2024-2025学年物理教科版（2019）选择性必修第二册单元复习提升卷 第三单元 交流电（含解析）

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2024-2025学年教科版（2019）选择性必修第二册单元复习提升卷 第三单元 交流电2（含解析）一、选择题：本题共12小题，共60分。在每小题给出的四个选项中，第1~10题只有一项符合题目要求，每小题5分；第11~12题有多项符合题目要求，全部选对得5分，选对但不全得2分，选错得0分。1.在图甲所示的交流电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比为，电阻，为滑动变阻器。电源电压u随时间t按正弦规律变化如图乙所示，则下列说法正确的是( )A.滑片P向下移动时，电流表示数增大B.滑片P向上移动时，电阻的电流增大C.当时，电流表的示数为3AD.当时，电源的输出功率为48W2.汽油发动机内经过压缩的汽油与空气的混合物，需要火花塞来点燃。某汽油发动机火花塞需要高达10 kV的电压才能点火，一同学设计了如图所示的点火电路。已知直流电源的电压为12 V，升压变压器的输出端接到火花塞上，开关是自动控制的。下列说法正确的是( )A.两电路都不可能使火花塞点火，因为变压器不能改变直流电压B.图(a)和(b)的电路中，保持开关闭合，输出端都会获得持续的高压C.图(a)的电路中，在开关断开瞬间，输出端会产生高压D.图(b)的电路中，在开关断开瞬间，输出端会产生高压3.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，其输出部分可等效为一个不计内阻的交流电源，其电压会随着心跳频率发生变化。如图所示，心电图仪与一理想变压器的原线圈相连接，扬声器（等效为一个定值电阻）与一滑动变阻器连接在副线圈两端。下列说法正确的是( )A.保持电压不变，向左滑动滑片P，副线圈两端的电压减小B.保持电压不变，向左滑动滑片P，变压器的输入功率变小C.保持滑片P不动，当变大时，扬声器两端的电压变小D.保持滑片P不动，当变大时，扬声器的功率变大4.如图所示，理想变压器原线圈的匝数为100匝，副线圈的匝数为200匝，交流电源的电压。与原线圈相连的定值电阻，副线圈与最大阻值为的滑动变阻器R相连，P为其滑片。下列说法正确的是( )A.通过滑动变阻器R的交流电频率为100HzB.滑片P向上滑动，滑动变阻器R两端的电压变大C.滑片P向下滑动，通过的电流变大D.改变滑片P的位置，副线圈的最大输出功率为24.2W5.用长度为L，横截面面积为S、电阻率为ρ的金属丝制成正方形线框abcd，然后置于磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图所示，绕与ab边重合的固定轴从中性面开始沿图示方向逆时针匀速转动，转动的角速度为ω，下列说法正确的是( )A.线框从图示位置转过的过程中，线框中电流的方向为B.线框中感应电流的有效值C.线框转过一周的过程中，产生的焦耳热D.线框从图示位置转过半圈的过程中，通过线框某一横截面的电荷量为06.如图甲所示为一台小型发电机的结构示意图，内阻为0.7Ω的单匝线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦图线如图乙所示，电压表、电流表均为理想交流电表，定值电阻的阻值，则下列说法正确的是( )A.发电机产生的电动势最大值为，线圈的转速B.电流表的示数为10A，电压表的示数为110VC.0~0.01s的时间内，通过定值电阻的电荷量为D.时，穿过线圈的磁通量变化率最大7.某小型水电站发电、输电的简易模型如图所示。已知水轮机叶片的转速为每秒n转，水轮机带动发电机线圈转动，发电机线圈面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度大小为B。水电站经过原、副线圈匝数比为的理想变压器给定值电阻R供电。滑片P的初始位置在副线圈的最上端，发电机线圈电阻的阻值为r，定值电阻R的阻值为9r。则( )A.当滑片P在初始位置时，变压器的输出电压为B.当滑片P在初始位置时，变压器的输出电压为C.将滑片P缓慢向下滑动的过程中，R消耗的功率一直增大D.