高中物理人教版（2019）选择性必修第二册 第 3 章 交变电流 单元练习（含解析）

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交变电流练习一、选择题 1.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交流电的图像，当调整线圈转速后，其在同一磁场中匀速转动过程中所产生正弦交流电的图像如图线b所示。以下关于这两个正弦交流电的说法错误的是（　　） 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∶2C．交流电a的瞬时值表达式为D．交流电b电压的最大值为2.（多选题）如图是风力发电机的简易模型。时刻，发电机线圈所在平面与磁场方向垂直，风轮机叶片通过升速齿轮箱带动发电机线圈以每秒n转的转速转动。已知发电机线圈面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B，理想变压器原、副线圈的匝数比为k，忽略线圈电阻，下列说法正确的是（　　） A．发电机输出电压的有效值为B．发电机输出交变电流的频率为C．副线圈输出电压的有效值为D．发电机产生的瞬时电动势3.如图中是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。 （1）交变电流是由于___________和___________（填AB、BC、CD、DA）边切割磁感线产生，时，线圈处于___________。（2）线圈转动的角速度为___________rad/s，在0.02s时刻电流表的读数为___________A。4.我国“西电东送”采用高压输电，继三峡至常州直流输电工程后，又实现了三峡至广东的直流输电工程。采用高压直流输电有利于不同发电机为同一电网供电和不同电网的互联。关于高压直流输电，下列说法正确的是（　　）A．高压输电可以减小输电电流，从而减少输电导线的能量损失B．恒定的直流输电可以有效消除交流高压输电中感抗和容抗的影响C．可以加快输电的速度D．为实现高压直流输电，可以用变压器直接改变恒定电流的电压5.如图所示为远距离输电的简化电路图。发电厂的输出电压是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．输电线路上损失的电功率为I1U B．输电线上的电压降为UC．理想变压器的输入功率为r D．用户端的电压为6.（多选题）如图为日常生活中常见的点火装置原理图，先将直流电压通过转换器转换为正弦式交变电压，然后将其加在理想变压器的原线圈n1上，当副线圈n2两端电压达到以上时放电针之间空气被击穿，从而引发电火花点燃气体。下列说法正确的是（　　）A．原线圈两端所接交流电压表的读数为4.24 VB．副线圈中交流电压与原线圈中交流电压频率不相等C．要实现点火则副线圈与原线圈的匝数比至少大于D．要实现点火则副线圈与原线圈的匝数比至少大于2 0007.两彼此正对的相同金属圆环竖直放置在竖直向下、磁感应强度为匀强磁场中，圆环半径为、相距，用导线将环与匝数比为4∶1的理想变压器相连，变压器输出端接一阻值为灯泡，让导体杆沿两环内侧做角速度为的匀速圆周运动，圆环电阻不计，杆长为，电阻为，则灯泡（　　）A．两端电压为 B．两端电压为C．两端电压为 D．两端电压为8.（多选题）如图甲所示，电路接在电压的有效值为的正弦交流电源上，理想变压器原、副线圈的匝数比为，、、、均为定值电阻，，，电表均为理想电表。已知中电流随时间t变化的规律如图乙所示，下列说法正确的是（　　）A．交流电的频率为100HzB．电压表的示数为100VC．电流表A的示数为D．变压器输出的电功率为33W9.完全相同的矩形线圈在相同的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以相同的角速度匀速转动，转轴位置如图中虚线所示，图乙中的转轴恰好在磁场的边界上。两个线圈中产生的感应电动势有效值E的大小关系正确的是（　　）A． B．C． D．无法比较10.以下说法正确的是（     ）A．只适用于点电荷产生的电场，适用于任何电场B．点电荷电场强度计算式中的Q指场源电荷C．高压输电时，三根输电线上方还有两根接地导线，主要是起屏蔽作用D．静电喷涂、静电复印都是利用了静电屏蔽的原理11.从发电站输出的功率为200kW，输电线的总电阻为0.05Ω，用11kV和1100V两种电压输电。则两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失和功率损失之比分别是（　　）A．