第三章 交变电流 单元综合测试

第三章 交变电流 单元综合测试
一、单选题
1．（2022·广西柳州·二模）如图所示，图甲为方波交流电源的电压随时间周期性变化的图像，图乙所示为给方波交流电源加上二极管后得到的电压随时间周期性变化的图像，则图甲和图乙中电压有效值之比为（　　）
A． ：1 B．1： C．1：2 D．2：1
2．（2022·河南·许昌市普通教育教学研究室高二期末）目前我国远距离输电已经采用的超高压和的特高压。假设甲、乙两地原来采用的超高压输电，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用的特高压输电，若不考虑其他因素的影响，下列说法正确的是（　　）
A．输电线上输送的电流大小减小
B．输电线上由于导线电阻造成的损失电压增大
C．输电线上由于导线电阻造成的损耗电功率增大
D．用户得到的电功率减小
3．（2022·全国·高三专题练习）某兴趣小组自制一小型发电机，使线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴转动，穿过线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化的图象如图所示，线圈转动周期为T，线圈产生的电动势的最大值为Em。则（　　）
A．在t＝时，磁场方向与线圈平面平行
B．在t＝时，线圈中的磁通量变化率最大
C．线圈中电动势的瞬时值e＝Emsin
D．若线圈转速增大为原来的2倍，则线圈中最大电动势变为原来的4倍
4．（2022·江苏省丹阳高级中学高二开学考试）一个10Ω的电阻，它两端的电压u随时间t的变化规律如图所示，则（　　）
A．流过电阻的最大电流是22A
B．用交流电压表测量电阻两端的电压，其示数为311V
C．电阻消耗的功率为4840W
D．在交流电变化的半个周期内，电阻产生的焦耳热是96.8J
5．（2022·黑龙江·哈九中高二期末）如图甲所示，一小型发电机内有矩形线圈，线圈电阻为。在外力作用下矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，发电机线圈两端与的电阻构成闭合回路。通过电阻的电流随时间变化如图乙所示，下列判断正确的是（　　）
A．图甲时刻，线圈平面与中性面垂直
B．该发电机产生交流电的最大感应电动势为
C．该发电机产生的交变电流的频率为
D．电阻的热功率为
6．（2022·浙江·高考真题）如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是（　　）
A．甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
B．乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
C．甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电
D．乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
7．（2022·山东·高三期末）如图所示，理想变压器的输入端接交流电源，、和阻值相等。若当开关S断开时，通过的电流为，当开关S闭合时，通过的电流为，且，则变压器原、副线圈的匝数之比为（ ）
A． B． C． D．
8．（2022·山东莱西·高二期末）理想变压器的原、副线圈的匝数比为，在原、副线圈的回路中分别接入电阻、R，原线圈输入端a、b接在电压为的正弦交流电源上，如图所示。设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则下列说法正确的是（　　）
A． B．
C． D．
9．（2022·湖南长沙·模拟预测）某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈由火线和零线并行绕成。当右侧线圈中产生电流时，电流经放大器放大，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断电路。下列说法正确的有（ ）
A．家庭电路正常工作时，中的磁通量不为零
B．家庭电路正常工作时，使用的电器越多，中的电流越大
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A点发生触电时，开关K将被电磁铁吸起
