【备战2023高考】物理总复习——第十二章《交变电流》测试（全国通用）

第十二章  交变电流

质量检测卷

（时间：90分钟  分值：100分）

一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每个题目只有一个选项符合要求，选对得4分，选错得0分。

1．（2022·广东·珠海市一中高三模拟）如图是某一线圈通过的交流电的电流—时间关系图像（前半个周期为正弦波形的），则一个周期内该电流的有效值为（　　）

A． B． C． D．

【答案】B

【解析】设该电流的有效值为I，由

解得

故B正确。

故选B。

2.（2022·山东泰安·三模）同一线圈在同一匀强磁场中以不同的转速匀速转动，转轴均垂直于磁场，产生了a、b两个不同的正弦交流电，电动势随时间变化的关系如图所示，则（　　）

A．在转动过程中线圈两次对应的最大磁通量不同

B．线圈两次都是从平行于磁感线的位置开始转动的

C．b对应的电动势瞬时值表达式为

D．用交流电压表测量a的电动势，电表的示数为15V

【答案】C

【解析】A．同一线圈、同一磁场，最大磁通量

应相同，故A错误；

B．计时起点都是，此位置为中性面，即磁通量最大的面，而非磁通量为零的平行面，初相相同，故B错误；

C．图示电动势的瞬时值表达式为

a的周期

b的周期

a的电动势瞬时值表达式为

b的电动势瞬时值表达式为

故C正确；

D．交流电压表测量值是有效值，图中a的峰值电压为15V，有效值应为，故D错误。

故选C。

3．（2022·山东日照·二模）图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与阻值的电阻连接，图甲中的交流电压表为理想电表，忽略线圈、电刷以及导线的电阻。图乙是通过电阻R的电流i随时间t变化的图像。下列判断正确的是（　　）

A．电阻R消耗的电功率为1.25W

B．线圈转动的角速度为

C．电压表的示数跟线框转动的角速度大小无关

D．电阻R两端电压随时间t变化的规律

【答案】D

【解析】A．该电流的有效值为

电阻R消耗的电功率为

解得

P＝0.625W

选项A错误；

B．图乙所示电流的周期为

其角速度为

选项B错误；

C．电压表的示数

而

故，选项C错误；

D．图乙所示电流的最大值为

由欧姆定律得

所以R两端电压瞬时值的表达式为

选项D正确。

故选D。

4.（2022·山西大附中三模）图1中，单匝矩形闭合线圈abcd在匀强磁场B中绕垂直磁场的轴OO′匀速转动。当线圈的转速为和时，穿过该线圈的磁通量随时间分别按图2中甲、乙的正弦规律变化，已知线圈的电阻为5.0Ω，则（　　）

A．0.2s时，甲、乙对应的线圈平面均垂直于磁感线

B．0.05s时，乙对应的线圈中产生的感应电动势最大

C．甲、乙对应的线圈的转速之比

D．甲对应的线圈中交变电流的最大值为πA

【答案】D

【解析】A．由图可知，在t=0.2s时，穿过的磁通量都为零，因此甲，乙对应的线圈平面平行于磁感线，故A错误；

B．在t=0.05s时，图线乙对应穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，因此产生的感应电动势最小为零，故B错误；

C．有图可知甲对应的周期为0.16s，图线乙对应的周期为0.2s，二者的转速比等于周期比的反比，即5：4，故C错误；

D．甲对应产生的感应电动势的最大值

因此

=πA

故D正确。

故选D。

5．（2022·北京东城·三模）远距离输电线路简化如图所示，电厂输送电功率不变，变压器均可视为理想变压器，图中标示了电压和电流，其中输电线总电阻为R，则（　　）

A．

B．输电线损失的电功率为

C．提高输送电压，则输电线电流增大

D．电厂输送电功率为

【答案】D

【解析】A．根据变压器的原理有

升压变压器满足，则有，故A错误；

B．由于U2不是R两端的电压，所以输电线损失的电功率不是，故B错误；

C．因为输送功率不变，根据

可知提高输送电压U2，则输电线电流I2减小，故C错误；

D．因变压器为理想变压器，所以有

故D正确。

故选D。

6．（2022·广东·华南师大附中三模）如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电站输出的电压不变；升压变压器输出电压为， 降压变压器原、副线圈两端的电压分别为 和。为了测高压电路的电压和电流，在输电线路的起始端接入电压互感器和电流互感器，若不考虑变压器和互感器自身的能量损耗，所有的电表均为理想电表，则（　　）

