第三章交变电流的产生与输送 专项测试（Word版含解析）

第三章、交变电流的产生与输送
一、单选题
1．有一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过滑动触头Q调节，如图所示，在副线圈两输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，在原线圈上加一电压为U的交流电，则（　　）
A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大
B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数不变
C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大
D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小
2．如图所示，某电器内的部分电路，C为电容器，L为电感器，下列说法正确的是（　　）
A．当输入端输入直流电时，输出端无输出
B．当C为容量较小的电容、L为自感系数较小的电感器、输入端只输入低频交流电时，输出端几乎无输出
C．当C为容量较大的电容、L为自感系数较大的电感器、输入端只输入高频交流电时，输出端几乎无输出
D．当C为容量较大的电容、L为自感系数较小的电感器、输入端只输入低频交流电时，输出端几乎无输出
3．图乙是降压变压器图甲给用户供电的电路示意图，表示输电线的总电阻、假设用户端为纯电阻用电器，总电阻为R。若变压器视为理想变压器、输入电压恒定，电表视为理想电表，当用户使用的用电器减少时，则（　　）
A．用户总电阻R减少 B．电压表示数增大
C．用电器R两端电压升高 D．电流表示数保持不变
4．图甲、乙分别表示两种电流的波形，其中图乙所示电流按正弦规律变化，分别用和表示甲和乙两电流的有效值，则（ ）
A． B．
C． D．
5．一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交变电动势的瞬时表达式为e=10sin4πtV，则（ ）
A．该交变电动势的频率为0.5Hz
B．零时刻线圈平面与磁场垂直
C．t=0.25s时，e达到最大值
D．在1s时间内，线圈中电流方向改变10次
6．两个完全相同的电热器，分别通以如图甲、乙所示的交变电流，在一段相同且较长时间内，它们的发热量之比为Q1∶Q2＝4∶1，则I1∶I2等于（　　）
A．4∶1 B．2∶1
C．1∶2 D．1∶1
7．一交流电压随时间变化的规律如图所示，该交流电压的有效值和周期分别是（ ）
A．14.14V，0.01s B．10V，0.01s
C．14.14V，0.02s D．10V，0.02s
8．输电线路的总电阻为R，发电站输出功率为P，输电电压为U，则用户得到的功率为(　　)
A．P B．P－()2·R
C．P－ D．( )2·R
9．如图所示为一台手摇发电机，它的大轮半径是小轮半径的十倍，小轮和线圈同轴转动，线圈的匝数为100匝，线圈的面积为50 cm2，磁铁产生的匀强磁场的磁感应强度为0.1 T。现在该发电机两端接一个特殊的灯泡，灯泡两端电压超过2 V时灯泡开始发光，但两端电压超过6 V时灯泡就会烧断。已知皮带不打滑，发电机线圈电阻可忽略不计。某同学摇动手柄点亮灯泡，下列说法正确的是（ ）
A．题目当中的“2 V”和“6 V”是指灯泡两端的最大电压
B．当大轮匀速转动时发电机输出方波交变电流
C．若要灯泡能够安全发光，该同学摇手柄的最小角速度为rad/s
D．若要灯泡能够安全发光，该同学摇手柄的最大角速度为rad/s
10．如图所示电路，接在交变电流上的灯泡正常发光，则下列措施能使灯泡变亮的是(　　)
A．将电容器两极板间距离增大一些
B．将电容器两极板正对面积减小一些
C．把电介质插入电容器两极间
D．把交变电流频率降低一些
11．在图所示两电路中，当a、b两端与e、f两端分别加上22V的交流电压时，测得c、d间与g、h间的电压均为11V；若分别在c、d与g、h的两端加上22 V的交流电压，则a、b间与e、f间的电压分别为( )
A．22V, 22 V B．44 V, 22 V C．11V, 11V D．22V, 0