1∶10，1∶100 B．1∶10，1∶10C．1∶100，1∶100 D．1∶100，1∶1012.图甲、乙是交流发电机示意图，线圈ABCD在磁场中匀速转动。下列说法正确的是 （　　）A．图甲中穿过线圈的磁通量最大，电路中的感应电流最大B．图乙中穿过线圈的磁通量为零，电路中的感应电流为零C．图甲中穿过线圈的磁通量变化率为零，电路中的感应电流为零D．图乙中穿过线圈的磁通量变化率最大，电路中的感应电流为零13.（多选题）如图甲所示，电路接在电压的有效值为的正弦交流电源上，理想变压器原、副线圈的匝数比为，、、、均为定值电阻，，，电表均为理想电表。已知中电流随时间t变化的规律如图乙所示，下列说法正确的是（　　）A．交流电的频率为100HzB．电压表的示数为100VC．电流表A的示数为D．变压器输出的电功率为33W14.如图所示的是远距离输电的示意图，已知交流电源电压为U，升压变压器的原、副线圈匝数比为1∶m，降压变压器的原、副线圈匝数比为1∶n，负载R正常工作。现输电距离增大，输电线电阻随之增大，若要保证负载仍能正常工作，只改变选项中的一个量，下列做法可行的是（　　） A．增大m B．减小m C．减小n D．减小U15.下面关于交变电流的“四值”说法中正确的是（  ）A．交变电流的有效值就是交流电在一周期内的平均值B．交流电表上显示的电流数值是该交变电流的瞬时值C．交流电器设备上所标的电压和电流值是交变电流的最大值D．与交变电流有相同的热效应的直流电的数值是交变电流的有效值16.一台发电机的结构示意图如图所示，N、S是磁铁的两个磁极，M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形导线圈，线圈在绕过铁芯M中心的固定转轴匀速转动。磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场，磁感应强度大小处处相等。若从线圈处于图示位置开始计时，设此时电动势为正值，图中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是（　　） A． B．C． D．17.理想变压器及其前后电路如图所示，ab间接电压为U的交流电，变压器原副线圈的匝数比为3:1，R1:R2=3:1。下列做法能增大变压器副线圈输出电压的是（　　）A．将R1、R2调换位置 B．给R2并上一个等值电阻C．ab间换接频率更高的交流电 D．ab间换接电压为2U的直流电18.如图所示，一个面积为S、匝数为N的金属线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B，线圈两端通过电刷与图示的电路连接，线圈内阻不计，无光照时，光敏电阻与定值电阻的阻值相等，均为，光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，理想变压器的原、副线圈的匝数比为，电表均可视为理想电表，则（　　） A．断开开关S，减小光照强度，电压表的示数增大，电流表的示数变小B．从图示位置开始计时，线圈转动时产生的感应电动势的瞬时值表达式为C．闭合开关S，用黑纸包裹，的电功率为D．用黑纸包裹，断开开关S，电压表示数为；闭合开关S，电压表示数为，有19.用某型号的充电器给一款锂电池充电，在电池电量从零直至充满的过程中，充电电压和充电电流随时间变化的曲线简化后如图所示。据图可知（　　）A．充电时通过锂电池的电流是直流电B．实线是电流曲线，虚线是电压曲线C．锂电池的充电功率先增大后减小D．在前40min，锂电池的平均充电功率约为6.4W20.在磁感应强度的匀强磁场中有一矩形线圈，相关数据如下：匝数匝，面积，电阻。线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，通过电刷与一理想变压器原线圈相接，变压器原、副线圈匝数比为。副线圈两端的交流电压表读数为36V、接入电灯电阻。以下判断正确的是（　　）A．矩形线圈转动产生的电流最大值为2AB．矩形线圈转动产生的电动势有效值为C．从矩形线圈转到中性面开始计时，矩形线圈电动势随时间变化的规律为D．若矩形线圈转速增大1倍，电压表读数变为72V21.如图所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图示位置时（　　） A．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最大B．穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小C．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大D．穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最小22.在如图所示的电路中，a、b端接电压恒定的正弦交变电源，已知、、为定值电阻，变压器为理想变压器，电流表、电压表均为理想电表。当闭合开关S后，则以下说法正确的是（　　） A．消耗的功率一定增大 B．电源的输出功率一定减小C．电流表示数增大，电压表示数不变 D．电流表示数增大，电压表示数减小
