第3章交变电流与远距离输电综合复习训练（含解析）2023——2024学年高物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

第3章 交变电流与远距离输电 综合复习训练
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．某电阻的阻值为10Ω，通过的交变电流如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．该电流方向每秒改变50次
B．该电流的瞬值表达式
C．并联在该电阻两端的交流电压表示数为50V
D．该电阻消耗的电功率为500W
2．如图所示，有一个20匝、电阻为R的矩形线圈，绕轴在匀强磁场中匀速转动，产生的电动势随时间关系为：。矩形线圈通过铜滑环与理想变压器原线圈的A、B两端相接，变压器的副线圈连接一个阻值为4R的电阻。变压器原、副线圈匝数比为1：2，原线圈中间位置接有接线柱P，则（　　）
A．副线圈两端电压为48V
B．穿过矩形线圈的最大磁通量为0.24Wb
C．开关K由A换接到P后副线圈输出功率变小
D．副线圈回路中串接一个二极管后电流平均值变为原来的倍
3．如图，一交流发电机中，矩形导线框ABCD绕垂直于磁场的轴匀速转动，并与理想变压器原线圈相连。变压器原、副线圈匝数之比，副线圈接入一规格为“6V；12W”的小灯泡时，小灯泡恰好正常发光，导线框、输电导线电阻均不计，下列说法正确的是（　　）
A．图示位置穿过导线框的磁通量最大
B．导线框产生电动势的最大值为60V
C．通过原线圈电流的有效值为0.2A
D．原、副线圈中电流的频率之比为
4．某兴趣小组在校园内进行科学小实验，实验场地所处的磁场可视为方向竖直向下，大小的匀强磁场，兴趣小组使长为3m、宽为1m、匝数为100的金属线框以角速度匀速转动，再利用原、副线圈匝数比为1∶100的理想变压器使“12V，9W”电风扇正常工作，线框及电线电阻不计，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．当线框平面与地面平行时产生的电动势最大
B．电风扇的内阻为16Ω
C．为了使电风扇能正常工作，需把电风扇与一个阻值的电阻串联
D．金属线框感应电动势的峰值为0.15V
5．如图甲所示，无线充电是近年来发展起来的新技术，具有使用方便、不易老化磨损等优点，同时也存在着传输距离短、能量损耗大等不足。图乙为其工作原理图，其送电线圈与受电线圈匝数比为，若在ab端输入的交流电压，则cd端的输出电压可能为（ ）
A．10V B．11V C．22V D．44V
6．我市某兴趣小组利用地磁场探究交变电流的规律如图甲所示，线圈在地磁场中匀速转动，转轴沿东西方向水平放置，产生的交变电流随时间变化关系图像如图乙所示。已知地磁场方向斜向下，则（　　）
A．0时刻，线圈在竖直面内
B．时刻，线圈在水平面内
C．若仅增加转速，变小
D．若仅将转轴沿南北方向水平放置，变小
7．如图所示为一理想变压器，其中a、b、c为三个额定电压相同的灯泡，输入电压。当输入电压为灯泡额定电压的8倍时，三个灯泡刚好都正常发光。下列说法正确的是（　　）
A．变压器原、副线圈匝数比为4：1
B．三个灯泡的额定电压为
C．此时灯泡a和c消耗的电功率之比为2：7
D．流过灯泡b的电流，1s改变50次
8．如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数之比为100：1，其原线圈两端接入正弦式交变电压u，u=311sin100πt V，副线圈通过交流电流表与变阻器R相连。若不考虑交流电压表和交流电流表内阻的影响，则下列说法正确的是（　　）
A．交流电压表的示数为3.11V
B．滑动变阻器的滑片向下滑动，交流电压表的示数减小
C．滑动变阻器的滑片向下滑动，交流电流表的示数增大
D．滑动变阻器的滑片向下滑动，变压器的输入功率减小
二、多选题
9．如图所示，理想变压器接在的交变电源上，原线圈匝数匝；副线圈匝数的调节范围为55~220匝，滑动变阻器的调节范围为5~15Ω，灯泡L1的电阻，灯泡L2的电阻。下列说法正确的是（　　）
A．滑片固定，将滑片向上滑动时，副线圈感应电流的频率增大
B．滑片固定，将滑片P2向上滑动时，灯泡L1、L2均变亮
C．将滑片、任意滑动，灯泡L1的功率最小值为120W
D．将滑片、任意滑动，灯泡L2与滑动变阻器整体的功率最大值约为403W
