高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 交变电流达标测试

第三章  交变电流

能力提升卷

班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________

（考试时间：60分钟  试卷满分：100分）

注意事项：

1．本试卷分第I卷（选择题）和第II卷（非选择题）两部分。答卷前，考生务必将自己的班级、姓名、学号填写在试卷上。

2．回答第I卷时，选出每小题答案后，将答案填在选择题上方的答题表中。

3．回答第II卷时，将答案直接写在试卷上。

第Ⅰ卷（选择题 共48分）

一、选择题（共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。）

1.（2020·北京市海淀区首师附中高三下学期入学考收）.A、B是两个完全相同的电热器，A通以图甲所示的交变电流，B通以图乙所示的交变电流，则两电热器的电功率之比PA∶PB等于

A. 2∶1 B. 1:1 C. ∶1 D. 1∶2

【答案】A

【解析】虽然甲是交流电，但其有效值为I0，因为它的前半个周期与后半个周期的电流都是等大的；乙是正弦交流电，故它的有效值为，则PA∶PB=（I0）2R：（）2R=2:1，故选项A正确．

2.（2021·四川省宜宾市叙州区一中高三上学期开学考试） 某电站采用6000V的电压进行远距离输电，输送总功率为500kW，测得安装在输电线路起点和终点的电能表一昼夜读数相差4800 kW·h，下列说法正确的是(　　)

A. 输送电流为12A B. 用户得到的功率为400 kW

C. 输电效率为60% D. 输电导线的电阻为86.4 Ω

【答案】C

【解析】

A、输送电流为：，故A错误；

B、安装在输电线路起点和终点电能表一昼夜读数相差4800kWh，则损耗的功率：，用户得到的功率是：500kW-200kW=300kW，故B错误；

C、输电效率为：，故C正确；

D、由的变形公式得：，故D错误；

故选C．

3.（2021·四川省泸县一中高三上学期开学考试）一理想变压器原、副线圈的匝数比为100：1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头。则下列说法正确的是（　　）

A. 副线圈输出电压频率为50Hz B. 副线圈输出电压的有效值为3.1V

C. P向左移动时，原、副线圈的电流比减小 D. P向左移动时，变压器的输出功率增加

【答案】A

【解析】

A．由图甲可知，周期为T=2×10－2s，频率

故A正确；

B．由甲图可知，原线圈输入电压的最大值为310V，则其有效值为

=220V

根据

解得副线圈输出电压的有效值为

V=2.2V

故B错误；

C．根据

U1I1=U2I2

所以

则P向左移动时，原、副线圈的电流比不变，故C错误；

D．变压器的输出功率

P2=

P向左移动时，电阻变大，变压器的输出功率减小，故D错误。

故选A。

4.（2020·北京市门头沟区高三下学期一模）如图6所示，一理想变压器，其原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端接一正弦交流电。为了使变压器输入功率增大，可以

A．其它条件不变，使原线圈的匝数n1增加               

B．其它条件不变，使副线圈的匝数n2减少

C．其它条件不变，使负载电阻R的阻值减小

D．其它条件不变，使负载电阻R的阻值增大

【答案】C

【解析】要使变压器的输入功率增大，则其输出功率，即电阻R上消耗的电功率需要增大，而负载电阻R是不变的，故需要通过增加其两端电压的方法增大它的电功率；由可知，其它条件不变，使原线圈的匝数n1增加，会使U2减少，减小电阻R消耗的电功率，故选项A错误；其它条件不变，使副线圈的匝数n2减少，也会使U2减少，减小电阻R消耗的电功率，故选项B错误；其它条件不变，使负载电阻R的阻值减小，电流增大，由P=UI可得，负载的电功率增大，则输入的电功率也增大，选项C是正确的，D错误。

5.（2020·北京市东城区高三下学期一模）在探究变压器的线圈两端电压与匝数的关系时，某同学分别在可拆变压器的铁芯上绕制了两个线圈，如图所示，线圈a连接到学生电源的交流输出端，线圈b与小灯泡相连接。两线圈的电阻均可忽略不计。闭合电源开关，他发现小灯泡发光很微弱。为了适当提高小灯泡的亮度，下列方法可行的是