10．（2022·贵州贵阳·高三期末）如图甲所示，一圆形线圈面积S＝πR02＝100cm2，匝数N＝100，电阻不计，处于匀强磁场中，磁感应强度B随时间t正弦变化的图象如图乙所示（取垂直纸面向里为正方向）。导线框右边与理想变压器的原线圈连接，已知变压器的原、副线圈的匝数比为1：10，与副线圈连接的电阻R＝100，下列说法中正确的是（　　）
A．t＝0.01s时，圆形线圈中有逆时针方向的电流
B．t＝0.005s时，圆形线圈中有最大电流
C．变压器输入电压的最大值为10πV
D．R消耗的功率为200π2W
11．（2021·湖南·模拟预测）如图所示，某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OO′匀速转动。该小型发电机的线圈共220匝，线圈面积Sm2，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度BT．如果用此发电机带动两个标有“220V　11kW”的电动机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，电路如图。下列说法不正确的是（　　）
A．发电机的输出电压为220V
B．原副线圈匝数比
C．电流表示数为20A
D．发电机的输出功率为2.2×104W
12．（2022·河南·三门峡市外国语高级中学高三阶段练习）如图所示，矩形线圈abcd与理想电压表V、理想电流表A和定值电阻R组成闭合电路。线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的cd边匀速转动，若已知线圈转动的角速度ω=100rad/s，匝数N=100，边长ab=0.4m、ad=0.2m，线圈总电阻r=2Ω，定值电阻R=8Ω。若磁场只分布在cd边的左侧，磁感应强度大小×10-2T。下列说法正确的是（　　）
A．该线圈产生的感应电动势有效值为V
B．电压表的示数为6.4V
C．1s内，线圈中的电流方向变化100次
D．从图示位置（线圈在纸面内）转过90°的过程中，通过R的电荷量是1.2×10-2C
二、填空题
13．（2022·福建·泉州市教科所二模）变压器线圈中的电流较大，所用的导线应当较粗。升压变压器的原线圈的漆包线比副线圈的漆包线________（填“粗”或“细”）。远距离输电时，采用升压变压器使输送电压升高为原来的n倍，当输送电功率一定时，输电线路上因发热损耗的电功率将减少为原来的_________。
14．（2021·宁夏育才中学高二期末）如图所示，正弦交变电源与电阻R、交流电压表、交流电流表按照图1所示的方式连接，R＝200Ω，图2是交变电源输出电压u随时间t变化的图象．则此交流电的频率为__Hz，交流电流表的读数_____A，R两端电压随时间的变化规律的表达式____。
15．（2021·四川省绵阳南山中学高二期中）如图所示，交流发电机的矩形线圈中，，，匝数匝，线圈电阻，外电阻。线圈在磁感应强度的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，角速度，则产生感应电动势的最大值为__________V，交流电压表的示数为__________V：从图示位置起，转过90°过程中，通过线圈截面的电荷量为__________C；从图示位置起，转过60°时通过电阻R的电流为__________A。
16．（2021·山西省广灵县第二中学校高二期中）如图甲所示，矩形线框ABCD（C端被B端遮住，D端被A端遮住）以AD边为轴逆时针匀速转动，角速度为。已知AB和CD边长为L1，BC和AD边长为L2，匀强磁场磁感应强度为B，线框只有一匝。从线圈经过中性面（图中虚线位置）时开始计时，并规定此后四分之一周期内电流沿正方向。
（1）转动中___________（哪一条或哪几条）边切割磁感线；
（2）转动中，BC边的速率是___________。
（3）t时刻（图中实线位置），线框平面与中性面的夹角是_________，BC边的速度与磁场夹角是___________。
（4）t时刻，BC边中的电动势eBC=___________，线框中的电动势e=___________。
（5）如果线框共n匝，并用S表示线框的面积（也就是）。则t时刻线框中的电动势e=___________，其最大值是Em=___________。
（6）在乙图中画出e-t图线________。
三、解答题
17．（2021·江苏·高考真题）贯彻新发展理念，我国风力发电发展迅猛，2020年我国风力发电量高达4000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示，发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度的大小为，线圈的匝数为100、面积为，电阻为，若磁体转动的角速度为，线圈中产生的感应电流为。求：
