第三章 交变电流 章末检测【B卷】（练习）-高中物理课件（人教版2019选择性必修第二册）

第三章 交变电流 章末检测【B卷】

（考试时间：75分钟  试卷满分：100分  命题范围：第三章 交变电流）

第Ⅰ卷（选择题 共43分）

一．单选题（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，只有一项符合题目要求）

1．（2022·广东·高三专题练习）如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为20:1，图中电表均为理想电表，R为光敏电阻（其阻值随光强增大而减小），L1和L2是两个完全相同的灯泡。原线圈接入如图乙所示的正弦交流电压u，下列说法正确的是（　　）

A．若L1的灯丝烧断后，电压表的示数会变小

B．电压表的示数为5V

C．交流电压的频率为100Hz

D．当照射R的光强增大时，电流表的示数变大

【答案】D

【解析】A．当L1的灯丝烧断后，变压器的输入电压不变，根据变压比公式，输出电压也不变，故电压表读数不变，选项A错误；

B．原线圈接入电压的最大值是220V，所以原线圈接入电压的有效值是U=220V

理想变压器原、副线圈匝数比为20：1，所以副线圈电压是11V，所以V的示数为11V，选项B错误；

C．由图乙知T=0.02s，所以频率为，选项C错误；

D．R阻值随光强增大而减小，根据知副线圈电流增加，根据知副线圈输出功率增加，根据能量关系，原线圈输入功率也增加，则原线圈电流增加，所以电流表A的示数变大，选项D正确。故选D。

2．（2022·广东·模拟预测）为做好疫情防控供电准备，防控指挥中心为医院设计的备用供电系统输电电路简图如图甲所示，矩形交流发电机匝数为n=50，线圈、导线的电阻均不计，在匀强磁场中以矩形线圈中轴线OO’为轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间t的变化图像如图乙所示，。并与变压器的原线圈相连，变压器的副线圈接入到医院为医疗设备供电，变压器为理想变压器，假设额定电压为220V的医疗设备恰能正常工作。下列说法正确的有（　　）

A．电压表的示数为

B．假如给变压器输入端接入电压的直流电，医疗设备能正常工作

C．变压器的匝数比为5：22

D．从t=0开始计时，变压器的原线圈两端的电压

【答案】C

【解析】AC．根据图像可得

线圈的角速度

线圈产生的电动势，根据

则电压表的示数为

变压器的匝数比，A错误，C正确；

B．根据变压器的原理，变压器输入端接入电压为50V的直流电，变压器不工作，医疗设备不能正常工作，B错误；

D．当此时磁通量为0，则变压器的原线圈两端的电压为，D错误。故选C。

3．（2021·湖北高考真题）如图所示，理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电，副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻。在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中（　　）

A．电流表A1示数减小 B．电流表A2示数增大

C．原线圈输入功率先增大后减小 D．定值电阻R消耗的功率先减小后增大

【答案】A

【分析】

本题考查含理想变压器电路的动态分析。

【解析】

AB．由于原线圈所接电压恒定，匝数比恒定，故变压器副线圈的输出电压恒定，变阻器的滑片从a端向b端缓慢移动的过程中，由数学知识可知，变压器副线圈所接的电阻值逐渐增大，则由欧姆定律得

可知副线圈的电流逐渐减小，由可知变压器原线圈的电流I1也逐渐减小，故A正确，B错误；

C．原线圈的输入功率为由于I1逐渐减小，则原线圈的输入功率逐渐减小，故C错误；

D．由于副线圈的电流逐渐减小，则定值电阻与变阻器右半部分并联的总电流减小，又与定值电阻并联的变阻器右半部分的电阻值减小，则由并联分流规律可知，流过定值电阻的电流逐渐减小，则由公式

