北京市部分地区2021-2022学年高三上学期期末物理试题分类汇编：交变电流（word版含答案）

北京高三物理交变电流试题
一、单选题
1．（2021-2022·北京海淀·高三期末）中国民航局规定旅客携带充电宝乘机应遵守：充电宝额定能量不超过100Wh，无需航空公司批准；额定能量超过100Wh但不超过160Wh，经航空公司批准后方可携带。若某充电宝型号如图所示，由图可知（　　）
A．“电池能量”信息中给出的mAh是能量单位
B．该充电宝能量超过100Wh，须经航空公司批准后方可携带
C．用该充电宝单口给手机充电，如果充电电流是2.4A，可持续充电约2.7小时
D．该充电宝电动势为3.7V，输出参数显示为5.1V，是因为厂家用锂聚合物所以电动势明显增大了
2．（2021-2022·北京朝阳·高三期末）如图所示为一正弦式交变电流的图像。由图可知，这个电流的（　　）
A．有效值为6A B．有效值为A
C．频率为100Hz D．频率为200Hz
3．（2021-2022·北京西城·高三期末）一正弦交变电流的图像如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．在时电流改变方向
B．该交变电流的周期为0.25s
C．该交变电流的表达式为
D．将该交变电流通过一个的电阻，通电10s产生的热量为
4．（2021-2022·北京顺义·高三期末）如图所示，在匀强磁场中，矩形金属导线框绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的电动势e随时间t变化的图像如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．线框产生的电动势最大值为220V
B．线框产生的电动势有效值为220V
C．线框平面与中性面重合时磁通量最小
D．此交流电的电动势e随时间t变化的规律是
5．（2021-2022·北京海淀·高三期末）在图甲所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，R1、R2、R3均为定值电阻，R2＝10Ω，R3＝20Ω，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图乙所示。下列说法正确的是（　　）
A．电压表的示数为100V
B．A1表的示数为15A
C．A2表的示数为1.0A
D．R1两端电压最大值为120V
6．（2021-2022·北京东城·高三期末）交流发电机的简化结构如图所示，两磁极间产生的磁场可近似为匀强磁场。已知水平匀强磁场的磁感应强度大小，矩形线框共100匝，面积，电阻不计。线框绕垂直于磁场的转轴以角速度匀速转动，通过熔断电流（有效值）为10A的保险丝与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220V 20W”的灯泡，下列说法正确的是（　　）
A．若灯泡正常发光，通过保险丝的电流为0.2A
B．为使灯泡正常发光，变压器原、副线圈的匝数之比为20：11
C．线框平面与磁场方向垂直时，穿过线框的磁通量为
D．线框中产生的感应电动势的有效值为
7．（2021-2022·北京丰台·高三期末）如图甲所示，理想变压器的原线圈接在交流电源上，副线圈接有 的电阻，原、副线圈匝数之比为10∶1，交流电压表的示数是20.0V，电流表、电压表均可看作理想电表。图乙是交流电源输出电压u随时间t变化的图像。则下列说法正确的是（　　）
A．电流表的读数为2.0A
B．变压器的输入功率与输出功率之比为10∶1
C．变压器原、副线圈磁通量的变化率之比为10∶1
D．电源输出电压瞬时值的表达式（V）
8．（2021-2022·北京石景山·高三期末）某次实验中，将理想变压器原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接灯泡L1和滑动变阻器R，电路中分别接入理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1、A2，导线电阻不计，如图所示。当滑动变阻器的滑片P向下滑动的过程中（ ）
A．A1示数变小，A1与A2示数的比值不变
B．A1示数变大，A1与A2示数的比值变大
C．V2示数变小，V1与V2示数的比值变大
D．V2示数不变，V1与V2示数的比值不变
二、多选题
9．（2021-2022·北京海淀·高三期末）如图所示，理想变压器原线圈接在的交流电源上，副线圈接一定值电阻R，电流表和电压表均视为理想电表，当开关S由1端拨到2端后，各电表示数的变化情况是（　　）