（1）线圈中感应电动势的有效值E；
（2）线圈的输出功率P。
18．（2021·全国·高二课时练习）某研究性学习小组利用风速仪测风速，风速仪的简易装置如图（a）所示。
（1）请根据装置图说明风速仪测风速的原理。
（2）研究小组发现，某一段时间内线圈输出的感应电流波形如图（b）所示，从电流的波形图中，我们可以得到什么有价值的信息？
（3）若电流波形的峰值突然增大了，则说明风速如何变化？
19．（2021·全国·高二课时练习）在用电高峰，我们会发现家庭电路中的白炽灯比正常发光时暗一些。某物理兴趣小组对这一现象进行了调查研究。如图所示，供电电源的电压始终是，当用户的总功率是时，该小组测得用户端实际得到的电压是。
请对上述调查结果进行分析。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【解析】
图甲，因为
所以
解得
图乙，同理可得
解得
即
故选A。
2．A
【解析】
A．根据公式
且P不变，可知输电电流
当输电电压增大时，输电电流减小，A正确；
B．不变，当输电电流减小，输电线上由于导线电阻造成的损失电压减小，B错误；
C．输电线上由于导线电阻造成的损耗电功率
当输电电流减小，输电线上由于导线电阻造成的损耗电功率减小，C错误；
D．P不变，输电线上由于导线电阻造成的损耗电功率减小，用户得到的电功率增大，D错误；
故选A。
3．B
【解析】
A．由交流电的变化规律可知，当线圈平面与磁感线的方向垂直时，穿过线圈的磁通量最大，所以在t＝时，磁场方向与线圈平面垂直，选项A错误；
B．在t＝时，穿过线圈的磁通量为0，此时线圈与磁感线的方向平行，线圈中的磁通量变化率最大，选项B正确；
C．由题图可知，t＝0时，磁通量为0，线圈与磁感线的方向平行，此时线圈中的感应电动势最大，为Em，所以线圈中电动势的瞬时值
e＝Emcos
选项C错误；
D．若线圈转速增大为原来的2倍，则线圈中最大电动势
Em′＝nBS·2ω＝2nBSω＝2Em
线圈中最大电动势变为原来的2倍，选项D错误。
故选B。
4．C
【解析】
A．由题图可知，故
选项A错误；
B．电压表的示数指的是有效值，而最大值是有效值的倍，则示数为220V，选项B错误；
C．电阻消耗的功率
选项C正确；
D．半个周期内电阻产生的焦耳热
选项D错误。
故选C。
5．D
【解析】
A．图甲时刻，由于磁场与线圈平面垂直，所以线圈平面与中性面重合，故A错误；
B．由图乙可知最大感应电流
根据闭合电路欧姆定律得交流电的最大感应电动势为
故B错误；
C．由图乙可知交变电流的周期
则频率为
故C错误；
D．由图乙可知感应电流的有效值
根据热功率表达式，电阻R的热功率为
故D正确。
故选D。
6．A
【解析】
A．甲图中细短铁丝显示的磁场分布均匀，则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故A正确；
B．乙图中细短铁丝显示的磁场分布不均匀，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故B错误；
C．根据发电机原理可知甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故C错误；
D．乙图中是非匀强磁场，则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电，故D错误；
故选A。
7．B
【解析】
当通过R1的电流为I时有
U - IR = U1，，
根据理想变压器原副线圈电压与匝数比的关系有
当通过R1的电流为时有
，，
根据理想变压器原副线圈电压与匝数比的关系有
联立解得
U = 17IR，
故选B。
8．C
【解析】
原副线圈电压比等于匝数比，根据副线圈负载电阻的电压U，可知副线圈电压为U，原线圈电压为2U，副线圈电流
原副线圈电流与匝数成反比，所以原线圈电流
那么原线圈输入电压
整理可得
原副线圈电阻消耗的功率根据
电阻为4:1，电流为1:2，可得功率比为1:1
故选C。
9．D
【解析】
A．由于火线和零线并行绕制，所以在家庭电路正常工作时，火线和零线的电流大小相等，方向相反，因此合磁通量为零，L2中的磁通量为零，A错误；
B．当家庭电路中使用的电器增多时，火线和零线的电流仍然大小相等，方向相反，L2中的磁通量不变，仍为零，则L2中的磁通量不变不会有感应电流，B错误；