10．某车间的照明灯额定电压为12 V，利用理想降压变压器为照明灯供电，已知变压器副线圈的匝数为120匝，当原线圈的输入电压时，照明灯正常发光，下列说法正确的是（　　）
A．原线圈的输入电压为220 V
B．交变电流的频率为50 Hz
C．副线圈两端电压的峰值为12 V
D．原线圈的匝数为1100匝
11．近几年来，中国在变压器制造领域已达到世界领先水平。如图所示为发电机和变压器的简化图，其中发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，电阻不计，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中。理想变压器的原、副线图匝数分别为和，两个副线圈分别接有电阻和。当线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动时，通过电阻的电流为I，下列说法正确的是（ ）
A．原线圈电压为
B．通过电阻的电流为
C．通过原线圈的电流为
D．矩形线圈在匀强磁场中转动的角速度为
12．如图甲所示为自耦变压器，原线圈接有图乙所示的交流电源，副线圈两端电压有效值为220V，灯泡和其他电阻受温度的影响忽略不计，开始时开关S断开。则下列说法正确的是（ ）
A．原、副线圈匝数比为5：11 B．闭合开关S后，上滑可使小灯泡亮度增大
C．滑片P1上滑，通过电阻的电流增大 D．向上滑动P3，变压器的输出功率增大
三、实验题
13．用如图（甲）所示的可拆变压器进行“探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系”实验。
(1)关于此实验，下列说法正确的是_______
A．原线圈可直接接入220V交流电路
B．为了保证人身安全，要使用低压直流电源
C．用交流电压表测副线圈两端电压时，副线圈应空载
D．即使副线圈不接用电器，原线圈也不能长时间通电
(2)甲同学将变压器按照要求组装好后，原线圈接“0”“4”接线柱，副线圈接“0”“14”接线柱，此时接在原线圈两端的交流电压表量程为10V，示数如图（乙）所示，其读数值为 V（保留1位小数），此时副线圈输出的电压理论上与 最接近。（选填下列选项）
A．0V B．1.2V C． 14V D．18.2V
(3)乙同学将原线圈接在交流电源上，将副线圈接在电压传感器（可视为理想电压表）上，观察到副线圈电压随时间变化的图像如图（丙）所示，在时间内该同学先断开开关，其后仅进行的一项操作可能是__________
A．增加了交流电源的频率
B．拧紧了松动的铁芯
C．减少了副线圈的匝数
D．增加了原线圈的匝数
(4)等效法、理想模型法是重要的物理思维方法，合理采用物理思维方法会让问题变得简单，这体现了物理学科“化繁为简”之美。理想变压器是一种理想化模型。如图（丁）所示，某用电器可以等效为右侧电路，若原、副线圈的匝数分别为、，在交流电源的电压有效值和电阻确定的情况下，调节可变电阻R，当 时，R可获得最大功率。
14．某同学在实验室进行“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验。
(1)下列实验器材必须要用的有 （选填字母代号）
A．干电池组
B．低压交流电源
C．多用电表
D．直流电压表
E．滑动电阻器
F．条形磁铁
G．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
(2)下列说法正确的是 （选填字母代号）
A．为确保实验安全，实验中要求原线圈匝数小于副线圈匝数
B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数
C．测量电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量
D．变压器开始正常工作后，铁芯导电，把电能由原线圈输送到副线圈
(3)该同学通过实验得到了如下表所示的实验数据，表中、分别为原、副线圈的匝数，、分别为原、副线圈的电压。
实验次数 /匝 /匝 /V /V
1 1600 400 12.1 2.90
2 80 400 10.2 4.95
3 400 200 11.9 5.92
通过实验数据分析可以得到的实验结论是： 。
(4)导致该同学实验出现系统误差的原因可能是 。
(5)另一同学正确组装变压器后，用匝数匝和匝的变压器实际测量数据如表，根据测量数据可判断连接交流电源的原线圈是 （填或）。
