2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册 第三章 交变电流 单元达标（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
单元达标（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．如图为通过降压变压器给用户供电的电路图，负载变化时变压器的输入电压不会有大的波动（可视为不变）。两条输电线的总电阻为，变压器上的能量损失可忽略，当用户端用电器增加时，则（　　）
A．电流表的示数不变
B．电流表的示数变大
C．电压表的示数变小
D．电压表的示数变大
2．如图所示，理想变压器的原线圈接在u=220sin100πt（V）的交流电源上，副线圈接有R=55
Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2：1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是（　　）
A．电流表的读数为1
A
B．原线圈的输入功率为220W
C．电压表的读数为110V
D．副线圈输出交流电的周期为50
s
3．线圈在磁场中匀速转动产生的交流电的瞬时电动势为，则下列说法正确的是（　　）
A．时，线圈平面位于中性面
B．时，穿过线圈的磁通量为零
C．时，磁通量变化率最大
D．时，e达到峰值
4．如图所示，电阻为R、长度为L的导体棒两个端点分别搭在两个竖直放置、电阻不计、直径也为L且相等的金属圆环上，圆环通过电刷与导线c和d相接。c、d两个端点接在匝数比为的理想变压器原线圈两端，变压器副线圈接一滑动变阻器，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向竖直向下。当导体棒绕与平行的水平轴以角速度匀速转动时，下列说法正确的是（　　）
A．在环的最低点开始计时，产生的瞬时电动势的表达式是
B．当图中的交流电流表的示数为I时，滑动变阻器上的电流为
C．当滑动变阻器的滑片向f移动吋，原线圈两端的输入功率变小
D．当滑动变阻器的滑片向f移动时，交流电流表A示数变大
5．如图是用电区通过理想变压器降压给用户供电的示意图，假设用户负载均为纯电阻，分别为和，降压变压器的原副线圈的匝数分别为、、，将如图所示虚线框内部分等效为电阻，则下列关系式正的是（　　）
A．
B．
C．
D．
6．关于正弦交流电，下列说法正确的是（　　）
A．一个周期内，电流的方向改变1次
B．一个周期内，电流的方向改变2次
C．线圈跟中性面重合时，磁通量最小
D．线圈跟中性面重合时，感应电动势最大
7．如图所示，10匝矩形线框处在磁感应强度的匀强磁场中，绕垂直磁场的轴以恒定角速度在匀强磁场中转动，线框电阻不计，面积为，线框通过滑环与一理想自耦变压器的原线圈相连，副线圈接有一只灯泡L（规格为“”）和滑动变阻器，电流表视为理想电表，则下列正确的是（　　）
A．若从图示线框位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值为
B．当灯泡正常发光时，原、副线圈的匝数比为
C．若将滑动变阻器滑片向上移动，则电流表示数增大
D．若将自耦变压器触头向下滑动，灯泡会变亮
8．如图所示，矩形线圈面积为，匝数为，线圈电阻为，在磁感应强度为的匀强磁场中绕轴以角速度匀速转动，外电路电阻为。则（　　）
A．图示位置线圈中感应电动势最大，其值为
B．由图示位置转过时，穿过线圈的磁通量为
C．由图示位置转过的过程中，通过电阻的电荷量为
D．由图示位置转过的过程中，电阻上所产生的热量为
9．一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示。已知发电机线圈内阻为10
Ω，外接一只电阻为90
Ω的灯泡，如图乙所示，则（　　）
A．电压表的示数为220
V
B．线圈转动的角速度为100π
rad/s
C．0.01
s时线圈在中性面位置
D．电路中的电流方向每秒改变50次
10．如图所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图像如图中曲线、所示，则（　　）
A．两次时刻线圈平面与中性面重合
B．曲线、对应的线圈转速之比为2：3
