第三章 交变电流 单元测试（word版含答案）

交变电流 单元测试
一、单项选择题（本题共13小题，每小题3分，共39分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）
1．如图所示为交流发电机示意图，线圈的边连在金属滑环上，边连在滑环上，用导体做的两个电刷、分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接。关于其工作原理，下列分析正确的是（　　）
A．当线圈平面转到中性面时，穿过线圈的磁通量最大
B．当线圈平面转到中性面时，线圈中的感应电动势最大
C．当线圈平面转到跟中性面垂直时，穿过线圈的磁通量的变化率最小
D．当线圈平面转到跟中性面垂直时，线圈中的感应电流最小
2．某实验装置如图所示，在铁芯P上绕着两个线圈A和B。在线圈A中通入电流i与时间t的关系如图A、B、C、D所示，那么在t1~t2这段时间内，可以观察到线圈B中产生交变电流的是（　　）
A． B．
C． D．
3．在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω，则（　　）
A．t＝0时，线圈平面垂直于磁感线
B．t＝1s时，线圈中的电流改变方向
C．t＝1.5s时，线圈中磁通量的变化率最大
D．t＝2s时，线圈中的感应电流最大
4．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
5．如图甲所示，在匀强磁场中有一个匝数n＝10的矩形线圈匀速转动，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为5Ω。从图甲所示位置开始计时，通过线圈平面的磁通量随时间变化的图象如图乙所示，那么（　　）
A．线圈从图示位置转过90°时穿过线圈的磁通量为2Wb
B．在t＝0.2s时，线圈中的感应电动势为零，且电流改变一次方向
C．线圈从图示位置转过30°时的感应电流为πA
D．线圈转动过程中消耗的电功率为10π2W
6．如图是验证电容器特性的实验电路图，电路正常工作后，对于灯、的分析正确的是（　　）
A．、都亮 B．、都不亮
C．不亮，亮 D．亮，不亮
7．如图所示，三只完全相同的灯泡a、b、c分别与盒子Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的三种元件串联，再将三者并联，接在正弦交变电路中，三只灯泡亮度相同若保持电路两端电压有效值不变，将交变电流的频率增大，观察到灯a变暗、灯b变亮、灯c亮度不变。则三个盒子中的元件可能是（　　）
A．Ⅰ为电阻，Ⅱ为电容器，Ⅲ为电感器
B．Ⅰ为电感器，Ⅱ为电阻，Ⅲ为电容器
C．Ⅰ为电感器，Ⅱ为电容器，Ⅲ为电阻
D．Ⅰ为电容器，Ⅱ为电感器，Ⅲ为电阻
8．如图所示为某型号电吹风电路图，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。该电吹风吹热风时输入功率为500W，吹冷风时输入功率为60W。小风扇额定电压为60V，正常工作时小风扇输出功率为50W。和分别是理想变压器原、副线圈的匝数。则（　　）
A．吹冷风时触片P位于ab之间
B．变压器原、副线圈的匝数比
C．小风扇的内阻是72Ω
D．吹热风时通过电热丝的电流为2A
9．一理想变压器原、副线圈的匝数比为55：1，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。下列说法正确的是（　　）
A．副线圈输出电压的频率为100Hz
B．P向左移动时，变压器原、副线圈的电流都减小
C．副线圈输出电压的有效值为
D．P向左移动时，变压器的输入功率增加
10．电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示。其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端与电流表连接。如果原线圈匝数为5匝，副线圈匝数为400匝，当电流表示数为0.5A时，原线圈中的电流为（　　）
A．2.5A B．20A C．40A D．200A
11．如图所示，某小型水电站发电机输出的电功率，发电机的输出电压为，经变压器升压后向远距离输电，已知升压变压器原、副线圈的匝数比，输电线的总电阻为，最后通过降压变压器将电压降为220V向用户供电。若两个变压器均为理想变压器，则下列升压变压器降压变压器说法正确的是（　　）
