第三章交变电流 练习 （word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修二 第三章 交变电流
一、单选题
1．如图所示，有一台交流发电机E。通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R。T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4，设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的电功率变大时，有（　　）
A．P2变大，P3变大 B．P1变小，P2变小
C．U2变小，U3变小 D．U2变小，U4变大
2．如图所示，理想二极管（正向电阻为零，反向电阻无穷大）D1与电阻R1串联、理想二极管D2和电阻R2串联，然后并联接入理想变压器的副线圈中，电阻R1＝R2＝R。变压器的原、副线圈的匝数比为2：1，原线圈接入电压为U0的正弦交流电，图中的电压表和电流表均为理想交流电表，则下列说法正确的是（　　）
A．若电阻R1上的电流有效值为I1，则电流表的示数为I1
B．若R1两端的电压有效值为U1，电压表示数为U1
C．副线圈上的电流有效值是电阻R1上电流的两倍
D．原线圈的输入电压是电阻R1两端电压的4倍
3．电阻不可忽略的线圈L0可看作是一个定值电阻R0（线圈电阻）与一个纯线圈L串联而成，如图甲。在如图乙所示电路中，常规变压器次级线圈电阻不可忽略，变压器原线圈接理想交流电源，当滑动变阻器触头P向b端滑动时，下列说法正确的是（　　）
A．变压器初级线圈电压降低
B．变压器输入功率变小
C．小灯泡变亮
D．变压器输出功率变大
4．如图甲所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间t的变化规律如图乙所示。线圈匝数为10，电流表A可看做理想电流表。则下列说法正确的是（　　）
A．1分钟内电流方向改变30次
B．时感应电动势最大
C．时交流电流表示数为零
D．线圈感应电动势的最大值为
5．如图所示，方波电压最大值为，正弦波电压最大值为，方波和正弦波的周期相等。同一电阻分别接到方波、正弦交流电源上时，一个周期所产生的热量后者是前者的，则的值为（　　）
A． B． C． D．
6．某发电站向远方供电，将的电压直接加在输送线路的输入端，且输送的电功率为；输送线路的终端获得的电功率为。若要将此输送线路的效率提升为98.5%，则输送线路的输入端需要接入的如图所示升压变压器的匝数比为（　　）
A．3：20 B．3：10 C．2：5 D．1：10
7．如图所示，理想变压器原线圈接电压有效值不变的正弦交流电，副线圈接灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，开始时S断开。现接通S，以下说法正确的是（　　）
A．M、N两端输出电压U减小
B．等效电阻R的电压增大
C．灯泡L1的电流增大
D．电流表的示数减小
8．如图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其单匝矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与R=10Ω的电阻连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10V。图乙是矩形线圈中磁通量Φ随时间t变化的图象，则（　　）
A．电阻R上的电功率为20W
B．t=0.02s时，R两端的电压瞬时值为零
C．R两端的电压u随时间t变化的规律是u=14.1cos100πtV
D．通过R的电流i随时间t变化的规律是i=14.1cos50πtA
9．交流电源与电阻R1、R2及理想交流电压表按图甲所示的方式连接，R1=20Ω，R2=10Ω，交流电压表的示数是20V，图乙是交流电源输出电压u随时间t变化的图像，则（　　）
A．通过R1的电流i1随时间t变化的规律是i1=2cos10πt（A）
B．通过R1的电流i1随时间t变化的规律是i1=2sin10πt（A）
C．R2两端的电压u2随时间t变化的规律是u2=20cos10πt（V）
D．R2两端的电压u2随时间t变化的规律是u2=20sin10πt（V）
10．理想变压器连接灯泡和滑动变阻器的电路如图所示，M、N端连接一个稳压交流电源，三个相同灯泡L1、L2和L3接入电路中发光，当滑动变阻器的滑片P向上移动时，下列说法正确的是（　　）
A．灯泡L1变亮，L2变暗 B．灯泡L1、L2都变亮
C．灯泡L2、L3都变亮 D．电源输出功率减小
