2022—2023学年物理人教2019选择性必修第二册第三章 交变电流课后习题（word版含答案）

2022—2023学年物理人教2019选择性必修第二册第三章 交变电流课后习题含答案
人教2019选择性必修第二册第三章 交变电流
一、选择题。
1、如图所示，一矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴OO′沿顺时针方向转动，引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环M和N相连。M和N又通过固定的电刷P和Q与电阻R相连。在线圈转动过程中，通过电阻R的电流 (　　)
A．大小和方向都随时间做周期性变化
B．大小和方向都不随时间做周期性变化
C．大小不断变化，方向总是P→R→Q
D．大小不断变化，方向总是Q→R→P
2、如图甲所示为一单匝线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电流的u t图像，若将此电压加在图乙所示的回旋加速器上给质子(H)加速，已知质子的质量为1.67×10－27 kg，电荷量为1.6×10－19 C。则下列说法不正确的是(　　)
A．该交变电流电压的有效值为36 V
B．t＝1×10－2 s时，穿过线圈的磁通量为×10－2 Wb
C．质子在回旋加速器中运动的周期为2×10－2 s
D．加在回旋加速度器D形盒区域匀强磁场的磁感应强度大小约为3.28×10－6 T
3、如图甲、乙所示电路中，当A、B接10 V交变电压时，C、D间电压为4 V，M、N接10 V直流电压时，P、Q间电压也为4 V。现把C、D接4 V交流，P、Q接4 V直流，下面哪个选项可表示A、B间和M、N间的电压(　　)
A．10 V　10 V B．10 V　4 V
C．4 V　10 V D．10 V　0
4、随着5G网络建设热潮的开启，中国5G基站的数量快速增长，实现5G网络覆盖的城市也越来越多。但是5G基站单系统功耗量为4 kW(基站用电器功率)，而在4G时代，基站单系统功耗仅为1 kW。目前困扰5G发展的大难题是供电。如图所示。某基站距离100 kV主供电线路约为5 km，线路电阻为40 Ω。现要将4G基站改造为5G基站，而且线路损耗为总功耗的20%，在只更换变压器(均为理想变压器)的前提下，高压变压器的原、副线圈匝数比应变为(　　)
A．25∶1 B．50∶1 C．100∶1 D．400∶3
5、一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动。在转动过程中，线框中的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是(　　)
A．当磁通量为零时，感应电动势也为零
B．当磁通量减小时，感应电动势也减小
C．当磁通量等于0.5Φm时，感应电动势等于0.5Em
D．角速度ω等于
6、(双选)如图甲所示，标有“220 V　40 W”的电灯和标有“20 μF　300 V”的电容器并联接到交流电源上，V为交流电压表。交流电源的输出电压如图乙所示闭合开关。下列判断正确的是(　　)
A.t＝时刻，V的示数为零
B．电灯恰好正常发光
C．电容器有可能被击穿
D．交流电压表V的示数保持110 V不变
7、（双选）如图甲所示，理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，L1和L2是相同型号的白炽灯，L1与电容器C串联，L2与带铁芯的线圈L串联，R为电阻箱，V为交流电压表。当原线圈接有如图乙所示的正弦交变电压时，电路稳定后，两只灯泡的亮度相同，则(　　)
A.电阻箱阻值减小时，电压表示数将减小
B．电压表在t＝1×10－2 s时的示数为22 V
C．当原线圈所接正弦交流电电压最大值不变，频率增大时，L1变暗，L2变亮
D．当原线圈所接正弦交流电电压最大值不变，频率增大时，L1变亮，L2变暗
8、（双选）交流发电机的输出电压为U，采用图示理想变压器输电，升压变压器原、副线圈匝数比为m，降压变压器原、副线圈匝数比为n，输电导线电阻为r，用户的工作电压为U。下列说法正确的是(　　)
A．m<1
B．n<1
C．输电线上损失的功率为
D．输电线上损失的功率为
9、（双选）如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到图示与磁场方向平行时(　　)
A．线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流
B．线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势
C．线圈分别绕P1和P2转动时的电流的方向相同，都是a→d→c→b
D．线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力
10、（双选）如图甲所示为电热毯电路示意图，交流电压u＝311sin (100πt) V，当开关S接通时，电热丝的电功率为P0；当开关S断开时，加在电热丝上的电压如图乙所示，则(　　)