A．用户端交流电的频率为100Hz
B．用户得到的功率为20kW
C．输电线上损失的功率为500W
D．降压变压器原、副线圈的匝数比
12．如图所示，用一小型交流发电机向远处用户供电，已知发电机线圈匝数匝，面积，线圈匀速转动的角速度，匀强磁场的磁感应强度。输电时先用升压变压器将电压升高，到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用，输电导线的总电阻为，变压器都是理想变压器，降压变压器原、副线圈的匝数比为，若用户区标有“”的电动机恰能正常工作。发电机线圈电阻不可忽略。则（　　）
A．交流发电机产生电动势的最大值为300V
B．输电线路上损耗的电压为20V
C．输电线路上损耗的电功率为
D．若升压变压器原、副线圈匝数比为，升压变压器原线圈两端的电压为
13．远距离输电原理图如图所示，原线圈输入电压及输电功率恒定，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，当S由2改接为1时，下列说法正确的是(　　)
A．电压表读数减小
B．电流表读数增大
C．输电线上损耗的功率增大
D．用户的功率增大
二、多项选择题（本题共3小题，每小题4分，12分．在每小题给出的四个选项中，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．）
14．如图所示，在匀强磁场中转动的单匝线圈电阻为1Ω，外接电阻R＝9Ω，线圈匀速转动的周期为T＝0.2s，从线圈中性面开始计时，理想交流电流表的读数为2A，那么（　　）
A．穿过线圈的最大磁通量为Wb
B．任意时刻线圈中的感应电动势为e＝20sin20πt（V）
C．在线圈转过90°的过程中，外接电阻产生的焦耳热为1.8J
D．在线圈转动90°的过程中，通过电阻R的电荷量为2πC
15．图表示一交变电流随时间变化的图像，由图可知（　　）
A．用理想交流电流表测该电流，其示数为10A
B．该交变电流的频率为100 Hz
C．在t＝0.25×10－2 s和t＝0.75×10－2 s时，线圈位于中性面处
D．在t＝（T为该交变电流的周期）时刻，该电流大小与其有效值相等
16．如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2，当发电机线圈以角速度匀速转动时，理想电流表读数为I，不计线圈电阻，下列说法正确的是（　　）
A．通过电阻的电流为 B．电阻两端的电压为
C．与的比值为 D．与的比值为
三、实验题
17．（7分）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中：
（1）实验室中现有下列器材：
A．可拆变压器（铁芯、已知线圈1匝数400匝，线圈2匝数800匝）
B．直流电源
C．多用电表
D．条形磁体
E.开关、导线若干
上述器材在本实验中不需要的是________（填器材前的字母），本实验中还需用到的一种器材是__________；
（2）连接电路，使所用电源与其中一线圈相连。实验中分别测得线圈1两端电压、线圈2两端电压，改变输入电压重复实验，数据记录如表所示。
1.80 2.80 3.80 4.90
4.00 6.01 8.02 9.98
根据测量数据可知，连接电源的线圈是________（选填“线圈1”或“线圈2”）。
18．（7分）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，李辉同学采用了如图所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100匝”的匝数。
（1）本实验中，实验室有下列器材∶
A．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
B．条形磁铁
C．直流电源
D．多用电表
E.开关、导线若干
上述器材在本实验中不需要的有______（填器材料序号），本实验中还需用到的器材有______。
（2）对于实验过程，下列说法正确的有______
A．为便于探究，应该采用控制变量法
B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
C．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量