A．①为电流表，②为电压表

B．

C．仅将滑片Q下移，则输电线损耗功率减少

D．凌晨时分，用户家的灯将变得更暗

【答案】B

【解析】A．由图可知①接在火线和零线之间，为电压表，②接在同一条线上，测得是电流，为电流表，选项A错误；

B．由于输电线上有电压降，所以

选项B正确；

C．仅将滑片Q下移，则输电电压U2增大，R不变，所以输电电流I2增大，而输电线损耗功率为

所以输电线损耗功率增大，选项C错误；

D．凌晨时分，降压变压器的输出端用电量减少，电路中的电流减小，则输电线上的电压降减小，则降压变压器的输入电压增大，用户得到的电压变大，用户家的灯将变得更亮，选项D错误。

故选B。

7．（2022·湖北·荆州中学三模）电压互感器能将高电压变成低电压、电流互感器能将大电流变成小电流，用于测量或保护系统。如图所示，、是监测交流高压输电参数的互感器，a、b是交流电压表或交流电流表，若高压输电线间电压为220kV，的原、副线圈匝数比为1︰100，交流电压表的示数为200V，交流电流表的示数为2A，则（　　）

A．a是交流电压表，b是交流电流表 B．的原、副线圈匝数比为1000︰1

C．高压线路输送的电流为200A D．高压线路输送的电功率为

【答案】C

【解析】A．两端接在同一根电线上，因此a是交流电流表，两端接在两根电线上，因此b是交流电压表，故A错误；

B．变压器原副线圈电压之比等于匝数之比，所以原、副线圈匝数之比为

故B错误；

C．变压器原副线圈电流与匝数成反比，则高压线路输送的电流为200A，故C正确；

D．由C选项可知高压线路输送的电功率为

故D错误。

故选C。

8．（2022·天津市新华中学一模）如图所示，理想变压器与电阻R、交流电压表V、交流电流表A按图甲所示方式连接，已知变压器的原副线圈的匝数比为n1∶n2=10∶1，电阻R=10Ω，图乙是R两端电压U随时间变化的图像，Um=V。则下列说法中正确的是（　　）

A．通过R的电流IR随时间t变化的规律是

B．变压器的输入功率为10W

C．电压表V的读数为

D．电流表A的读数为

【答案】B

【解析】A．U随时间变化规律是

所以

故A错误；

B．通过电阻R电流的有效值为

变压器的输入功率等于R消耗的功率，即

故B正确；

C．电压表V的读数为R两端电压的有效值，即

故C错误；

D．根据理想变压器变流规律可得电流表A的读数，即原线圈电流的有效值为

故D错误。

故选B。

二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

9.（2022·山东日照·三模）如图所示为一小型交流发电的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小B=T。矩形线框ABCD匝数n=100，面积S=0.02m²，线圈内阻r=5Ω，线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'逆时针匀速转动，角速度=100rad/s。矩形线框通过滑环与R=15Ω的电阻相连，电压表为理想电表。则（　　）

A．线圈从图示位置开始计时，产生感应电动势的表达式（V）

B．线圈从图示位置开始转过90°时，电压表示数为零

C．该交流电可以直接加在击穿电压为200V的电容器上

D．在0.5s的时间内电阻R上产生的热量为750J

【答案】AD

【解析】A．线圈中产生的感应电动势的最大值为

图示位置线圈平面垂直于中性面，从该时刻开始计时，线圈中产生的感应电动势瞬时值表达式为

（V）

A正确；

B．电压表示数为交流电压的有效值，所以示数不为零，B错误；

C．该交流电电压最大值为，超过电容器的击穿电压200V，C错误；

D．线圈和R组成闭合电路，电路中电流的有效值为

则在0.5s的时间内电阻R上产生的热量为

D正确。

故选AD。

10.（2022·山东济宁·三模）电阻为R的单匝闭合金属线框，在匀强磁场中绕着与磁感线垂直的轴匀速转动，产生交变电流，电动势随时间变化的图像如图所示。下列说法正确的是（　　）

