2024-2025学年物理教科版（2019）选择性必修第二册 第三章 交流电 章末检测试卷(含解析)

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章末检测试卷(第三章)(满分：100分)一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=1∶3，副线圈回路中接入三个均标有“36 V　40 W”的灯泡，且均正常发光，那么，标有“36 V　40 W”的小灯泡A(　　)A.也正常发光B.将被烧毁C.比另外三个灯泡暗D.无法确定2.(2022·广东卷)如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是(　　)A.两线圈产生的电动势的有效值相等B.两线圈产生的交变电流频率相等C.两线圈产生的电动势同时达到最大值D.两电阻消耗的电功率相等3.(2021·天津卷)如图所示，闭合开关后，R=5 Ω的电阻两端的交流电压为u=502sin 10πt V，电压表和电流表均为理想交流电表，则(　　)A.该交流电周期为0.02 sB.电压表的读数为100 VC.电流表的读数为10 AD.电阻的电功率为1 kW4.电站向某地输送5 000 kW的电功率，输电线上损耗的电功率为100 kW，如果把输电电压提高为原来的10倍，同时将输电线的横截面积减为原来的一半，而输送的电功率不变，那么输电线损耗的电功率为(　　)A.0.2 kWB.0.5 kWC.2.0 kWD.5.0 kW5.(2023·北京市通州区期末)某理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=311∶11，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头，电表均为理想电表。闭合开关S后，将滑动变阻器的滑片P从最上端往下滑的过程中，下列说法正确的是(　　)A.电流表的示数增大B.电压表的示数为11 VC.副线圈输出电压的频率为100 HzD.变压器的输入功率减小6.(2020·浙江7月选考)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 AB.输电线上的电流I线=625 AC.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11D.用户得到的电流I4=455 A7.(2023·甘孜州高二校考)如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，变压器均为理想变压器。在输电线路的起始端接入甲、乙两个互感器(均为理想器材)，两互感器原、副线圈的匝数比分别为200∶1和1∶20，降压变压器原、副线圈的匝数比为200∶1，电压表的示数为220 V，电流表的示数为5 A，输电线路总电阻r=20 Ω，则下列说法正确的是(　　)A.互感器甲是电流互感器，互感器乙是电压互感器B.输电线路上损耗的功率约占输电总功率的4.5%C.用户端的电压U4为200 VD.用户使用的用电设备增多，流过电流互感器的电流减小二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)8.(2024·天津市月考)图甲是一台小型发电机的结构示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势e随时间t变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈的电阻r=2 Ω，外接灯泡的电阻为10 Ω。则(　　)A.在t=0.01 s时刻，穿过线圈的磁通量最大B.理想电压表的示数为6 VC.灯泡消耗的电功率为2.5 WD.线圈产生感应电动势的瞬时值表达式e=602·sin 50πt (V)9.(2024·苏州市第十中学高二月考)无线充电给我们生活带来了很大的方便，图甲是手机无线充电器的示意图，其原理如图乙所示，当送电线圈接上220 V的正弦交变电流后，会产生一个变化的磁场，从而使手机的受电线圈中产生交变电流，该电流经过其他装置转化为直流电给手机充电，该装置实际上可等效为一个无漏磁的理想变压器。送电线圈的匝数为N1，受电线圈匝数为N2，N1∶N2=44∶1，若手机电阻为5 Ω，当该装置给手机充电时，下列说法正确的是(　　)A.流过原、副线圈的电流之比为1∶44B.受电线圈两端c、d之间的输出电压为4 VC.充电时流过手机的电流为1 AD.保持ab端输入电压不变，若在充电时玩大型游戏(即增大手机用电功率)，则受电线圈的输出电流将变小10.(2023·内江市高二期末)如图，是某款手摇点火器原理图。当钢针和金属板间瞬时电压超过5 000 V时可以产生电火花。已知匀强磁场的磁感应强度B大小为0.2 T，手摇发电机线圈的面积为0.25 m2，共50匝，不计内阻。变压器为理想变压器，其原、副线圈匝数比为1∶100。下列说法正确的是(　　)A.线圈转速等于2 r/s时，1 min内点火器可以产生120次电火花B.线圈转速等于4 r/s时，点火器可以产生电火花C.电压表的示数为5 V时，点火器可以产生电火花D.只有当电压表示数超过252 V，点火器才可以产生电火花三、非选择题(本题共5小题，共54分)11.