D．因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路
（3）实验中，电源接变压器原线圈“0”、“8”接线柱，副线圈接“0”、“4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0V，若变压器是理想变压器，则原线圈的电压应为______。
A．18.0V B．10.0V C．5.0V D．2.5V
（4）组装变压器时，李辉同学没有将铁芯闭合，如图所示，原线圈接12.0V的学生电源，原副线圈的匝数比为8：1，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是______
A．0V B．96.0V C．1.5V D．0.65V
（5）李辉同学正确组装变压器后，把12.0V的学生交流电源接到原线圈“2”、“8”接线柱（相当于600匝），副线圈接线“0”、“1”接线柱，如图所示。在确认电路连接无误的情况下，接在副线圈两端的交流电压表的实际读数可能是______
A．0V B．5.8V C．2.0V D．1.5V
（6）用匝数na=400匝和nb=800匝的变压器，实验测量数据如表∶
Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
根据测量数据可判断连接交流电源的原线圈是______（填na或nb）
四、解答题
19．（10分）一个理想变压器的初级线圈匝数为220匝，次级线圈匝数为36匝，初级线圈接在交流电源上，电压的最大值为V，次级线圈只接了一盏电阻恒定为36Ω的电灯，求：
（1）变压器次级线圈输出电压的有效值；
（2）变压器的输出功率；
（3）变压器初级线圈中的电流。
20．（12分）如图，一台理想变压器给两个相同“、”的小灯泡供电，已知两小灯泡均正常工作，输入端接的交流电源，经过进入原线圈。（两灯泡正常发光，且要求消耗的功率最小）求：变压器原、副线圈的匝数比
21．（13分）南海上某哨塔想采用浮桶式波浪发电补充生活用电，其原理简化如图甲。能产生如图乙辐向磁场的磁体通过支柱固定在暗礁上，线圈内置于浮桶中。浮桶随波浪相对磁体沿竖直方向运动，且始终处于磁场中。该线圈与阻值的指示灯相连．如图乙所示，浮桶下部由内、外两密封圆筒构成。匝数匝的线圈所在处辐向磁场的磁感应强度，线圈直径，内阻不计。假设浮桶振动的速度可表示为,取，求：
（1）图甲中，当时，流过指示灯泡的电流大小；
（2）灯丝在1分钟内产生的焦耳热；
（3）若输出端通过理想变压器给哨塔供电，如图丙所示，若闭合，断开时，原线圈中电流表示数为，已知图中灯泡标称为“”恰能正常发光，电动机线圈电阻，则此时图中电动机的机械功率为多少。
试卷第10页，共11页
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参考答案
1．A
【详解】
A．当线圈平面转到中性面的瞬间，AB和CD边方向与磁感线方向垂直，穿过线圈的磁通量最大，A正确；
B．当线圈平面转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零， B错误；
CD．当线圈平面转到与中性面垂直的瞬间，根据法拉第电磁感应定律，则线圈中磁通量的变化率最大，则感应电动势最大，感应电流最大，故CD错误。
故选A。
2．D
【详解】
A．由图A可知，A中电流不变，电流产生的磁场不变，穿过P的磁通量不变，故不会产生感应电流，A错误；
B．图B中电流发生变化，产生的磁场均匀变化，会产生感应电流，但不是交变电流，B错误；
C．图C中电流发生变化，产生的磁场发生变化，整个过程会产生交变电流，但在t1~t2这段时间内，电流的变化不均匀，故t1~t2这段时间内也会产生交变电流，C正确；
D．图D中电流发生变化，产生的磁场发生变化，整个过程会产生交变电流，t1~t2这段时间内，电流的变化率发生改变，故产生非均匀变化的磁场，故会产生交变电流，D正确。
故选CD。
3．D
【详解】
A．根据图像可知，在时穿过线圈平面的磁通量为零，所以线圈平面平行于磁感线，选项A错误；
B．图像的斜率为，即表示磁通量的变化率，在之间，“斜率方向“不变，表示的感应电动势方向不变，则电流方向不变，选项B错误；
C．图像的斜率为，t＝1.5s时，斜率为零，则线圈中磁通量的变化率为零，选项C错误；
D．根据法拉第电磁感应定律可得
所以在时，斜率为最大，则感应电动势为最大，感应电流最大，选项D正确。