12．如图所示，在A、B间接入的正弦交流电，通过理想变压器和相同的理想二极管、给阻值的纯电阻供电，匝，匝，Q为副线圈正中央抽头。为保证安全，二极管的反向耐压值至少为，规定顺时针方向为电流正方向，设电阻R上消耗的电功率为P，则（ ）
A．，
B．，
C．，
D．，
13．一台小型发电机与计算机相连接，计算机能将发电机产生的电动势随时间变化的图象记录下来，如图甲所示，让线圈在匀强磁场中以不同的转速匀速转动，计算机记录了两次不同转速所产生正弦交流电的图象如图乙所示.则关于发电机先后两次的转速之比na∶nb，交流电b的最大值正确的是(　　)
A．3∶2，V B．3∶2，V
C．2∶3，V D．2∶3，V
二、多选题
14．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，则在正常工作情况下有( )
A．电阻R两端的电压等于U2
B．电压U2大于电压U3
C．电阻R的功率小于功率P4
D．功率P2等于功率P3
15．一小型风力发电机，通过直径m的叶片带动转子转动，使定子中产生感应电流，实现风能向电能转化，转化效率。风力发电机产生的电能通过如图所示输电线路向附近某工厂提供电压有效值为380V的交流电压，变压器均为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数比为，输电线等效电阻的阻值。已知空气密度为1.2kg/m3，风力发电机输出电压有效值为200V，设计的额定风速为4m/s，运动空气与受风面作用后速度变为零。则下列说法正确的是（　　）
A．额定风速下风力发电机的输出功率为36kW
B．输电线路上损失的功率为发电机输出功率的1%
C．降压变压器输入电压与升压变压器输出电压之差为180V
D．降压变压器副线圈与原线圈匝数之比为
16．如图所示，一理想变压器原线圈匝数n1=1000匝，副线圈匝数匝，原线圈中接一交变电源，交变电源电压u=(V).电流表和电压表都是理想电表，副线圈接有“220V，220W”的抽油烟机。下列说法正确的是（　　）
A．交变电流的频率为100Hz
B．电压表的示数是1100 V
C．电流表的示数为1 A，抽油烟机的内阻
D．电流表的示数为0.2A
三、填空题
17．中国已投产运行的1000KV特高输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来采用500KV的超高压输电，输电线上损耗的功率为P，在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000KV特高压输电，若不考虑其它因素影响，则输电线上损耗的功率将变为______P。
18．如图甲所示是一种自行车上照明用的车头灯,图乙是这种车头灯发电机的结构示意图,转轴的一端装有一对随轴转动的磁极,另一端装有摩擦小轮。电枢线圈绕在固定的U形铁芯上,自行车车轮转动时,通过摩擦小轮带动磁极转动,使线圈中产生正弦交变电流,给车头灯供电。已知自行车车轮半径,摩擦小轮半径,线圈有,线圈横截面积,总电阻,旋转磁极的磁感应强度,车头灯电阻,当车轮转动的角速度时,则：发电机磁极转动的角速度为_____________,车头灯中电流的有效值为_____________.

19．如图所示，现将单匝正方形线框与外电路相连置于匀强磁场中，线框边长为L,匀速转动的角速度为ω，匀强磁场的磁感应强度为B，回答以下问题：
（甲） （乙）
(1)甲图中：线圈转动一周，电流方向改变___次；电动势的最大值是_____；电动势的有效值是_____．
(2)乙图中：线圈转动一周，电流方向改变______次；电动势的最大值是_____；电动势的有效值是______．
20．某发电站的输出功率为 104 kW，输出电压为 4 kV，通过理想变压器升压后向125 km 远处用户供电．已知输电线的电阻率为 ρ＝2.4×10－8Ω·m，导线横截面积为1.5×10－4 m2，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求：所用的理想升压变压器原、副线圈的匝数比是______，如果用户用电器的额定电压为 220 V，所用理想降压变压器原、副线圈匝数比是______.