将滑片P缓慢向下滑动的过程中，R消耗的功率先增大后减小8.如图甲所示的电路中，变压器为理想变压器，交流电压表和电流表均可视为理想电表，定值电阻，，灯泡的电阻恒定。当开关S断开、电路的输入端接入如图乙所示的交流电压时，灯泡正常发光，电压表示数为36V，电流表示数为1A，则下列说法正确的是( )A.灯泡中的电流是频率为0.5Hz的交流电B.理想变压器原、副线圈的匝数比为C.若将开关S闭合，则电压表的示数将变为27VD.若将开关S闭合，则小灯泡的功率将变为81W9.如图所示是小型交流发电机的示意图，面积为S的N匝线圈在磁感应强度大小为B的匀强磁场中绕水平轴以角速度ω匀速转动，以图示位置为时刻开始计时，已知电表均为理想电表，二极管为理想二极管，定值电阻的阻值均为R，其他电阻可忽略，理想变压器原、副线圈的匝数分别为，则( )A.电压表的示数为B.时刻原线圈中电流为0C.与时间内发电机的输出功率之比可能为1:4D.时间内与的电功率之比为1:510.如图（甲）所示，理想变压器原副线圈匝数比，原线圈接有交流电流表，副线圈电路接有交流电压表V、交流电流表、滑动变阻器R等，所有电表都是理想电表，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，灯泡L的阻值恒定。原线圈接入的交流电压的变化规律如图（乙）所示，则下列说法正确的是( )A.由图乙可知交流发电机转子的角速度为B.交流电压表V的读数为C.灯泡L两端电压的有效值为D.当滑动变阻器的触头P向上滑动时，电流表示数减小，电压表V示数减小11.如图所示，交流发电机（内阻不计）产生的交流电直接输送到理想变压器的原线圈，电路中的电流表A和电压表V均为理想交流电表，电阻。开关S断开时，发电机输出电流的表达式为，电压表V的示数为20 V，则( )A.变压器原、副线圈的匝数比为5:1B.流过电阻R的电流方向每秒改变50次C.若合上开关S，则电压表示数将减小D.若将发电机线圈的转速减半，则电流表示数将减半12.如图所示，边长为L、绕线N匝、总电阻为r的正方形线圈处于磁感应强度为B、水平向右的匀强磁场中，线圈以角速度ω绕轴匀速转动，外接电阻值为R，则下列说法正确的是( )A.图示状态时理想电压表的示数B.从图示位置转过时理想电压表的示数为C.从图示位置转过时理想电压表的示数为0D.线圈从图示位置转过的过程中，通过电阻R的电荷量为二、实验探究题，共16分。13.（8分）物理实验课上，同学们用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。可拆变压器如图甲、乙所示。乙图中线圈上标的数字为该接线柱到“0”接线柱间的线圈匝数。（1）观察变压器的铁芯，它的结构和材料是( )A.整块硅钢铁芯B.整块不锈钢铁芯C.绝缘的铜片叠成D.绝缘的硅钢片叠成（2）如图，当左侧线圈“0”“2”间接入交流电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出电压可能是_______。A.B.C.（3）第（2）问测得结果电压比不等于匝数比的原因可能是_______。14.（8分）“祖冲之”研究小组在做关于变压器的实验。(1)可拆变压器的铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成的。如图甲所示，原线圈接交流电源，副线圈接入小灯泡。第一次，缓缓移动铁芯横条使铁芯完全闭合；第二次，另取一块与变压器铁芯横条尺寸相同的普通铁块替换铁芯横条，重复上述实验。两次均观察到小灯泡由暗变亮。下列说法正确的是________。A.第二次实验中小灯泡更亮些B.用普通铁块和用铁芯横条相比，铁芯横条更容易发热C.无论用普通铁块还是用铁芯横条，流经小灯泡的电流均为交变电流(2)如图乙所示的电路中，电压为的交流电源通过阻值为的定值电阻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、。若保持不变，将可变电阻R的阻值减小，则流经原线圈的电流_______（填“增大”“减小”或“不变”）；当可变电阻R的阻值为_______（用、和表示）时，可变电阻R的功率最大。三、计算题，共24分。15.