第三章 交变电流 检测试题 -2021-2022学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第二册(word版含答案解析)

第三章《交变电流》检测试题
一、选择题(共12小题,每小题4分,共48分。第1～6小题只有一项符合题目要求。第7～12小题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
1.对交变电流的下列说法正确的是(　　)
A.正(余)弦式交变电流在一个周期内电流的方向改变两次
B.交变电流的最大值总是有效值的倍
C.若正弦式交变电流的最大值为10 A,则它的最小值为-10 A
D.演示交变电流随时间的变化规律时,应选用交流电流表
2.关于我国家庭照明电路所用的交流电,下列说法正确的是(　　)
A.电流方向每秒钟改变50次
B.电压表达式为u=220sin 50πt V
C.额定电压为220 V的灯泡可以直接接入使用
D.耐压值为220 V的电容器可以直接接入使用
3.电流互感器是一种测量电路中电流的变压器,工作原理如图所示。其原线圈匝数较少,串联在电路中,副线圈匝数较多,两端接在电流表上。则电流互感器(　　)
A.是一种降压变压器
B.能测量直流电路的电流
C.原、副线圈电流的频率不同
D.副线圈的电流小于原线圈的电流
4.小型水力发电站的发电机有稳定的输出电压,它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压,然后通过输电线路把电能输送到远处用户附近的降压变压器,经降低电压后再输送至各用户。设变压器都是理想的,那么在用电高峰期,随用电器总功率的增加将导致(　　)
A.发电机的输出电流变小
B.高压输电线路的功率损失变大
C.升压变压器次级线圈两端的电压变小
D.降压变压器次级线圈两端的电压变大
5.交变电源与电阻R、交流电压表按图1所示的方式连接,R=10 Ω。交变电源产生正弦式电流,图2是电源输出电压的ut图像。交流电压表的示数是10.0 V。则(　　)
A.通过R的电流峰值为1.0 A,频率为50 Hz
B.通过R的电流峰值为1.0 A,频率为100 Hz
C.通过R的电流峰值为1.4 A,频率为50 Hz
D.通过R的电流峰值为1.4 A,频率为100 Hz
6.如图(甲)所示为理想变压器,原、副线圈的匝数比为3∶2,在原线圈上通入正弦式交流如图(乙)所示,设电流从原线圈a端流入、b端流出时为电流正方向,副线圈中电流由c端流出、d端流入时为电流正方向,那么副线圈中电流的有效值以及在一个周期内副线圈电流达到正方向最大值对应于图(乙)中的时刻应是(　　)
A.1 A　0 B.1.5 A　0.5×10-2 s
C.1.5 A　1×10-2 s D. A　1×10-2 s
7.如图(甲)所示为一理想变压器,原、副线圈匝数比为22∶1,两个标有“10 V　5 W”的小灯泡并联在副线圈的两端。原线圈与正弦交变电源连接,输入电压u如图(乙)所示,原线圈电路中接有电压表和电流表(可视为理想电表)。则下列说法正确的是(　　)
A.经过1 min原线圈输出的电能为6×102 J
B.由于电压过高小灯泡会被烧坏
C.电压表的示数为220 V
D.电流表的示数为2 A
8.用220 V的正弦式交流通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电压是110 V,通过负载的电流图像如图所示,则(　　)
A.变压器输入功率约为3.9 W
B.输出电压的最大值是110 V
C.变压器原、副线圈匝数比是1∶2
D.负载电流的函数表达式i=0.05sin 100πt A
9.如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为5∶1,电压表和电流表均为理想交流电表,从某时刻开始在原线圈两端加上瞬时值表达式为u=110sin 100πt V的交变电压,则(　　)
A.电压表的示数为22 V
B.电压表的示数为22 V
C.在滑片P向上移动的过程中,电流表A1的示数变大
D.在滑片P向上移动的过程中,理想变压器的输入功率变小
10.如图所示的电路中,P为滑动变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合开关S,下列说法正确的是(　　)
A.P向下滑动时,灯L变亮
B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变
C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小
D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大
11.实验室里的交流发电机可简化为如图所示的模型,正方形线圈在水平匀强磁场中,绕垂直于磁感线的OO′轴匀速转动。今在发电机的输出端接一个电阻R和理想电压表,并让线圈每秒转25圈,读出电压表的示数为10 V。已知R=10 Ω,线圈电阻忽略不计,下列说法正确的是(　　)
A.线圈位于图中位置时,线圈中的瞬时电流为零
B.从中性面开始计时,线圈中电流瞬时值表达式为i=sin 50πt A
C.流过电阻R的电流每秒钟方向改变50次
D.电阻R上的热功率等于20 W