/V 1.80 2.80 3.80 4.90
/V 4.00 6.01 8.02 9.98
四、解答题
15．如图，用一小型交流发电机向远处标有“220V 8.8kW”的电动机供电，已知发电机线圈abcd面积，匝数匝，匀强磁场的磁感应强度大小，输电导线的总电阻，升压变压器原、副线圈匝数比，降压变压器原、副线圈的匝数比。当线圈匀速转动的角速度时，电动机恰能正常工作，发电机线圈电阻可忽略。求此时：
（1）发电机线圈从中性面开始计时，感应电动势e随时间t变化的关系式；
（2）在输电线路上所损耗的电功率；
（3）与发电机直接串联的用电器Y上消耗的功率。
16．某工厂购买了一台应急备用发电机及升压变压器及降压变压器各一台。如图，发电机内阻为，升压变压器匝数比为，降压变压器匝数比，输电线总电阻。工厂共36个车间，每个车间有“220V，22W”灯10盏，若保证全部电灯正常发光，则：
（1）输电线上损失的电功率多大？
（2）发电机输出功率多大？
（3）发电机电动势多大？
17．哈九中第二课堂物理兴趣小组在实验室模拟的风力发电机发电输电简易模型。如图所示，风轮机叶片通过升速齿轮箱带动发电机线圈，在磁感应强度大小的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴，以角速度匀速转动。其中矩形线圈匝数为，面积为，线圈总电阻，小灯泡电阻，电流表为理想表，求：
（1）交流电流表的示数；
（2）线圈从图示位置转过过程中，通过电流表的电荷量。
18．如图所示为一个小型交流发电机的示意图，其线框匝数匝，面积为，总电阻，绕垂直于磁场的轴匀速转动，角速度。已知匀强磁场磁感应强度，矩形线框通过滑环与理想变压器相连，副线圈与电阻相接，电表均为理想电表，电压表示数为。从线框转至中性面位置开始计时，求：
（1）线框中感应电动势的瞬时值表达式；
（2）电流表的示数；
（3）当原、副线圈匝数比为时，电阻的阻值及消耗的电功率。
19．如图1是一手摇发电机，其原理可简化为矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴OO'匀速转动，产生交变电流。已知矩形线圈的匝数为n，边长ab=cd=l1，bc=ad=l2，线圈的角速度为。磁感应强度为B。当线圈转动到如图2所示位置（其平面与磁场方向平行）时：
（1）求此时线圈边切割磁感线产生的感应电动势大小，并判断两端电势的高低；
（2）如图所示，线圈通过电刷与二极管D、外电阻组成闭合回路。已知线圈电阻为，外电阻为，其余部分电阻不计。求在一段较长时间t（远大于线圈转动周期）内r产生的热量。
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．C
【详解】A．该交流电的周期为0.02s，每个周期内电流方向改变2次，则该电流方向每秒改变100次，选项A错误；
B．因
该电流的瞬值表达式
选项B错误；
C．并联在该电阻两端的交流电压表示数为
选项C正确；
D．该电阻消耗的电功率为
选项D错误。
故选C。
2．C
【详解】A．原线圈两端电压为
根据
副线圈两端电压为
故A错误；
B．感应电动势最大值为
可得穿过矩形线圈的最大磁通量为
故B错误；
C．将副线圈电阻等效到原线圈的阻值为
由
此时内阻和外阻相等，输出功率最大，所以开关K由A换接到P后
内阻大于外电阻，所以副线圈输出功率变小，故C正确；
D．一个周期周内线圈的磁通量变化量为0，则
所以原线圈电流平均值
副线圈回路中串接一个二极管后，由于单向导电性，只有半个周期有电流，后半个周期无电流，则原线圈电流平均值
根据
由于串联二极管前平均电流为0，可知串接一个二极管后副线圈的电流平均值不是倍，故D错误。
故选C。
3．C
【详解】A．由图可知，图示位置线框与磁感线方向平行，穿过线框的磁通量为零，故A错误；
B．根据题意可知，副线圈电压的有效值为，根据变压器原副线圈电压之比等于匝数比可得
可得原线圈电压的有效值为
则导线框产生电动势的最大值
故B错误；
C．根据变压器原副线圈功率相等可得
可得通过原线圈电流的有效值
故C正确；
D．变压器不改变交流电的频率，所以原、副线圈中电流的频率之比为，故D错误。
故选C。
4．C
【详解】A．当线框平面与地面平行时，此时穿过线框的磁通量最大，但磁通量变化率为0，产生的电动势为0，故A错误；
B．电风扇正常工作，则有
可得电风扇的内阻满足
故B错误；
CD．金属线框感应电动势的峰值为
则变压器原线圈的输入电压有效值为
变压器副线圈的输出电压有效值为