C．曲线表示的交变电动势频率为25
D．曲线表示的交变电动势有效值为
11．如图所示，理想自耦变压器线圈均匀绕在圆环型铁芯上，a、b为线圈的始端和末端。为线圈的滑动触头，调节可以改变b、c间线圈的匝数。a、b两端接电压稳定的交流电源；指示灯L与一小段线圈并联；b、c间接入滑动变阻器R，调节可以改变R接入电路的阻值。开关S处于闭合状态，电压表为理想交流电表，下列说法正确的是（　　）
A．仅向上滑动，a、b端输入功率变小
B．若断开开关S，指示灯L将熄灭
C．仅顺时针滑动，电压表示数变大
D．仅顺时针滑动，a、b端输入功率变小
12．如图所示，一理想变压器的原线圈匝数为n1=1000匝，副线圈匝数为n2=200匝，电阻R=50Ω，把原线圈接入一电压u=220sin100πt（V）的正弦交流电源，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计，则（　　）
A．当X为电流表时，若电阻R增大，则原线圈中的电流将增大
B．当X为电流表时，电压表示数为44V
C．当X为与R相同阻值的电阻时，电压表示数为22V
D．当X为二极管时，电压表V的示数为22V
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．如图所示是一种电风扇减速器电路。通过改变开关S跟0~5间的6个触点的接触，实现对电风扇电动机M的转速控制。请说明它的调速原理。
14．有一交流电压的变化规律为u＝220sin314tV，若将辉光电压为220V的氖管接上此交流电压，则1s内氖管的发光时间为多少？（提示：电压u≥220V时，氖管才发光）
15.一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500kW，路端电压为500V，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1.5Ω，降压变压器的输出电压为220V，不计变压器能量损耗，求：
（1）升压变压器副线圈两端的电压；
（2）输电导线上的功率损失及用户得到的功率。
16．为应对“新型冠状病毒”冬季可能爆发的流行态势，某医疗组织准备筹建“方舱”医院。为做好疫情防控供电准备，供电部门为医院设计的供电系统输电电路简图如图所示，发电机的矩形线框ABCD处于磁感应强度大小的水平匀强磁场中，线框面积，匝数匝，电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴以一定的角速度匀速转动，并与升压变压器的原线圈相连，升压变压器原、副线圈的匝数之比为1：20，降压变压器的副线圈接入到医院供电，两变压器间的输电线等效电阻，变压器均为理想变压器。当发电机输出功率时，电压表的示数为250V，额定电压为220V的医疗设备正常工作。求：
(1)线圈转动角速度大小；
(2)降压变压器原、副线圈匝数之比。
参考答案
1．B
【详解】
AB．当用电器数量增加时，并联个数增加，总电阻减小，由于原线圈电压不变，所以副线圈电压也不变，所以副线圈电流增加，A错误B正确。
CD．由于原线圈电压不变，所以副线圈电压也不变，所以CD错误。
故选B。
2．A
【详解】
A．原线圈中电压的有效值为220V，根据电压与匝数成正比
可得，副线圈中电压的有效值为110V，因为电阻R=55Ω，故副线圈中的电流为
则原线圈中的电流为
电流表的示数为1A，故A正确；
B．由输入功率和输出功率相等可得原线圈中的输入功率为
P=I22R=（2A）2×55Ω=220W
故B错误；
C．电压表的读数为电压的有效值，由A的分析可知，副线圈的有效值为110V，所以电压表的读数为110V，故C错误；
D．原线圈中交流电的周期为
则副线圈中输出交流电的周期也为0.02s，故D错误。
故选A。
3．A
【详解】
ABC．时，感应电动势为零，磁通量变化率为零，此时线圈平面位于中性面，穿过线圈的磁通量最大，选项A正确，BC错误；
D．时
选项D错误。
故选A。
4．D
【详解】
A．ab在最低点时，ab棒与磁场垂直，此时的感应电动势最大，此时电动势的顺时针表达式为：
故A错误；
B．由于变压器
，，
又
所以当图中的交流电流表的示数为I时，滑动变阻器上的电流为
故B错误；
