第3章 交变电流 单元检测（word版含答案）

人教版高中物理选修二 第3章 交变电流 单元检测
一、单项选择题（共6小题；共24分）
1. 如图所示，处在匀强磁场中的矩形线圈 ，以恒定的角速度绕中心对称轴转动，在 时刻，线圈平面与磁场重合， 边垂直纸面向里， 边垂直纸面向外运动。若规定 为正方向，则线圈中感应电流 随时间 变化的图线是
A. B.
C. D.
2. 在图所示的电路中， 为直流电阻很小的线圈， 和 为零刻度在表盘中央的相同的电流计，当开关 闭合时，电流计 的指针偏向右方，那么当开关 断开时，将出现的现象是
A. 和 的指针都立即回到零刻度
B. 的指针立即回到零刻度，而 的指针缓慢地回到零刻度
C. 的指针缓慢地回到零刻度，而 的指针先偏向左方，然后缓慢地回到零刻度
D. 的指针先偏向左方，然后缓慢地回到零刻度，而 的指针缓慢地回到零刻度
3. 如图所示， 匝矩形闭合导线框 处于磁感应强度大小为 的水平匀强磁场中，线框面积为 ，电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴 以角速度 匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，变压器副线圈接入一只额定电压为 的灯泡，灯泡正常发光，从线框通过中性面开始计时，下列说法正确的是
A. 图示位置穿过线框的磁通量变化率最大
B. 灯泡中的电流方向每秒改变 次
C. 变压器原、副线圈匝数比值为
D. 线框中产生感应电动势的表达式为
4. 两个完全相同的电热器分别通以如图 、 所示的交变电流，两电热器的实际电功率之比 为
A. B. C. D.
5. 一输入电压为 ，输出电压为 的变压器副线圈烧坏。为获知此变压器原、副线圈匝数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新绕了 匝线圈，如图所示，然后将原线圈接到 交流电源上，测得新绕线圈的端电压为 ，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线圈匝数分别为
A. ， B. ， C. ， D. ，
6. 在匀强磁场中，一个矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图象如图乙所示，则
A. 时线框平面与中性面重合
B. 时线框中磁通量的变化率为零
C. 线框产生的交变电动势的有效值为
D. 线框产生的交变电动势的频率为
二、双项选择题（共1小题；共4分）
7. “二分频”音箱内有高、低两个扬声器，音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高低频段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原来比例还原成高、低频的机械振动。如图所示为音箱的电路简化图，高、低频混合电流由 、 端输入， 是线圈， 是电容器，则
A. 甲扬声器是低音扬声器
B. 乙扬声器是低音扬声器
C. 的作用是阻碍高频电流通过甲扬声器
D. 的作用是阻碍高频电流通过乙扬声器
三、多项选择题（共3小题；共12分）
8. 在电能输送过程中，若输送电功率一定，则在输电线上的功率损失
A. 随输电线电阻的增大而增大
B. 与输送电压的平方成正比
C. 与输电线上电压损失的平方成正比
D. 与输电电流的平方成正比
9. 如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 ， 是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻 ，其余电阻均不计，从某时刻开始在原线圈 、 两端接入交流电源，其电压与时间的关系如图乙所示，则下列说法正确的是
A. 当单刀双掷开关与 连接时，电压表的示数为
B. 当单刀双掷开关与 连接且 时，电流表示数为
C. 当单刀双掷开关由 拨向 时，原线圈的输入功率变大
D. 当单刀双掷开关由 拨向 时，副线圈输出电压的频率仍然为
10. 图乙中，理想变压器原、副线圈匝数比 。原线圈接入如图甲所示的正弦交流电。电路中电表均为理想电表，定值电阻 ， 为理想二极管（该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大），则
A. 电阻 两端的电压频率为 B. 电流表的示数为
C. 原线圈的输入功率为 D. 将 摘掉，电压表的示数不变
四、填空题（共2小题；共8分）
11. 交流电流表是一种能够测量交变电流有效值的仪表，使用时，只要将电流表串联进电路即可。扩大交流电流表量程可以给它并联一个分流电阻。还可以给它配接一只变压器，同样也能起到扩大电流表量程的作用。如图所示，变压器 、 两个接线端子之间线圈的匝数 ， 、 两个接线端子之间线圈的匝数 ，并且已知 。若将电流表的‘‘ ”量程扩大，应该将交流电流表的接线柱的‘‘ ”““分别与变压器的接线端子 （填‘‘ 、 ’’或‘‘ 、 ’’）相连；这时，电流表的量程为 。
12. 如图所示，理想变压器的次级有两组线圈，图中三个灯泡的规格相同，四个电表对电路的影响都可忽略不计。开关 断开时，灯 正常发光，这时两电流表示数之比 是 ；开关 闭合时，三个灯都正常发光，这时两电流表示数之比 ，两电压表示数之比 。
五、解答题（共4小题；共52分）
13. 如图所示，一个变压器（可视为理想变压器）的原线圈接在 的市电上，向额定电压为 的霓虹灯供电，使其正常发光。为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，当副线圈电路中电流超过 时，熔丝就熔断。
（1）熔丝的熔断电流是多大
（2）当副线圈电路中电流为 时，变压器的输入功率是多大
