2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第二册 第三章 交变电流 单元检测卷5（含解析）

2022—2023学年高二粤教版（2019）选择性必修第二册

第三章 交变电流 单元检测卷5（含解析）

一、单选题（共28分）

1．如图，用两台理想变压器进行远距离输电，第一台升压变压器原线圈的电压恒定不变。当输送功率为P0时，降压变压器输出端用户可得到的功率为0.99P0。为了能输送更大的电功率，将两台变压器之间的线路更换，新线路电阻为原线路电阻的一半，其他输电设备不变。线路中电能的损失除两变压器之间的电线发热外，其他损失不计，升压变压器原线圈输入电压恒定。关于该新的输电线路，下列说法正确的是线路电阻（　　）

A．若实际输送功率是2P0，则输电线损失功率为0.01P0

B．若实际输送功率是2P0，则输电线损失功率为0.02P0

C．若用户实际功率是1.98P0，则实际输送的总功率为2.02Po

D．若用户实际功率是0.99P0，则实际输送的总功率为P0

2．理想变压器与三个阻值相同的定值电阻R1、R2、R3组成如图所示的电路，变压器原、副线圈的匝数比为1∶2。在a、b间接入正弦式交变电流，则下列说法正确的是（　　）

A．R1、R2、R3两端的电压之比为2∶1∶2

B．R1、R2、R3消耗的功率之比为4∶1∶4

C．a、b间输入功率与变压器输入功率之比为15∶2

D．a、b间输入电压与变压器输入电压之比为3∶1

3．如图甲所示，一小型交流发电机线圈的匝数为100，面积为，其电阻忽略不计；a、b两端与理想变压器相连，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，电容器的电容为C，P、Q为其上、下极板。t=0时刻，线圈绕垂直于N、S两极间磁场（可视为匀强磁场）的水平轴OO′匀速转动，线圈产生的感应电动势e随时间t变化的关系如图乙所示。已知电容器的电容越大，交流电的频率越高，电容器对交流电的阻碍作用越小，电容器始终正常工作。下列说法不正确的是（　　）

A．N、S两极间磁场的磁感应强度大小为

B．若仅将P板上移，则通过滑动变阻器的电流将增大

C．若仅将P板上移，则a、b两端的输入功率将减小

D．若仅将滑动变阻器的阻值增大，则定值电阻的电功率将增大

4．空间被等分成8个区域，每隔1个区域分布着匀强磁场，磁感应强度大小和磁场方向如图所示。半径为l、电阻为r、圆心角为45°的扇形线框绕圆心O在纸面内逆时针匀速转动，角速度大小为?，则线框内电流的有效值为（　　）

A． B． C． D．

5．手机无线充电利用了电磁感应原理。如图甲所示，充电基座内的送电线圈接入正弦式交变电流，会激发周期性变化的磁场，手机中安装有受电线圈，二者距离很近时，受电线圈会感应出交变电流，利用二极管整流和滤波电路处理，最终输出直流电为手机电池充电。图乙和图丙分别是手机中受电线圈经二极管整流前后电压与时间的关系图象。下列说法正确的是（　　）

A．送电线圈接入正弦式电流的频率小于

B．手机远离充电基座时，受电线圈中的电流大小不变

C．受电线圈回路中的磁通量达到最大时，线圈两端的电压也达到最大

D．将图乙和图丙中的电压分别加在同一电阻上，内产生的热量相同

6．如图所示，小型发电机中线圈有20匝（未画出），在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动，产生正弦交流电，通过理想变压器向用电器输电，副线圈回路中接有小灯泡（6V12W）和交流电动机M，当闭合开关时，小灯泡和电动机均正常工作，交流电流表的示数为2A，已知电动机的内阻为，则以下说法正确的是（　　）

A．电动机的输出功率为27W B．变压器的输入功率为

C．线圈最大磁通量为 D．1s内通过交流电流表的电流方向改变50次

7．纸面内一正方形金属线框MNPQ的PQ边与匀强磁场的边界重合，匀强磁场垂直纸面向外且范围足够大。第一次将金属线框以速度v匀速拉进匀强磁场内（如图甲）；第二次金属线框以PQ边为轴匀速转动180°（如图乙），此时MN边的线速度大小为v。设两过程中线框中产生的焦耳热分别为Q1和Q2，则 等于（　　）