（12分）如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈的面积，匝数、线圈总电阻为，匀强磁场的磁感应强度大小为，线圈两端通过滑环、电刷外接一个阻值为的定值电阻。从线圈平面经中性面开始计时（）并以的转速匀速转动时，求：（1）写出线圈中感应电动势e随时间t的瞬时值表达式；（2）在的时间内电阻R上所产生的热量Q。16.（12分）某个小型发电机的线圈匝数，内阻可忽略不计，在匀强磁场中以的角速度匀速转动，转动过程中通过线圈的最大磁通量。发电机的总功率，通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电，示意图如图所示，升压变压器原、副线圈的匝数之比，输电线的总电阻，其他导线电阻不计，用户端得到的电压为。求：(1)升压变压器原线圈两端的电压；(2)输电线上损失的功率；(3)降压变压器原、副线圈的匝数之比。答案以及解析1.答案：D解析：A.滑片P向下移动时，接入电路的阻值减小，故与并联的总电阻减小，根据等效电阻法，可知减小，故原线圈两端电压减小，副线圈两端电压减小，电流表示数减小，故A错误；B.滑片P向上移动时，接入电路的阻值增大，故与并联的总电阻增大，根据等效电阻法，可知增大，原线圈中的电流减小，副线圈中的电流减小，原线圈两端电压增大，副线圈两端电压增大，电流表示数增大，故电阻的电流减小，故B错误；CD.当时，，，故原线圈两端电压，副线圈两端电压，电流表的示数为，又原线圈中的电流为，故C错误，D正确。故选D。2.答案：C解析：图(a)电路闭合开关瞬间，左侧线圈中，变化的电流引起左侧线圈磁通量的变化，进而引起右侧线圈内磁通量的变化，则在输出端产生较大的感应电动势。C正确。3.答案：D解析：A.保持电压不变，根据可知，副线圈两端的电压不变，故A错误；B.保持电压不变，次级电压不变，向左滑动滑片P，R阻值减小，次级电阻减小，则次级消耗的功率变大，则变压器的输入功率变大，故B错误；C.保持滑片P不动，当变大时，变压器次级电压变大，扬声器两端的电压变大，故C错误；D.保持滑片P不动，当变大时，根据可知，变压器次级电压变大，次级电流变大，则扬声器的功率变大，故D正确。故选D。4.答案：D解析：A.由可得，通过滑动变阻器R的交流电频率为，A错误；B.将变压器与副线圈电阻等效为一个定值电阻，则，又联立可得，交流电压的有效值为滑片P向上滑动时，滑动变阻器R的阻值减小，等效电阻阻值减小，由闭合电路欧姆定律原线圈电流增大，变压器输入电压减小，则变压器输出电压减小，滑动变阻器R两端的电压减小，B错误；C.滑片P向下滑动，滑动变阻器R的阻值增大，等效电阻阻值增大，由闭合电路欧姆定律通过的电流变小，C错误；D.副线圈的输出功率为故，副线圈的最大输出功率为24.2W，D正确。故选D。5.答案：C解析：A.由楞次定律可知，线框转过的过程中，线框中电流的方向为，A错误；B.线框的电阻电动势的峰值有效值故电流的有效值B错误；C.线圈转过一周的过程中产生的焦耳热C正确；D.线框从图示位置转过半圈的过程中，通过线框某一横截面的电荷量D错误。故选C。6.答案：C解析：A.由题图乙可知，发电机产生的电动势最大值为，电动势的有效值为，周期为，则转速为，故A错误；B.电流表的示数为，电压表测量的是定值电阻两端的电压，电压表的示数为，故B错误；C.线圈的角速度为，根据线圈最大感应电动势为，可得，则电荷量，故C正确；D.在时，由题图乙可知此时的电动势为零，感应电动势与磁通量的变化率成正比，故该时刻穿过线圈的磁通量变化率为零，故D错误。故选C。7.答案：D解析：由于水轮机叶片的转速为每秒n转，则线圈转速为当转速在单位取转每秒时，转速即为频率，可知，发电机输出交变电流的频率为n，时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，即以中性面为计时起点，根据正弦交流电产生规律，该发电机输出的电压为瞬时值为则当滑片P在初始位置时，根据正弦式交流电有效值的特征，发电机输出电压的有效值为将原副线圈等效为一个电阻与发电机串联，则等效电阻的大小为因此原线圈两端的电压为因此变压器的输出电压为设原线圈电流为I，则副线圈电流为，由原副线圈功率相等得解得根据原副线圈的功率相等可知R消耗的功率整理可得可知时，消耗的功率有最大值，可知消耗的功率先增大，后减小。 故选D。8.