高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流1 交变电流达标测试

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1．线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动产生交变电流，下列说法正确的是（ ）
A．线圈平面经过中性面时，线圈磁通量为零
B．线圈每转动一周，感应电流及感应电动势方向改变一次
C．线圈平面经过中性面时，感应电流为零
D．线圈平面经过中性面时，感应电动势最大
【答案】C
【详解】A．线圈平面经过中性面时，线圈平面与磁场方向垂直，则线圈磁通量最大，故A错误；
B．线圈每转动一周，经过两次中性面，每经过一次中性面感应电流及感应电动势方向都要改变一次。因此线圈每转动一周，感应电流及感应电动势方向改变两次，故B错误；
CD．线圈平面经过中性面时，磁通量变化率为零，则感应电动势和感应电流都为零，故C正确，D错误。
故选C。
2．电烙铁、电风扇和电视机三个用电器的铭牌上均标有“220V 60 W ”。现让它们在额定的电压下工作相同的时间，产生的热量（ ）
A．电烙铁最多B．电风扇最多C．电视机最多D．一样多
【答案】A
【详解】电烙铁工作时，电能转化为内能，电风扇工作时，主要是电能转化为机械能，电视机利用了电场、磁场、电路等原理接收、播放电视声音和图像，不是利用电流的热效应，故可得，它们在额定的电压下工作相同的时间，产生的热量电烙铁最多，BCD错误，A正确。
故选A。
3．如图为交流发电机的示意图，磁场可视为水平方向的匀强磁场，矩形线圈绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向以角速度ω匀速转动，线圈内阻为r，外电阻为R，电流表为理想电表。已知线圈由图示位置转过30°过程中，通过电阻R的电荷量为q。下列判断正确的是（ ）
A．图示位置线圈的磁通量变化率最小
B．电流表的示数为
C．每经过图示位置1次，电流方向改变1次
D．线圈由图示位置转过90°过程中，通过电阻R的电荷量为3q
【答案】B
【详解】A．线圈位于题中图示位置时，穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大，故A错误；
B．线圈由图示位置转过30°过程中，通过电阻R的电荷量为q，该过程的平均电流
两式联立
解得
所以
故B正确；
C．线圈每经过中性面1次，电流方向改变1次，图示位置与中性面垂面，C错误；
D．根据法拉第电磁感应定律
三个式子联立
可知电量q是正比于磁通量的变化量的，而图示位置转过30°过程中
而由图示位置转过90°过程中
则
故D错误。
故选B。
4．如图所示的电路中，变压器为理想变压器，原、副线圈的匝数比是，电表均为理想电表，R为定值电阻，在原线圈两端接入正弦交流电，各元件正常工作，电流表、的示数分别为、，电压表、的示数分别为、，则下列关系正确的是（ ）

A．B．C．D．
【答案】D
【详解】A．根据题图可知，副线圈的电流等于，原线圈的电流等于，根据变压器原副线圈的电流关系可得
故A错误；
B．设副线圈的电压为，则
根据串联电路的分压可得
联立可得
故B错误；
CD．根据欧姆定律可得
故D正确，C错误。
故选D。
5．我国特高压输电技术在世界上处于领先地位。特高压输电是指直流电压在800kV以上或交流电压在1000kV以上进行的电能输送，特高压输电可使输送中的电能损耗大幅降低。假若采用550kV超高压从A处向B处输电，输电线上损耗的电功率为，在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1100kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为，不考虑其他因素的影响，则（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【详解】设输送的电功率为，输电线上的总电阻为，则550kV输电线上损耗的电功率为
改用1100kV特高压输电，输电线上损耗的电功率为
二者比较，计算得出
C正确。
故选C。
6．如图所示一单匝正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，沿着OO′观察，线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω，则当线圈转至图示位置时（ ）
A．线圈中感应电流的方向为abcda
B．穿过线圈的磁通量最大
C．线圈中的感应电流为
D．穿过线圈磁通量的变化率为0
【答案】C
【详解】A．图示时刻，ad速度方向向里，bc速度方向向外，根据右手定则判断出ad中感应电流方向为，bc中电流方向为，线圈中感应电流的方向为，故A错误；
BD．图示时刻，穿过线圈磁通量为0，ad、bc两边垂直切割磁感线，由法拉第电磁感应定律分析得知，磁通量的变化率最大，故BD错误；
C．图示时刻，线圈中的感应电动势为
线圈中的感应电流为
故C正确。
故选C。
二、多选题
7．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5倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是（ ）
A．原、副线圈匝数之比为5：1
B．原、副线圈匝数之比为4：1
C．此时a和b的电功率之比为4：1
D．此时a和b的电功率之比为1：4
【答案】BD
【详解】AB．灯泡均正常发光，电压均为额定电压U0，则变压器原线圈输入电压为4U0，由
可得
A错误，B正确；
CD．根据原副线圈电流与线圈匝数的关系可知
此时a和b的电功率之比为
故C错误，D正确。
故选BD。
8．有一台理想变压器及所接负载如图所示，在原线圈c、d两端加上交变电压。已知b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，电容器的耐压值足够大。则下列说法正确的是（ ）