A．4 B．8 C． D．

二、多选题（共12分）

8．原、副线圈匝数比为k的理想变压器，原线圈与定值电阻串联并接入电压有效值恒定的交流电源，副线圈电路中接有理想电压表和最大阻值也为的滑动变阻器R，开始时滑片P位于滑动变阻器中央位置，如图所示。将滑片P向下滑至a点时，滑动变阻器接入电路的阻值为，电压表的示数为；将滑片P向上滑至b点时，滑动变阻器接入电路的阻值为，电压表的示数为，且。下列说法正确的是（　　）

A．原、副线圈匝数比

B．原、副线圈匝数比

C．在将滑片P向下滑至a点的过程中，理想变压器的输出功率先增大后减小

D．在将滑片P向上滑至b点的过程中，理想变压器的输出功率一直增大

9．2021年下半年，全国多地为避免能源供应不足而影响民生，开始出台限产限电措施。为了研究远距离输电时输电导线的总电阻对电路的影响，某学校兴趣小组设计了如图所示的电路。间接入正弦交流发电机，发电机输出电压保持不变。用滑动变阻器接入的电阻模拟输电导线的总电阻，变压器可视为理想变压器，为两个规格相同的灯泡且其电阻可视为不变，开始时开关S处于闭合状态。下列说法正确的是（　　）

A．当滑动变阻器滑片P向右滑动时，两灯泡均变亮

B．当滑动变阻器滑片P向右滑动时，间输出的总功率变小

C．当开关S断开时，灯泡变亮

D．当开关S断开时，变压器的输出功率变小

10．如图所示，甲图是远距离输电的电路示意图，乙图是用电器两端的电压随时间变化的图像。已知降压变压器的原线圈与副线圈的匝数之比，输电线的总电阻，降压变压器的输出功率，发电机的输出电压为250 V，电路中的升压变压器和降压变压器均为理想变压器。则下列结论正确的是（　　）

A．降压变压器原线圈中电流的频率为100 Hz

B．流过输电线的电流大小为10 A

C．发电机的输出功率为92 kW

D．升压变压器原、副线圈的匝数之比

三、实验题（共15分）

11．某同学做“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验。

（1）下列器材中，实验需要用到的有___________

A．干电池

B．学生电源

C．可拆变压器及导线

D．直流电压表

E．多用电表

（2）在实验中，该同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅增加原线圈的匝数，副线圈两端的电压将___________（选填“增大”、“减小”或“不变”），该实验采用的物理方法是___________。

12．实验“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”

（1）实验室中有下列器材：

A．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）

B．条形磁铁

C．直流电源

D．多用电表

E．开关、导线若干

F．低压交流电源

上述器材在本实验中不需要的是___________（填器材序号）。

（2）该学生继续做实验，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压___________（选填“增大”“减小”或“不变”）；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压___________（选填“增大”“减小”或“不变”）；上述“探究副线圈两端的电压与匝数的关系”中采用的实验方法是___________。

四、解答题（共45分）

13．某个小型水电站发电机的输出功率为，发电机的输出电压为。通过升压变压器升压后向远处输电，输电线的双线总电阻为，在用户端用降压变压器把电压降为，已知在输电线上损失的功率为4kW，请你计算：

（1）输电线损失的电压；

（2） 输电线路中的升、降压变压器原、副线圈的匝数比。

14．如图所示，有一小型火力发电站，其发出的电力通过远距离输电供给某大型制造工厂使用。已知升压变压器原、副线圈匝数比，输电线等效电阻，变压器原、副线圈匝数比为，输电过程中所有变压器均为理想变压器。工厂输入电压为工业用电标准电压，即，工厂目前耗电功率约为。