11．如图所示，是交流发电机的示意图，某时刻，线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边连在滑环L上，导体做的两个电刷E、F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。下列说法正确的是（　　）
A．图示位置磁通量为零
B．图示位置，电流表的示数为零
C．从图示位置开始，再过，电流方向将发生变化
D．用铝框做线圈骨架，电磁阻尼效果好
12．近十年来，我国环形变压器从无到有，已形成相当大的生产规模，广泛应用于计算机、医疗设备、家电设备和灯光照明等方面，如图甲所示。环形变压器与传统方形变压器相比，漏磁和能量损耗都很小，可视为理想变压器。如图乙所示的环形变压器原线圈匝数匝，副线圈接一个“，”的照明电灯L，电压表与电流表均为理想交流电表。原线圈所接正弦式交流电源的电压随时间变化的关系图像如图丙所示，最大值。此时，照明电灯恰好正常发光。则（　　）
A．该交流电的方向每秒改变50次
B．副线圈匝数约为34匝
C．此时电流表的读数为
D．若副线圈两端再并联多个规格与L完全相同的照明电灯，则每个电灯都不能正常工作
13．下列关于交变电流的说法中，正确的是（　　）
A．所有交流电压的有效值都满足的关系
B．照明电压220V、动力电压380V均指的都是最大值
C．交流电压表和电流表测量的是交流电的有效值
D．在一个周期内交变电流的方向只改变一次
14．无线充电技术已应用于智能手机。手机无线充电器的基本原理类似于变压器，由发射器和接收器组成，分别有发射线圈和接收线圈，其简化模型如图所示（视为理想变压器）。已知发射、接收线圈匝数比为，端输入电流为，则（　　）
A．接收线圈的输出电流的有效值为
B．接收线圈的输出功率是发射线圈的输入功率的
C．接收线圈中输出电流方向每秒变化100次
D．发射线圈和接收线圈的频率不相同
15．某山区有一小型水电站，每分钟有60m3的水从高处落下冲击水轮机，水轮机与上游水位的落差是50m。则（　　）
A．水从高处落下，重力每分钟做功
B．若水的机械能有70%转化为电能，水电站的发电功率是3.5×105W
C．若输电电压为10000V，输电电流是3.5A
D．若输电电压为10000V，输电线总电阻为0.5Ω，则输电线上每分钟产生的热量是612.5J
二、填空题
16．如图为我国照明用的交变电流的电流随时间变化的图像，则该交流电的周期是______，电压的峰值为________V。
17．判断下列说法的正误。
（1）如图所示的电流为交流电。_________
（2）只要线圈在磁场中转动，就可以产生交变电流。_________
（3）线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大。_________
（4）线圈在通过中性面时电流的方向发生改变。_________
18．照明用的正弦式电压的有效值为220V，则它的峰值为__________V。
三、解答题
19．一个次级有两个不同副线圈的理想变压器，如图甲所示。如图乙，将两盏标有“6V，0.9W”和一盏标有“3V，0.9W”的三盏灯泡全部接入变压器的次级，且能够正常发光。已知U1=220V，匝数如图。
(1)请在次级画出如何连接的示意图；
(2)计算灯泡正常发光时变压器初级线圈中的电流大小。
20．如图所示，有一单匝矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴以角速度匀速转动，边、的长度分别为和，轴分别通过和的中点，线圈的总电阻为r，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，并通过电刷与阻值为R的定值电阻连接。求：
（1）线圈转动过程中感应电动势的最大值；
（2）线圈平面由图示位置开始计时，写出感应电动势瞬时值的表达式；
（3）电阻R的电功率。
21．如图所示，矩形线圈的面积，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。电路中其他电阻均可忽略不计。求：
（1）线圈中感应电流的最大值；
（2）线圈转动过程中电阻的发热功率；
（3）从线圈经过图示位置开始计时，经过周期时间通过电阻的电荷量。
22．如图所示，在水平面上固定有两平行长直导轨，右端接一电阻，导轨内有一方向竖直向上、磁感应强度大小的匀强磁场，磁场区域为曲线方程（x、y的单位均为m）与x轴所围的空间，其中。一质量、电阻、长度大于1m的金属棒垂直搁在导轨上并在水平拉力作用下从处以速度沿x轴正方向做匀速直线运动。棒与导轨间的动摩擦因数，导轨电阻不计，取。求：