可知，定值电阻R消耗的电功率逐渐减小，故D错误。故选A。

4．如图所示，闭合开关后，的电阻两端的交流电压为，电压表和电流表均为理想交流电表，则（　　）

A．该交流电周期为 B．电压表的读数为

C．电流表的读数为 D．电阻的电功率为

【答案】C

【解析】

A．该交流电的周期

B．电压表的读数为交流电的有效值，即，选项B错误；

C．电流表的读数为，选项C正确；

D．电阻的电功率为，选项D错误。故选C。

5．（2021·北京高考真题）一正弦式交变电流的i - t图像如图所示。下列说法正确的是（　　）

A．在t0.4 s时电流改变方向 B．该交变电流的周期为0.5 s

C．该交变电流的表达式为 D．该交变电流的有效值为

【答案】C

【解析】

A．由图可知t0.4 s时电流为正方向最大，电流方向没有发生变化，故A错误；

B．由图可知，该交变电流的周期为T=0.4s，故B错误；

C．由图可知，电流的最大值为，角速度为

故该交变电流的表达式为，故C正确；

D．该交变电流的有效值为，故D错误。故选C。

6．某同学设计了一个充电装置，如图所示，假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2s，电压最大值为0.05V，理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1∶60，下列说法正确的是（　　）

A．交流电的频率为10Hz

B．副线圈两端电压最大值为3V

C．变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关

D．充电电路的输入功率大于变压器的输入功率

【答案】B

【解析】

A．周期是T=0.2s，频率是 ，故A错误；

B．由理想变压器原理可知解得，副线两端的最大电压为，故B正确；

C．根据法拉第电磁感应定律可知，永磁铁磁场强，线圈中产生的感应电动势越大，变压器的输入电压会越大，故C错误；

D．由理想变压器原理可知，充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，故D错误。故选B。

7．（2021·天津一模）如图所示为某实验室研究远距离输电的模拟装置。理想变压器的匝数比，交变电源的电动势，r为输电线的电阻，则（　　）

A．闭合开关后，灯泡两端的电压为50V

B．闭合开关后，通过灯泡电流的频率为10Hz

C．依次闭合开关、、，输电线消耗的电功率越来越大

D．依次闭合开关、、，在此过程中灯泡越来越亮

【答案】C

【解析】A．升压变压器的输出电压为

降压变压器的输入电压为

降压变压器的输出电压为

解得

而，A错误；

B．交变电源的频率为，B错误；

CD．设灯泡总电阻为R，流过灯泡的总电流为I，流过输电线的电流为，根据电流关系有

根据选项A的推导有

即

化简为

依次闭合开关、、，则灯泡的总电阻R减小，则流过灯泡的总电流I增大，根据电流关系可知流过输电线的电流也增大，则输电线消耗的电功率在增大。在输电线路上，输电线损耗的电压升高，则降压变压器的输入电压减小，输出电压也减小，所以灯泡电压降低，亮度降低。C正确，D错误。故选C。

二．多选题（本题共3小题，每小题5分，共15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5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）

8．（2021·河北邯郸高三开学考试）图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈绕转轴匀速转动。A为电流传感器（与计算机相连），为定值电阻，线圈电阻为，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像，下列说法中正确的是（　　）

A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0，对应图乙中或时刻

B．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中或时刻

C．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量变化率最大

D．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量变化率最大

【答案】AD

【解析】

ABC．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时，磁通量最大，、边均不切割磁感线，感应电动势为0，电流为0，对应图乙中或时刻，由法拉第电磁感应定律知，磁通量变化率为0， BC错误A正确；

D．、时刻感应电流最大，感应电动势最大，由法拉第电磁感应定律知，磁通量变化率也最大，、边垂直切割磁感线，线圈平面与磁感线平行，磁通量最小，D正确。

故选AD。

9．某交流发电机工作的示意图如图所示，单匝矩形线框在匀强磁场中绕逆时针匀速转动，若从图示位置（线框平面与磁场方向垂直）开始计时，则在线框从图示位置转过的过程中，下列说法正确的是（　　）