答案：C解析：A.由图乙可知，电路输入端输入的交变电流的频率为变压器不改变交变电流的频率，所以灯泡中电流的频率为，故A错误；B.当开关断开时，电阻两端的电压为电路输入电压的有效值为则原线圈两端的电压为电压表测量的是副线圈的电压，则根据故B错误；C.根据可得，副线圈的电流为，则灯泡的电阻为副线圈在原线圈中的等效电阻为此时原线圈中的电流为电阻的分压为原线圈的电压为则电压表的示数，即副线圈的电压为故C正确；D.灯泡的功率为故D错误。故选C。9.答案：D解析：A.根据理想变压器的变压规律可得副线圈两端的电压为故A错误；B.时刻，线圈平面与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为零，则感应电动势、感应电流最大，故B错误；C.与时间内，副线圈电流之比为1:2，故原线圈电流之比为1:2，发电机输出功率为所以发电机的输出功率之比为1:2，故C错误；D.设副线圈电压的有效值为U，且一周期内，产生的焦耳热为一周期内，产生的焦耳热为则与的电功率之比为故D正确。故选D。10.答案：C解析：A.根据图像可知周期，则角速度故A错误；BC.原线圈电压的有效值为根据理想变压器的电压规律求解副线圈的电压，即交流电压表的示数为因为小灯泡和二极管相连，二极管具有单向导电性，根据有效值的定义解得灯泡两端电压，故B错误，C正确；D.当滑动变阻器的触头P向上滑动时，副线圈接入的总电阻增大，副线圈两端电压不变，所以电流表示数减小，根据单相理想变压器的电流规律，可知电流表的示数也减小，故D错误。故选C。11.答案：ACD解析：开关S断开时，电表读数为有效值，副线圈电流，原线圈电流，则原、副线圈匝数比为，故A正确。变压器不改变电流的频率，根据发电机输出电流的表达式可知，可得，则流过电阻R的交变电流的频率为50 Hz，其方向每秒改变100次，故B错误。若合上开关S，则负载总电阻减小，由副线圈电压不变，可知副线圈电流增大，电阻两端的电压增大，电阻R两端的电压减小，即电压表示数将减小，故C正确。根据发电机电压的峰值，可得有效值，可知，若发电机线圈的转速减半，则原、副线圈电压均减半，副线圈电流减半，因而原线圈中电流将减半，即电流表示数将减半，故D正确。12.答案：BD解析：ABC.线圈在匀强磁场中以恒定角速度转动，产生感应电动势的最大值为电压表的示数为有效值，电压表示数为AC错误，B正确；D.在时间段内，通过电阻R的电荷量为由闭合回路欧姆定律可知，回路中的电流为由法拉第电磁感应定律可知感应电动势为在时间段内，磁通量的变化量为由以上各式联立解得D正确。故选BD。13.答案：（1）D（2）B（3）不是理想变压器，有漏磁等现象解析：（1）观察变压器的铁芯，它的结构是绝缘的硅钢片叠成。故选D。（2）若是理想变压器，则有变压器线圈两端的电压与匝数成正比的关系，若变压器的原线圈接0和2两个接线柱，副线圈接0和4两个接线柱，可知原副线圈的匝数比为1:2，则副线圈的电压为12V，考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则输出电压可能小于12V，但一定大于原线圈的6V。故选B。（3）不是理想变压器，有漏磁等现象导致电压比不等于匝数比。14.答案：(1)C(2)增大；解析：（1）A.第二次，另取一块与变压器铁芯横条尺寸相同的普通铁块替换铁芯横条后，普通铁块产生涡流增大了，变压器能量损失增大，灯泡变暗，故A错误；B.用普通铁块和用铁芯横条相比，普通铁块产生涡流增大，更容易发热，故B错误；C.根据变压器的工作原理可知，无论用普通铁块还是用铁芯横条，流经小灯泡的电流均为交变电流，故C正确。故选C。（2）把作为电源内阻，将原线圈匝数部分等效为电阻，设原、副线圈电流分别为，则根据能量守恒因为联立解得根据闭合电路欧姆定律得可知电阻R的阻值减小时，原线圈的电流增大；要让可变电阻R的功率最大，则功率最大，此时电源内阻等于外阻，即代入方程解得15.答案：（1）（2）450J解析：（1）线圈转动过程产生的交流电的峰值为图中以中性面作为计时起点，则感应电动势的瞬时值（2）电流的有效值。则在1s内R上的焦耳热16.答案：(1)500V(2)2000W(3)解析：（1）发动机输出电压的峰值为升压变压器原线圈两端的电压（2）输电线上损失的功率又，联立，解得（3）根据又，联立，解得