（1）金属棒通过磁场过程中产生的最大感应电动势；
（2）金属棒通过磁场的过程中，电阻R上产生的焦耳热Q；
（3）金属棒在磁场中运动的过程中水平拉力做的功W。
试卷第1页，共3页
试卷第2页，共2页
参考答案：
1．A
【解析】
【详解】
AB．因为
P1＝P2＝ΔP＋P3
P3＝P4
由于P4增大，则T2次级电流变大，则初级电流也变大
可知ΔP、P3及P1、P2均变大，A正确，B错误；
CD．因为
U2＝U1
U1一定，所以U2不变，CD错误。
故选A。
2．B
【解析】
【详解】
AC．设副线圈的输出电压为U，输出电流为I，根据变压器的电压之比等于匝数之比可得
解得原线圈的输入电压为
根据理想变压器的电流之比等于匝数的反比可得
则原线圈的电流为，则输出功率为
由对称性可知两电阻功率相等，所以每个电阻的功率为，则有
解得每个电阻上的电流的有效值为
综上所述可知，若电阻R1上的电流有效值为，副线圈的电流
则电流表的示数为，故AC错误；
BD．若R1两端的电压有效值为U1，根据
解得
根据变压器的电压之比等于匝数之比可得
解得原线圈的输入电压为
故B正确，故D错误。
故选B。
3．D
【解析】
【详解】
A．初级线圈电压U1等于理想交流电源电压且不变，故A错误；
B．当滑动变阻器触头P向b端滑动时，由R1、R2组成的电路总电阻减小，副线圈电流增大，由得原线圈电流增大，则变压器输入功率变大，故B错误；
C．由可知，U1不变，匝数之比不变，所以U2不变，由于常规变压器次级线圈电阻不可忽略，所以次级线圈等效为内阻R0的电源，变压器次级线圈输出电压
因为I2增大，所以小灯泡两端的电压降低，小灯泡变暗，故C错误；
D．次级线圈的总电压U2不变，副线圈电流增大，所以根据P＝UI可知，变压器的输出功率变大，故D正确。
故选D。
4．D
【解析】
【详解】
A．由图知，转动周期为2s，每转动一次电流方向改变2次，则1分钟内电流方向改变60次，故A错误；
B．时磁通量最大，是中性面位置，感应电动势最小，故B错误；
C．交流电流表示数为有效值，不为零，故C错误；
D．线圈转动的角速度
线圈感应电动势的最大值
故D正确。
故选D。
5．B
【解析】
【详解】
根据焦耳定律知热量与方波中的电流方向的变化无关，故方波一个周期产生的热量
正弦交流电的电压有效值等于峰值的，则一个周期产生的热量
得
故B正确，ACD错误。
故选B。
6．B
【解析】
【详解】
直接输送时
得
经过变压器升压后输送
得
则
故B正确，ACD错误。
故选B。
7．B
【解析】
【详解】
A．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，A错误；
BC．当S接通后，两个灯泡并联，电路的电阻减小，副线圈的电流变大，所以通过电阻R的电流变大，电压变大，那么并联部分的电压减小，所以通过灯泡L1的电流减小，灯泡L1变暗，B正确，C错误；
D．当S接通后，两个灯泡并联，电路的电阻减小，副线圈的电流变大，所以原线圈的电流也变大，D错误；
故选B。
8．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．电阻R上的电功率为
选项A错误；
B．由题图乙知t=0.02s时磁通量变化率最大，R两端的电压瞬时值最大，选项B错误；
C．R两端的电压u随时间t变化的规律是
u=14.1cos100πtV
选项C正确；
D．通过R的电流i随时间t变化的规律是
选项D错误。
故选C。
9．A
【解析】
【详解】
CD．电压表的示数是电压的有效值，即R2两端的电压的有效值为20V，由题图乙可知，交流电源输出电压随时间按照余弦规律变化，所以R2两端的电压的最大值为20V， CD错误；
AB．电路中的电流的有效值为
则电路中电流的最大值为
两电阻串联，通过R1、R2的电流相等，由题图乙可知
交流电源输出电压按照余弦规律变化，则通过R1的电流i1随时间t变化的规律是
B错误A正确。
故选A。
10．B
【解析】
【分析】
【详解】
ABC．设M、N两端稳压交流电源的电压有效值为U，原线圈两端的电压为U1，电流为I1，副线圈两端的电压为U2，电流为I2，原副线圈的匝数比
灯泡的电阻都为R，根据欧姆定律，可得副线圈两端的电压为
根据
得原线圈两端的电压为
根据，解得
根据欧姆定律，可得L1两端的电压
则稳压交流电源的电压为
当滑动变阻器的滑片P向上移动时，其电阻减小，则R并电阻减小，所以总电阻减小，而稳压交流电源的电压U不变，所以电流I2变大，则L2变亮；原线圈的电流
