第三章交变电流人教版（2019）高中物理选择性必修第二册 学案

第三章交变电流、

一、选择题（本题共8小题，每小题6分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1~4题只有一项符合题目要求，第5~8题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）

1．一只矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动。穿过线圈的磁通量随时间变化的图像如图所示，则以下说法中正确的是（　　）

A．t=0时刻，线圈平面与中性面垂直

B．t=0.01 s时刻，Φ的变化率最大

C．t=0.02 s时刻，交变电流的电动势达到最大

D．该线圈产生的交变电流的电动势随时间变化的图像如图乙

2．如图表示一交变电流随时间而变化的图像，此交流电流的有效值是（　　）

A．5 A B．5A

C． A D．3.5A

3．在变电所里，需要用交流电流表去检测电路上的强电流，由于电网中的电流通常会超出一般电流表的量程，因此常使用电流互感器。下列能正确反映电流互感器工作原理的是（　　）

A． B．

C． D．

4．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率，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．用户得到的电流

5．如图（a）所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为，为热敏电阻，其电阻随温度升高而减小，为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表。当原线圈接如图（b）所示的正弦交流电时，下列说法正确的是（　　）

A．副线圈两端电压的瞬时值表达式为

B．RT处温度升高时，电流表的示数增大

C．RT处温度升高时，两只电压表的示数均保持不变

D．RT处温度降低时，变压器原线圈的输入功率增大

6．在如图所示的电路中，L1、L2、L3是三盏相同的灯泡。当a、b两端接交流9V时，三盏灯的发光情况相同。若将a、b两端接直流9V时，观察到的现象是（　　）

A．刚接通时L3比L2先亮 B．刚接通时L1、L2、L3同时亮

C．稳定后L1不亮，L2比L3亮 D．稳定后L1不亮，L2、L3的亮度相同

7．调压变压器是一种自耦变压器，它的构造如图所示。线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上，AB间加上正弦交流电压U，移动滑动触头P的位置，就可以调节输出电压。在输出端连接了滑动变阻器R和理想交流电流表，变阻器的滑动触头为Q，则（　　）

A．保持P的位置不动，将Q向下移动时，电流表的读数变小

B．保持P的位置不动，将Q向下移动时，电流表的读数变大

C．保持Q的位置不动，将P沿顺时针方向移动时，电流表的读数变大

D．保持Q的位置不动，将P沿顺时针方向移动时，电流表的读数变小

8．如图所示为某小型电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，升、降压变压器均为理想变压器。在输电线路的起始端接入A、B两个互感器（均为理想），互感器原、副线圈的匝数比分别为100∶1和1∶10，电压表的示数为，电流表的示数为，线路总电阻，则下列说法正确的是（　　）

A．线路上损耗的功率

B．发电机输出的电功率

C．互感器A是电压互感器，互感器B是电流互感器

D．用户使用的用电设备越多，降压变压器输出电压U4大小不会改变

二、非选择题：本题共4小题，共52分。

9．利用如图甲所示的可拆变压器零部件，组装后通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系。

（1）本实验要主要运用的科学方法是___________；

A.等效替代法        B.控制变量法        C.整体隔离法        D.理想模型法

（2）本实验可能要用到的测量仪器是___________；

A.直流电压表        B.电压互感器        C.多用电表            D.钳形电流表

（3）利用如图乙所示的装置，直接在原线圈的“0”和“800”两个接线柱之间接的交流电源，用电表测量副线圈的“0”和“400”两个接线柱之间的电压，则副线圈两端测得的电压可能是___________。

A.8.48V            B.5.98V            C.1.48V            D.0V

10．交流发电机的原理如图甲所示，闭合的矩形线圈放在匀强磁场中，绕轴匀速转动，在线圈中产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示，已知线圈的电阻为，求：

（1）线圈电阻上产生的电热功率是多少？

（2）保持线圈匀速转动，内外界对线圈做的功是多少？

11．如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为，在原、副线圈的回路中分别接有定值电阻、滑动变阻器，原线圈一侧接在电压为的正弦交流电源上，求：

（1）当时，两端的电压各为多少？

（2）调节的阻值，电路中各部分的电压、电流也随之变化，当变压器原线圈中的电流多大时，消耗的功率最大？最大值为多少？此时的阻值多大？

12．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P=100kW，发电机的输出电压为U1=250V，经升压变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线=8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4=220V。已知输电线上损失的功率P线=5kW，假设两个变压器均是理想变压器，试求

