、乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中．甲图中变压器原、副线圈的匝数比为k1，电压表读数为U，乙图中变压器原、副线圈的匝数比为k2，电流表读数为I.则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为(　　)

A．k1U，k2I B．k1U，
C.，k2I D.，
答案　B
解析　根据原、副线圈的电压、电流与线圈匝数关系＝＝k1、＝＝，可知U1＝k1U，I1＝，选项B正确．

【原线圈接入用电器的变压器问题分析】
18．如图所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，下列说法正确的是(　　)

A．原、副线圈中的电流之比为3∶1
B．副线圈回路中电阻两端的电压为66 V
C．原线圈回路中电阻两端的电压为55 V
D．原、副线圈回路中电阻消耗的功率之比为1∶3
答案　B
解析　原、副线圈中的电流之比为原、副线圈的匝数比的反比，为1∶3，故A错误；设原线圈两端的电压为U，则副线圈两端的电压为U，此时通过副线圈的电流为I＝＝，则此时通过原线圈的电流为，故此时原线圈的总电压为U总＝×R＋U＝U＝220 V
故可得原线圈两端的电压为U＝198 V，原线圈回路中电阻两端的电压为22 V；副线圈回路中电阻两端的电压为198 V×＝66 V，故B正确，C错误；原、副线圈回路中电阻两端的电压之比为1∶3，通过电阻的电流之比为1∶3，故消耗的电功率之比为1∶9，D错误．
19．(2022·浙江宁波市鄞州中学月考)如图所示，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∶1
答案　A
解析　灯泡正常发光，则其电压均为额定电压U额，说明原线圈输入电压为9U额，输出电压为U额；则可知，原、副线圈匝数之比为9∶1，故A正确，B错误；根据公式＝可得＝，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P＝U额I可得a和b的电功率之比为1∶9，故C、D错误．

【理想变压器的动态分析】
20．如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表．下列说法正确的是(　　)

A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大
B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大
C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大
D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大
答案　B
解析　当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小，原线圈中的电流变大，电流表A1示数变大，选项D错误．
21．如图所示，原、副线圈匝数比为100∶1的理想变压器，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1＝310sin 314t(V)，则(　　)

A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为3.1 V
B．副线圈两端的电压频率为50 Hz
C．当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈输入功率变小
D．当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变小
答案　B
解析　由＝，得U2＝，因U1＝ V，所以U2＝× V≈2.2 V，A错误；由瞬时值表达式可得ω＝314 rad/s，则频率f＝＝ Hz＝50 Hz，B正确；当单刀双掷开关由a扳向b时，n1减小，则U2增大，电压表示数变大，I2＝增大，副线圈的输出功率P出＝U2I2增大，原线圈的输入功率增大，C、D错误．
【远距离输电】
22．如图所示为远距离交流输电的简化电路图．发电厂的输出电压为U，用等效总电阻是r的两条输电线输电，输电线路中的电流是I1，其末端间的电压为U1，在输电线与用户间连有一理想变压器，流入用户端的电流为I2，则(　　)

A．用户端的电压为
B．输电线上的电压降为U
C．理想变压器的输入功率为I12r
D．输电线路上损失的电功率为I1U
答案　A
解析　因为P入＝P出，所以U1I1＝U2I2，即U2＝，故选项A正确；输电线上的电压降为U线＝U－U1，选项B错误；理想变压器的输入功率P入＝I1U1，输电线路上损失的电功率
P损＝I12r＝I1(U－U1)，选项C、D错误．
23．(2020·浙江7月选考·11)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V．已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是(　　)

A．发电机输出的电流I1＝40 A
B．输电线上的电流I线＝625 A
C．降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11
D．用户得到的电流I4＝455 A
答案　C
解析　发电机输出的电流I1＝＝ A＝400 A，故A错误；输电线上损失的功率P线＝I线2R线＝5 kW，所以I线＝＝25 A，故B错误；用户得到的功率P4＝P－P线＝(100－5) kW＝95 kW，则I4＝＝ A＝ A≈432 A，故＝＝，故C正确，D错误．


【交流、变压综合】
24．如图所示，导线框绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电动势e＝111sin 100πt(V)．
导线框与理想升压变压器相连进行远距离输电，理想降压变压器的原、副线圈匝数之比为25∶11，降压变压器副线圈接入一台电动机，电动机恰好正常工作，且电动机两端的电压为220 V，输入功率为1 100 W，输电线路总电阻R＝25 Ω，电动机内阻r＝8.8 Ω，导线框及其余导线电阻不计，电表均为理想电表，则(　　)

A．该发电机的电流方向每秒改变100次，图示位置导线框的磁通量变化率为零
B．电动机的机械功率为800 W
C．输电线路损失的电功率为121 W
D．升压变压器原、副线圈匝数之比为1∶10
答案　C
解析　交变电动势表达式为e＝111sin 100πt(V)，所以原线圈中交变电压的频率为f＝
Hz＝50 Hz，又因为电流方向在一个周期内改变两次，故发电机的电流方向每秒改变100次，此时题图所示位置导线框的磁通量为零，磁通量变化率最大，故A错误；因为电动机的输入功率为1 100 W，则此时通过电动机的电流为I4＝＝ A＝5 A，则此时电动机的机械功率为P机械＝P4－Pr＝P4－I42r＝880 W，故B错误；因为理想降压变电压器的原、副线圈匝数之比为25∶11，故此时通过输电线路的电流为I3＝I4，I3＝2.2 A，则输电线路损失的电功率为P损＝I32R＝(2.2)2×25 W＝121 W，故C正确；输电线路损耗电压为U损＝I3R＝55 V，降压变压器原线圈两端的电压为U3＝＝500 V，则升压变压器副线圈两端的电压为U2＝U3＋U损＝555 V，升压变压器原线圈两端的电压为有效值，故U1＝111 V，故升压变压器原、副线圈匝数之比为＝＝＝，故D错误．