A．V1示数不变 B．V2示数变小 C．A1示数变大 D．A2示数变小
10．（2021-2022·北京门头沟·高三期末）如图所示是街头变压器给用户供电的示意图。变压器的输入电压是市区电网的电压，不会有很大的波动（可视为不变）；输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用R0表示，变阻器R表示用户用电器的总电阻，当滑动变阻器触头P向下移动时，下列说法正确的是（　　）
A．V1表的示数不变
B．相当于在增加用电器的数目
C．A1表的示数随A2表的示数的增大而增大
D．用户得到的电压，即R两端电压不断增大
三、解答题
11．（2021-2022·北京海淀·高三期末）如图所示，M、N为竖直放置的平行金属板，两板间所加电压为U0，S1、S2为板上正对的小孔。金属板P和Q水平放置在N板右侧，关于小孔S1、S2所在直线对称，P、Q两板的长度和两板间的距离均为d；距金属板P和Q右边缘d处固定有一荧光屏，荧光屏垂直于金属板P和Q；屏上O点与S1、S2共线。加热的阴极K发出的电子经小孔S1进入M、N两板间，通过M、N间的加速电场加速后，进入P、Q间。已知电子的质量为m，电荷量为e，单位时间内从小孔S1进入的电子个数为n，初速度可以忽略。整个装置处于真空中，忽略电子重力及电子间的相互作用，不考虑相对论效应。
（1）若在P、Q两板间加一交变电压，离开偏转电场的电子打在荧光屏上被吸收。与交变电流的周期相比，每个电子在板P和Q间运动的时间可忽略不计，不考虑电场变化产生的磁场，偏转电场可视为匀强电场。求在一个周期（即T0时间）内电子对荧光屏的平均作用力。
（2）若板P、Q间只存在垂直于纸面向外的匀强磁场，电子刚好经过P板的右边缘后，打在荧光屏上。求磁场的磁感应强度大小B和电子打在荧光屏上的位置坐标x。
12．（2021-2022·北京海淀·高三期末）矩形线圈n匝，ab=l1，bc=l2，在磁感强度为B的匀强磁场中以OO 为转轴匀速转动，角速度为ω。线圈的电阻为r，外接电阻R。从图所示位置开始计时。
（1）推导电动势的最大值；
（2）写出电流的瞬时值表达式；
（3）求电动势、电流、路端电压有效值；
（4）如果线圈转速提高1倍，写出感应电动势随时间变化表达式；
（5）当线圈从图示位置转过90 的过程中，求：
a.通过电阻R的电量q；
b.电阻R产生的焦耳热Q。
13．（2021-2022·北京海淀·高三期末）如图所示，交流发电机的矩形金属线圈的边长，匝数，线圈的总电阻，线圈位于磁感应强度的匀强磁场中，线圈平面与磁场方向平行，线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值的定值电阻连接，现使线圈绕过和边中点、且垂直于磁场的转轴以角速度匀速转动，电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。
（1）从线圈经过图示位置开始计时，写出线圈内的电动势瞬时值的表达式；
（2）求通过电阻R的电流有效值I；
（3）求线圈转动电阻R上产生的热量Q。
交变电流期末汇编
试卷第1页，共3页
【参考答案及解析】
1．C
【详解】
A．“电池能量”信息中给出的mAh是电量的单位，选项A错误；
B．由图可知充电宝的标定电压是3.7V，标定电量是10000mAh，由W=UIt可知，充电宝充满电时储存的电能
W=UIt=3.7V×10000×10-3A×3600s=133200J
由W=Pt知100Wh的充电宝所储存的电能
W′=Pt=100W×3600s=360000J
WC．充电宝的额定容量为6500mAh，单口给手机充电，如果充电电流是2.4A，可持续充电
选项C正确；
D．该充电宝电动势为3.7V，输出参数显示为5.1V，不是因为厂家用锂聚合物所以电动势明显增大了，而是通过升压管锂板输出5.1V，选项D错误。
故选C。
2．B
【详解】
AB．由图可知，这个电流的最大值为6A，有效值为
故A错误，B正确；
CD．由图知，周期为0.02s，则频率为
故CD错误。
故选B。
3．C
【详解】
A．由图可知t0.1s时电流为负方向最大，电流方向没有发生变化，故A错误；
B．由图可知，该交变电流的周期为T=0.2s，故B错误；
C．由图可知，电流的最大值为，角速度为
故该交变电流的表达式为
故C正确；
D．该交变电流的有效值为
将该交变电流通过一个的电阻，通电10s产生的热量为
故D错误。
故选C。
4．B
【详解】
A．由图像可得电动势最大值为 ，故A错误；
B．由图像知这是正弦式交流电，所以电动势有效值为
