第三章 交变电流 单元测试题（Word版含解析）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册
第三章
交变电流
单元测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．将阻值为5的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．电路中交变电流的频率为50Hz
B．通过电阻的电流为A
C．电阻消耗的电功率为2.5W
D．用交流电压表测得电阻两端的电压是5V
2．如图，理想变压器原副线圈的匝数比为，变压器输入端ab间接有按规律变化的交变电压，在副线圈的输出端接阻值为R的电阻，则电流表的读数为（　　）
A．
B．
C．
D．
3．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为11：1，在原线圈输入u=110sin100πt（V）的电压，副线圈接入的两只不同规格灯泡均恰能正常发光。则（　　）
A．灯泡L1的额定电压是
B．灯泡L1中电流的方向每秒钟改变50次
C．若将滑片向下移动，灯泡L1亮度不变
D．若将滑片向下移动，灯泡L2亮度变亮
4．如图所示，匝数n=100匝、面积S=10cm2的矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B=的匀强磁场中，线框绕垂直于磁场的轴OO‘以角速度ω=100
rad/s匀速转动，并与一理想变压器的原线圈相连，副线圈接入一只标有“2.5V，
1.5W”的小灯泡，恰好正常发光，不计线框电阻。下列说法正确的是（　　）
A．理想变压器原线圈、副线圈的匝数比为4：1
B．流过线框的电流有效值为0.2A
C．以图示位置为计时起点，线框中产生的感应电动势的表达式为e=
5cos（100t）V
D．如果在小灯泡两端再并联一盏相同的小灯泡，则两盏灯泡都变暗
5．如图所示，矩形线圈置于水平放置的一对N、S磁极之间，线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，图中线圈平面正好处于竖直面内。线路中小灯泡的电阻保持不变，其他部分电阻均不计，下列说法正确的是（　　）
A．线圈通过图中位置瞬间，通过小灯泡的电流为零
B．线圈通过图中位置瞬间，穿过线框的磁通量为零
C．线圈通过图中位置瞬间，穿过线框的磁通量变化率最大
D．若线圈转速增加一倍，小灯泡功率也增加一倍
6．相比于4G网络技术，供电问题是困扰5G网络技术发展的难题之一，一个100kV变电站给某4G基站供电，线路电阻为90Ω，现要将该基站改造为5G基站；如图所示。5G基站功耗为4kW，要求线路损耗为总功耗的20%，在只更换变压器（均为理想变压器）的前提下，高压变压器的原、副线圈匝数比应变为（　　）
（　　）
A．100∶3
B．200∶3
C．250∶3
D．400∶3
7．如图为模拟市区用户供电的示意图。U0是电网电压，可视为不变。R1为电网至变压器的电缆电阻，R2是变压器至用户间电缆电阻，R是用电器的等效电阻。变压器为理想变压器。当用户端的用电器增加时，则下列说法正确的是（　　）
A．R1电功率减小
B．R2电功率减小
C．电压表示数不变
D．电流表示数增大
8．下列关于交变电流和直流的说法中正确的是（　　）
A．如果电流大小做周期性变化，则一定是交变电流
B．直流的大小可以变化，但方向一定不变
C．交变电流一定是按正弦规律变化的
D．交变电流的最大特征是电流的方向做周期性的变化
9．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为，在a、b端加上一电压瞬时值表达式为的交变电流，通过小灯泡的电流为，小灯泡正常发光。下列说法正确的是（　　）
A．小灯泡的额定电压为
B．小灯泡的额定功率为
C．将滑动变阻器的滑片向d端移动，小灯泡亮度不变
D．将滑动变阻器的滑片向d端移动，变压器的输入功率变大
10．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，b是原线圈的中心抽头，电流表为理想交流电表，灯泡L的额定功率为且电阻不变。在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压，当S与b连接时，灯泡L恰好正常发光。下列说法正确的是（
）
A．当S与b连接且在时，电流表的示数为0
B．当S与a连接后，通过L的电流方向每秒改变50次
C．当S与a连接后，原线圈的输入功率为
D．当S与a连接且在0.018时，电流表的示数为