A．时刻线框平面与中性面平行

B．穿过线框的磁通量最大为

C．线框转一周产生的热量为

D．从到的过程中，线框的平均感应电动势为

【答案】BD

【解析】A．由图可知，时刻线框感应电动势为最大值，线框平面与中性面垂直。故A错误；

B．根据

解得

故B正确；

C．线框转一周产生的热量为

故C错误；

D．从到的过程中，线框的平均感应电动势为

选项D正确。

故选BD。

11.11．（2022·湖北·华中师大一附中模拟）在图甲所示的交流电路中，电源电压的有效值为24V，理想变压器原、副线圈的匝数比为2：1，电阻R1、R2、R3阻值相同。已知通过理想安培表的电流随时间t变化的正弦曲线如图乙所示。下列说法正确的是（　　）

A．交流电的方向每秒钟改变25次

B．电流表的示数为2A

C．R1的阻值为4Ω

D．电源的输出功率为32W

【答案】BC

【解析】A．根据图像可知

s

则交流电的频率为

因此交流电的方向每秒改变50次，A错误；

B．电流表的示数为

B正确；

C．副线圈中的电流为

则原线圈中的电流为

因三个电阻阻值相同，设

则副线圈端电压为

对原线圈，则有

解得

C正确；

D．电源的输出功率为

D错误。

故选BC。

12．（2022·安徽师范大学附属中学模拟）如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2，且n1<n2，定值电阻R1、R2的阻值相等，图中电流表、电压表均为理想电表。在a、b端输入交变电流，其电流的有效值不随负载变化。当向下调节滑动变阻器R3的滑动端P时，下列说法正确的是（　　）

A．电流表示数一定减少

B．R1消耗的功率一定大于R2消耗的功率

C．电源的输出功率增大

D．如果把定值电阻R1换成理想二极管，则通过R2的电流方向不变

【答案】BC

【解析】A．输入端电流不变，根据变压器电流的关系

可知电流表示数不变，故A错误；

B．根据

及变压器匝数的关系

可知通过R1的电流一定大于R2的电流，由

可知R1消耗的功率一定大于R2消耗的功率，故B正确；

C．因为副线圈电流不变，电压增大，由

可知变压器的输出功率变大，而输入端的电流不变，定值电阻R1的功率不变，所以电源的输出功率一定变大，故C正确；

D．更换之前通过R2的是交变电流，如果把定值电阻R1换成理想二极管后，通过R2的电流变为单向直流电，故D错误；

故选BC。

三、实验题：本题共2小题，第13题6分，第14题9分，共15分。

13．（2022·湖北·襄阳五中二模）酒驾严重危害了公共交通安全，打击酒驾现象已成为日常。如题图甲为交警使用的某种酒精检测仪，核心部件为酒精气体传感器，其电阻与酒精气体浓度x的关系如图乙所示。

（1）某同学自行设计了简易酒精检测仪，如图丙所示，用到的器材有酒精气体传感器、电源（电动势为，内阻未知）、电流表（满偏电流为，内阻为9.5），闭合开关，周围无酒精气体，发现电流表刚好满偏，则电源内阻为___________；用该仪器___________（选填“能”“不能”）检测酒驾；

（2）另一位同学查阅酒精检测仪说明书时看到题表，他根据自己的理解将酒精检测仪的内部电路简化为题图丁。只有绿灯亮表示被测试者非酒驾，红绿灯一起亮表示被测试者酒驾。图丁中电源电动势为，内阻不计，为定值电阻，为酒精气体传感器，是彩色小灯泡，颜色一红一绿，小灯泡电压达到才会发光，则红灯为___________（选填“”），当红灯刚亮时通过其的电流为___________A（保留两位有效数字）。