（1）求发电站的输出电压；

（2）经过提能扩产，该工厂的耗电功率提升至，求此时发电厂的输出功率。

15．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）t=0时感应电流的方向；

（2）感应电动势的瞬时值表达式；

（3）线圈转一圈外力做的功；

（4）从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量。

16．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，求：

（1）升压变压器的匝数比n1：n2；

（2）降压变压器的匝数比n3：n4；

参考答案

1．B

【解析】

【详解】

AB．对于原输电线路，输送的电功率为，用户可得到的功率为，则原输电线路上损失的电功率为。设升压变压器副线圈的电压为U，原输电线路的总电阻为r，有

更换新的输电线后，设输送功率为P，由于升压变压器原线圈输入电压恒定，故副线圈输出电压不变，输电线上的电流为，输电线路损失的功率为

若实际输送功率是时，

A项错误，B项正确；

C．用户得到的功率与输送功率之间的关系为

若用户的实际功率为，则此时实际输送的总功率为，C项错误；

D．若实际输送的总功率为时，则损失的功率

用户得到的实际功率应，故D项错误。

故选B。

2．C

【解析】

【详解】

A．设R3的电流为I，电压为U，则有

根据理想变压器原理可得原线圈两端电压电流为

，

R2与原线圈是并联关系，则有

，

R1两端的电压与电流为

，

所以R1、R2、R3两端的电压之比为5∶1∶2，A错误；

D．a、b间输入电压为

所以a、b间输入电压与变压器输入电压之比为

D错误；

B．由可得，R1、R2、R3消耗的功率与其电压的平方成正比，则有

P1∶P2∶P3＝25∶1∶4

B错误；

C．a、b间输入功率为

变压器输入功率为

所以a、b间输入功率与变压器输入功率之比为15∶2，C正确。

故选C。

3．C

【解析】

【详解】

A．从图像可知

求得

A错误；

B．P板上移，由

可知电容变小，电容的容抗变大，流过滑动变阻器的电流将变小，B错误；

C．由B项分析可知，流过滑动变阻器的电流变小，由知，滑动变阻器的功率将减小，而R1的电压不变，其功率不变，则理想变压器的输出功率变小，由可知，a、b两端的输入功率将减小，C正确；

D．原线圈电压不变，副线圈电压不变，定值电阻的电功率不变，D错误。

故选D。

4．D

【解析】

【详解】

线圈从图示位置转过第一个和第四个90°时，感应电动势最大值

有效值

线圈转过第二个和第三个90°时，感应电动势最大值

有效值

则一个周期内电动势有效值E满足

解得

则电流的有效值

故选D。

5．D

【解析】

【详解】

A．送电线圈与受电线圈的频率相同，都为

故A错误；

B．手机远离充电基座时，受电线圈中感应电流变小，故B错误；

C．受电线圈回路中的磁通量达到最大时，线圈中的感应电动势为零，线圈两端的电压为零，故C错误；

D．将图乙和图丙中的电压分别加在同一电阻上，因为他们的电压有效值相等，故内产生的热量相同，故D正确。

故选D。

6．A

【解析】

【详解】

C．发电机电动势最大值

线圈最大磁通量为

C错误；

D．由题意知

则交流电的频率

一个周期内交流电方向改变两次，故1 s内通过交流电流表的电流方向改变25次，D错误；

B．电流表示数为

发电机产生电动势的有效值为

则变压器的输入功率

B错误；

A．由理想变压器中电压比与匝数比的关系知

解得

由电流比与匝数比的关系知

解得

则通过电动机的电流为

则电动机的输出功率

A正确。

故选A。

7．C

【解析】

【详解】

设正方形线框的边长为、电阻为，磁场的磁感应强度大小为。题图甲中线框产生的感应电动势为

时间为

产生的热量为

题图乙中线框产生的感应电动势的最大值为

有效值为

时间为

产生的热量为

解得

故选C。

8．AD

【解析】

【详解】

AB．设交流电源输出电压有效值为U，则有

，，

联立以上各式，并分别将、和、带入到和中，可得

，

联立可解得

A正确，B错误；

CD．根据

，

可得

根据“等效思想”，将变压器及其右侧电路等效到左侧电路中，视为k2R的电阻，结合理想变压器的基本规律，作出变压器输出功率与的关系图如图所示

将滑片P从中央位置向下滑至a点过程，对应图象中的第Ⅱ段，可见此过程随着增大，输出功率一直减小，将滑片P从中央位置向上滑至b点过程，对应图象中的第I段，可见此过程随着减小，输出功率一直增大，C错误，D正确。