为了使电风扇能正常工作，副线圈电流为
根据欧姆定律可知，与电风扇串联的电阻阻值为
故C正确，D错误。
故选C。
5．A
【详解】根据题意可知输入端电压的有效值为
V=220V
根据变压器电压与线圈匝数的关系有
解得
V
实际存在漏磁损耗，所以cd端的输出电压可能为10V。
故选A。
6．D
【详解】A．0时刻，由乙图可知，感应电流为0，此时穿过线圈的磁通量最大，线圈处于与磁场方向垂直的平面，故A错误；
B．时刻，由乙图可知，感应电流最大，此时穿过线圈的磁通量最小，线圈处于与磁场方向平行的平面，故B错误；
C．若仅增加转速，线圈产生的感应电动势最大值增大，则变大，故C错误；
D．若仅将转轴沿南北方向水平放置，则地磁场水平分量一直与线圈平面平行，只有地磁场的竖直分量穿过线圈，所以线圈产生的感应电动势最大值变小，则变小，故D正确。
故选D。
7．C
【详解】A．三个灯泡刚好都正常发光，设灯泡的额定电压为，变压器原线圈电压为
变压器副线圈电压为
根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系，变压器原、副线圈匝数比为
故A错误；
B．输入电压为
解得三个灯泡的额定电压为
故B错误；
C．根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系可得
三个灯泡刚好都正常发光，电压都为额定电压，灯泡消耗的功率为
故此时灯泡a和c消耗的电功率之比为
故C正确；
D．变压器不改变交变电流的频率，交变电流的周期为
一周期内，电流方向改变两次，故流过灯泡b的电流，1s改变100次，故D错误。
故选C。
8．C
【详解】A．交流电的电压有效值为
根据
可得
因此
故A错误；
B．由于原线圈的电压保持不变，匝数比不变，无论滑动变阻器阻值如何变化，副线圈两端的电压也保持不变，故B错误；
C．当滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值减小，由于副线圈两端的电压不变，因此副线圈电流增大，电流表的示数增大，故C正确；
D．根据
结合C选项分析可知当滑动变阻器的滑片向下滑动时，滑动变阻器消耗的功率增大，因此变压器的输入功率增大，故D错误。
故选C。
9．CD
【详解】A．由原线圈所接交流电源
可知，交变电流的周期
频率
理想变压器不改变交流电的频率，故A错误；
B．将原线圈和副线圈中电阻看成一个整体，等效电阻为，则
，，，
联立解得
滑片固定，将滑片向上滑动时，增大，增大
减小，而匝数比不变则可知也减小，因此两灯泡均变暗，故B错误；
C．当
最大时
最小，即
此时灯泡的功率最小值为120W，故C正确；
D．当
时，等效电阻的电功率，即理想变压器的输出功率具有最大值约为
故D正确。
故选CD。
10．AB
【详解】A．原线圈的输入电压值为交变电流的有效值，即
A正确；
B．根据
可得
B正确；
C．灯额定电压为12 V，灯正常发光，说明副线圈两端电压的有效值为12 V，峰值为，C错误；
D．根据
，
可得
D错误。
故选AB。
11．BC
【详解】AB．根据理想变压器电压与匝数比关系可得
，
可得
同理
，
联立可得
故A错误，B正确；
C．根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有
可得通过原线圈的电流为
故C正确；
D．由题意，可得矩形线圈在匀强磁场中转动产生交流电的最大值为
可得
故D错误。
故选BC 。
12．AB
【详解】A．根据图乙可知，原线圈所接正弦交流电压有效值为100V，副线圈电压的有效值为220V，由
可知原、副线圈匝数比为5∶11，故A正确；
B．闭合开关S后，上滑，增大，副线圈的总电阻增大，因为不变，线圈匝数比不变，则不变，根据欧姆定律可知，副线圈的电流
减小，则两端电压
减小，所以小灯泡两端电压
增大，故小灯泡亮度增大，故B正确；
C．滑片P1上滑，原、副线圈匝数比增大，根据
可得副线圈两端电压变小，通过电阻R1的电流变小，故C错误；
D．向上滑动P3，R2接入电路中的阻值大，利用副线圈电阻
可知，副线圈总电阻增大，副线圈两端电压不变，总电流减小，变压器的输出功率减小，故D错误。
故选AB。
13．(1)CD
(2) C
(3)B
(4)
【详解】（1）AB．为了保证人身安全，原线圈要使用低压交流电源，不可直接接入220V交流电路，选项AB错误；
C．因线圈中导线有电阻，所以用交流电压表测副线圈两端电压时，副线圈应空载，选项C正确；
