第三章 交变电流 单元检测（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册
第三章
交变电流
单元检测（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．甲、乙两电路中电流随时间的变化关系分别如图甲、乙所示，则属于交流电的是（　　）
A．甲、乙都是
B．只有甲
C．只有乙
D．甲、乙都不是
2．图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈内阻为10Ω，外接一只电阻为100Ω的灯泡，不计电路的其他电阻。则（　　）
A．甲图中线圈位于中性面
B．该交流电的频率为100Hz
C．电压的示数为22V
D．ls内发电机线圈产生的焦耳热为0.4J
3．如图，理想调压变压器输入端接正弦交流电源，L是灯泡，C是电容器，P是与线圈接触良好的滑片，S是开关，电表均为理想交流电表。下列说法正确的是（　　）
A．S接a，从M点至N点缓慢滑动P，电流表A的示数将减小
B．S接a，从M点至N点缓慢滑动P，灯泡的亮度将增大
C．接b，从M点至N点缓慢滑动P，电压表V的示数不变
D．接b，从M点至N点缓慢滑动P，电容器两极板带电性质交替变化的频率将减小
4．某同学设计的家庭电路保护装置如下图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯电流放大器芯中产生的磁场，下列说法错误的是（　　）
A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零
B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变
C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起
D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起
5．交流发电机发电的示意图如图所示，矩形线圈ABCD面积为S、匝数为N、整个线圈的电阻为r。在磁感应强度为B的磁场中，线圈绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电阻为R，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在金属滑环L上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路相连。关于发电过程中的四个状态，下列说法正确的是（　　）
A．线圈转到图甲位置时，通过线圈的磁通量为NBS
B．线圈转到图乙位置时，通过线圈的磁通量的变化率为NBSω
C．线圈转到图丙位置时，外电路中交流电流表的示数为
D．线圈转到图丁位置时，AB边感应电流方向为A→B→C→D
6．从发电站输出的功率为220
kW，输电线的总电阻为0.05
Ω，用220
V和11
kV两种电压输电。两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为（　　）
A．50∶1
B．1∶50
C．1∶5
D．5∶1
7．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比，是原线圈的中心抽头，为单刀双掷开关，定值电阻，从某时刻开始在原线圈、两端加上如图乙所示的交变电压，则下列说法中正确的是（　　）
A．当S与连接后，理想电流表的示数为
B．当S与连接后，时理想电流表示数为零
C．当S由拨到后，原线圈的输入功率变为原来的4倍
D．当S由拨到后，副线圈输出电压的频率变为
8．如图为一理想变压器，原线圈接在有效值恒定的交流电源两端。为定值电阻，交流电流表、电压表为理想电表，导线电阻不计。现使滑动变阻器的滑动触头向下滑动，则下列说法中正确的是(　　)
A．V1的示数变小
B．V2的示数不变
C．A的示数变小
D．变压器的输入功率变大
9．如图所示，一理想变压器原线圈匝数匝，副线圈匝数匝，交流电源的电压，电阻，电压表、电流表为理想电表，则下列说法正确的是（　　）
A．交流电的频率为
B．电流表的示数为
C．电流表的示数为
D．电压表的示数为
10．如图甲所示，理想变压器的原、副线圈的匝数比为3：1，、、、为四只规格均为“8V、2W”的灯泡，各电表均为理想交流电表，定值电阻。输入端交变电压u随时间t变化的图象如图乙所示，四只灯泡均正常发光，则（　　）
A．电压u的瞬时值表达式为
B．电压表的示数为33V
C．电流表的示数为1A
D．定值电阻