（1）整个输电网络的输电效率（即用户实际消耗的功率占电源输出功率的百分比）；

（2）降压变压器的匝数比n3：n4；

（3）若因用户增加导致用户消耗功率达到211.2kW，且要求用户电压U4不变，输电网络的输电效率不能太低，则可调整发电机输出功率和降压变压器的匝数比以满足要求，求调整后降压变压器原、副线圈的匝数比和发电机的输出功率。

13．一正弦式交变电流的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

14．某理想变压器的原线圈接在的正弦交流电源上，副线圈输出电压为，输出电流为。该变压器（　　）

A．原、副线圈的匝数之比为100∶1 B．输入电流为

C．输入电流的最大值为 D．原、副线圈交流电的频率之比为1∶100

15．某电动牙刷的充电装置含有变压器，用正弦交流电给此电动牙刷充电时，原线圈两端的电压为，副线圈两端的电压为，副线圈的电流为，若将该变压器视为理想变压器，则（　　）

A．原、副线圈匝数之比为 B．原线圈的电流为

C．副线圈两端的电压最大值为 D．原、副线圈的功率之比为

16．低压卤素灯在家庭电路中使用时需要变压器降压。若将“”的交流卤素灯直接通过变压器（视为理想变压器）接入电压为的交流电后能正常工作，则（　　）

A．卤素灯两端的电压有效值为 B．变压器原、副线圈的匝数比为55∶3

C．流过卤素灯的电流为 D．卤素灯的电阻为

17．如图所示，N匝正方形闭合金属线圈abcd边长为L，线圈处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴OO′以角速度ω匀速转动，ab边距轴。线圈中感应电动势的有效值为（　　）

A． B． C． D．

18．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

19．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

20．如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是（　　）

A．甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场

B．乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场

C．甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电

D．乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电

21．某住宅小区变压器给住户供电的电路示意图如图所示，图中R为输电线的总电阻。若变压器视为理想变压器，所有电表视为理想电表，不考虑变压器的输入电压随负载变化，则当住户使用的用电器增加时，图中各电表的示数变化情况是（　　）

A．A1增大，V2不变，V3增大

B．A1增大，V2减小，V3增大

C．A2增大，V2增大，V3减小

D．A2增大，V2不变，V3减小

22．如图，理想变压器原线圈接在的交流电源上，副线圈匝数可通过滑片P来调节。当滑片P处于图示位置时，原、副线圈的匝数比，为了使图中“，”的灯泡能够正常发光，下列操作可行的是（　　）

A．仅将滑片P向上滑动

B．仅将滑片P向下滑动

C．仅在副线圈电路中并联一个阻值为的电阻

D．仅在副线圈电路中串联一个阻值为的电阻

参考答案：

1．B

【详解】A．t=0时刻，磁通量最大，则线圈平面与中性面平行，A错误；

B．t=0.01 s时刻，Φ-t图像斜率最大，则Φ的变化率最大，B正确；

C．t=0.02 s时刻，磁通量最大，感应电动势为0，C错误；

D．磁通量最大时，感应电动势为0；磁通量为0即磁通量变化率最大时，感应电动势最大，图乙不符，D错误。

故选B。

2．B

【详解】根据有效值的概念可知

解得

I=5A

故选B。

3．B

【详解】由理想变压器的原、副线圈的电流之比可知，电流与匝数成反比。则电流互感器副线圈应匝数较多，同时原线圈应串在需要测量电流的线路中，且匝数较少。

故选B。

4．C

【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错误；

C．由升压变压器的电流关系有

升压变压器电压关系

解得

输电线上损失的电压

由电压关系

解得

故C正确；

D．由降压变压器的电流关系

解得

故D错误。

故选C。

5．ABC

【详解】A．根据题意，由图（b）可知，原线圈所接交流电电压的最大值为，周期为，则

理想变压器原、副线圈的匝数比为，则副线圈中电压的最大值为

周期和频率与原线圈相同，则副线圈两端电压的瞬时值表达式为

故A正确；

BC．RT处温度升高时，RT的阻值变小，原副线圈的匝数比不变，原线圈输入电压不变，则两只电压表的示数均保持不变，电流表的示数变大，故BC正确；

D．RT处温度降低时，RT的阻值变大，电流表示数变小，原线圈电流变小，原线圈电压不变，则变压器原线圈的输入功率减小，故D错误。

故选ABC。

6．AC

【详解】AB．接直流刚接通时，由于L自感阻碍电流的增大，故灯慢慢变亮，最终稳定；L3与电阻串联，刚接通就亮；所以A正确，B错误；

CD．稳定后电容器相当于断路，故不亮。支路直流阻碍大于支路直流阻碍（接交流时三灯发光情况相同知接交流时L的感抗加阻抗等于R的阻抗），所以稳定后比亮，因此C正确，D错误。

