高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第三章 交变电流综合与测试单元测试课堂检测

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第三章　交变电流本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。第Ⅰ卷(选择题　共40分)一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1．处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕ab边转动，磁场方向平行于纸面并与ab垂直，在t＝0时刻，线圈平面与纸面重合(如图所示)，线圈的cd边离开纸面向外运动，若规定由a→b→c→d→a方向的感应电流方向为正，则能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图像是下图中的(　C　)解析：线圈在图示位置时磁通量为零，但感应电流为最大值；再由楞次定律可判断线圈在转过90°的过程中，感应电流方向为正，故选项C正确。2．如图所示是一交变电流的i－t图像，则该交变电流的有效值为(　D　)A．4 A   B．2 AC． A   D． A解析：设交流电电流的有效值为I，周期为T，电阻为R，则有：I2RT＝()2R＋IR，代入数据解得：I＝ A，故ABC错误，D正确，故选D。3.如图所示，A、B两输电线间的电压是u＝200sin100πt(V)，输电线电阻不计，把电阻R＝50Ω的用电器接在A、B两输电线上，对此，下列说法正确的是(　A　)A．电流表示数为4 AB．电压表示数为200 VC．通过R的电流方向每秒钟改变50次D．用电器消耗的电功率为1.6 kW解析：由u＝200sin100πt( V)可知，电压最大值Um＝200 V，角速度ω＝100π rad/s，所以电压的有效值U＝＝200 V，周期T＝＝0.02 s，频率f＝＝50 Hz。由欧姆定律得I＝＝ A＝4 A，所以A正确，B错误；一周期内电流方向改变两次，而f＝50 Hz，则1 s内电流方向改变100次，C项错误；电功率P＝IU＝4×200 W＝800 W，所以D项错误。4．(2020·新疆石河子市高二调研)图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表。线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交流电流随时间变化的图像如图乙所示，以下判断错误的是(　C　)A．电流表的示数为10 AB．线圈转动的角速度为100π rad/sC．0.01 s时线圈平面与磁场方向垂直D．0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右解析：电流表的示数指交流电的有效值，即I＝＝10 A, A正确；由i－t图得线圈转动周期T＝2×10－2 s，ω＝＝100π rad/s，B正确；0.01 s时感应电流最大，穿过线圈的磁通量为0，C错误；由图可知t＝0.02时线圈的运动情况与t＝0时刻运动情况相同，右手定则可判断0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右，D项正确。5．(2020·北京市昌平区临川学校高二下学期期中)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为31,4个相同的灯泡如图接入电路，已知副线圈一侧的3个灯泡均正常发光，则原线圈电路中串联的灯泡L的情况是(　C　)A．L将要烧毁   B．L比另外3个灯泡要暗些C．L正常发光   D．不知输入电压，无法判断解析：因三灯均正常发光，设每个灯泡的电流为I，则副线圈电流为3I；由＝，解得：I1＝I；故说明原线圈电路中串联的灯泡L正常发光，故C正确，故选C。6．如图所示，电阻不计面积为S的矩形线圈在匀强磁场B中绕垂直于磁场的轴以角速度ω匀速转动，t＝0时刻线圈平面与磁场垂直，产生e＝220sin100πt(V)的正弦交流电，理想变压器的原、副线圈匝数比为101，灯泡的电阻RL＝10 Ω(不考虑电阻的变化)，C为电容器，L为直流电阻不计的自感线圈，刚开始开关S断开，下列说法正确的是(　C　)A．线圈从t＝0时刻到转过180°的过程中通过矩形线圈的磁通量变化量为零B．交流电压表的示数为22 VC．灯泡的功率小于48.4 WD．闭合开关S后，电阻R上不产生焦耳热解析：线圈从t＝0时刻到转过180°的过程中通过矩形线圈的磁通量变化量为2BS，选项 A错误；由e＝220sin100πt(V)可知U1＝220 V，根据＝可知U2＝22 V，故选项B错误；因电感线圈与灯泡串联，故灯泡两端的电压小于22 V，所以灯泡的功率小于48.4 W，选项C正确；因电容器有隔直流通交流的性质，故闭合开关S后，电阻R上有电流，故有焦耳热产生，选项D错误。7．(2020·河南省创新发展联盟高二下学期联考)如图所示为理想变压器原线圈所接交变电压的波形。原、副线圈匝数比n1n2＝101，串联在原线圈电路中电流表的示数为1 A，下列说法中正确的是 (　BCD　)A．变压器输出端的交变电流的电压是20 VB．变压器的输出功率为200 WC．变压器输出端的交变电流的频率为50 HzD．穿过变压器铁芯的磁通量变化率的最大值为 Wb/s解析：原线圈接入电压的最大值是200 V，所以原线圈接入电压的有效值是U＝200 V，根据理想变压器变压比：＝，代入数据解得副线圈的电压为：U2＝20 V，故A错误；理想变压器传输功率不损耗，所以输出功率为：P出＝P入＝U1I1＝200 W，故B正确；因交流电的周期是0.02 s，所以频率为f＝＝ Hz＝50 Hz，且变压器不改变电流频率，故C正确；由交变电流知识可知，变压器铁芯线圈中磁通量变化率的最大值为：＝＝ Wb/s，故D正确。