14. 交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴 匀速转动。一小型发电机的线圈共 匝，线圈面积 ，线圈转动的频率为 ，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度 。如果用此发电机带动两台标有“”的电机正常工作，需在发电机的输出端 、 与电机之间接个理想变压器，电路如图所示。求：
（1）发电机的输出电压的有效值为多少
（2）变压器原、副线圈的匝数比为多少
（3）与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多少
15. 如图甲所示，两根足够长的平行光滑金属导轨 ， 被固定在水平面上，导轨间距 。两导轨的左端用导线连接电阻 和理想电压表，右端用导线连接电阻 ，电阻 的金属棒垂直于导轨静止在 处；导轨和导线电阻均不计。在矩形区域 内有竖直向上的磁场，，磁感应强度随时间的变化如图乙所示。开始时电压表有示数，当电压表示数变为 后，对金属棒施加一水平向右的恒力 ，使金属棒刚进入磁场时电压表的示数又变为原来的值。金属棒在磁场内运动过程中电压表的示数保持不变。求：
（1） 时电压表的示数；
（2）金属棒在磁场内运动的速度大小。
16. 质量为 的均匀链条长为 ，开始放在光滑的水平桌面上，有 的长度悬在桌边缘，，如图所示，松手后，链条滑离桌面，问从开始到链条刚滑离桌面过程中重力势能变化了多少
答案
第一部分
1. C
2. C
【解析】电流计指针的偏转方向与电流的方向有关，根据题意，电流自右向左通过电流计时，指针向右偏，那么电流自左向右通过电流计时，指针应向左偏；当开关 断开瞬间， 中原电流立即消失，而 由于自感电动势作用，电流不能立即消失，电流沿 、 、 的方向，在由它们组成的闭合导体回路中继续维持一段时间，即 中的电流按原方向自右向左逐渐减为零，而 中的电流和原方向相反，变为自左向右，和 中的电流同时减为零，也就是 指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零刻度，而 指针缓慢地回到零刻度，故C项正确。
3. D
4. A
5. B
【解析】对新绕线的理想变压器分析，根据变压比公式得 。对变压器烧坏前分析，，B 正确。
6. A
【解析】由图乙可知 ，
由图可知 时刻感应电动势等于零，线框平面与中性面重合，故A正确；
时感应电动势最大，线框的磁通量变化率最大，故B错误；
根据正弦式交变电流有效值和峰值的关系可得，
该交变电流的有效值为 ，故C错误；
，线框产生的交变电动势的频率为 ，故D错误；
第二部分
7. A， C
【解析】点是通高频、阻低频，选项 D 错误；
音调高低是指频率的高低，所以乙扬声器是高音扬声器，而甲扬声器是低音扬声器，选项 A 正确，选项 B 错误；
电感线圈的特点是通低频、阻高频，选项 C 正确。
第三部分
8. A， C， D
【解析】输电线上的功率损失 ，电压损失 ，输电电流 ，所以 。可见在输送功率 一定时， 与 成正比，与 成反比。
9. B， C， D
【解析】由题图乙可知，输入电压最大值为 ，线圈周期为 ，所以频率为 。交流电压有效值为 ，根据电压与匝数成正比可知，当单刀双掷开关与 连接时，副线圈电压有效值为 ，故选项A错误；
当单刀双掷开关与 连接时，副线圈电压有效值为 ，所以副线圈电流有效值为 ，电流表示数为电流的有效值，不随时间的变化而变化，所以电流表的示数为 ，故选项B正确；
当单刀双掷开关由 拨向 时，原线圈的匝数变小，所以副线圈的输出电压要变大，电阻 上消耗的功率变大，原线圈的输入功率也要变大，故选项C正确；
变压器不会改变电流的频率，所以副线圈输出电压的频率为 ，故选项D正确。
10. A， C， D
【解析】由图甲可知，交流电的周期为 ，故频率为 ；而变压器及二极管均不会改变交流电的频率，故电阻 两端的电压频率为 ；故A正确；
经变压器后，输出电压为 ，因二极管的单向导电性，只有一半时间内有电压加在 两端；则有有效值的定义可得：；则电流表的示数为： 故B错误；
原线圈输入功率等于副线圈输出的功率，输出功率 ；故C正确；
因输出电压由输入电压决定，故将 摘掉，电压表的示数不变；故D正确；
第四部分
11. 、 ；
12. ；
【解析】（1）根据电流与匝数成反比，
开关 断开，灯 正常发光时，原线圈和次级线圈的匝数之比：，
开关 闭合时，三个规格相同的灯泡都正常发光，
下边次级线圈的电压和上面次级线圈的电压相等，且通过三灯泡的电流相等，
根据电压与匝数成正比，且上面和下面次线圈的匝数相等，
两电压表示数之比：；
（2）根据输入功率等于输出功率，
有：，
所以：。
第五部分
13. （1）
【解析】设原、副线圈上的电压、电流分别为 、 和 、 。
根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有 ，当 时， 即为熔断电流，代入数据得 。
（2）
【解析】设副线圈中电流 时，变压器的输入功率为 ，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有 ，代入数据，得 。
14. （1）
【解析】根据 ，
得输出电压的有效值 。
（2）
【解析】根据 ，
得变压器原、副线圈的匝数比 。
（3）
【解析】根据 ，
再根据 ，解得 。
15. （1）
【解析】设磁场宽度为 ，在 时间内，感应电动势为：
，
电路结构为 与 并联，再与 串联，则有：
，
回路总电阻为：，
则电压表的示数为：。
（2）
【解析】设金属棒在磁场内运动的速度大小为 ，产生的电动势为 ，则有：
，
金属棒为电源，外电路为 与 并联，通过棒的电流为：
，
由闭合电路欧姆定律得：，
联立解得：。
16.
【解析】解法一：等效法。由图中初态和末态比较，可等效成将开时桌面上的 的链条移至末态钩下端 链条处，故重心下降了 ，
所以重力势能减少了 ，即 。
解法二：设桌面为参考面，开始时重力势能 ，
末态时重力势能 。
故重力势能变化量 。
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