A．开关S1始终接a，当滑片P向下滑动时，电压表V1和V2示数均不变
B．开关S1始终接a，当滑片P向下滑动时，电流表A1和A2示数均变小
C．保持滑片P的位置不变，将开关S1由a改接b，电压表V1和V2示数均变大
D．保持滑片P的位置不变，将开关S1由a改接b，电容器所带电荷量的最大值将增大
【答案】BCD
【详解】A．开关S1始终接a不变，变压器输入电压不变，当滑片P向下滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻变大，由于原副线圈的匝数不变，变压器输出电压U2不变，即V1示数不变，由于负载的电阻变大，所以电流I2会减小，而
UR= U2- I2R1
所以UR会变大，即V2示数变大，故A错误；
B．由I1: I2= n2: n1可知，开关S1始终接a，当滑片P向下滑动时电流表A1和A2示数均变小，故B正确；
C．保持滑片P的位置不变，将开关S1由a改接b时，原线圈匝数n1减小，由U1: U2= n1: n2，可知U2变大，电压表V1示数变大，此时R和R1阻值均未变，所以各自分得的电压均变大，即V2示数也变大，故C正确；
D．电容器两端电压等于电阻R两端的电压，当其两端电压(有效值)增大时，最大值也增大，根据Q=CU可知，其所带电荷量的最大值增大，故D正确；
故选BCD。
9．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P=100kW，发电机的电压，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻，在用户端用降压变压器把电压降为。已知输电线上损失的功率，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
B．输电线上的电流
C．降压变压器的匝数比
D．升压变压器匝数比
【答案】BC
【详解】A．由功率
得发电机输出的电流
故A错误；
B．由输电线上损失的功率
得
故B正确；
D．由升压变压器的电流关系
，
升压变压器匝数比
故D错误；
C．升压变压器电压关系
解得
输电线上损失的电压
降压变压器的电压
由电压关系
解得
故C正确。
故选BC。
10．如图甲、乙所示理想变压器原线圈的输入电压均为U，匝数均为100，副线圈上所连接的每个电阻的阻值均为R。图甲中两个副线圈的匝数分别为30、20，图乙中副线圈的匝数为50。下列说法正确的是（ ）