【答案】     0.5     不能     L1     0.28

【详解】（1）[1]电流表刚好满偏，则电流表两端电压为

此时周围无酒精气体，则R1取80Ω，其两端电压为

则电源内阻为

[2]当无酒精气体时，R1电阻最大，此时电流表刚好满偏，若有酒精气体时，R1电阻变小，电路中电流变大，超过电流表的最大量程，所以不能检测酒驾。

（2）[3]颜色一红一绿，小灯泡电压达到才会发光，所以亮绿灯的小灯泡需要保证两端的电压一直大于等于0.7V，如果与R1接在一起，R1在测量酒驾的时候电阻会发生改变，初始电阻大时应当不让小灯泡亮，等电阻变小让小灯泡亮，这样才可以查出酒驾，所以一直亮绿灯的小灯泡应当与定值电阻接在一起，这样无论R1如何变化，都不会影响小灯泡是否亮，且与定值电阻接在一起也会保证绿灯一直亮，所以L2是绿灯，L1是红灯。

[4]当酒精浓度达到0.2mg/mL时，L1会变亮，此时L1两端电压为0.7V，已知电源电动势为9V，则R1两端电压为8.3V，根据图乙可知R1的电阻为30Ω，则当红灯亮时，通过其电流为

14.（2022·湖南·长郡中学模拟）半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值会随压力变化而改变。现有一压力传感器：

（1）利用图甲所示的电路测量该传感器在不同压力下的阻值RN，其阻值约几十千欧，实验室提供以下器材：

电源电动势为3V

电流表A（量程250μA，内阻约为50Ω）电压表V（量程3V，内阻约为20kΩ）

滑动变阻器R（阻值0~100Ω）

为了提高测量的准确性，开关S1应该接_________（选填“1”或“2”），开关S2应该接__________（选填“3”或“4”）；

（2）通过多次实验测得其阻值RN随压力F变化的关系图像如图乙所示：

（3）由图乙可知，压力越大，阻值____________（选填“越大”或“越小”），且压力小于2.0N时的灵敏度比压力大于2.0N时的灵敏度（灵敏度指电阻值随压力的变化率）_______（选填“高”或“低”）；

（4）利用该压力传感器设计了如图丙所示的自动分拣装置，可以将质量不同的物体进行分拣，图中RN为压力传感器，R'为滑动变阻器，电源电压为6V（内阻不计）。分拣时将质量大小不同的物体用传送带运送到托盘上，OB为一个可绕O转动的杠杆，下端有弹簧，控制电路两端电压小于3V时，杠杆OB水平，物体水平通过进入通道1，当控制电路两端电压大于3V时，杠杆的B端就会被吸下，物体下滑进入通道2，从而实现分拣功能。若R'调为30kΩ，取重力加速度g=10m/s2，该分拣装置可以实现将质量超过______________kg的物体进行分拣（结果保留2位有效数字），若要将质量超过0.20kg的货物实现分拣，应该将R'调成______________kΩ（结果保留3位有效数字）。

【答案】     2     3     越小     高     0.14     26.0

【详解】解：（1）[1]RN的阻值约几十千欧，因此有

为了提高测量的准确性，开关S1应该接2。

[2]实验需要测量多组数据，且电压从零开始变化，实验时滑动变阻器要用分压方式接入电路，因此开关S2应该接3。

（3）[3] 由图乙可知，压力越大，阻值越小。

[4] 由灵敏度指电阻值随压力的变化率可知，压力小于2.0N时的灵敏度比压力大于2.0N时的灵敏度高。

（4）[5]由题意可知，当控制电压等于3V时，控制电路的电流为

压力传感器上的电压为3V，压力传感器的电阻值为

由图乙可知传感器上的压力1.40N，物体质量为0.14kg，因此由压力传感器的特点可知，该分拣装置可以实现将质量超过0.14kg的物体分拣。

[6] 若要将质量超过0.20kg的货物实现分拣，由以上计算分析可知，当物体质量为0.20kg时，由图乙可知，压力传感器的电阻值为26.0kΩ，因此应该将R'调成26.0kΩ时，当质量超过0.20kg的货物，压力传感器的电阻值小于26.0kΩ，控制电路两端电压大于3V，货物实现分拣。