A．通过线框的电流方向由到 B．通过线框的电流方向由到

C．通过线框的电流的最大值与平均值的比值为    D．通过线框的电流的最大值与平均值的比值为

【答案】BC

【解析】

AB．根据楞次定律，在线框从图示位置转过的过程中，通过线框的电流方向为，故A错误，B正确；

CD．该过程中通过线框的电流的最大值为

线框中产生的平均感应电动势为

感应电流的平均值为

解得

故C正确，D错误。故选BC。

10．（2022·山东·高三专题练习）如图（甲）所示，理想变压器原副线圈匝数比n1∶n2= 55∶4，原线圈接有交流电流表A1，副线圈电路接有交流电压表V、交流电流表A2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．交流电压表V的读数为64V

B．灯泡L两端电压的有效值为 22.6V

C．当滑动变阻器的触头P向下滑动时，电流表A2示数增大，A1示数减小

D．由图乙可知交流发电机转子的角速度为100πrad/s

【答案】BD

【解析】A．由图乙可知，原线圈输入电压有效值为440V，根据 =

可得副线圈电压为32V，交流电压表V的示数为有效值，即为32V，A错误；

B．设灯泡L两端电压的有效值为U′，灯泡的阻值为r，交变电流的周期为T，根据交变电流有效值的定义有 = T，解得U′ = 22.6V，B正确；

C．当滑动变阻器的触头P向下滑动时，滑动变阻器阻值减小，则由欧姆定律可知，电流表A2示数增大，因为理想变压器输入功率与输出功率相等，所以电流表A1示数也增大，C错误；

D．根据可知，交流发电机转子的角速度为100πrad/s，D正确。故选BD。

第Ⅱ卷  （非选择题  共57分）

三、非选择题（共57分，解答题应写出必要的文字说明、方程式或重要演算步骤，只写出最后答案的不得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）

11．（6分）（2021·北京丰台二模）利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系：

（1）除图中所示器材外，还需要的器材有___________；

A．干电池          B．低压交流电源   C．直流电压表      D．多用电表

（2）下列说法正确的是___________；

A．变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈

B．变压器工作时在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”能量的作用

C．理想变压器原、副线圈中的磁通量总是相同

D．变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零

（3）由于变压器工作时有能量损失，实验测得的原、副线圈的电压比应当___________（选填“大于”、“等于”或者“小于”）原、副线圈的匝数比。

【答案】BD    BC    大于   

【解析】（1）[1]实验中若用干电池变压器不能互感变压，必须要有低压交流电源提供交流电，B需要；需要用多用表测量电压，D需要；综上所述需要的实验器材为BD；

（2）[2]A．变压器是通过互感工作，而不是通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈，故A错误；

B．变压器工作时在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”能量的作用，故B正确；

C．理想变压器的原副线圈通过铁芯共用同一个磁场，则两线圈的磁通量总是相同，磁通量的变化率也相同，故C正确；

D．变压器的原线圈两端电压由发电机提供，则副线圈上不接负载时，原线圈两端的电压不变，故D错误；

故选BC。

（3）[3]根据变压器原理可知原副线圈两端电压之比等于原副线圈两端电压之比，即变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比，实验中由于变压器的铜损、磁损和铁损，导致变压器的铁芯损失一部分的磁通量，所以副线圈上的电压的实际值一般略小于理论值，所以原线圈与副线圈的电压之比一般大于原线圈与副线圈的匝数之比。

12．（9分）在“探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系”实验中，某同学利用“教学用的可拆变压器”进行探究。

（1）下列器材中，实验需要的器材是________；

A．干电池     B．低压交流电源

C．220 V交流电源     D．条形磁体

E．可拆变压器和导线      F．直流电压表

G．多用电表

（2）该同学认真检查电路无误后，先保证原线圈匝数不变，改变副线圈匝数；再保证副线圈匝数不变，改变原线圈匝数。分别测出相应的原、副线圈两端的电压值。由于交变电流的电压是变化的，所以，我们实际上测量的是电压的________（选填“有效”或“最大”）值。其中一次操作后副线圈所接多用电表读数如图所示，此时电表读数为________；