11．图甲所示是燃气灶点火装置的电路图，转换器将直流电压转换为交流电压，并加在一理想变压器的原线圈上，当变压器副线圈两端电压的瞬时值大于时，钢针和金属板间就会引发电火花，从而点燃气体。闭合开关，已知电压表的示数为，图乙所示是闭合开关后原线圈中的磁感应强度随时间变化的图像，电压表可视为理想交流电表，下列说法正确的是（　　）
A．原线圈中磁感应强度的瞬时值表达式为
B．时间内，在时刻最容易成功打火
C．原、副线圈匝数之比为1：800时点火装置可正常工作
D．经过变压器后，该交流电压的频率不会发生变化
12．如图所示为一理想变压器，原线圈接有电压为的稳压交流电，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器R的滑片，则（　　）
A．开关K合在a处，使滑片P上滑，原线圈的电流将减小
B．开关K合在b处，使滑片P下滑，变压器输入功率将减小
C．保持滑片P的位置不变，开关K由b合到a时，R消耗的功率减小
D．保持滑片P的位置不变，开关K由a合到b时，原线圈的电流将减小
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图所示，发电机输出功率为100kW，输电电压U1=250V，用户需要的电压U4=220V，两变压器之间输电线的总电阻为R=10Ω，其它电线的电阻不计。若输电线中因发热而损失的功率为总功率的4%，变压器为理想变压器。试求：
（1）发电机输出电流和输电线上的电流大小
（2）在输电线路中设置的升压变压器，原、副线圈的匝数比n1：n2
（3）在输电线路中设置的降压变压器，原、副线圈的匝数比n3：n4
14．有一10匝正方形线框，边长为20cm，线框总电阻为1Ω，线框绕OO′以10πrad/s的角速度匀速转动，如图所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5T，π取3.14，问：
(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？
(2)线框从图示位置转过时，感应电动势的瞬时值是多大？
15．如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10kW，输出电压为400V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2kV高压输电，最后用户得到220V、9.5kW的电力，求：
（1）水电站升压变压器原、副线圈的匝数比；
（2）用户降压变压器原、副线圈的匝数比。
16．如图所示，线圈abcd的面积是100cm2，共400匝；线圈电阻为1，外接电阻R＝4，匀强磁场的磁感强度为T，当线圈以的角速度旋转时。求：
(1)线圈转动时产生的最大感应电动势？
(2)写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式？
(3)电路中电压表的示数是多少？
参考答案
1．C
【详解】
A．由图知周期为0.04s，则
故A错误；
B．电压最大值为5V，则有效值为
则电流为
故B错误；
C．电功率
故C正确；
D．电压表测量的为有效值，为，故D错误。
故选C。
2．D
【详解】
在变压器的输入端ab间接按规律变化的交变电压，所以原线圈电压有效值
理想变压器的原副线圈的匝数比为
根据电压与匝数成正比，所以副线圈的电压
根据欧姆定律得副线圈的电流
根据电流与匝数成反比得原线圈串联的电流表的读数为
故选D。
3．C
【详解】
A．根据电压关系得
A错误；
B．交流电的周期为
一个周期内电流方向改变两次，所以每秒钟改变100次，而变压器不改变频率，所以灯泡L1中电流的方向每秒钟改变100次。B错误；
C．灯泡L1的电压是副线圈两端的电压，改变滑片位置，对该电压无影响，所以灯泡L1亮度不变。C正确；
D．将滑片向下移动，滑动变阻器电阻变大，而副线圈电压不变，所以该支路电流减小，则灯泡L2亮度变暗。D错误。
故选C。
4．A
【详解】
A．线圈产生的感应电动势的有效值为
变压器原线圈、副线圈的匝数比为
A正确；
B．根据能量守恒得
B错误；
C．图示位置为中性面，所以线框中产生的感应电动势的表达式为
e=
10sin（100t）V
C错误；
D．如果在小灯泡两端再并联一盏相同的小灯泡，因为副线圈电压不变，所以两只小灯泡均正常工作。D错误。
故选A。
5．A
【详解】
ABC．线框通过图中位置瞬间，位于中性面的位置，穿过线框的磁通量为最大，穿过线框的磁通量变化率为零，感应电动势为0，所以感应电流也为0，BC错误A正确；
D．根据