四、解答题
21．下图是交流发电机模型示意图．在磁感应强度为B的匀强磁场中，矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的OO’轴转动，线圈在转动中保持和外电路电阻R形成闭合电路．已知ab长度为L1，bc长度为L2，线圈电阻为r，线圈以恒定角速度ω逆时针转动．（只考虑单匝线圈，不计其他电阻）
求：（1）线圈转动过程中产生的最大感应电动势Em；
（2）若线圈经过图示位置时开始计时，写出交变电流的瞬时值表达式；
（3）线圈从图示位置转过90°的过程中电阻R上通过的电荷量；
22．北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念．作为北京奥运会主场馆之一的国家体育馆“鸟巢”拥有9.1万个座位，其扇型屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感，还隐藏着一座年发电量约为98550kW·h时的太阳能光伏发电系统，供给体育馆内的照明灯等使用．假如该发电系统的输出功率为1×105W．
(1)按平均每天太阳照射6h计，该发电系统一年(365天计)能输出多少电能？
(2)假若发电系统的输出电压为250V，现准备向远处输电．所用输电线的总电阻为R线＝8Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5%．求应选用匝数比多大的升压变压器．
23．如图所示，一小型发电机内有匝矩形线圈，线圈面积，线圈电阻。在外力作用下矩形线圈在的匀强磁场中，以恒定的转速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。从图中所示时刻开始计时，求：
(1)线圈转动时产生感应电流瞬时值的表达式；
(2)线圈转过角的过程中通过电阻R横截面的电荷量q；
(3)线圈转动10s，整个电路产生的焦耳热取
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
AB．保持Q的位置不动，副线圈匝数不变，由
知U2不变，当P向上滑动时，R变大，由
I2＝
知I2减小，I1减小，故电流表的读数变小，选项AB错误；
CD．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，副线圈的匝数增多，由
知U2增大，由
I2＝
知I2增大，I1增大，故电流表的读数变大，选项C正确，D错误。
故选C。
2．C
【解析】
【详解】
A．直流电不能通过电容器，但可以通过电感器，所以当输入端输入直流电时，输出端有输出，故A错误；
B．电容器通高频，阻低频，电感器通低频，阻高频，所以输入端只输入低频交流电时，输出端有输出，故B错误；
C．电容器通高频，阻低频，电感器通低频，阻高频，所以输入端只输入高频交流电时，输出端几乎无输出，故C正确；
D．电容器通高频，阻低频，电感器通低频，阻高频，所以输入端只输入低频交流电时，输出端有输出，故D错误。
故选C。
3．C
【解析】
【详解】
当用户使用的用电器减少时，则用户总电阻R变大，因V2的读数由变压器初级电压和匝数比决定，可知V2读数不变，次级电流减小，则R0的电压减小，用电器R两端电压变大；因次级电流减小，则初级电流减小，即电流表A1示数减小。
故选C。
4．D
【解析】
【详解】
对图甲的交流电分析，可知一个周期内交流电的电流方向变化，而电流的大小不变，故图甲的电流有效值为；对图乙的交流电分析可知，其为正弦式交流电，故其有效值为，故，故选D。
5．B
【解析】
【详解】
交变电动势的瞬时表达式为
e=10sin4πtV
可知电动势的最大值
线圈转动的角速度
ω=4πrad/s
A．根据
ω=2πf
得交变电动势的频率f为2Hz，故A错误；
B．零时刻，将t=0代入交变电动势的瞬时表达式得电动势为0，则此时线圈处于中性面，线圈平面与磁场垂直，故B正确；
C．将t=0.25s代入交变电动势的瞬时表达式
e=10sin4πtV =0
e达到最小值，故C错误；
D．根据交变电动势的频率f为2Hz，则在1s时间内，线圈转过2周，转1周电流方向改变2次，则在1s时间内，线圈中电流方向改变4次，故D错误。
故选B。
【点评】