故选D。
4．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。
5．D
【详解】
A．由乙图可知，线圈在磁场中磁通量的最大值是0.2Wb，线圈从图示位置转过90°时磁通量最大，为0.2Wb，故A错误；
B．由乙图可知：在t＝0.2s时，磁通量等于零，此时图线斜率绝对值达到最大，即 达到最大值，根据法拉第电磁感应定律
知此时感应电动势为最大值，方向不变，故B错误；
C．由乙图知
则电动势的最大值为
线圈从甲图开始转动切割磁感线，产生的电动势瞬时值表达式是
将=30°带入得
则此时的电流值为
故C错误；
D．有效值为
则线圈转动过程中消耗的电功率为
故D正确。
故选D。
6．C
【详解】
根据电容器特性，可知，恒定直流不能通过电容器，即电容器是“隔直通交”，当电路正常工作后，L1不亮，L2亮，故C正确，ABD错误。
故选C。
7．C
【详解】
根据电感器有通低频，阻高频的特点，电容器有通高频，阻低频的特点，电阻对高低频交流电无影响，所以将交变电流的频率增大，观察到灯a变暗、灯b变亮、灯c亮度不变，则Ⅰ为电感器，Ⅱ为电容器，Ⅲ为电阻，所以C正确；ABD错误；
故选C。
8．B
【详解】
A．由图示电路图可知，触片P若同时接触两个触点b和c，只有小风扇接入电路，只有小风扇工作，电吹风处于吹冷风工作状态，A错误；
B．变压器的原线圈、副线圈的匝数比为
C．小风扇消耗的功率转化为机械功率和线圈上的热功率，因未说明小风扇的效率，所以不能计算小风扇的内阻，C错误；
D．根据功率关系可得
解得
D错误。
故选B。
9．B
【详解】
A．副线圈输出电压的频率等于输入原线圈的电压的频率，为
选项A错误；
BD．P向左移动时，滑动变阻器阻值变大，则次级电流减小，则原线圈电流也会减小，即变压器原、副线圈的电流都减小，根据P=IU可知变压器的输入功率减小，选项B正确，D错误；
C．初级电压有效值为220V，则副线圈输出电压的有效值为
选项C错误；
故选B。
10．C
【详解】
电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，由
解得
I1=40A
ABD错误，C正确。
故选C。
11．D
【详解】
A．由发电机的输出电压
所以交流电的频率
选项A错误；
BC．由可知升压变压器原线圈的电压
根据升压变压器原副线圈变压比有
解得
升压变压的输入功率等于输出功率有
解得
则输电线上损耗的功率
降压变压器得到的功率
则用户得到的功率为
选项BC错误；
D．输电线上的电压为
则降压变压器原线圈的电压
降压变压器原副线圈匝数比
选项D正确。
故选D。
12．C
【详解】
A．根据正弦式交变电流产生规律可知，最大值为：
故A错误；
BC．设降压变压器原、副线圈的电流分别为I3、I4，电动机恰能正常工作，有：
根据理想变压器的变流比可知：，得 I3=4A，所以输电线路上损耗的电压为
输电线路上损耗的电功率为：
故B错误C正确；
D．根据得；U3=2200V，升压变压器副线圈两端电压：
U2=U3+I3R=2240V
又，可得：
U1=280V
故D错误。
故选C。
13．D
【详解】
B．原线圈输入电压及输电功率恒定，当S由2改接为1时，根据
U2＝U1
升压变压器副线圈匝数n2 增大，则U2增大，由于
U1I1＝U2I2
则升压变压器副线圈电流I2减小，所以电流表读数减小，B错误；
A．线路损失的电压
ΔU＝I2R线
减小，则降压变压器原线圈的电压
U3＝U2－ΔU
增大，则降压变压器副线圈的电压
U4＝U3
增大，所以电压表的读数增大，A错误；
C．输电线上损耗的功率
ΔP＝I22R线
由于升压变压器副线圈电流I2 减小，所以输电线上损耗的功率减小，C错误；
D．用户的功率
P4＝P1－ΔP
输电线上损耗的功率减小，所以用户的功率增大，D正确。
故选D。
14．AC
【详解】
A．因电流表的读数2A为有效值，则电流的最大值为
Im＝I有效＝2A
Em＝Im（R＋r）＝20V
又
Em＝Φmω
ω＝
所以
Φm＝Wb
故选项A正确；
B．任意时刻线圈中的感应电动势为
e＝20sin10πt（V）
故选项B错误；
C．线圈转过90°时，外接电阻产生的焦耳热为
Q＝I2Rt＝22×9×0.05J=1.8J
故选项C正确；
D．从中性面开始计时，转动90°的过程中，感应电动势的平均值为
＝
q＝t＝C
故选项D错误。故选AC。
15．BD
【详解】