故B正确；
C．线框平面与中性面重合时磁通量最大，故C错误；
D．由图像知
所以此交流电的电动势e随时间t变化的规律是
故D错误。
故选B
5．D
【详解】
C．通过R2电流的有效值为
副线圈两端电压
通过R3电流，即电流表A2的示数为
选项C错误；
B．副线圈中流过的总电流为
根据
原线圈流经的电流即电流表A1的示数为
选项B错误；
A．根据
原线圈两端电压
所以电压表示数为
选项A错误；
D．电源电压的有效值为220V，电压表示数为100V，则R1两端电压为
R1两端电压最大值为
120×V=120V
选项D正确。
故选D。
6．A
【详解】
AD．发电机产生感应电动势的最大值为
①
有效值为
②
设灯泡正常发光时通过保险丝的电流为I1，根据理想变压器原、副线圈功率相等可得
③
解得
故A正确，D错误；
B．为使灯泡正常发光，变压器原、副线圈的匝数之比为
故B错误；
C．线框平面与磁场方向垂直时，穿过线框的磁通量为
故C错误。
故选A。
7．D
【详解】
A．次级电流有效值为
原、副线圈匝数之比为10∶1，可知初级电流为I1=0.2A，选项A错误；
B．变压器的输入功率与输出功率相等，选项B错误；
C．变压器原、副线圈共用相同的铁芯，则磁通量的变化率相等，选项C错误；
D．变压器输入电压为
电源输出电压瞬时值的表达式
选项D正确。
故选D。
8．D
【详解】
AB．滑片P向下滑动后，变压器副线圈的负载电阻减小，原线圈的电压V1不变，匝数比不变，故V2不变，由欧姆定律可得A2示数变大，由于理想变压器P2 = P1，所以初级电流也变大，即A1示数变大，而A1与A2示数的比值等于变压器匝数的倒数比，则比值不变，AB错误；
CD．由于理想变压器原线圈电压有效值不变，则副线圈电压不变，V2示数不变，V1与V2示数的比值不变，C错误，D正确。
故选D。
9．AC
【详解】
A．电压表V1的示数等于电源两端的电压保持不变，A正确；
B．根据
副线圈的匝数增大，副线圈两端电压增大，V2的示数增大，B错误；
CD．副线圈两端电压增大，V2的示数增大，根据欧姆定律，A2的示数增大，根据理想变压器的输出功率等于输入功率，A1的示数也增大，C正确，D错误。
故选AC。
10．ABC
【详解】
A．V1表的示数是变压器的输入电压不变，A正确；
B．当滑动变阻器触头P向下移动时，导致总电阻减小，由于用电器是并连接入电路，所以相当于在增加用电器的数目，B正确；
C．理想变压器的输出电压是由输入电压和匝数比决定的，由于输入电压和匝数比不变，所以副线圈的输出的电压也不变，所以V2的示数不变，当滑动变阻器触头P向下移动时，电路中的总的电阻减小，所以电流要变大，即A2的示数变大， 根据
则A1表的示数增大，C正确；
D．由于副线圈的电流变大，电阻R0消耗的电压变大，又因为V2的示数不变，所以R两端电压变小，D错误。
故选ABC。
11．（1）；（2）；
【详解】
（1）在加速电场中，根据动能定理有
解得
设电子在偏转电场PQ中的运动时间为t，PQ间的电压为u时恰好打在极板边缘，根据平抛运动规律有
此过程中电子的加速度大小
解得
当偏转电压在之间时，射入P、Q间的电子可打在荧光屏上。
当有
解得
即一个周期内电子能从P、Q电场射出的时间
所以一个周期内打在荧光屏上的电子数
离开偏转电场的电子打在荧光屏上被吸收，在一个周期（即T0时间）内，根据动量定理有
即
解得在一个周期（即T0时间）内电子对荧光屏的平均作用力
（2）电子在磁场中做匀速圆周运动，设圆运动半径为R，在磁场中运动轨迹如图：
由几何关系有
解得
根据洛伦兹力提供向心力有
解得
设圆弧所对圆心为α，有
则有
电子离开磁场后做匀速运动，根据几何关系有
解得电子打在荧光屏上的位置坐标
12．（1）nBl1l2ω；（2）；（3），，；（4）；（5）①，②
【详解】
（1）线圈转动到与图示位置垂直时，电动势最大，ab、cd两边切割磁感线产生的感应电动势的大小均为
所以电动势的最大值
（2）从图示位置计时，感应电动势的瞬时表达式为
则电流的瞬时值表达式为
（3）根据正弦交流电有效值和最大值的关系可知电动势的有效值为
则电流的有效值为
路端电压有效值
（4）如果线圈转速提高1倍，则感应电动势随时间变化表达式
（5）①当线圈从图示位置转过90 的过程中，通过电阻R的电量
②电阻R产生的焦耳热
13．（1）；（2）0.71A；（3）
【详解】
（1）线圈产生感应电动势的最大值
得
线圈经过图示位置开始计时，线圈内的电动势瞬时值的表达式
（2）根据闭合电路欧姆定律可知，线圈中感应电流的最大值
通过电阻R的电流的有效值
得
（3）电阻R上产生的热量
得
交变电流期末汇编