所以B、C、D正确，A错误。8.如图所示，N匝矩形导线框以角速度ω在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴OO′匀速转动，线框面积为S，线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R、理想电流表和二极管D。二极管D具有单向导电性，即正向电阻为零，反向电阻无穷大。下列说法正确的是(　CD　)A．图示位置电流表的示数为0B．R两端电压的有效值U＝NBSC．一个周期内通过R的电荷量q＝2NBS/RD．交流电流表的示数I＝NBS解析：电流表显示的是线路电流的有效值，图示位置电流不为0，选项 A错误；由于接有二极管，二极管D具有单向导电性，由有效值的定义得()2RT/2＝·T，Em＝NBSω，解得R两端电压的有效值U＝ωNBS/2，交流电流表的示数I＝NBS，选项B错误，D正确；一个周期内通过R的电荷量q＝2NBS/R，选项C正确。9．某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向用户供电。已知输电线的总电阻为R，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为41，降压变压器副线圈两端交变电压u＝220sin(100πt) V，降压变压器的副线圈与阻值R0＝11 Ω的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器，则下列说法中正确的是(　ABD　)A．通过R0电流的有效值是20 AB．降压变压器T2原、副线圈的电压比为41C．升压变压器T1的输出电压等于降压变压器T2的输入电压D．升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率解析：降压变压器副线圈两端交变电压有效值为220 V，负载电阻为11 Ω，所以通过R0电流的有效值是20 A。故A正确；因为降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为41。所以原、副线圈的电压之比为41。故B正确；由于输电线上电阻导致降压变压器T2的输入电压低于升压变压器T1的输出电压。故C错误；升压变压器T1的输出功率大于降压变压器T2的输入功率，原因是导线上电阻消耗功率。故D正确。10．(2021·江西省九江市高二调研)如图所示，一个面积为S的单匝金属线圈(电阻不计)在匀强磁场B中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈两端通过电刷与图示的电路连接。其中电阻R1＝R，光敏电阻R2在无光照时其阻值也为R(有光照时其电阻减小)，理想变压器的原、副线圈的匝数比为n，则(　BC　)A．从图示位置开始计时，线圈转动时产生感应电动势的瞬时值表达式为e＝BSωsinωtB．当开关S断开，R2用黑纸包裹时，R2两端电压的有效值为C．开关S处于闭合状态，当减小光照强度时，电压表的示数不变，电流表的示数减小D．开关S处于闭合状态，当R2上端串联理想二极管时，电流表的示数不变解析：线圈感应电动势的最大值为：Em＝BSω，从垂直于中性面开始转动，有e＝Emcos ωt。故 A错误；开关S断开时，电阻R1和理想变压器串联，根据串联电路规律：U1＝－I1R1；变压比规律：＝n，变流比规律：＝又：I2＝＝，联立解得：U2＝。故B正确；开关S处于闭合状态时，原副线圈的电压与负载的电阻值无关，所以电压表的示数不变；当减小光照强度时，光敏电阻的电阻值增大，所以电流减小；根据原副线圈的电流与匝数的关系可知，原线圈的电流也减小，所以电流表的示数减小。故C正确；由于二极管具有单向导电性，所以当R2上端串联理想二极管时，副线圈电流的有效值减小，结合C的分析可知，电流表的示数应减小。故D错误。第Ⅱ卷(非选择题　共60分)二、填空题(2小题，共14分。把答案直接填在横线上)11. (6分)电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器。如图甲所示为电吉他的拾音器的原理图，在金属弦的下方置有一个连接到放大器的螺线管。一条形磁铁固定在管内，当拨动金属弦后，螺线管内就会产生感应电流，经一系列转化后可将电信号转为声音信号。(1)金属弦的作用类似“研究电磁感应现象”实验中铁芯的作用，则被拨动后靠近螺线管的过程中，通过放大器的电流方向为向下(以图像为准，填“向上”或“向下”)。(2)若由于金属弦的振动，螺线管内的磁通量随时间的变化如图乙所示，则对应感应电流的变化为D。解析：(1)当金属弦靠近螺线管时，螺线管内磁场增强，由楞次定律可知通过放大器的电流方向向下。(2)由“Φ－t”图线可知，在t＝、时刻，磁通量的变化率为零，线圈内感应电流为零；在t＝0、t0、2t0时刻磁通量的变化率最大，线圈内感应电流最大，故选D。12．(8分)有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示。它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线。(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，由此可推断A线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)。(2)如果把它看成理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有，一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源。