二、填空题 23.如图所示，（a）→（b）→（c）→（d）→（e）过程是交流发电机发电的示意图，线圈的ab边连在金属滑环K上，cd边连在金属滑环L上，用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。（1）图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量___________，磁通量变化率___________（填“最大”或“零”）。（2）从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是___________（填“i=Imsinωt”填“i=Imcos ωt”）。（3）当线圈转到图（c）位置时，感应电流___________ （填“最小”或“最大”），且感应电流方向___________ （填“改变”或“不改变”）。（4）当线圈转到图（d）位置时，感应电动势___________（填“最小”或“最大”），ab边感应电流方向为___________（填“a→b”或“b→a”）。24.如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为2：1，电阻R的阻值为，电流表、电压表均为理想电表。原线圈A、B端接入如图乙所示的正弦交流电压，电流表的示数为________A，电压表的示数为________V，副线圈中交变电流的频率为________Hz。 25.如图为电能从“发电厂”到“用户”的交流输电过程示意图。回答以下问题：（1）“发电厂”的输出功率一定。若使用55kV电压输电到“变电站一”时，输电线上损耗的功率为P；则使用550kV电压输电时，输电线上损耗的功率为_____；（2）从图中获取的信息可以判断“变压电站一”的降压变压器的匝数比_____55（选填“大于”、“等于”或“小于”）。 试卷答案1.A A．由图可知，t=0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量都是最大，故A错误；B．由图像可知交流电a与交流电b的周期之比为2∶3，转速与周期成反比，故线圈先后两次转速之比为3∶2，故B正确；C．由图像可知，交流电a的最大值为10V，角速度为所以交流电a的瞬时值表达式为故C正确；D．交流电电压的最大值为线圈先后两次转速之比为3∶2，则交流电a与交流电b电压的最大值之比为3∶2，故交流电b电压的最大值为，故D正确。本题选错误的，故选A。2.AD A．发电机线圈的角速度为发电机输出电压的峰值为发电机输出电压的有效值为A正确；B．变压器不改变频率，原、副线圈交流电的频率相同，均为B错误；C．根据原、副线圈电压与匝数的关系可知，副线圈输出电压的有效值为C错误；D．时刻，发电机线圈所在平面与磁场方向垂直，即中性面的位置，发电机产生的瞬时电动势为D正确。故选AD。3.（1）AB     CD     垂直于中性面     （2）     10 （1）根据图像可知，交变电流是由于AB和CD边切割磁感线产生，时，产生的感应电流最大，感应电动势最大，回路磁通量为零，线圈处于垂直于中性面位置。（2）线圈转动的角速度为电流表的读数为有效值，即4.ABA．高压输电，功率一定，则减小了输电电流，根据P损=I2R，则输电导线上的能量损失减小了。故A正确；B．高压恒定的直流输电消除了输电线中感抗和容抗的影响。故B正确；C．电流的传输速度接近光速，不会随电压改变而改变，故C错误；D．直流输电消除了电网同步输送带来的技术困难，但是变压器不能对恒定直流电压进行变压。故D错误。故选AB。5．心电图仪是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虚线框内的交流电源和定值电阻R0串联，如图所示。