A.开关接通时，交流电压表的读数为220 V
B．开关接通时，交流电压表的读数为311 V
C．开关断开时，交流电压表的读数为311 V，电热丝功率为
D．开关断开时，交流电压表的读数为156 V，电热丝功率为
11、如甲图所示为恒压电源给硫化镉光敏电阻R供电时，流过此电阻的电流和所受光照强度的关系图像。根据这一特性，某同学设计一个台灯的自动控制电路如乙图所示，T为一自耦式变压器。下列说法正确的是(　　)
A.在其他条件不变的情况下，如果光照变强，则灯泡的亮度变暗
B．在其他条件不变的情况下，如果光照变强，则灯泡的亮度变亮
C．在其他条件不变的情况下，将自耦式变压器的滑片P适当下滑，则灯泡的亮度变亮
D．在其他条件不变的情况下，适当增大滑动变阻器R1的阻值，则灯泡的亮度变亮
12、某实验小组模拟远距离输电的原理图如图所示，A、B为理想变压器，R为输电线路的电阻，灯泡L1、L2规格相同，保持变压器A的输入电压不变，开关S断开时，灯泡L1正常发光，则(　　)
A．仅将滑片P上移，A的输入功率不变
B．仅将滑片P上移，L1变暗
C．仅闭合S，L1变亮
D．仅闭合S，A的输入功率变小
二、计算类题。
13、【计算题】如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n＝100，总电阻r＝1.0 Ω，所围成矩形的面积S＝0.040 m2，小灯泡的电阻R＝9.0 Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBmScost，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求：
(1)线圈中产生感应电动势的最大值；
(2)小灯泡消耗的电功率；
(3)在磁感应强度变化的0～时间内，通过小灯泡的电荷量。
14、如图所示，一个面积为S、匝数为N的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，角速度为ω，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度为B，M和N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和连接导线的电阻不计。求从图示位置开始计时：
(1)电流表的示数；
(2)线圈转过转的时间内负载电阻R上产生的热量；
(3)线圈转过转的时间内通过负载电阻R的电荷量；
(4)线圈转过时的电动势瞬时值。
15、【计算题】如图所示，一长为 m、宽为0.2 m，匝数为100的矩形金属线圈电阻r＝1 Ω，在B＝0.6 T的匀强磁场中以恒定角速度ω＝10 rad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈两端通过电刷与图示的电路连接，其中电阻R1＝4 Ω，R2＝1 Ω，理想变压器的原、副线圈的匝数比n1∶n2＝5∶1。求：
(1)从中性面位置开始计时，线圈转动时产生感应电动势的瞬时值表达式；
(2)交流电压表、电流表的示数U、I；
(3)若不计一切摩擦及空气阻力，线圈转动一周外力做的功W。
16、人们利用发电机把天然存在的各种形式的能(水流能、煤等燃料的化学能)转化为电能。有条河流，流量Q＝2 m3/s，落差h＝50 m，现利用其发电，已知发电机总效率为η＝50%，输出电压为U＝5 000 V。现直接将发电机和用户连接，测得安装在输电线路的起点和终点的电度表一昼夜读数相差2 400 kW·h(一昼夜是24 h)。重力加速度g取10 m/s2，水的密度
ρ＝1×103 kg/m3，试求：
(1)发电机可输送的功率P；
(2)输电线的电阻r；
(3)若要使输电线损失的功率降到输送功率的0.2%，所加的升压变压器原、副线圈的匝数比；
(4)实施(3)后若用户端需要的电压是100 V，则所加的降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？
2022—2023学年物理人教2019选择性必修第二册第三章 交变电流课后习题含答案
人教2019选择性必修第二册第三章 交变电流
一、选择题。
1、如图所示，一矩形线圈绕与匀强磁场垂直的中心轴OO′沿顺时针方向转动，引出线的两端分别与相互绝缘的两个半圆形铜环M和N相连。M和N又通过固定的电刷P和Q与电阻R相连。在线圈转动过程中，通过电阻R的电流 (　　)
A．大小和方向都随时间做周期性变化
B．大小和方向都不随时间做周期性变化
C．大小不断变化，方向总是P→R→Q
D．大小不断变化，方向总是Q→R→P
【答案】C
2、如图甲所示为一单匝线圈在匀强磁场中匀速转动产生的交变电流的u t图像，若将此电压加在图乙所示的回旋加速器上给质子(H)加速，已知质子的质量为1.67×10－27 kg，电荷量为1.6×10－19 C。则下列说法不正确的是(　　)
A．该交变电流电压的有效值为36 V
B．t＝1×10－2 s时，穿过线圈的磁通量为×10－2 Wb
C．质子在回旋加速器中运动的周期为2×10－2 s