AB．由题图可知，电流的最大值为10 A，周期为0.01 s，则频率为100 Hz，电流有效值为
A＝10 A
因为电流表测的是有效值，故电流表的示数为10 A，A错误，B正确；
C．在t＝0.25×10－2 s和t＝0.75×10－2 s时电流最大，此时线圈平面与中性面垂直，C错误；
D．该交变电流瞬时值表达式为
i＝Imsin ωt＝10sin 200πt A
在t＝时，电流为
i＝10sinA＝10 A
D正确。
故选BD。
16．BC
【详解】
AB．因为
解得
选项A错误，B正确；
CD．因为
解得
选项C正确，D错误。
故选BC。
17．BD 低压交流电源 线圈2
【详解】
（1）A．变压器线圈两端的电压与匝数的关系为
所以需要知道原副线圈的匝数,可拆变压器就能满足条件。故A必用；
B．变压器的原理是互感现象的应用,是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化,如果原线圈中通的是直流电源,则副线圈中不会有感应电流产生，故B不需要；
C．变压器线圈两端的电压与匝数的关系
需要测电压,所以需要一个测电压的仪器，故C必用；
D．变压器的原理是互感现象的应用,是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化,所以不需要外界的磁场，故D不需要；
E．做电学实验,当然需要用到开关、导线,故E必用。
本实验中还需一个电源 ,故还需用到的器材有低压交流电源；
（2）由于变压器总是存在漏磁现象，还有铜损、铁损等损耗，则副线圈的交流电压表的实际读数还是小于理想变压器的副线圈的读书，由于总是小于的一半，所以可判断连接交流电源的原线圈是线圈2。
18．BC 低压交流电源 AC B D D nb
【详解】
(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，使用的是交流电，所以不需要直流电，磁场是利用了电流的磁效应，所以也不需要条形磁铁。
故选BC。
本实验中还需用到的器材是低压交流电源。
(2)A．为便于探究，应该采用控制变量法，所以A正确；
B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，所以B错误；
C．使用多用电表测电压时，先用最大量程挡试测，再选用适当的挡位进行测量，所以C正确；
D．虽然实验所用电压较低，但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，这样子可减小实验误差，及安全问题，所以D错误；
故选AC。
(3)利用理想变压器，原副线圈的电压与匝数成正比规律可知，当副线圈所接电表的示数为5.0V，原线圈的电压应为10V，所以B正确；ACD错误；
故选B。
(4)组装变压器时，李辉同学没有将铁芯闭合，则变压器漏磁比较厉害，则副线圈的交流电压表的实际读数小于理想变压器的副线圈的读数
所以D正确；ABC错误；
故选D。
(5)李辉同学正确组装变压器后，变压器还是存在漏磁现象，还有铜损、铁损等损耗，则副线圈的交流电压表的实际读数还是小于理想变压器的副线圈的读数
所以D正确；ABC错误；
故选D。
(6)由于变压器总是存在漏磁现象，还有铜损、铁损等损耗，则副线圈的交流电压表的实际读数还是小于理想变压器的副线圈的读数，由于Ua总是小于Ub的一半，所以可判断连接交流电源的原线圈是nb。
19．（1）36V；（2）36W；（3）
【详解】
（1）由题知，初级线圈电压的有效值为
根据
解得
（2）变压器的输出功率为
（3）根据
解得
20．5︰1
【详解】
两灯泡正常发光，则副线圈中电流为
副线圈两端电压为
U2=6V
由原、副线圈电流、电压关系可得
由欧姆定律可得
联立解得
或
要求消耗的功率最小，则原线圈中电流较小，变压器为降压变压器，故。
21．(1) ； (2)960J；(3)144W
【详解】
(1)根据
可得t=0.5s时浮桶振动的速度
则切割磁感线产生电动势为
由欧姆定律得
(2)经过平衡位置时浮桶的速度最大为
此时感应电动势为
则最大电流为
由于速度随时间变化规律为正弦函数，故产生正弦式交变电流，故电流有效值为
由焦耳定律得灯丝在1分钟内产生的焦耳热为
(3)灯泡标称为“220V，88W”恰能正常发光，根据P=UI得
则变压器的匝数比为
电流值比为
则
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