A．适当减少线圈a的匝数                B．适当减少线圈b的匝数

C．将交流输出电压适当减小               D．将线圈a改接在直流输出端

【答案】A

【解析】为了适当提高小灯泡的亮度，即增大变压器的副线圈的电压，我们可以这样想问题，因为变压器的规律是，所以U2=，看来减小线圈a的匝数可以，因为减小a的匝数就是减小n1，选项A正确；适当减少线圈b的匝数n2则不可以，选项B错误；将交流输出电压U1适当减小也不行，选项C错误；将线圈a改接在直流输出端更不行，因为直流电不能在副线圈产生电流，选项D错误。

6.（2020·山东省泰安市高三下学期三模）在图甲所示电路中，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10:1，电阻R1、R2的阻值分别为5Ω、6Ω，电压表和电流表均为理想电表。若接在变压器原线圈的输入端的电压如图乙所示（为正弦曲线的一部分），则下列说法正确的是（　　）

A. 电压表的示数为25.1V B. 电流表的示数为1A

C. 变压器的输入功率为 D. 变压器的输出功率为11W

【答案】D

【解析】

A．根据电流的热效应，有

解得

根据

可得副线圈两端的电压为

A错误；

B．副线圈中电流为

根据

电流表示数为

B错误；

C．变压器的输入功率为

C错误；

D．变压器的输出功率为

D正确。

故选D。

7.（2020·山东省济南市上学期高三期末）.理想变压器连接灯泡和滑动变阻器的电路如图所示，M、N端连接一个稳压交流电源，三个灯泡L1、L2和L3接入电路中发光，当滑动变阻器的滑片P向上移动时，下列说法正确的是（  ）

A. 灯泡L1变亮，L2变暗

B. 灯泡L1、L2都变亮

C. 灯泡L2、L3都变亮

D. 电源输出功率减小

【答案】B

【解析】ABC．设MN两端稳压交流电源的电压有效值为U，原线圈两端的电压为U1，电流为I1，副线圈两端的电压为U2，电流为I2，原副线圈的匝数比：，灯泡的电阻都为R，根据欧姆定律，可得副线圈两端的电压为：

根据

得原线圈两端的电压为：

根据

解得

根据欧姆定律，可得L1两端的电压：

则稳压交流电源的电压为：

当滑动变阻器的滑片P向上移动时，其电阻减小，则R并电阻减小，所以总电阻减小，而稳压交流电源的电压U不变，所以电流I2变大，则L2变亮；原线圈的电流也增大，所以L1变亮，其两端的电压变大，所以原线圈两端的电压减小，则副线圈两端的电压减小，而L2的电压变大，所以L3与滑动变阻器并联部分的电压减小，所以L3变暗，B正确，AC错误；

D．因为原线圈的电流增大，稳压交流电源的电压不变，根据

P=UI1

可知电源输出功率增大，D错误。

故选B。

8.（2020·江苏省苏北四市高三上学期期末）.如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，电阻55Ω，电流表、电压表均为理想电表。原线圈A、B端接入如图乙所示的正弦交流电压，下列说法正确的是

A. 电流表的示数为4.0A

B. 电压表的示数为155.6V

C. 副线圈中交流电的频率为50Hz

D. 穿过原、副线圈磁通量的变化率之比为2∶1

【答案】C

【解析】AB．理想变压器的原线圈接入正弦交流电，由u-t图像读其最大值为，可知有效值为

根据理想变压器的电压比等于匝数比，可得副线圈两端的电压：

由欧姆定律可知流过电阻的电流：

所以，电流表的示数为2A，B电压表的示数为110V，故AB均错误；

C．因交流电的周期为0.02s，频率为50Hz，变压器不改变交流电的频率，则副线圈的交流电的频率也为50Hz，故C正确；

D．根据理想变压器可知，原副线圈每一匝的磁通量相同，变化也相同，则穿过原、副线圈磁通量的变化率相同，比值为1:1，故D错误；

故选C。

9.（2021·四川省泸县四中高三上学期开学考试）如图所示，B为理想变压器，接在原线圈上的交流电压U保持不变，R为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表。开关闭合前灯泡L1上的电压如图，当开关S闭合后，下列说法正确的是（　　）