故选AD。

9．AC

【解析】

【详解】

A．设理想变压器原、副线圈的匝数分别为，电流分别为，电压分别为，副线圈的负载电阻设为R，有

对理想变压器有

把理想变压器原线圈等效为电阻，有

等效电阻与滑动变阻器串联接入间，当滑动变阻器滑片P向右滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻r减小，间总电阻减小，间电压U一定，可知原线圈电流增大，副线圈电流也增大，所以两灯泡均变亮，故A正确；

B．间输出的总功率

当滑动变阻器滑片P向右滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻r减小，可知间输出的总功率变大，故B错误；

C．当开关S断开时，副线圈的负载电阻R增大，原线圈等效电阻也增大，等效电阻分压变大，理想变压器原线圈两端电压变大，副线圈两端电压也变大，灯泡变亮，故C正确；

D．可把滑动变阻器接入电路的电阻r视为电源内阻，变压器的输入功率

当开关S断开时，R变为原来的2倍，也变为原来的2倍，但与r的大小关系未知，变压器的输入功率如何变化无法判定，故变压器的输出功率如何变化也无法判定，故D错误。

故选AC。

10．BD

【解析】

【分析】

本题考查电能的输送。

【详解】

A．由用电器两端的电压随时间变化的图像可知

故

变压器不改变电流的频率，故A错误；

B．由电功率可知，降压变压器的输出电流

根据

解得流过输电线的电流大小

故B正确；

C．发电机的输出功率

故C错误：

D．流过升压变压器原线圈的电流

根据

解得

故D正确。

故选BD。

11．     BCE     减小     控制变量法

【解析】

【详解】

（1）[1]变压器的原理为交流互感，不需要干电池，需要学生电源提供交流电，需要用到的低压交流电流表和电压表可用多用电表代替，另外还需要可拆变压器及导线。

故选BCE。

（2）[2][3]在实验中，其同学保持原线圈两端的电压及副线圈的匝数不变，仅增加原线圈的匝数，根据原副线圈电压之比等于匝数之比可得副线圈两端的电压将减小。研究的过程采用的是控制变量法。

12．     BC     增大     减小     控制变量法

【解析】

【详解】

（1）[1]实验中用交流电源供电,不需要直流电源，且使用变压器不需要条形磁铁，故不需要BC；

（2）[2]保持原线圈匝数不变，增加副线圈匝数，根据可得，副线圈两端电压增大，

[3]保持副线圈匝数不变，增加原线圈匝数，根据可得,副线圈两端电压减小，

[4]上述“探究副线圈两端的电压与匝数的关系”中采用的实验方法是控制变量法

13．（1）；（2）；

【解析】

【详解】

（1）在输电线上损失的功率为，根据

解得

（2）升压变压器原线圈电流

副线圈电流

根据

可得

升压变压器副线圈电压

降压变压器原线圈电压

根据

可得

14．（1）765V；（2）770kW

【解析】

【详解】

（1）根据变压器电压与匝数成正比，有

得

工厂目前耗电功率约为，则

根据变压器电流与匝数成反比，有

得

则

根据变压器电压与匝数成正比，有

得

（2）该工厂的耗电功率提升至，即提升至2P，则此时

则降压变压器原线圈电流

损耗功率

此时发电厂的输出功率

15．（1）线圈感应电流方向为adcba。；（2）314cos100πt (V)；（3）98.6 J；（4）0.1 C

【解析】

【详解】

（1）根据右手定则，线圈感应电流方向为adcba。

（2）线圈的角速度

图示位置的感应电动势最大，其大小为

代入数据得

感应电动势的瞬时值表达式

（3）电动势的有效值

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

代入数据得

（4）从t=0起转过90°过程中，Δt内流过R的电荷量

代入数据得

16．（1）；（2）

【解析】

【详解】

（1）发电机输出的电流

输电线上的电流

故升压变压器的匝数比

（2）升压变压器的副线圈输出电压

输电线损耗电压

降压变压器的原线圈电压

故降压变压器的匝数比