心电图仪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n1、n2，在交流电源的电压有效值U0不变的情况下，将可变电阻R的阻值调小的过程中（　　）A．通过原线圈的电流变大，通过副线圈的电流变大B．原线圈两端的电压不变，副线圈两端的电压不变C．当R=R0时，R获得的功率最大D．当时，R获得的功率最大【答案】ADAB．对原线圈回路，有对副线圈回路，有原副线圈电压与匝数的关系原副线圈电流与匝数的关系联立以上各式可得由此可知，当R减小时，I2变大，则I1变大，U1变小，U2变小，故A正确，B错误；CD．对于理想变压器，R获得的功率为根据二次函数知识可得，当时，功率P达到最大，此时故C错误，D正确。故选AD。5.D AB．发电厂的输出电压是U，末端间的电压为U1，输电线路上的电压降为则输电线路上损失的电功率为故AB错误；C．由上述分析知，r是输电线损耗的功率，故C错误；D．由于输电线与用户间连有一理想变压器，设用户端的电压是U2，由理想变压器输入功率等于输出功率，则有U1I1=U2I2得故D正确。故选D。6.AD A．根据题意可知，原线圈两端电压的最大值为则有效值为即电压表示数为，故A正确；B．变压器不能改变频率，故副线圈中交流电压与原线圈中交流电压频率相等，故B错误；CD．当变压器副线圈电压的瞬时值大于时，就会在放电针间引发电火花进而点燃气体，转换器所输出的正弦式交变电压最大值为6 V，根据电压与匝数成正比，所以实现点火的条件是故C错误，D正确。故选AD。7.A 分析可知，导体棒在磁场中运动，产生正弦式交流电，当导体棒经过最低点和最高点时，切割的方向与磁场方向垂直，产生的感应电动势最大，为则电源产生的有效电压设流过灯泡的电流及灯泡两端的电压分别为、，则根据、可得，理想变压器的输入电压及通过的电流为，其中，由闭合电路欧姆定律可得联立可得灯泡两端的电压故选A。8.BC A．由图乙可知，交流的的周期为，则交流电的频率为故A错误；C．由图乙可知，流过的电流的有效值为由欧姆定律可知，流过的电流为则流过副线圈的电流为根据电流与匝数的关系可得，流过原线圈的电流为即电流表的读数为，故C正确；B．由欧姆定律可得，副线圈两端的电压为由电压与匝数的关系可得，原线圈两端的电压为即电压表示数为，故B正确；D．由公式可得，变压器输出的电功率为故D错误。故选BC。9.A 设线圈的长和宽分别为l1、l2，面积为S，转动角速度为ω，则图甲、乙中线圈产生感应电动势的峰值分别为而两线圈在切割磁感线时产生的电动势随时间成正弦规律变化（以图示时刻为计时零点），图甲中线圈始终在磁场中运动，则图乙中线圈在转动一周的过程中只有半个周期在磁场中运动，根据等效热值法有解得故选A。 10.BCA．为场强的定义式，适用于任何电场，只适用于匀强电场，A错误；B．点电荷电场强度计算式中的Q指场源电荷，B正确；C．高压输电时，三根输电线上方还有两根接地导线，主要是起屏蔽作用，C正确；D．静电喷涂、静电复印都是利用了异种电荷相互吸引的原理，D错误。故选BC。11.A 输电电流为电压损失和功率损失分别可表示为可得故选A。12.CAC．图甲中线圈位于中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小，产生的感应电动势为零，电路中的感应电流为零，故A错误，C正确；BD．图乙中线圈位于与中性面垂直位置，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，产生的感应电动势最大，电路中的感应电流最大，故BD错误。故选C。13.BC A．由图乙可知，交流的的周期为，则交流电的频率为故A错误；C．由图乙可知，流过的电流的有效值为由欧姆定律可知，流过的电流为则流过副线圈的电流为根据电流与匝数的关系可得，流过原线圈的电流为即电流表的读数为，故C正确；B．由欧姆定律可得，副线圈两端的电压为由电压与匝数的关系可得，原线圈两端的电压为即电压表示数为，故B正确；D．由公式可得，变压器输出的电功率为故D错误。故选BC。14.A AB．现输电距离增大，输电线电阻随之增大，上面消耗的电压增多，要保证负载仍能正常工作，即副线圈两端电压不变，增大m，升压变压器副线圈上的电压增大，可保证降压变压器原线圈上的电压不变，B错误，A正确；C．减小n，降压变压器副线圈上的电压变小，不能保证负载正常工作，C错误；D．减小U，负载两端电压变小，负载不能正常工作，D错误。故选A。15.DAD．依据交变电流的有效值的定义知，与交变电流有相同的热效应的直流电的数值是交流电的有效值，并且不等于其平均值，故A错误，D正确；B．用电表测量的电流、电压均为交流电的有效值，故B错误；C．