A. 电流表A1的示数变大 B. 电流表A2的示数变小

C. 电压表V的示数大于220V D. 灯泡L1的电压有效值小于220V

【答案】ACD

【解析】

A． 当S接通后，电路的总电阻减小，总电流变大，而变压器的匝数比不变，所以原线圈中的电流增大，电流表A1的示数变大，故A正确；

B． 当S接通后，电路的总电阻减小，副线圈总电流变大，电流表A2的示数变大，故B错误；

C．根据图像可知，开关闭合前灯泡L1上的电压为220V，故电压表的示数为副线圈总电压，大于220V，闭合开关后，输入电压和匝数不变，电压表示数仍大于220V，故C正确；

D． 开关闭合后，总电阻减小，干路电流增大，故电阻分的电压增大，灯泡L1的电压减小，小于220V，故D正确。

故选ACD。

10.（2020·湖南省怀化市高三上学期期末）如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片．保持理想变压器的输入电压不变，闭合电建S，下列说法正确的是

A. P向下滑动时，灯L变亮

B. P向下滑动时，变压器的输出电压不变

C. P向上滑动时，变压器的输入电流减小

D. P向上滑动时，变压器的输出功率变大

【答案】BD

【解析】A．由于理想变压器输入电压不变，则副线圈电压不变，滑片P滑动时，对灯泡电压没有影响，故灯泡亮度不变，则选项A错误；

B．滑片P下滑，电阻变大，但副线圈电压由原线圈电压决定，则副线圈电压不变，故选项B正确；

C．滑片P上滑，电阻减小，电流增大，则原线圈输入电流也增大，故选项C错误；

D．此时变压器输出功率将变大，故选项D正确．

11.（2020·湖北省荆门市高三元月调考）如图所示，固定平行的长直导轨M、N放置于匀强磁场中，导轨间距L=1m，磁感应强度B=5T,方向垂直于导轨平面向下，导体棒与导轨接触良好，驱动导体棒使其在磁场区域运动，速度随时间的变化规律为v=2sin10πt(m/s)，导轨与阻值为R=9Ω的外电阻相连，已知导体棒的电阻为r=1Ω，不计导轨与电流表的电阻，则下列说法正确的是

A. 导体棒做切割磁感线运动，产生频率为5Hz的正弦交流电

B. 导体棒产生的感应电动势的有效值为10V

C. 交流电流表的示数为0.5A

D. 0～时间内R产生的热量为0.45J

【答案】AD

【解析】AB．据题意，速度变化规律为v=2sin10πt（m/s），则产生的电动势为

E=BLv=10sin10πt（V）

即产生频率为

的正弦交流电；电动势峰值为Em=10V，则导体棒电动势的有效值

D故A正确，B错误；

C．电流表示数

故C错误；
D．交流电的周期：

=0.2s

在内电阻R上产生热量

故D正确。

故选AD．

12.（2020·河南省洛阳市高三一模）有一个原副线圈匝数比为10：1的理想变压器，如图所示，原线圈所接交流电源的电压瞬时值表达式为u=300sin50πt（V）副线圈所接电路如图所示，灯L1、L2为均标有“20V.10W”的灯泡，当S闭合时，两灯恰好正常发光。则（　　）

A. 电阻R=10Ω B. 流过R的交流电的周期为0.02s

C. 断开S后，原线圈的输入功率减小 D. 断开S后，灯L1仍能正常发光

【答案】AC

【解析】A．原线圈所接交流电压的有效值U1=V=300V，根据变压比可知，副线圈两端电压

U2==30V

灯泡正常发光，则电阻R两端电压为10V，流过的电流I2=A=1A，根据欧姆定律可知

R==10Ω

故A正确。

B．输入电压的角速度ω=50πrad/s，则周期T==0.04s，则流过R的交流电的周期为0.04s，故B错误。

C．断开S后，副线圈电阻增大，根据欧姆定律可知，电流减小，故输出功率减小，则输入功率减小，故C正确。

D．断开S后，灯泡L1两端电压增大，不能正常发光，故D错误。

故选AC。

第II卷（非选择题 共52分）

二、填空题（满分16分）

13．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240r/min，若线圈平面转至与磁场方向平行时的电动势2V，则从中性面开始计时，所产生的交流电动势的表达式为e=     V，电动势的峰值为     V，从中性面起经s，交流电动势的大小为     V．