故选AC。

7．AD

【详解】AB．保持P的位置不动，即是保持变压器的原、副线圈的匝数比不变，则滑动变阻器R两端的电压不变，当将Q向下移动时，连入电路的电阻的阻值变大，因而电流减小，故A正确，B错误 ；

CD．保持Q的位置不动，即是保持滑动变阻器R连入电路的阻值不变，将P沿顺时针方向移动时，变压器的原线圈的匝数不变，副线圈的匝数减少，滑动变阻器R两端的电压将减小，所以电流表的读数变小，故D正确，C错误。

故选AD。

8．BC

【详解】A．根据

代入数据得

线路上损耗功率

故A错误；

B．根据变压器原理可知

代入数据得

发电机输出电功率

故B正确；

C．感器A并联接入电路是电压互感器，互感器B串联接入电路是电流互感器，故C正确；

D．用户使用的用电设备越多，用户电流增大，输电电流增大，输电线损失电压增大，降压变压器输入电压减小，降压变压器输出电压减小，故D错误。

故选BC。

9．     B     C     C

【详解】（1）[1]本实验中，主要通过改变一个物理量，保持其他物理量不变，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，利用了控制变量法。

故选B。

（2）[2]本实验需要测量副线圈两端的电压，需要用交流电压表，可用多用电表替代。

故选C；

（3）[3]由题可知，原线圈输入交流电的有效值为6V，若为理想变压器，根据原、副线圈的电压比与匝数比的关系

可得副线圈的电压

考虑到不是理想变压器，有漏磁等现象，则副线圈所测得得电压大于零小于3V，可能为1.48V。

故选C。

10．（1）；（2）

【详解】（1）由图像可知通过线圈电流的最大值为，则电流有效值为

线圈电阻上产生的电热功率为

（2）根据功能关系可知，内外界对线圈做的功为

11．（1）20V，40V；（2），，

【详解】（1）设两端的电压分别为，通过他们的电流为，由变压器的规律得

又由欧姆定律得

联立解得

（2）电源提供的总功率为

消耗的功率为

消耗的功率为

当时

此时

又

得

由

得

所以

12．（1）；（2）；（3）；240kW

【详解】（1）输电效率

（2）输电线电流I3，由

得

对用户，由

得

由理想变压器的电流与匝数的关系可得

（3）由输电线路的关系

，

可得

U2=4000V

当用户消耗功率达到P′=211.2kW后

，

，

解得

由

可得

由于I2′=I3′，发电机的输出功率为

13．C

【详解】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。

14．B

【详解】A．原、副线圈的匝数之比为

故A错误；

B．根据

可得输入电流为

故B正确；

C．输入电流的最大值为

故C错误；

D．变压器不会改变交流电的频率，故原、副线圈交流电的频率之比为1∶1，故D错误。

故选B。

15．B

【详解】A．由理想变压器的变压公式，可知原副线圈匝数之比为

A错误；

B．由理想变压器的变流公式

解得原线圈电流

B正确；

C．根据有效值与最大值的关系可知，副线圈两端的电压最大值

C错误；

D．根据理想变压器输出功率大于输入功率可知，原副线圈的功率之比为，D错误。

故选B。

16．B

【详解】A．卤素灯上标记的额定电压即为卤素灯两端的电压有效值，A错误；

B．根据理想变压器的原理可知

B正确；

C．流过卤素灯的电流为

C错误；

D．卤素灯是非线性元件，电阻随着电压不同而改变，D错误。

故选B。

17．B

【详解】交流电的最大值和两条边到转轴的距离无关，为

因此有效值为

故选B。

18．C

【详解】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。

19．B

【详解】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。

20．A

【详解】A．甲图中细短铁丝显示的磁场分布均匀，则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故A正确；

B．乙图中细短铁丝显示的磁场分布不均匀，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故B错误；

C．根据发电机原理可知甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故C错误；

D．乙图中是非匀强磁场，则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电，故D错误；

故选A。

21．D

【详解】不考虑变压器的输入电压随负载变化，即变压器原线圈的输入电压不变，根据

可知，变压器副线圈的输出电压不变；当住户使用的用电器增加时，即用户的总电阻变小，由

可知，副线圈的电流变大，而由

可知V3减小；由理想变压器的原理

可知原线圈的电流变大；故综合上述分析可知A1增大，A2增大，V2不变，V3减小；

故选D。

22．BD

【详解】原线圈电压有效值

则次级电压有效值

则为了使图中“，”的灯泡能够正常发光，则需要减小次级电压，即仅将滑片P向下滑动；或者仅在副线圈电路中串联一个电阻，阻值为

故选BD。