解答本题的关键是熟悉交变电动势的瞬时表达式e=Emsinωt，从题中给的表达式进行类比，找出电动势的最大值和线圈转动的角速度．
6．A
【解析】
【分析】
【详解】
题图甲中，由电流有效值的定义可知
（）2R＝I2RT
解得
I＝I1
则其功率
P1＝I2R＝I12R
题图乙中正反向电流大小相等，电流的有效值为I2，故功率
P2＝I22R
因
Q1∶Q2＝4∶1
Q1＝P1t
Q2＝P2t
故
I1∶I2＝4∶1
故选A。
7．D
【解析】
【详解】
由图可知，交流电的最大值为14.14V，所以交流电的有效值为
U=V=10V
由图可知，交流电的周期为0.02s。
故选D。
8．B
【解析】
【详解】
输电线路上的电流由P=UI可得：，输电线上消耗的功率为：P耗=I2r=r，用户得到的功率为：P用=P-P耗=P-r，故B正确，ACD错误．故选B．
点睛：解决本题的关键知道输出功率与输出电压、电流的关系，以及知道输出功率、损耗功率和用户得到的功率之间的关系．
9．C
【解析】
【详解】
A．灯泡两端的电压指的是电压有效值，故A错误；
B．由于线圈在匀强磁场中匀速转动，所以产生的电流一定是正弦式交变电流，故B错误；
CD．灯泡两端电压最大值为
电压有效值为
由皮带上各个位置线速度大小相等有
解得该同学摇手柄的角速度
所以当V时
当V时
故C正确，D错误。
故选C。
10．C
【解析】
【详解】
A：将电容器两极板间距离增大一些，电容器的电容减小，电容器的容抗增大，电路中电流减小，灯泡变暗．
B：将电容器两极板正对面积减小一些，电容器的电容减小，电容器的容抗增大，电路中电流减小，灯泡变暗．
C：把电介质插入电容器两极间，电容器的电容增大，电容器的容抗减小，电路中电流增大，灯泡变亮．
D：把交变电流频率降低一些，电容器的容抗增大，电路中电流减小，灯泡变暗．
能使灯泡变亮的措施是C．
点睛：交流电是能够通过电容的，将电容器接入交流电路中时，电容器极板上所带电荷对定向移动的电荷具有阻碍作用，物理学上把这种阻碍作用称为容抗，且容抗．
11．B
【解析】
【详解】
试题分析：当a、b两端接22V的交变电压时，测得c、d两端的电压为11V，则原副线圈匝数比为2：1，所以当c、d两端加上22V交变电压，a、b两端电压为44V；当g、h两端加上22V交变电压时，e与滑片间无电流，电压为零，故e、f两端电压与g、h两端电压相同，也为22V．故选B．
考点：变压器；分压器
【名师点睛】本题主要考查变压器的工作原理和原副线圈的变压比公式，要能和直流电路的分压原理相区别；变压器的原副线圈电压之比等于线圈匝数比．
12．A
【解析】
【详解】
在A、B间接入正弦交流电，电压的有效值为，变压器原线圈匝数匝，副线圈匝数匝，根据电压与匝数成正比得副线圈电压有效值，二极管的反向耐压值至少为，应是副线圈两端电压的最大值，所以，Q为副线圈正中央抽头，假设正向电流通过时，电阻与上面电路二极管构成回路，此时电压的有效值为20V，则反向电流通过时，电阻与下面电路二极管构成回路，此时电压的有效值也为20V，则一个周期R两端电压的有效值为，所以R消耗的电功率为
选项A正确，BCD错误；
故选A。
13．B
【解析】
【详解】
由图可知，a的周期为0.4s；b的周期为0.6s，则由n=可知，转速与周期成反比，故曲线a、b对应的线圈转速之比为3：2；曲线a表示的交变电动势最大值是10V，根据Em=nBSω得曲线b表示的交变电动势最大值是V；故B正确，ACD错误．
14．BC
【解析】
【详解】
A.根据电压关系可知电阻两端电压，A错误
B.因为在传输过程中，输电线上有一部分电压损失，所以U2大于电压U3，B正确．
C.正常工作的情况下，输电线上的电阻消耗功率远小于传输功率，所以电阻R的功率小于功率P4，C正确．
D.因为输电线上有功率损失，所以功率P2大于功率P3，D错误．
15．AB
【解析】
【详解】
A．额定风速下风力发电机输出的电能为
且
解得
所以额定风速下风力发电机的输出电功率为
故A正确；
B．对升压变压器有
解得
输电线路中的电流
所以输电线路上损失的功率
占发电机输出功率的1%，故B正确；
C．降压变压器输入电压与升压变压器输出电压之差为输电线路上损失的电压
故C错误；
D．降压变压器原线圈两端电压有效值为
因此降压变压器副线圈与原线圈匝数之比为