交流电器设备（电容器除外）上所标的电压和电流值均是交变电流的有效值，故C错误。故选D。16.D 由于磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场，线圈绕过铁芯M中心的固定转轴匀速转动过程中，线圈与转轴平行的两边垂直切割磁感线，产生的电动势大小不变，经过竖直面时，方向改变。故D正确。17.A A．原线圈电路中根据电压匝数比关系有根据电流与匝数比为副线圈电路中解得当将R1、R2调换位置时，由分析有A正确；B．由于可知，随的减小而减小，当给R2并上一个等值电阻时，负载电阻减小，则副线圈输出电压减小，B错误；C．根据可知，副线圈输出电压与电流频率无关，则C错误；D．变压器只能针对交流电才能够正常工作，当ab间换接电压为2U的直流电时，变压器不能发生电磁感应现象，副线圈输出电压为0，D错误。故选A。18.A A．根据题意，断开开关S，设发电机输出电压的有效值为，流过副线圈的电流为，由电流与匝数的关系可得，流过原线圈的电流为，则原线圈的输入电压为，由电压与匝数的关系可得，副线圈的输出电压为，由欧姆定律可得整理得减小光照强度，的电阻增大，则电流减小，原线圈的电流减小，即电流表示数减小，副线圈的输出电压为增大，即电压表的示数增大，故A正确；B．根据题意，从图示位置开始计时，线圈转动时产生的感应电动势的瞬时值表达式为故B错误；C．根据题意可知，开关S处于闭合状态时，将用黑纸包裹，则有原线圈输入电压为金属线圈感应电动势的有效值由电压与匝数的关系有可得由公式可得，的电功率为故C错误；D．根据题意，由A分析可知，当用黑纸包裹，断开开关S，则有又有可得闭合开关S，则有则故D错误。故选A。19.ACDA．根据图像可知，电流方向未发生改变，故充电时通过锂电池的电流是直流电，故A正确；B．开始充电后，电压逐渐增大，达到电动势后，充电电流逐渐减小，故实线是电压曲线，虚线是电流曲线，故B错误；C．根据 可知，锂电池的充电功率先增大后减小，故C正确；D．由题图可知，在前40min，锂电池的平均充电功率故D正确。故选ACD。20.DA．因为电压表读数为36V，电灯电阻为，所以电灯的电流为因为变压器，设原线圈的电流为，有解得由题意可知为电流的有效值，故最大值为故A项错误；B．根据变压器可知原副线圈的电压有效值为解得其电动势为所以矩形线圈产生的电动势的有效值为20V，故B项错误；C．线圈产生的电动势最大值为又有解得所以，电动势随时间变化规律为故C项错误；D．若线圈转速增大1倍，其线圈角速度也增大一倍，故有由上述式子可知，转速变大1倍，电源电动势扩大1倍，而电路没有任何变化，所以电路中的电流也扩大1倍，所以其电压表读数为所以电压表读数也扩大一倍，即示数变为72V，故D项正确。故选D。21.C题图所示位置线圈平面与磁感线平行，处于垂直于中性面的位置，故穿过线圈的磁通量为零（即最小），而磁通量的变化率即瞬时电动势最大，故选C。22.ADACD．当闭合开关S后，负载消耗的功率变大，则副线圈的电流增大，电流表示数增大，由可知，原线圈电流增大，则R1消耗的功率增大；原线圈的电压减小，由可知副线圈电压减小，则电压表示数减小，故AD正确，C错误；B．端接电压恒定的正弦交变电源，电源的输出功率增大，故B错误。故选AD。23.     最大     零     i=Imcosωt     最小     改变     最大     b→a（1）[1][2]图（a）中，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，磁通量变化率为零。（2）[3]从图（b）开始计时，线圈中电流i随时间t变化的关系是i=Imcos ωt。（3）[4][5]当线圈转到图（c）位置时为中性面，感应电流为零，最小，且感应电流方向发生改变。（4）[6][7]当线圈转到图（d）位置时，磁通量变化率最大，此时感应电动势最大，由右手定则可知，ab边感应电流方向为b→a。24.     2.0     110     50[1][2]由ut图像知原线圈两端电压最大值为可知有效值为根据，可得副线圈两端的电压由欧姆定律可知流过电阻的电流所以，电流表的示数为2.0A，电压表的示数为110V。[3]输入端交变电流的周期为0.02s，频率为50Hz，变压器不改变频率，则副线圈中交变电流的频率也为50Hz。25.          小于（1）[1] “发电厂”的输出功率一定联立以上各式得（2）[2] 使用550kV电压输电时，由于输电线有电阻，所以“变压电站一”原线圈电压小于550kV，副线圈电压为10kV，根据变压器变压原理，“变压电站一”的降压变压器的匝数比小于55。