(8分)(2023·重庆市巴蜀中学校考)某同学在“探究变压器原、副线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，(1)(2分)以下哪些实验器材是其所必需的　　　　　(选填字母代号)。 A.学生电源B.多用电表C.干电池组D.直流电压表E.条形磁铁F.滑动电阻器G.可拆变压器(铁芯、两个已知匝数的线圈)(2)(2分)在实验过程中，下列操作正确的是　　　　　(选填字母代号)。 A.为保证实验顺利进行，电源应选用低压直流电源B.为保证多用电表的安全，应使用交流电压挡测电压，并先用最大量程挡试测，大致确定被测电压后再选用适当的挡位进行测量C.实验结束后应先断开开关，再拆除多用电表，以免烧坏电表D.因为使用电压较低，通电时可用手直接接触裸露的导线、接线柱(3)(2分)变压器的线圈都绕在铁芯上，为了保护器件，提高变压器的效率，途径之一是　　　　　(选填“增大”或“减小”)铁芯材料的电阻率；另一途径就是用互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯，以顶部可拆铁芯横梁为例，每片硅钢片平面应垂直于图乙中的　　　　　(选填字母代号)。 A.平面abcdB.平面aehdC.平面efghD.平面abfe(4)(2分)如图甲，当把12 V的交变电压接在原线圈“0”和“16”两个接线柱之间，那么接“0”和“4”的副线圈的输出电压可能是　　　　　(选填字母代号)。 A.3.5 VB.3 VC.2.7 V12.(8分)如图所示，处在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场中的矩形线框MNPQ，以恒定的角速度ω绕对角线NQ转动。已知MN长为l1，NP长为l2，线框总电阻为R，t=0时刻线框平面与纸面重合，则：(1)(4分)矩形线框产生的感应电动势有效值为　　　　； (2)(4分)矩形线框转过π过程中产生的热量为　　　　。 13.(10分)(2021·江苏卷)贯彻新发展理念，我国风力发电发展迅猛，2020年我国风力发电量高达4 000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为0.20 T，线圈的匝数为100、面积为0.5 m2，电阻为0.6 Ω，若磁体转动的角速度为90 rad/s，线圈中产生的感应电流为50 A。求： (1)(5分)线圈中感应电动势的有效值E；(2)(5分)线圈的输出功率P。14.(14分)如图甲，电动车现在成为了许多人常用的代步工具，其中的主要零件有车架、电动机、控制器、蓄电池和充电器。把电动车的电动机拆下来，使其中的线圈转动，并外接上用电器R(可看作纯电阻)，电动机就变成发电机能给R供电，其原理如图乙所示。线圈abcd的面积是0.05 m2，共100匝。线圈电阻为1 Ω，外接电阻R=9 Ω，匀强磁场的磁感应强度大小为B=1π T，方向垂直纸面向里，当线圈以ω=10π rad/s的角速度匀速转动时。(各电表均视为理想交流电表)(1)(3分)求线圈感应电动势的最大值Em和交流电压表示数U(结果可以保留根式)。(2)(3分)从图示位置开始计时，写出电路中电流i的瞬时值表达式。(3)(4分)求线圈转一圈用电器R产生的热量。(4)(4分)经130 s通过电阻R的电荷量是多少(结果保留一位有效数字)？15.(14分)(2023·重庆市田家炳中学高二校考)小型水电站发电机的输出功率为360 kW，输出电压为250 V。先经过升压变压器T1进行高压输送，输送线路总电阻为4 Ω。为满足用户日常用电需求，在到达用户端之时利用降压变压器T2把电压降为220 V。允许输送过程损失的功率控制为4%。整个远距离输电线路如图甲所示，且变压器T1、T2都可看作理想变压器，则：(1)(9分)升压变压器的原、线圈的匝数之比和降压变压器的输入电压；(2)(5分)用户区的小明同学正在家中使用额定电压为10 V的调光台灯，该灯是利用可控硅光调节器来实现调节灯光强弱的。如图是经过调节器调节后加在电灯上的电压如图乙所示(图乙中曲线为正弦曲线的一部分)。当台灯正常工作时，试求Um。答案精析1.A　［理想变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比，由副线圈回路中三个均标有“36 V　40 W”的灯泡均能正常发光，可知副线圈两端电压U2=36×3 V=108 V，所以原线圈两端电压U1=n1n2U2=36 V，灯泡A与原线圈并联，两端电压也为36 V，能正常发光，故选A。］2.B　［根据E=nΔΦΔt，可知两线圈中磁通量的变化率相等，但是匝数不同，则产生的感应电动势最大值不相等，有效值也不相等，根据P=U2R可知，两电阻消耗的电功率也不相等，选项A、D错误；因两线圈放在同一个旋转磁铁的旁边，则两线圈产生的交变电流的频率相等，选项B正确；当磁铁的磁极到达线圈轴线时，磁通量变化率最大，感应电动势最大，由题图可知两线圈产生的感应电动势不可能同时达到最大值，选项C错误。］3.C　［该交流电的周期T=2πω=2π10π s=0.2 s，电压表的读数为交流电的有效值，即U=5022 V=50 V，选项A、B错误；电流表的读数为I=UR=505 A=10 A，选项C正确；电阻的电功率为P=IU=10×50 W=500 W，选项D错误。