A．图甲、乙中变压器的输入功率相等
B．图乙中每个电阻的功率为
C．通过图甲、乙中原线圈的电流之比为
D．图甲中上、下两个电阻的功率之比为
【答案】BC
【详解】A．对图甲，由理想变压器的变压规律可得两个副线圈的电压分别
，
根据输入功率等于输出功率可得
对图乙，由理想变压器的变压规律可得副线圈的电压
乙中变压器的输入功率为
可知图甲、乙中变压器的输入功率不相等，故A错误；
B．图乙中每个电阻的功率为
故B正确；
C．根据
，
可得
，
通过图甲、乙中原线圈的电流之比为
故C正确；
D．图甲中上、下两个电阻的功率之比为
故D错误。
故选BC。
三、实验题
11．某实验小组用图甲所示电路测量电源E的电动势和内阻，图甲中电压表V的最大量程为3V，虚线框内为用电流计G改装的电流表。
（1）已知电流计G的满偏电流IG＝200 mA、内阻rG＝0.60 Ω，电路中已将它改装成量程为600 mA的电流表，则R1＝ Ω。
（2）通过移动变阻器R的滑片，得到多组电压表V的读数U和电流计G的读数I，作出如图乙的图像。某次测量时，电压表V如图丙所示，则电压表示数为 V。
（3）请根据图乙求出电源的电动势E等于 V，电源内阻等于 Ω（此空保留两位有效数字）。
【答案】 0.30 2.60 2.92/2.93/2.94/2.95 0.88/0.89/0.90
【详解】（1）[1]已知电流计G的满偏电流IG＝200 mA、内阻rG＝0.60 Ω，电路中已将它改装成量程为600 mA的电流表，则
（2）[2]电压表最小刻度为0.1V，则示数为2.60V。
（3）[3][4]根据图乙求出电源的电动势
E=2.93 V
改装后的电流表内阻
电源内阻等于
12．某实验小组发现一卷如图甲所示的金属线，为了测定金属线的电阻率。
（1）他们从金属线中抽取一根细金属丝，截取其中的一部分，拉直后用游标卡尺测金属丝的长度，如图乙所示，则金属丝长 。用螺旋测微器测金属丝的直径，如图丙所示，则金属丝的直径 mm。
（2）现要进一步测量其阻值约为）实验室提供了下列可选用的器材：
电流表A（量程，内阻约）
电压表V（量程，内阻约）
滑动变阻器
电源（电动势，内阻可忽略）
电键、导线若干
为了尽可能提高测量准确度，且要求电表的示数从零开始。根据你所设计的实验电路，用笔画线代替导线补充连接实物图 。
（3）某次实验中电压表、电流表的示数分别为、，则电阻率 。（用所测物理量的符号表示）
【答案】 10.750 3.205/3.204 。
【详解】（1）[1]金属丝长
[2]金属丝的直径为
（或3.204mm）
（2）[3]电压表内阻远大于待测阻值，故电流表应采用外接法，实验要求电表的示数从零开始，滑动变阻器要求采用分压式接法，故电路图如图所示：
（3）[4]待测电阻的阻值为
根据电阻定律有
解得电阻率为
四、解答题
13．如图所示，线圈的面积是S=0.05m2，共有N=100匝，线圈电阻r=1Ω，外接电阻R=4Ω，匀强磁场的磁感应强度为，当线圈以匀速旋转时，求：
（1）若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
（2）线圈每转过一周，整个电路中产生的焦耳热；
【答案】（1）；（2）500J
【详解】（1）产生的最大感应电动势为：
V
感应电动势的瞬时值表达式为
（2）线圈产生的感应电动势的有效值为
V
整个电路中产生的焦耳热为
J
14．如图所示，理想变压器的原副线圈匝数比为，在原线圈回路中接阻值100Ω的电阻，副线圈回路中接阻值为7.5Ω的电阻，原线圈输入端与交流电源相连接，交流电源电压，电表均为理想电表，求：
（1）电源输出电压的有效值；
（2）电流表示数大小及电压表示数的大小。

【答案】（1）220V；（2）1A，30V
【详解】（1）该交流电源电压的表达式为
可得电源输出电压的有效值为
（2）设变压器输入端电压为，输出端电流为，则输出电压为
根据
结合
代入已知相关数据求得
，
即电流表示数为1A，电压表示数的大小为30V。
15．某村在较远的山上建立了一座小型风力发电站，发电机的输出功率为，输出电压为，输电导线的总电阻为，导线上损耗的电功率为，该村的用电电压是。
（1）如果该村工厂用电功率为，则该村还可以装“ ”的电灯多少盏？
（2）输电电路如图所示，求升压、降压变压器的原、副线圈的匝数比。
【答案】（1）2600；（2）；
【详解】（1）据降压变压器输入功率等于输出功率有
灯可以消耗的功率是
所以还可装灯的盏数为
（盏）
（2）根据如图所示输电线路，设高压输电线电流，输电电压为，由题意可知
所以有
而
根据电流与匝数成反比，则有
根据电压与匝数成正比，则
根据电压与匝数成正比，则