11．如图甲是一原副线圈匝数均可调的自耦变压器，原线圈的输入电压随时间的变化图像如图乙所示，则（　　）
A．原线圈输入电压有效值为
B．时线圈内的磁通量变化率最大
C．只增加原线圈匝数，电阻R上的功率会减小
D．副线圈输出电压的频率随原、副线圈匝数比变化而变化
12．图甲所示，一台线圈内阻为2Ω的小型发电机外接一只电阻为10
Ω的灯泡，发电机内匀强磁场的磁感应强度为T，线圈的面积为0.01
m2，发电机正常工作时灯泡的电流i随时间t变化的正弦规律图象如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．t=0.05
s时，穿过线圈的磁通量为零
B．t=0.05
s时，理想交流电压表的示数为30
V
C．发电机内线圈的匝数为240
D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为9
J
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图所示的甲、乙、丙三种电路是电子技术中的常用电路，a、b是输入端，其中高频成分用“≈”表示，低频成分用“～”表示，直流成分用“－”表示，则甲、乙、丙负载R上得到的电流的主要特征各是什么？
14．如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，正方形线圈边长为L、匝数为N、电阻为r，线圈固定不动，磁场绕着线圈的中心轴OO′匀速转动，其角速度为。外电路电阻为R，电压表为理想电表。t=0时，线圈平面与磁感线平行，求：
（1）t=0时通过线圈感应电流的方向；
（2）电压表的读数；
（3）从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量。
15．图为某人设计的电吹风电路图，a、b、c、d为四个固定触点。可动的扇形金属触片P可同时接触两个触点。触片P处于不同位置时，电吹风可处于停机、吹热风和吹冷风三种工作状态。和分别是理想变压器原、副线圈的匝数。该电吹风的各项参数如下表所示。
热风时输入功率
460W
冷风时输入功率
60W
小风扇额定电压
60V
正常工作时小风扇输出功率
52W
(1)吹冷风时触片P位于怎样的位置？请在图中标注。
(2)由表格中数据计算出小风扇的内阻是多少？
(3)变压器原、副线圈的匝数比是多少？
16．如图，在xOy所在的平面内有两根金属丝AC和DE，其形状分别满足方程和，沿x轴的长度均为4b，两金属丝端点A、D和C、E之间各接—阻值为r的电阻（图中未画出），中间三个相交处均有绝缘表面层相隔。的区域内存在垂直坐标平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。两金属丝在沿x轴负方向的水平外力作用下，以速度v匀速进入磁场。不计两金属丝电阻，求：
（1）若磁场区域足够大，求将金属丝拉进磁场的过程中，拉力的最大值；
（2）若磁场仅在的区域内，将两金属丝以速度v匀速拉出磁场的过程中，两个电阻中产生的总热量Q。
参考答案
1．B
【详解】
电流方向随时间变化的电流为交变电流，故由题图可知，甲是交流电，乙不是交流电。
故选B。
2．D
【详解】
A．甲图中线圈不是位于中性面，A错误；
B．由图象可知，电动势周期为0.02
s，所以频率为50
Hz，
B错误；
C．由图象可知：电动势的有效值为22
V，所以灯泡两端的电压为:
U＝×22
V＝20V
C错误；
D．根据公式可得，
ls内发电机线圈产生的焦耳热为
D正确。
故选D。
3．A
【详解】
AB．S接a，从M点至N点缓慢滑动P，根据
，n2减小，U2减小，电流表A的示数将减小，灯泡的亮度减小，A正确，B错误；
CD．接b，从M点至N点缓慢滑动P，根据
，n2减小，U2减小，电压表V的示数减小，电容器两极板带电性质交替变化的频率不变，CD错误。
故选A。
4．C
【详解】
A．家庭电路正常工作时，零线和火线电流大小相等，方向相反，在铁芯内产生的磁场相互抵消，因此L2中的磁通量为零，A正确；
B．家庭电路中使用的电器增多时，电流增大，但零线和火线电流仍大小相等，方向相反，L2中的磁通量始终为零，保持不变，B正确；
C．家庭电路发生短路时，零线和火线电流增大，但电流仍大小相等，方向相反，L2中的磁通量仍为零，开关K不会被电磁铁吸起，C错误；
D．地面上的人接触火线发生触电时，零线和火线电流大小不相等，此时L2中的磁通量不为零，通过放大器，开关K将被电磁铁吸起，D正确。
故错误的选C。
5．D
【详解】
A．线圈转到图甲位置时，通过线圈的磁通量为BS，与匝数无关，A错误；