C．当滑动变阻器的滑片向f移动吋，滑动变阻器接入电路中的阻值变小。由U1不变，则U2不变，由
可知，副线圈的输出功率变大，所以原线圈的输入功率也变大，故C错误；
D．当滑动变阻器的滑片向f移动吋，原线圈的输入功率变大，由
可知，交流电流表A示数变大，故D正确。
故选D。
5．D
【详解】
设输入电压为U1，电流为I1，电路部分电压为U2，电流为I2，电路部分电压为U3，电流为I3，则有
，，
根据电流关系有
即
化简得
故选D。
6．B
【详解】
AB．正弦交流电一个周期内，电流的方向改变2次，故B正确，A错误；
CD．线圈跟中性面重合时，磁通量最大，感应电动势最小为0,故CD错误。
故选B。
7．B
【详解】
A．若从图示线框位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值为
A错误；
B．原线圈电压为
灯泡电压即副线圈电压为
所以原、副线圈的匝数比为
B正确；
C．若将滑动变阻器滑片向上移动，滑动变阻器有效电阻增大，则副线圈电流变小，根据电流关系可知原线圈电流减小，即电流表示数变小，C错误；
D．若将自耦变压器触头向下滑动，则副线圈匝数减小，根据变压器电压规律可知副线圈电压减小，所以灯泡会变暗，D错误。
故选B。
8．CD
【详解】
A．图示位置线圈中感应电动势最大，其值为
故A错误；
B．由图示位置转过时，穿过线圈的磁通量为
故B错误；
C．由图示位置转过的过程中，通过电阻的电荷量为
故C正确；
D．由图示位置转过的过程中，电阻上所产生的热量为
联立，可得
故D正确。
故选CD。
9．BC
【详解】
A．电压表的示数为灯泡两端的电压，大小为
A错误；
B．线圈转动的周期T=0.02
s，则角速度为
B正确；
C．0.01
s时感应电动势为零，则线圈在中性面位置，C正确；
D．交流电的频率为f=50
Hz，则电路中的电流方向每秒改变100次，D错误。
故选BC。
10．ACD
【详解】
A．从题图中看出，时曲线a、b的感应电动势均为0，因此线圈平面与中性面重合，故A正确；
B．曲线a、b的周期分别为，，则曲线a、b对应的线圈转速之比
故B错误；
C．由
故C正确；
D．由
可得
而
可计算出曲线b表示的交变电动势最大值为10V，电动势的有效值为
故D正确。
故选ACD。
11．AD
【详解】
A．设R两端电压为U，则R消耗的功率为
仅向上滑动P2，U不变，R增大，所以PR变小。指示灯L的功率PL不变，a、b端输入功率为
所以P变小，故A正确；
B．若断开开关S，会造成R所在支路断开，对L所在支路无影响，故B错误；
CD．仅顺时针滑动P1，由于a、b端所接交流电压恒定，所以电压表示数不变，根据理想变压器原、副线圈电压关系可知U减小，所以PR变小，同A分析可知P变小，故C错误，D正确。
故选AD。
12．BD
【详解】
A．当X为电流表时，若电阻R增大，则次级电流减小，则原线圈中的电流将减小，选项A错误；
B．初级电压有效值为U1=220V，则次级电压
即当X为电流表时，电压表示数为44V，选项B正确；
C．当X为与R相同阻值的电阻时，次级电压仍为44V，则电压表示数为22V，选项C错误；
D．当X为二极管时，只有一半时间导通，则根据有效值概念可知
解得
即电压表V的示数为22V，选项D正确。
故选BD。
13．见解析
【详解】
当开关S接在触点“0”点时电路断路，风扇不转；当开关S接触点“1”时，电感线圈没有接入电路，此时风扇转速最大；当开关接在触点2、3、4、5时，线圈接入电路部分感抗依次越来越大，电动机分担电压越来越小，电动机M功率越来越小，因此风扇转速越来越小。
14．0.5s
【详解】
由可知周期
当u＝±220V时，代入得
故在一个周期内氖管发光的时间段为～以及～，共计，即有一半的时间在发光，故1s内的发光时间为
15．（1）2500V；（2）60kW，440kW
【详解】
输电线路原理图如图所示
（1）根据设升压变压器原、副线圈的电压为U1、U2，由变压器的规律可知
升压变压器副线圈两端的电压
U2==2500V
（2）输电导线上的电流
I2==200A
输电导线上的功率损失
P损=I22r线=60kW
用户得到的功率
P用=P1－P损=440kW
16．(1)
；
(2)
【详解】
(1)发电机的最大电压为
解得
(2)升压变压器的输出电压为
输送电流为
降压变压器的输入电压为
在输送电路上有
解得