D．加在回旋加速度器D形盒区域匀强磁场的磁感应强度大小约为3.28×10－6 T
【答案】B
3、如图甲、乙所示电路中，当A、B接10 V交变电压时，C、D间电压为4 V，M、N接10 V直流电压时，P、Q间电压也为4 V。现把C、D接4 V交流，P、Q接4 V直流，下面哪个选项可表示A、B间和M、N间的电压(　　)
A．10 V　10 V B．10 V　4 V
C．4 V　10 V D．10 V　0
【答案】B
4、随着5G网络建设热潮的开启，中国5G基站的数量快速增长，实现5G网络覆盖的城市也越来越多。但是5G基站单系统功耗量为4 kW(基站用电器功率)，而在4G时代，基站单系统功耗仅为1 kW。目前困扰5G发展的大难题是供电。如图所示。某基站距离100 kV主供电线路约为5 km，线路电阻为40 Ω。现要将4G基站改造为5G基站，而且线路损耗为总功耗的20%，在只更换变压器(均为理想变压器)的前提下，高压变压器的原、副线圈匝数比应变为(　　)
A．25∶1 B．50∶1 C．100∶1 D．400∶3
【答案】C
5、一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动。在转动过程中，线框中的最大磁通量为Φm，最大感应电动势为Em，下列说法中正确的是(　　)
A．当磁通量为零时，感应电动势也为零
B．当磁通量减小时，感应电动势也减小
C．当磁通量等于0.5Φm时，感应电动势等于0.5Em
D．角速度ω等于
【答案】D
6、(双选)如图甲所示，标有“220 V　40 W”的电灯和标有“20 μF　300 V”的电容器并联接到交流电源上，V为交流电压表。交流电源的输出电压如图乙所示闭合开关。下列判断正确的是(　　)
A.t＝时刻，V的示数为零
B．电灯恰好正常发光
C．电容器有可能被击穿
D．交流电压表V的示数保持110 V不变
【答案】B、C
7、（双选）如图甲所示，理想变压器的原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，L1和L2是相同型号的白炽灯，L1与电容器C串联，L2与带铁芯的线圈L串联，R为电阻箱，V为交流电压表。当原线圈接有如图乙所示的正弦交变电压时，电路稳定后，两只灯泡的亮度相同，则(　　)
A.电阻箱阻值减小时，电压表示数将减小
B．电压表在t＝1×10－2 s时的示数为22 V
C．当原线圈所接正弦交流电电压最大值不变，频率增大时，L1变暗，L2变亮
D．当原线圈所接正弦交流电电压最大值不变，频率增大时，L1变亮，L2变暗
【答案】B、D
8、（双选）交流发电机的输出电压为U，采用图示理想变压器输电，升压变压器原、副线圈匝数比为m，降压变压器原、副线圈匝数比为n，输电导线电阻为r，用户的工作电压为U。下列说法正确的是(　　)
A．m<1
B．n<1
C．输电线上损失的功率为
D．输电线上损失的功率为
【答案】A、C
9、（双选）如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到图示与磁场方向平行时(　　)
A．线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流
B．线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势
C．线圈分别绕P1和P2转动时的电流的方向相同，都是a→d→c→b
D．线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力
【答案】A、C
10、（双选）如图甲所示为电热毯电路示意图，交流电压u＝311sin (100πt) V，当开关S接通时，电热丝的电功率为P0；当开关S断开时，加在电热丝上的电压如图乙所示，则(　　)
A.开关接通时，交流电压表的读数为220 V
B．开关接通时，交流电压表的读数为311 V
C．开关断开时，交流电压表的读数为311 V，电热丝功率为
D．开关断开时，交流电压表的读数为156 V，电热丝功率为
【答案】A、D
11、如甲图所示为恒压电源给硫化镉光敏电阻R供电时，流过此电阻的电流和所受光照强度的关系图像。根据这一特性，某同学设计一个台灯的自动控制电路如乙图所示，T为一自耦式变压器。下列说法正确的是(　　)
A.在其他条件不变的情况下，如果光照变强，则灯泡的亮度变暗
B．在其他条件不变的情况下，如果光照变强，则灯泡的亮度变亮
C．在其他条件不变的情况下，将自耦式变压器的滑片P适当下滑，则灯泡的亮度变亮
D．在其他条件不变的情况下，适当增大滑动变阻器R1的阻值，则灯泡的亮度变亮
【答案】A
12、某实验小组模拟远距离输电的原理图如图所示，A、B为理想变压器，R为输电线路的电阻，灯泡L1、L2规格相同，保持变压器A的输入电压不变，开关S断开时，灯泡L1正常发光，则(　　)
A．仅将滑片P上移，A的输入功率不变
B．仅将滑片P上移，L1变暗
C．仅闭合S，L1变亮
D．仅闭合S，A的输入功率变小
【答案】B
二、计算类题。