（3）理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成________（选填“正比”或“反比”），实验中由于变压器的铜损和铁损导致原线圈与副线圈的电压之比一般________（选填“大于”“小于”或“等于”）原线圈与副线圈的匝数之比。

【答案】BEG    有效    7.2    正比    大于   

【解析】

（1）[1]“探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系”要用低压交流电源和交流电压表，所以只需要多用电表、低压交流电源以及可拆变压器和导线，故选B、E、G；

（2）[2][3]多用电表测量的是交流电压的有效值。题图多用电表选用的挡位是交流电压10 V挡，由题图可得电表读数为7.2 V；

（3）[4][5]根据

可知，理想变压器原、副线圈电压应与其匝数成正比；实验中由于变压器的铜损和铁损导致副线圈的电压U2较小，所以导致

13．（12分）（2021·江苏省前黄高级中学高三模拟）如图所示，N=50匝的矩形线圈abcd，ab边长l1=20cm，ad边长l2=25cm，放在磁感应强度B=0.4T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n=3000r/min的转速匀速转动，线圈电阻r=1Ω，外电路电阻R=9Ω，t=0时线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外、cd边转入纸里。求：

（1）线圈转一圈外力做的功；

（2）从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量。

【答案】（1）98.6J；（2）0.1C

【解析】

（1），所以由角速度与转速关系

感应电动势最大值为

电动势有效值

线圈匀速转动的周期

线圈匀速转动一圈，外力做功大小等于电功的大小，即

代入数据，解得

（2）从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量

14．（12分）如图（甲）为小型旋转电枢式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′按如图所示方向匀速转动，线圈的匝数n=100、电阻r=10Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R=90Ω，与R并联的交流电压表为理想电表。在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。（取π=3.14）求：

(1)交流发电机产生的电动势的最大值；

(2)从t=0时刻开始计时，线圈转过60°时线圈中感应电流瞬时值及回路中的电流方向；

(3) 从图示位置转过90°时电路中交流电压表的示数。

【答案】(1)200V；(2)1A，电流方向abcda；(3)

【解析】

(1)由图线可知，

因为，所以

(2)因为

有

所以

电流方向为abcda；

(3)电动势的有效值

由闭合电路的欧姆定律，电路中电流的有效值为

交流电压表的示数为

15．（18分）（2021·四川·遂宁中学高二阶段练习）2020年属于不平凡的一年，原本属于全国人民的新春佳节却被一场突如其来的疫情打破了，如今新冠病毒在全国白衣天使和所有工作人员的共同努力下得到了有效的遏制，根据中共中央应对新冠肺炎疫情工作领导小组印发《意见》在有效防控疫情的同时积极有序推进复工复产。为了防止复工复产期间停电事故的发生，某工厂购买了一台应急备用发电机及升压变压器及降压变压器各一台。如图，发电机内阻为1，升压变压器匝数比为1：10，降压变压器匝数比9：1，输电线总电阻R=5。工厂共36个车间，每个车间有“220V，22W”灯10盏，若保证全部电灯正常发光，则：

（1）发电机输出功率多大？

（2）发电机电动势多大？

（3）输电的效率是多少？

【答案】（1）8000W；（2）240V；（3）99%

【解析】（1）根据题意，所有灯都正常工作的总功率为

用电器都正常工作时的总电流为

两个变压器之间输电线上的电流为

故输电线上损耗的电功率

升压变压器的输出功率为

而发电机输出功率即为升压变压器的输入功率

（2）降压变压器上的输入电压

输电线上的电压损失为

因此升压变压器的输出电压为

升压变压器的输入电压为

升压变压器的输入电流为

发电机的电动势

（3）输电的效率