D．即使副线圈不接用电器，原线圈处于空载也有一定的电损，则原线圈也不能长时间通电，故D正确。
故选CD。
（2）[1][2]此时接在原线圈两端的交流电压表量程为10V，读数值为4.4V；根据
解得
即此时副线圈输出的电压理论上与14V最接近，故选C。
（3）A．只增大交流电源的频率，不能改变副线圈输出电压U2，故A错误；
B．拧紧了松动的铁芯，副线圈磁通量增加，则输出电压U2增大，故B正确；
CD．由图知，t1时刻前的电压值小于t2时刻后的电压值，而周期不变，根据
减少了副线圈的匝数，副线圈输出电压U2减小，若增加了原线圈的匝数，副线圈输出电压U2减小，故CD错误；
故选B。
（4）把变压器和R等效为一个电阻R等效，R0当作电源内阻，当内外电阻相等即时，输出功率最大；根据理想变压器电压与匝数比的关系
得
根据理想变压器电流与匝数比的关系
原线圈的等效电阻
当等效时，即
电阻R上获得的功率最大；解得
14．(1)BCG
(2)BC
(3)见解析
(4)见解析
(5)
【详解】（1）ABD．实验中，必须要有学生电源提供交流电，B需要，AD不需要；
CE．学生电源本身可以调节电压，无需滑动变阻器，需要用多用表测量电压，E不需要，C需要；
FG．本实验不需要条形磁铁，用可拆变压器来进行试验，G需要，F不需要。
综上所述，需要的实验器材为BCG。
（2）A．为确保实验安全，应该降低输出电压，实验中要求原线圈匝数大于副线圈匝数，故A错误；
B．要研究副线圈匝数对副线圈电压的影响，应该保持原线圈电压、匝数不变，改变副线圈的匝数，进而测得副线圈电压，找出相应关系，故B正确；
C．为了保护电表，测量副线圈电压时，先用最大量程试测，大致确定电压后再选用适当的挡位进行测量，故C正确；
D．变压器的工作原理是电磁感应现象，即不计各种损耗，在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到传递磁场能的作用，不是铁芯导电来传输电能，故D错误。
故选BC。
（3）通过数据计算可得，在误差允许的范围内，原、副线圈的电压之比等于原、副线圈的匝数之比，即
（4）导致该同学实验出现系统误差的原因可能是：变压器有漏磁、线圈有电阻产生热量等。
（5）由于存在有漏磁、原副线圈内阻分压等因素，所以副线圈测量的电压值应该小于理论值，由理想变压器规律有
由表格数据值总是小于，故应该是副线圈的电压值，应是原线圈的电压值，可判断连接电源的线圈是。
15．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）发电机线圈产生的最大感应电动势
线圈从中性面开始计时，可知在时刻，电动势是零，则感应电动势e随时间t变化的关系式为
（2）降压变压器的原、副线圈电压比等于匝数比，则有
则降压变压器原线圈电压为
降压变压器副线圈中的电流
降压变压器原线圈中的电流为
在输电线路上所损耗的电功率
在输电线路上的电压降
（3）升压变压器输出的功率为
升压变压器输出电压为
升压变压器输入电压为
升压变压器输入电流为
交流发电机输出电压的有效值为
用电器Y上的电压为
用电器Y上消耗的功率为
16．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）根据题意可知，用电器的总功率为
则用电器都正常工作时的总电流为
两个变压器之间输电线上的电流为
故输电线上损耗的电功率
（2）升压变压器的输出功率为
（3）升压变压器的输出电压为
升压变压器的输入电压为
升压变压器的输入电流为
发电机的电动势
17．（1）1.5A；（2）
【详解】（1）线圈转动产生交流电的电动势最大值为
电动势的有效值为
交流电流表的示数为
（2）线圈从图示位置转过过程中，通过电流表的电荷量为
18．（1）；（2）；（3），
【详解】（1）线圈中感应电动势的峰值
由于从线框转至中性面位置开始计时，故瞬时值表达式为
（2）感应电动势的有效值为
线圈自身分到的电压为
所以电流表示数为
（3）由于理想变压器
则电阻R上消耗的电功率为
设副线圈两端电压为，则有
即
所以
19．（1），a端电势高；（2）
【详解】（1）ab边切割磁感线产生的电动势为
其中
则
由右手定则知a端电势高。
（2）设线圈中感应电动势最大值为Em，有效值为E有，线圈的转动周期为T，则有
由
解得
时间t内产生的总热量
r产生的热量
解得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页