也增大，所以L1变亮，其两端的电压变大，所以原线圈两端的电压减小，则副线圈两端的电压减小，而L2的电压变大，所以L3与滑动变阻器并联部分的电压减小，所以L3变暗，故B正确，AC错误；
D．因为原线圈的电流增大，稳压交流电源的电压不变，根据P＝UI1，可知电源输出功率增大，故D错误。
故选B。
11．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．图示位置是中性面，磁通量最大，故A错误；
B．图示位置，磁通量为最大，磁通量变化率最小，电流表读的是有效值，电流表的示数不为零，故B错误；
C．从图示位置开始，再过，电流方向将发生变化，故C错误；
D．铝框的电阻小，涡流强，所以用铝框做线圈骨架，电磁阻尼效果好，故D正确。
故选D。
12．C
【解析】
【详解】
A．交流电周期为
内包含50个周期，方向改变100次，故A错误；
B．输入电压的有效值
照明点灯正常发光，副线圈的电压
根据
可知
匝
故B错误；
C．根据
解得
故C正确；
D．输入电压不变，匝数比不变，副线圈输出电压不变，并联的每盏灯均正常工作，故D错误。
故选C。
13．C
【解析】
【详解】
A．只有正余弦交流电压的有效值满足的关系，故A错误；
BC．照明电压220V、动力电压380V、交流电压表和电流表测量的均指的都是有效值，故C正确，B错误；
D．在一个周期内交变电流的方向改变两次，故D错误。
故选C。
14．A
【解析】
【详解】
A．根据
可得端输入电流为
端输出电流为
故A正确；
B．接收线圈的输出功率等于发射线圈的输入功率，故B错误；
C．接收线圈中的频率
1个周期内电流方向变化2次，故1秒内变化200次，故C错误；
D．接收线圈中的频率等于发射线圈的频率，故D错误。
故选A。
15．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．每分钟下落水的重力
每分钟重力做的功
故A错误；
B．每分钟得到的电能
水电站的发电功率
故B正确；
C．若输电电压为10000V，输电电流是
故C错误；
D．若输电电压为10000V，输电线总电阻为0.5Ω，则输电线上每分钟产生的热量
故D错误。
故选B。
16． 0.02 311
【解析】
【详解】
[1]根据交流电周期的定义，由图可得，交流电的周期0.02s
[2] 根据图可得，电压的峰值为311V
17． 错误 错误 错误 正确
【解析】
略
18．
【解析】
【分析】
【详解】
[1]照明用的正弦式电压的有效值为220V，则它的峰值为
19．(1)见解析；(2)0.012 A
【解析】
【详解】
(1)由电压和匝数的关系知
，
代入数据得
U2=2V，U3=7V
由U2、U3的结果知仅用两个副线圈中的任一个都不能使三盏灯正常发光。若将两线圈的端点2与3连接，则有
解得
U14=5V
仍不符合题目要求。若将两线圈的端点2与4连接，则有
解得
U13=9V
由公式R=知，“6V，0.9W”的灯泡电阻
R=Ω＝40Ω
“3V，0.9W”的灯泡电阻
R′=Ω=10Ω
由以上所求数据可知，当两盏“6V，0.9W”的灯泡并联再与“3V，0.9W”灯泡串联接入U13时恰正常发光。所以在次级的连接示意图如图所示。
(2)利用P入=P出得
I1U1=0.9×3W
则
20．（1） ；（2） ；（3）
【解析】
【详解】
（1）根据正弦式交变电流的产生规律可知，线圈感应电动势最大值

（2）则线圈平面由如图所示位置开始计时，t时刻感应电动势瞬时值的表达式
（3）电动势的有效值为
根据欧姆定律，电流为
电阻R的功率
21．（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】
（1）感应电动势峰值为
由闭合电路欧姆定律得
解得
（2）电流有效值为
线圈转动过程中电阻的发热功率为
解得
（3）线圈转动过程中电动势的平均值为
则电流的平均值为
又因为
解得
22．（1）；（2）0.8J；（3）2.6J
【解析】
【详解】
（1）金属棒切割磁感线的最大长度为
金属棒ab中产生的感应电动势的最大值为
可得
（2）金属棒ab在磁场中切割磁感线产生的感应电动势的瞬时值为式中
其中，解得
可知感应电动势的有效值为
其中
金属棒ab在磁场中运动的时间为
其中
这段时间内回路中产生的总焦耳热为
解得
故电阻R上产生的焦耳热为
（3）由于金属棒垂直搁在导轨上并在水平拉力作用下从处以速度沿x轴正方向做匀速直线运动，故可得金属棒在磁场中运动的过程中水平拉力做的功W等于回路产生的焦耳热加上克服摩擦力做的功，则有
可得
W=2.6J
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页