13、【计算题】如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n＝100，总电阻r＝1.0 Ω，所围成矩形的面积S＝0.040 m2，小灯泡的电阻R＝9.0 Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBmScost，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求：
(1)线圈中产生感应电动势的最大值；
(2)小灯泡消耗的电功率；
(3)在磁感应强度变化的0～时间内，通过小灯泡的电荷量。
【答案】(1)8.0 V　 (2)2.88 W　 (3)4.0×10－3 C
【解析】(1)由图像知，线圈中产生的交变电流的周期
T＝3.14×10－2 s，
所以Em＝＝8.0 V
(2)电流的最大值Im＝＝0.80 A
有效值I＝＝ A
小灯泡消耗的电功率P＝I2R＝2.88 W；
(3)在0～时间内，根据法拉第电磁感应定律得，电动势的平均值＝n＝n，
平均电流＝＝
流过小灯泡的电荷量
Q＝Δt＝
代入数据解得Q＝4.0×10－3 C。
14、如图所示，一个面积为S、匝数为N的半圆形线圈，以直径ab为轴匀速转动，角速度为ω，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度为B，M和N是两个集流环，负载电阻为R，线圈、电流表和连接导线的电阻不计。求从图示位置开始计时：
(1)电流表的示数；
(2)线圈转过转的时间内负载电阻R上产生的热量；
(3)线圈转过转的时间内通过负载电阻R的电荷量；
(4)线圈转过时的电动势瞬时值。
【答案】(1)　 (2) (3)　 (4)
【解析】(1)线圈绕轴匀速转动时，在电路中产生如图所示的交变电流。
此交变电动势的最大值为Em＝NBSω，
设此交变电动势在一个周期内的有效值为E，
由有效值的定义得·＝T，
解得：E＝＝，
故电流表的示数为I＝＝；
(2)在线圈从图示位置转过转的时间内，
电动势的有效值为
E′＝＝
电阻R上产生的热量为
Q＝()2R·＝
(3)在线圈从图示位置转过转的时间内，
电动势的平均值为＝N＝
通过R的电荷量
q＝·Δt＝·Δt＝N＝
(4)线圈从图示位置起转过时的电动势瞬时值
e＝Emsin()＝
15、【计算题】如图所示，一长为 m、宽为0.2 m，匝数为100的矩形金属线圈电阻r＝1 Ω，在B＝0.6 T的匀强磁场中以恒定角速度ω＝10 rad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈两端通过电刷与图示的电路连接，其中电阻R1＝4 Ω，R2＝1 Ω，理想变压器的原、副线圈的匝数比n1∶n2＝5∶1。求：
(1)从中性面位置开始计时，线圈转动时产生感应电动势的瞬时值表达式；
(2)交流电压表、电流表的示数U、I；
(3)若不计一切摩擦及空气阻力，线圈转动一周外力做的功W。
【答案】(1)e＝60sin (10t) V (2)10 V　2 A　 (3)75.36 J
【解析】(1)线圈产生感应电动势的最大值
Em＝nBSω＝60 V，从中性面开始转动
e＝Emsinωt＝60sin (10t) V
(2)设变压器原、副线圈中电流分别为I1、I2，变压器原、副线圈两端电压分别为U1、U2，
则有U1＝E－I1(R1＋r)，E＝
变压比规律＝，变流比规律＝
又I2＝，
联立解得，电压表示数为
U＝U2＝10 V，电流表示数为I＝I1＝2 A
(3)线圈转动一周外力做的功W，由能量守恒，
有W＝[I(R1＋r)＋IR2]，
代入数据得W＝24π J＝75.36 J
16、人们利用发电机把天然存在的各种形式的能(水流能、煤等燃料的化学能)转化为电能。有条河流，流量Q＝2 m3/s，落差h＝50 m，现利用其发电，已知发电机总效率为η＝50%，输出电压为U＝5 000 V。现直接将发电机和用户连接，测得安装在输电线路的起点和终点的电度表一昼夜读数相差2 400 kW·h(一昼夜是24 h)。重力加速度g取10 m/s2，水的密度
ρ＝1×103 kg/m3，试求：
(1)发电机可输送的功率P；
(2)输电线的电阻r；
(3)若要使输电线损失的功率降到输送功率的0.2%，所加的升压变压器原、副线圈的匝数比；
(4)实施(3)后若用户端需要的电压是100 V，则所加的降压变压器原、副线圈的匝数比为多少？
【答案】(1)5×105 W　 (2)10 Ω　 (3)1∶10　(4)499∶1
【解析】(1)依题意发电机可输送的功率为
P＝＝5×105 W
(2)依题意输电线上损失的功率为
P损＝ kW＝100 kW
又P＝UI得I＝100 A，根据P损＝I2r，所以r＝10 Ω
(3)输电线上损失的功率为
P′损＝I′2r＝P×0.2%＝1 000 W得I′＝10 A
设升压至U′可满足要求，且U′＝
得U′＝5×104 V
则升压变压器原、副线圈匝数比
＝＝
(4)输电线上损失的电压为U′损＝I′r＝100 V
则降压变压器原线圈两端的电压
U3＝U′－U′损＝49 900 V
则降压变压器原、副线圈匝数比为＝＝