【答案】2sin（8πt）；2；1

【解析】

试题分析：从中性面开始其表达式为正弦值，根据e=Emsinωt可求得瞬时值；

根据Em=NBSω求解最大值；

根据表达式代入时间可求瞬时电动势大小．

解：由题可知，电动势的最大值为：Em="2" V，

又ω=2πn=2π×rad/s="8π" rad/s

从中性面开始计时，所以瞬时值表达式为：e=Emsinωt="2sin" 8πt （V）

当线圈平面与磁场平行时，感应电动势最大，电动势的峰值为：

Em="2" V．

当t=s时，有：e=2sin8V="1" V

故答案为2sin（8πt）；2；1

14． 用电压U和kU通过相同距离相同材料的输电线向用户输送同样的电能，若要求输电线损失的功率相同，则前后两种情况输电线的横截面积之比为_________，若采用同样粗细的输电导线输电，则前后两种情况下输电导线上损失的功率之比为_________．

【答案】k2︰ 1，k2︰ 1

【解析】

试题分析：根据知，，输电线上损耗的功率，因为输送电压之比为，损耗功率和输送功率相等，则电阻之比为，

根据电阻定律得，，则横截面积之比为．

若采用同样粗细的输电导线输电，则输电线的电阻相同，输送电压之比为，根据知，输送电流之比为k：1，根据知，损失的功率之比为．

三、解答题（满分36分，其中15题10分，16题12分，17题14分，每小题需写出必要的解题步骤，只有答案不得分）

15．如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的左端接一只小灯泡，线圈所在空间内存在与线圈平面垂直且均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n＝100匝、总电阻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，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为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～时间内，通过小灯泡的电荷量.

【答案】(1)8.0V(2)2.88W(3)4.0×10－3C

【解析】

(1)由题图乙知，线圈中产生的交变电流的周期T＝π×10－2 s，所以：Em＝nBmS＝8.0 V.

(2)电流的最大值：，

有效值：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＝＝4.0×10－3 C.

16.一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输给用户，已知发电机的输出功率为500 kW，路端电压为500 V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶5，两变压器间输电线的总电阻为1.5 Ω，降压变压器的输出电压为220 V，不计变压器能量损耗，求：

(1)升压变压器的副线圈两端电压；

(2)输电导线上的功率损失；

(3)降压变压器原、副线圈的匝数比；

(4)用户得到的功率．

【答案】(1)2500V    (2)60kW    (3)10:1    (4)440kW

【解析】

（1）升压变压器的副线圈两端电压U2=U1=5×500V=2500V
（2）输电导线上的电流：

输电导线上的功率损失：△P=I2R=2002×1.5=60000W   
（3）输电线上的电压损耗：△U=IR=200×1.5=300V     
降压变压器原线圈的电压：U3=U2-U=2500-300=2200V    
降压变压器原、副线圈的匝数比：       
（4）用户得到的功率：P4=P1-△P=500×103W-60000W=440000W=440KW

17.交流发电机的原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动.一个小型发电机的线圈共220匝,线圈面积S=0.1m2,线圈转动的频率为100Hz,线圈内阻不计,磁场的磁感应强度，为了用此发电机发出的交流电带动两个标有“220V 11kW”的电动机正常工作,需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器,电路如图所示．求:

(1)发电机的输出电压;

(2)变压器原、副线圈的匝数之比;

(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数。

【答案】（1）2200V；（2）10：1；（3）10A

【解析】

（1）线圈转动产生的电动势最大值为

Em = NBSω=1100V

由于线圈内阻不计，则输出电压就等于电动势，得输出电压的有效值为

U1==1100V

（2）由变压器原副线圈的关系

得

⑶ 根据

P入=P出=2.2×104W

再根据

P入=U1 I1

解得 I1=20A