12.如图所示,边长为L、匝数为N,电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω绕转轴OO′匀速转动,轴OO′垂直于磁感线且位于线圈平面内,在线圈外接一含有理想变压器的电路,变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2,保持线圈以恒定角速度ω转动,下列判断正确的是(　　)
A.交流电压表V1的示数等于
B.变压器的输入功率与输出功率之比为n1∶n2
C.交流电压表V2的示数为副线圈两端电压的有效值
D.在图示位置时线圈中磁通量为零,感应电动势最小
二、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(6分)为完成“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验,必须要选用的是　　　　(多选)。
A.有闭合铁芯的原、副线圈
B.无铁芯的原、副线圈
C.交流电源
D.直流电源
E.多用电表(交流电压挡)
F.多用电表(交流电流挡)
用匝数na=60匝和nb=120匝的变压器,实验测量数据如表,
Ua/V 1.80 2.80 3.80 4.90
Ub/V 4.00 6.01 8.02 9.98
根据测量数据可判断连接电源的线圈是　　　 　(选填“na”或“nb”)。
14.(8分)如图所示,一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的市电上,向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电,使它正常发光。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12 mA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10 mA时,变压器的输入功率是多大
15.(8分)发电机的转子是匝数为100匝、边长为20 cm 的正方形线圈,将它置于磁感应强度B=0.05 T的匀强磁场中,绕着垂直于磁感线方向的轴以ω=100π rad/s的角速度转动,当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时,线圈和外电路的总电阻R=10 Ω。
(1)写出交变电流瞬时值表达式;
(2)线圈从计时开始,转过过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少
16.(8分)如图所示,变压器原线圈输入电压为220 V,副线圈输出电压为36 V,两只灯泡的额定电压均为36 V,L1额定功率为12 W,L2额定功率为 6 W。试求:
(1)该变压器的原、副线圈的匝数比;
(2)两灯均正常工作时原线圈中的电流以及只有L1工作时原线圈中的电流。
17.(10分)一变压器原、副线圈匝数分别为n1=9 900、n2=690,原线圈输入电压U1=3 300 V,副线圈通过输电线给负载供电,负载的额定电压是220 V,额定功率是22 kW。
(1)若负载刚好在额定状态下工作,问输电线的电阻是多少
(2)若负载增大,额定电功率为110 kW,额定电压为 220 V。要使负载仍在额定状态下工作,原线圈的匝数应改为多少匝 (变压器损耗
忽略)
18.(12分)某发电机输电电路的简图如图所示,发电机的矩形线框ABCD处于磁感应强度大小为B= T的水平匀强磁场中,线框面积为S=0.25 m2,匝数为100 匝,电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω=100π rad/s匀速转动,并与升压变压器的原线圈相连,升压变压器原、副线圈的匝数之比1∶20 ,降压变压器的副线圈接入若干“220 V　100 W”的灯泡,两变压器间的输电线等效电阻R=20 Ω,变压器均为理想变压器。当发电机输出功率为5×104 W时,灯泡正常发光。求:
(1)电压表　的读数;
(2)输电线上损耗的功率;
(3)降压变压器原、副线圈的匝数之比。
参考答案
1.A 2.C 3.D 4.B 5.C 6.C
7.AC解析:由题图(乙)可知,原线圈电压有效值U1=220 V,即电压表示数,C正确;副线圈两端电压U2=U1=10 V,故两灯泡均正常工作,则变压器的输入功率为P1=P2=10 W,故在1 min内,原线圈输出的电能为P1t=
10 W×60 s=600 J,A正确,B错误;根据P1=U1I1,得电流表示数I1==
A,D错误。
8.AD 解析:根据it图像,周期T=0.02 s,则ω==100π rad/s,故负载电流的函数表达式i=0.05sin 100πt A,且Im=0.05 A,通过负载的电流的有效值I2=,输出电压的最大值Um=U2=110 V,变压器的输入功率P1=P2=I2U2≈3.9 W,变压器原、副线圈匝数比==,选项A、D正确,选项B、C错误。
9.BD 解析:根据电压与匝数成正比可知,原线圈电压的最大值为110 V,所以副线圈电压的最大值为22 V,电压表的示数为电压的有效值,所以示数为22 V,故A错误,B正确;在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,滑动变阻器的阻值变大,电路的总电阻增大,由于输出电压是由变压器决定的,输出电压不变,所以电流表A2的示数变小,电流表A1的示数变小,故C错误;由P=可知,理想变压器的输出功率变小,所以输入功率也要变小,故D正确。