B．线圈转到图乙位置时，感应电动势
Em=NBSω=N
解得磁通量的变化率
=BSω
B错误；
C．电流表示数为有效值
I==
C错误；
D．线圈转到图丁位置时，根据楞次定律可知线框中的电流方向为A→B→C→D，D正确。
故选D。
6．A
【详解】
输电线上的电流
则输电线上由电阻造成的电压损失
故
故A正确，BCD错误。
故选A。
7．C
【详解】
AB．S与a连接后，由
=
又知
U1=V=220V
解得
U2=22V
则理想电压表的示数为22V，又知定值电阻R=10Ω，可得理想电流表示数为电流的有效值
I==2.2A
AB错误；
C．S由a拨到b后
n1∶n2=5∶1
则
U1∶U2′=5∶1
得
U2′=2U2
根据
P=
得功率变为原来的4倍，C正确；
D．输出电压频率不变，仍为50Hz，D错误。
故选C。
8．BD
【详解】
A．由于原线圈接在有效值恒定的交流电源两端，交流电流表、电压表为理想电表，导线电阻不计，所以V1的示数不变。故A错误；
B．副线圈输出电压由原线圈输入电压和原、副线圈匝数比决定，由于原线圈输入电压和原、副线圈匝数比不变，副线圈输出电压也不变，V2的示数不变。故B正确；
C．滑动变阻器R的滑动触头P向下滑动，滑动变阻器接入电路的电阻变小，副线圈中的总电阻减小，由欧姆定律可知，副线圈中的电流增大。由于电流与线圈匝数成反比，所以原线圈中电流也增大，A的示数增大。故C错误；
D．由于原线圈中电流增大，电压不变，输入功率变大。故D正确。
故选BD。
9．ABD
【详解】
A．根据交变电源的电压的瞬时表达式可知
则交流电的频率为
所以A正确；
D．根据理想变压器的规律有
解得
电压表的示数为有效值，则有
所以D正确；
C．电流表的示数为
所以C错误；
B．根据理想变压器的规律有
解得电流表的示数为
所以B正确；
故选ABD。
10．BD
【详解】
A．由图乙可得则
电压的瞬时值表达式为
选项A错误；
C．四只灯泡均正常发光，流过灯泡的电流大小为
流过副线圈的电流为
由可得流过原线圈的电流为
选项C错误；
C．输入端电压
电压表的示数即原线圈两端的电压为
选项B正确；
D．由可得副线圈两端的电压为
且
解得
选项D正确。
故选BD。
11．BC
【详解】
A．由图乙可以看出，原线圈输入电压最大值为，故A错误；
B．时瞬时电压最大，则线圈内的磁通量变化率最大，故B正确；
C．原副线圈的电压比等于匝数比，只增加原线圈匝数，则匝数比增大，所以副线圈的电压减小，由
得电阻R上的功率会减小，故C正确；
D．压器不改变原副线圈的频率，故D错误。
故选BC。
12．AB
【详解】
A．t=0.05
s时，回路的感应电流最大，此时线圈平面与中性面垂直，穿过线圈的磁通量为零，A正确；
B．交流电压表的测量的是电压的有效值，流过灯泡的电流的有效值为
因此加在灯泡两端的电压的有效值
B正确；
C．整个回路电动势的最大值
因此可得线圈匝数
匝
C错误；
D．根据焦耳定律，发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热
D错误。
故选AB。
13．见解析
【详解】
甲：低频成分，因电容器有隔直流作用，C较大时，低频易通过；
乙：低频成分，因电容器对高频有旁路作用，C较小，通高频，阻低频；
丙：直流成分，因电容器有旁路作用和隔直作用，C越大时，容抗越小，低频成分越容易通过旁路。
14．（1）感应电流方向是顺时针；（2）；（3）
【详解】
（1）ab边向外切割磁感线，cd边向内切割磁感线，根据右手定则，感应电流方向是顺时针。
（2）感应电动势的最大值
电源电动势的有效值
电压表的示数
（3）从t=0起转过90°过程中，Δt内流过R的电荷量
联立可得
15．(1)
触片P与触点b、c接触；(2)8Ω；(3)11:3
【详解】
(1)当电吹风机送出来的是冷风时，电路中只有电动机自己工作，触片P与触点b、c接触；
(2)小风扇消耗的功率转化为机械功率和线圈上的热功率，则小风扇的电流
则
解得小风扇的内阻是
r=8Ω
(3)根据变压器的原线圈、副线圈的匝数与电压的关系
16．（1）；（2）
【详解】
（1）在将金属丝拉进磁场的过程中，感应电动势的最大值为：
感应电流的最大值为：
两金属丝受到的安培力的最大值为：
根据力的平衡，有拉力的最大值：
解得：
（2）在金属丝开始拉进距离b的过程和金属丝最后拉出距离b的过程，感应电动势的最大值为：
感应电流的有效值为：
进、出磁场过程这两段总时间为：
两电阻丝产生的热量为：
拉两金属丝穿越磁场区域过程中，感应电动势最大值为：
感应电流的有效值为：
运动的时间为：
两电阻丝产生的热量为：
全过程中，两电阻丝产生的总热量为：
解得：