故D错误。
故选AB。
16．BD
【解析】
【详解】
A．由交变电源电压表达式可知，交变电流的周期 ，则交流电的频率
A错误；
B．由交变电源电压表达式可知交变电源电压的最大值，根据
而电压表的读数为有效值，B正确；
C．抽油烟机的功率为220W，则副线圈的电流
油烟机不是纯电阻电路，不能使用欧姆定律求其电阻值，所以其电阻不是220Ω，C错误；
D．原线圈中的电流根据
解得
电流表的示数为0.2A ，D正确。
故选BD。
17．
【解析】
【详解】
[1]当以不同电压输送时，有
P=U1I1=U2I2
而在线路上损失的功率为
可知，损失的功率与电压的平方成反比，即
△P1：△P2=4：1
所以输电线上损失的功率为
18．
【解析】
【详解】
[1]由图分析可以知道:因为自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动,小轮与车轮接触处线速度相等，即：
小轮转动的角速度为：
[2]发电机磁极转动的角速度等于小轮转动的角速度.发电机产生的感应电动势最大值为:
感应电动势的有效值：
通过电流的有效值：
19． 2 NBSω 2 NBSω/2
【解析】
【详解】
试题分析：（1）甲图中：线圈转动一周，电流方向改变2次；电动势的最大值是Em=NBSω；电动势的有效值是
（2）乙图中：线圈转动一周，电流方向改变2次；电动势的最大值是Em=NBSω/2；感应电动势的有效值为：
考点：交流电的变化规律；最大值和有效值
【名师点睛】
本题关键明确交流电的瞬时值、有效值、最大值的求解方法，记住最大值公式Em=NBSω，知道判断热效应用有效值；只有正弦交流电最大值等于有效值的倍.
20． 1∶25 4800:11
【解析】
【分析】
（1）根据电阻定律得出输电线的电阻，根据输电线上损失的功率求出输电线上的电流，从而根据P=UI求出升压变压器的输出电压；根据输电线上的电流和电阻求出输电线上的电压损失；根据变压比公式求解升压变压器原、副线圈的匝数比；
（2）根据输出电压和电压损失得出降压变压器的输入电压，结合电压之比等于原副线圈的匝数之比求出降压变压器的原副线圈匝数之比．
【详解】
（1）远距离输电的示意图，如图所示：
导线电阻：R线=ρ
代入数据得：R=40Ω
升压变压器副线圈电流：I2=I线
又I2R线=4%P
解得：I2=100A
根据P=U2I2
得：U2=100 kV
根据变压比公式，有：
（2）降压变压器的输入电压为：U3=U2-I2R线=96kV
由，
得：
【点睛】
解决本题的关键知道：1、原副线圈的电压比、电流比与匝数比之间的关系；2、升压变压器的输出电压、降压变压器的输入电压、电压损失之间的关系．
21．(1)；(2) (3)．
【解析】
【分析】
本题考查电磁感应定律，交流电的最大值，电荷量．
【详解】
(1)线圈转动过程中产生的最大感应电动势
(2)线圈在图示位置是平衡位置，此时感应电流为零，
而线圈中产生的最大电流为；
故交变电流的瞬时值表达式为．
(3)该过程中穿过线圈磁通量的变化量为，所用的时间
根据电磁感应定律，得平均电流为
故电阻R上通过的电荷量．
22．（1）；（2）
【解析】
【详解】
（1）由题意可以知道：，时间为：，一年能输出电能为
（2）依题意作出如下图输电示意图
当输电线上损失的电功率为输送电功率的5%时，输电线中的电流为
根据
解得
升压变压器的匝数比为
降压变压器副线圈中电流，即为提供给所有用户的总电流，用户获得的总功率为
又
所以
其原线圈中电流，降压变压器的匝数比为
23．(1)；(2)；(3)50J
【解析】
【分析】
【详解】
(1) 线圈的角速度
线圈中感应电动势的最大值为
感应电流的最大值为
则感应电流的瞬时值表达式为
即线圈转动时产生感应电流瞬时值的表达式为；
(2)设线圈转过角所用时间为，则
线圈中的平均感应电动势
通过电阻R的平均电流
在时间内通过电阻横截面的电荷量
即线圈转过角的过程中通过电阻R横截面的电荷量q为；
(3)矩形线圈在匀强磁场中匀速转动产生正弦交变电流，则电路中电流的有效值
经过电流通过整个电路产生的焦耳热
即线圈转动10s，整个电路产生的焦耳热Q为50J。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页