可知，ω增大一倍，E也增大一倍，根据
可知，通过电流表电流的有效值也增大一倍，小灯泡功率
将增加为4倍，D错误。
故选A。
6．B
【详解】
变电站输出功率
流经线路电阻的电流为
变电站输出电流
则匝数比为
故选B。
7．D
【详解】
A．将R2和R等效在变压器的原线圈上为，对原线圈电路由全电路欧姆定律有
用户端的用电器增加时，R减小，则减小，则变压器的原线圈电路的电流增大，故R1电功率由增大，故A错误；
D．根据变压器线圈匝数与电流比关系可知，增大则有增大，即电流表示数增大，故D正确；
B．R2消耗的电功率要增大，B错误；
C．变压器原线圈电压为
电流增大，则减小，根据变压比知副线圈电压减小，又R2分压增加，则电压表示数减小，C错误；
故选D。
8．BD
【详解】
A．如果只有电流大小做周期性变化而电流方向不变，则为直流电；故A错误；
B．直流电的大小可以变化，但方向一定不变；故B正确；
C．只要电流的方向发生变化，则就是交流电，不一定是按正弦或余弦规律变化的；故C错误；
D．交流电的最大特征是交流的方向发生周期性变化；故D正确。
故选BD。
9．BC
【详解】
A．根据ab段电压的瞬时值表达式可知
原线圈电压为U1=220V，由于原副线圈之比为：22:1，由公式
代入数值，计算得副线圈电压U2=10V，即小灯泡额定电压10V，故A错误；
B．由功率公式
代入数值得
故B正确；
C．滑动变阻器和灯泡并联，总电阻为
当滑片向d端移动时，滑动变阻器变大，则总电阻也变大，但是灯泡两端电压依然是额定电压，故C正确；
D．原副线圈匝数比没变，副线圈的电压不变，副线圈的电阻变大，则副线圈的功率减小，故变压器的输入功率减小，故D错误。
故选BC。
10．CD
【详解】
A．由于交流电流表测量的是有效值，在0.01s时电流的有效值不为零，A错误；
B．变压器不改变电流的频率，由图可知T
=
0.02s，根据
f
=
=
50Hz
但一个周期内电流方向改变两次，则通过L的电流方向每秒改变100次，B错误；
C．由题知，当S与b连接时，灯泡L恰好正常发光，则有
，U1=
V，P
=
=
22W
代入数据有
R
=
88Ω
当S与a连接时有
，U1=
V，P′
=
代入数据有
U2′
=
22V，P′
=
5.5W
C正确；
D．由题知灯泡L的电阻不变，则有
P′
=
U2′I2′
=
5.5W
代入数据有
I2′
=
0.25A
D正确。
故选CD。
11．CD
【详解】
A．原线圈中磁感应强度的瞬时值表达式为
A错误；
B．根据法拉第电磁感应定律，磁感应强度变化最快时，产生的感应电动势最大，所以在时间内，时刻最容易打火成功。B错误；
C．原、副线圈匝数之比为1：800时，副线圈电压为
其最大值为
C正确；
D．经过变压器后，该交流电压的频率不会发生变化。D正确。
故选CD。
12．AC
【详解】
A．开关K合在a处，使滑片P上滑，副线圈回路中的电阻增大，电流减小，由原线圈与副线圈电流的关系，可知原线圈的电流也将减小，A正确；
B．开关K合在b处，使滑片P下滑，副线圈回路中的电阻减小，电流变大，而电压不变，所以，输出功率将变大，由于输入功率等于输出功率。所以变压器输入功率将增大，B错误；
C．保持滑片P的位置不变，开关K由b合到a时，由
可知，副线圈两端的电压减小，故回路中的电流减小，所以R消耗的功率减小，C正确；
D．保持滑片P的位置不变，开关K由a合到b时，由
可知，原线圈的电流将增大，
D错误。
故选AC。
13．（1）400A，20A；（2）1：20；（3）240：11
【详解】
(1)输电线损耗功率
P线=100×4%?kW=4kW
又P线=I22R线，输电线电流
I2=I3=20?A
发电机输出电流即原线圈中输入电流
(2)
原副线圈中的电流比等于匝数的反比，所以
(3)所以
，U3=U2-U线=5000-20×10?V=4800?V
所以
14．(1)6.28V，6.28A；(2)5.44V
【详解】
(1)交变电流电动势最大值为
Em=NBSω=10×0.5×0.22×10πV=6.28V
电流的最大值为
(2)线框转过时，感应电动势
e=Emsin≈5.44V
15．（1）；（2）
【详解】
（1）升压变压器原、副线圈的匝数比为
（2）输电线上损失的电功率与导线电阻R和输送电流有关，即
而输送电流又取决于输电电压及输送功率，有
所以
降压变压器原线圈上的电压为
所以降压变压器原、副线圈匝数比为
16．(1)200V；(2)
；(3)
【详解】
(1)感应电动势的最大值
(2)线圈从中性面开始计时时，线圈中感应电动势瞬时值表达式
代入已知可得
(3)感应电动势的有效值
由闭合电路欧姆定律
则电流表的示数
因此