10.BD 解析:由于理想变压器输入电压U1不变,原、副线圈匝数不变,所以输出电压U2也不变,灯L亮度不随P的滑动改变,故选项A错误,选项B正确;P向上滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,负载总电阻R总减小,由I2=知,通过副线圈的电流I2增大,输出功率P2=U2I2增大,再由=知输入电流I1也增大,故选项C错误,D正确。
11.BC 解析:线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,产生的是交变电流。线圈位于图中位置时,穿过线圈的磁通量虽然为零,但磁通量的变化率最大,线圈中的瞬时电流最大,选项A错误;线圈转一圈,两次经过中性面,线圈每经过一次中性面,电流方向改变一次,每秒转25圈,电流方向改变50次,选项C正确;由题意可知,f=25 Hz,ω=
50π rad/s,电压表的示数是有效值,交流最大值Em=10 V,Im=
A,故选项B正确;电阻R上消耗的热功率PR==10 W,选项D错误。
12.AC 解析:交流电压的最大值等于NBωL2,电压表V1示数为有效值,故A正确;理想变压器的输入功率与输出功率之比为1∶1,故B错误;交流电压表V2的示数为副线圈两端电压的有效值,选项C正确;在图示位置时线圈平面与磁场平行,线圈中磁通量为零,但磁通量变化率最大,则感应电动势最大,故D错误。
13. 解析:变压器的原理是互感现象的应用,是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化,不需要直流电源。故需要的仪器有闭合铁芯的原、副线圈(铁芯能约束和引导磁通量,减小漏磁损耗)、交流电源、多用电表(交流电压挡);根据题意,电压比与匝数比不相等,可知该变压器非理想变压器,因此变压器有漏磁,铁芯发热、导线发热等影响,副线圈电压值会小于理论值,判断出Ub为原线圈上的电压大小,则由此可知nb接的是电源。
答案:ACE　nb
评分标准:每空3分。
14. 解析:(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2,根据理想变压器的输入功率等于输出功率,则U1I1=U2I2。 (2分)
当I2=12 mA时,I1即为熔断电流,I1=I2≈0.98 A。 (3分)
(2)当副线圈电流为I2′=10 mA时,设变压器的输入功率为P1,变压器匝数不变,输出电压不变,所以P1=P2=I2′U2=180 W。 (3分)
答案:(1)0.98 A　(2)180 W
15. 解析:(1)感应电动势的最大值
Em=NBSω=20π V, (1分)
由欧姆定律,Im==2π A, (1分)
由于从线圈平面与磁场方向垂直位置开始计时,因此瞬时值用正弦表示,i=2πsin 100πt A。 (2分)
(2)线圈从计时开始,转过的过程中,通过某一截面的电荷量应该用平均值来计算
q=t=NΔt=, (1分)
磁通量在这一过程中的变化量
ΔΦ=BS-BScos =BS, (1分)
代入电荷量方程得q==1×10-2 C。 (2分)
答案:(1)i=2πsin 100πt A　(2)1×10-2 C
16. 解析:(1)由电压比公式得 =
==。 (2分)
(2)两灯均正常工作时,有P1+P2=U1I1
I1== A≈0.082 A, (3分)
只有L1灯工作时,有P1=U1I1′
解得I1′== A≈0.055 A。(3分)
答案:(1)55∶9　(2)0.082 A　0.055 A
17解析:(1)通过负载的电流为
I== A=100 A (1分)
又输电线上电流I线=I=100 A (1分)
设副线圈两端的电压为U2,由=,得
U2=U1=×3 300 V=230 V (1分)
则输电线上损失的电压
U线=U2-U=230 V-220 V=10 V, (1分)
所以输电线的电阻r== Ω=0.1 Ω。 (1分)
(2)负载增大后通过负载的电流
I′== A=500 A, (1分)
输电线上损失的电压
U线′=I′r=500×0.1 V=50 V (1分)
副线圈两端的电压U2′=U+U线′=270 V (1分)
设此时原线圈的匝数为n1′,有=
则n1′=n2=≈8 433匝。 (2分)
答案:(1)0.1 Ω　(2)8 433 匝
18.解析:(1)矩形线框ABCD在匀强磁场中转动时,产生的交变电流的最大值为
Em=NBSω=×0.25×100π V
=250 V, (2分)
电压表读数为电压的有效值
U== V=250 V。 (2分)
(2)发电机的输出电压为U1=U=250 V
由电压比公式,升压变压器的输出电压
U2== V=5 000 V (2分)
当发电机输出功率为5×104 W时,
I2== A=10 A (2分)
则输电线上损耗的功率
ΔP=R=102×20 W=2 000 W。
(3)降压变压器原线圈上的电压
U3== V=4 800 V, (2分)
又由题意知,灯泡正常发光,所以U4=220 V
所以降压变压器原、副线圈的匝数之比
===240∶11。 (2分)
答案:(1)250 V　(2)2 000 W　(3)240∶11