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A点发生触电时，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。
故选D。
10．D
【解析】
A．0.005s～0.015s时间内，分析图乙可知，垂直纸面向里的磁感应强度逐渐减小，根据楞次定律可知，圆形线圈中产生顺时针感应电流，故A错误。
B．t＝0.005s时，磁感应强度的变化率为零，根据法拉第电磁感应定律可知，圆形线圈中的感应电流为零，故B错误。
C．磁感应强度成正弦规律变化，产生正弦交流电，最大值为
Em＝NBSω＝20πV
有效值为
UπV
故C错误。
D．根据电压和匝数的关系可知，变压器输出电压的有效值为V，R消耗的功率为
PW＝200π2W
故D正确。
故选D。
11．A
【解析】
A．线圈转动产生的电动势最大值为
Em＝NBSω＝1100 V
由于线圈内阻不计，则输出电压就等于电动势，得发电机输出电压的有效值为1100 V，故A错误；
B．由于电动机的额定电压为220 V，所以理想变压器输出端的电压也为220V，则理想变压器原副线圈匝数比为
故B正确；
CD．由电路可知电源输出功率等于电动机的输入功率，故发电机的输出功率为
P出＝2.2×104 W
由理想变压器为
P入＝P出
而
P入＝U1I1
解得
I1＝20 A
故CD正确。
本题选错误的，故选A。
12．A
【解析】
A．由题可知，线圈转动产生感应电动势的峰值
感应电动势瞬时值随时间变化图像如图所示
解得
A正确；
B．电压表示数为交流电的有效值
B错误；
C．转动过程中，线框中感应电流的方向始终是adcba方向，选项C错误；
D．根据
代入数值得
选项D错误。
故选A。
13． 粗
【解析】
[1]电压与匝数成正比，升压变压器副线圈匝数较多，即
电流与匝数成反比，故
因为原线圈电流较大，需要原线圈导线粗一些。
[2]当输送电功率一定时，由可得
所以输电线上损失的功率为
输送电压升高为原来的n倍时
故
所以输电线路上因发热损耗的电功率将减少为原来的倍。
14． 50 1.1 uR＝311cos100πt（V）
【解析】
[1]由图像可知
T＝0.02s
因此
[2]由图输出电压最大值为311V，有效值为
根据闭合电路的欧姆电路可知
[3]角速度
故有
uR＝311cos100πt（V）
15．
【解析】
【分析】
[1]感应电动势最大值为
带入数据联立解得
[2]交流电压表的示数为
[3]转过90，根据
[4]转过60，此时电流
16． BC
【解析】
【分析】
（1）[1]转动中BC边切割磁感线；
（2）[2]BC边的速率
（3）[3]t时刻（图中实线位置），线框平面与中性面的夹角是
[4]BC边的速度与磁场夹角是
（4）[5]t时刻，BC边中的电动势
eBC=
[6]线框中的电动势
e=
（5）[7]t时刻线框中的电动势
[8]其最大值是
（6）[9]e-t图线如图所示
17．（1）；（2）
【解析】
（1）电动势的最大值
有效值
解得
带入数据得
（2）输出电压
输出功率
解得
代入数据得
18．见解析
【解析】
（1）当风环在风力作用下发生转动时，永磁体也跟着转动，根据相对运动可知，线圈相对磁场转动，会产生交流电，通过电流测量装置可知风速的大小；
（2）从图中可知风环转动的周期为T，由风力作用产生的感应电流最大值为Im；
（3）根据
Em=NBSω
可知当转速v变大时，则最大感应电动势也变大，所以感应电流峰值也变大；所以若电流波形的峰值突然增大了，则说明风速变大了。
19．见解析
【解析】
【分析】
在实际的家庭电路中，当用电器接入家庭电路后，用电器（全部是并联）、输电线（火线和零线）以及供电电源构成一个闭合电路。我们可以将它转换为一个等效的直流电路。
图中r是输电线的等效电阻，设电源内阻为0。根据前面学过的知识，当电流流过输电线时，输电线电阻r上也会产生电压降。用电高峰时，随着接入电路中用电器数量的增加，干路中的总电流会明显增加，输电线的电阻虽然较小，但是它上面的电压降还是较明显的，因此，灯泡和其他用电器两端的电压都会比正常发光或正常工作时的电压220V小一些。根据电功率公式可知，灯泡消耗的实际电功率要比额定功率小，所以它会比正常发光时要暗一些。
由于输电线存在电阻，电流流过输电线时，输电线会发热，以上的干路电流会使输电线温度过高，导致发生火灾，造成安全隐患。
答案第1页，共2页
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