四、解答题：本题共4小题，第15题8分，第16题9分，第17题12分，第18题16分，共45分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

15．（2022·江苏省丹阳高级中学三模）如图甲所示为某一发电机的实物模型，其工作原理可简化为如图乙所示：强磁场的磁感应强度大小为矩形线圈的总电阻为0.3Ω、匝数为50匝、面积为，可绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。现将该发电机接在理想变压器的原线圈上，副线圈接有规格均为“220V，110W”的灯泡、，如图丙所示，现在使发电机匀速转动，使两灯泡均正常发光，已知理想变压器的原副线圈匝数之比为1：10，电压表为理想交流电表，其余电阻均不计。求：

（1）理想交流电压表的读数；

（2）手摇发电机匀速转动的角速度。

【答案】（1）；（2）

【解析】（1）由题意可知副线圈两端电压为

根据理想变压器变压规律可得原线圈两端电压，即理想交流电压表的读数为

（2）副线圈中的电流为

根据理想变压器变流规律可得原线圈中的电流为

设发电机匀速转动的角速度为ω，则产生的感应电动势的最大值为

有效值为

根据闭合电路欧姆定律可得

联立解得

16．（2022·北京·清华附中模拟）正方形线框在匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴以角速度匀速转动，如图所示。线框边长为L，匝数为N，线框的总电阻为r，外电路的电阻为R，磁感应强度的大小为B。求：

（1）转动过程中产生的感应电动势的最大值Em；

（2）线圈转动过程中，图中电压表的示数U；

（3）从图示位置开始，线圈转过90°的过程中通过电阻R的电量q。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】（1）感应电动势的最大值

（2）转动过程中，电压表的示数为有效值

又

联立可得

（3）设从图示位置开始，线圈转过所用时间为，此过程感应电动势的平均值为，电流的平均值为，根据

又

联立可得

17．（2022·广东深圳·二模）图甲和图乙所示是手动式手电筒内振动式发电机的两个截面图，半径为、匝数为100的线圈a，所在位置的磁感应强度。线圈a接原副线圈匝数比为的理想变压器，给两个额定电流均为的灯泡供电。推动手柄使线圈a沿轴线往复运动，线圈a中电动势随时间按正弦规律变化，如图丙所示。线圈a及导线电阻不计。求：

（1）图丙中电动势的表达式；

（2）若手动发电的效率为，两灯泡正常发光，手动做功的功率；

（3）线圈a往复运动过程中的最大速度。

【答案】（1）；（2）；（3）

【解析】（1）由丙图可知

且

根据电动势的表达式

可得

（2）设原线圈中电压的有效值，根据可得

设副线圈两端电压为，根据理想变压器公式可得

灯泡功率

可得人对手电筒做功的功率为

（3）根据法拉第电磁感应定律得

解得

18．（2022·北京丰台模拟）如图所示为一个小型交流发电机的示意图，其线框ABCD匝数n=100匝，面积为S=0.02m2，总电阻r=10Ω，绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动，角速度ω=100rad/s。已知匀强磁场磁感应强度B=T，矩形线框通过滑环与理想变压器相连，副线圈与电阻相接，电表均为理想电表，电压表示数为U=180V。从线框转至中性面位置开始计时，求：

（1）线框中感应电动势的瞬时值表达式；

（2）电流表的示数；

（3）当原、副线圈匝数比为2：1时，电阻R的阻值及消耗的电功率。

【答案】（1）；（2）2A；（3），360W

【解析】（1）线圈中感应电动势的峰值

由于从线框转至中性面位置开始计时，故瞬时值表达式为

（2）感应电动势的有效值为

线圈自身分到的电压为

又

 U线圈=Ir=20V

所以电流表示数为

（3）由于理想变压器

P入=P出

则电阻R上消耗的电功率为

P=IU=360W

设副线圈两端电压为U′，则有

即

所以