请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)。①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈；②把低压电源接B线圈，测得线圈的输出电压U。；③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈输出电压UA。A线圈的匝数为nA＝n。(用所测物理量符号表示)解析：(1)由图乙可知a位置的阻值大于b位置的阻值，由电阻定律可得A线圈的匝数多于B线圈的匝数。(2)见答案三、论述、计算题(本题共4小题，共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)13. (10分)如图所示，理想变压器有两个副线圈，L1、L2是两个规格为“8 V　10 W”的灯泡，L3、L4是两个规格为“6 V,12 W”的灯泡，当变压器的输入电压为U1＝220 V时，四个灯泡恰好都能正常发光，如果原线圈的匝数n1＝1 100匝，求：(1)副线圈的匝数n2、n3；(2)电流表的读数。答案：(1)40匝　60匝　(2)0.2 A解析：(1)由变压器原理可知，n1n2n3＝U1U2U3，则n2＝n1＝×1 100匝＝40匝，n3＝n1＝×1 100匝＝60匝；(2)由P入＝P出可得，I1U1＝P1＋P2＋P3＋P4，所以I1＝＝ A＝0.2 A。14. (11分)(2020·山东省德州市高二上学期期末)如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n＝100匝，电阻r＝1.0 Ω，所围成矩形的面积S＝0.040 m2，小灯泡的电阻R＝9.0 Ω，磁场的磁感应强度按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝nBmScos(t) ，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期。不计灯丝电阻随温度的变化，求：(1)线圈中产生的感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的0～的时间内，通过小灯泡的电荷量。答案：(1)8.0 V　(2)2.88 W　(3)4.0×10－3C解析：(1)由图像知，线圈中产生的交变电流的周期T＝3.14×10－2 s，所以Em＝nBmSω＝＝8.0 V；(2)电流的最大值Im＝＝0.80 A，有效值I＝＝ A，小灯泡消耗的电功率P＝I2R＝2.88 W；(3)在0～时间内，电动势的平均值＝，平均电流＝＝，通过灯泡的电荷量Q＝Δt＝＝4.0×10－3C。15．(12分)(2021·广西壮族自治区南宁三中高二下学期期中)如图甲所示，线圈abcd的面积是0.05 m2，共200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B＝ T，线圈以ω＝10π rad/s的角速度匀速转动，图乙为计时开始时，线圈平面与磁感线的位置关系图，电流由a流向b规定为正向电流。求：(计算结果可以保留根号，也可以保留π)(1)写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式，并在图丙中定性画出电动势随时间变化的e－t图像(至少画一个周期)；(2)从计时开始，经 s通过电阻R的电荷量是多少；(3)从计时开始，1 min内电阻R产生的热量是多少。答案：(1)e＝100sin(V)；图像见解析；(2)q＝ C；(3)2.7×104 J解析：(1)线圈产生电动势的最大值Em＝nBSω＝100 V，t＝0时，线圈的相位φ0＝，由图乙对ab边应用右手定则，知电流由a流向b，线圈中感应电动势的瞬时值表达式e＝100sin(V)，e－t图像如图所示(2) s转过的圆心角θ＝ωt＝，此时线圈平面与磁感线平行，这段时间内流过电阻R的电荷量得q＝·t＝·t＝，由图乙知ΔΦ＝BScos30°＝，得q＝ C；(3)该交流电的电动势的有效值E＝＝50 V，回路电流的有效值I＝＝5 A，1 min内电阻R产生的热量Q＝I2Rt＝2.7×104 J。16．(13分)(2021·四川省成都市树德中学高二下学期期中)如图所示，用一小型交流发电机向远处用户供电，已知发电机线圈abcd匝数N＝100匝，面积S＝0.03 m2，线圈匀速转动的角速度ω＝100π rad/s，匀强磁场的磁感应强度B＝T，输电时先用升压变压器将电压升高，到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用，输电导线的总电阻为R＝10Ω，变压器都是理想变压器，降压变压器原、副线圈的匝数比为n3n4＝101，若用户区标有“220 V,8.8 kW”的电动机恰能正常工作，发电机线圈电阻r不可忽略。求：(1)交流发电机产生电动势的最大值Em；(2)输电线路上损耗的电功率ΔP；(3)若升压变压器原、副线圈匝数比为n1：n2＝18，交流发电机线圈电阻r上的热功率与输电线上损耗的电功率之比。答案：(1)Em＝300 V；(2)160 W；(3)41解析：(1)电动势的最大值Em＝NBSω，代入数据，解得Em＝300 V；(2)设降压变压器原、副线圈的电流分别为I3、I4，电动机恰能正常工作，有I4＝＝40 A，由于＝，解得I3＝4 A，所以输电线路上损耗的电功率ΔP＝IR＝160 W；(3)由于＝，可得U3＝2 200 V，升压变压器副线圈两端电压U2＝U3＋I3R＝2 240 V，又＝，可得U1＝280 V，又升压变压器的原线圈输入功率P1＝ΔP＋Pe＝8 960 W，又P1＝U1I1，解得I1＝32 A。故发电机线圈内阻上消耗的热功率P内＝I1E－I1U1＝640 W，所以＝41。