］4.C　［输电电压提高为原来的10倍，根据P=UI知，输电电流减小为原来的110，输电线的横截面积减为原来的一半，根据电阻定律R=ρlS知，则输电线的电阻增大为原来的2倍，根据P损=I2R知，输电线上损耗的电功率减小为原来的150，则输电线上损耗的功率为2.0 kW，故C正确，A、B、D错误。］5.A　［当滑动变阻器的滑片P向下滑动过程中，副线圈的总电阻变小。由于原线圈两端电压有效值不变，匝数不变，则副线圈两端电压有效值不变，根据欧姆定律可知副线圈电流增大，根据I1I2=n2n1，可知原线圈电流增大，电流表示数增大，则变压器的输入功率增大，故A正确，D错误；由题图甲可知原线圈两端电压有效值为U1=Um2=3112 V≈220 V，根据U1U2=n1n2可得U2≈7.8 V，故B错误；由题图知，周期为2×10-2 s，则频率f=1T=50 Hz，故C错误。］6.C　［发电机输出电流I1=PU1=100×103250 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=P线R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=P4U4=95×103220 A=4 75011 A，故n3n4=I4I线=19011，故C正确，D错误。］7.B　［互感器甲并联在零、火线上，所以是电压互感器，互感器乙串联在电路中，是电流互感器，故A错误；电流表的示数为5 A，互感器乙原、副线圈的匝数比1∶20，则线路上电流I=100 A，线路上损耗的功率P损=I2r=200 kW，电压表的示数为220 V，原、副匝数比为200∶1，所以输送电压U=44 000 V，功率P=UI=4 400 kW，则输电线路上损耗的功率约占输电总功率的2004 400×100%=4.5%，故B正确；U3=44 000 V-100×20 V=42 000 V由降压变压器原、副线圈的匝数比为200∶1可得，用户端的电压U4=U3200=210 V，选项C错误；用户使用的用电设备增多，用户回路电流变大，则流过电流互感器的电流变大，故D错误。］8.AC　［在t=0.01 s时刻，电动势为0，则线圈位于中性面，穿过线圈的磁通量最大，A正确；由题图乙可知，电动势的最大值为Em=62 V，周期为0.02 s，则电动势的瞬时值表达式为e=Emsin （2πTt）=62sin 100πt （V），D错误；理想电压表的示数为有效值，并且测量外电路电压，故U=ER+rR=Em2R+rR=5 V，B错误；灯泡消耗的电功率P=U2R=2510 W=2.5 W，C正确。］9.AC　［流过原、副线圈的电流之比等于原、副线圈的匝数反比，则流过原、副线圈的电流之比为I1I2=N2N1=144，故A正确；根据N1N2=U1U2，代入数据解得受电线圈两端c、d之间的输出电压为U2=5 V，故B错误；充电时流过手机的电流为I2=U2R=55 A=1 A，故C正确；保持ab端输入电压不变，则受电线圈的输出电压不变，若在充电时玩大型游戏（即增大手机用电功率），则受电线圈的输出电流将变大，故D错误。］10.BD　［线圈在匀强磁场中转动产生交流电，设转速为n，则发电机的最大电动势为Em=NBSω=NBS·2πn，发电机的最大电动势等于变压器的输入线圈电压的最大值，U1m=Em，根据变压器两端的匝数比等于电压比，有1100=n1n2=U1mU2m，钢针和金属板间瞬时电压超过5 000 V时可以产生电火花，令U2m=5 000 V，联立各方程解得U1m=50 V，n=10π r/s≈3.18 r/s，故线圈转速等于2 r/s时，点火器不可以产生电火花；线圈转速等于4 r/s时，副线圈的电压最大值超过了5 000 V，能产生电火花，故A错误，B正确；电压表的示数为交流电有效值，刚点火时UV=U1m2=252 V，电压表的示数为5 V时，点火器不可以产生电火花；只有当电压表示数超过252 V，点火器才可以产生电火花，故C错误，D正确。］11.（1）ABG　（2）B　（3）减小　D　（4）C解析　（1）实验中，必须要有学生电源提供交流电，A需要，C不需要；学生电源本身可以调节电压，无需滑动变阻器F；需要用多用电表测量交流电压，B需要，D不需要；本实验不需要用条形磁铁，需用可拆变压器来进行实验，G需要，E不需要。综上所述，需要的实验器材为ABG。（2）为了保证实验安全、有效地进行，应选用低压交流电源，故A错误；为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故B正确；实验结束后应先拆除多用电表，再断开开关，防止断开开关时线圈自感产生大的自感电动势烧坏电表，故C错误；通电时不可用手直接接触裸露的导线、接线柱，以免造成磁通量损失，故D错误。（3）变压器的线圈都绕在铁芯上，为了保护器件，提高变压器的效率，由P=I2R知途径之一是减小铁芯材料的电阻率；另一途径就是用互相绝缘的薄硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯，以顶部可拆铁芯横梁为例，每片硅钢片平面应垂直于题图乙中的平面abfe，使相邻硅钢片绝缘，故选D。（4）根据变压器原理可知，理想变压器原、副线圈匝数之比等于电压之比，即n1n2=U1U2=164=41，故理想状态下U2=3 V，但考虑到实验过程中的系统误差，变压器不是理想变压器，故U2