第三章　交变电流 达标检测卷（有解析）高中物理粤教版选择性必修第二册

交变电流
达标检测卷
(考试时间：60分钟　满分：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题6分，共60分．在每小题给出的四个选项中，第1～7小题只有一项符合题目要求，第8～10小题有多项符合题目要求)
1．图甲为小型交流发电机的示意图，在磁感应强度B＝1 T的匀强磁场中，单匝矩形金属线框绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生正弦式电流．定值电阻R两端的电压如图乙所示，电路中其他部分的电阻忽略不计，下列说法正确的是(　　)
　
A．该交流电的频率为50 Hz
B．t＝0时，线框平面恰好与磁场方向垂直
C．t＝0.01 s时，穿过线框的磁通量变化率为零
D．该矩形线框的面积为0.2 m2
2．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U＝的关系
B．照明电压220 V、动力电压380 V指的都是有效值
C．交流电压表和电流表测量的是交变电流的最大值
D．在一个周期内交变电流的方向只改变一次
3．如图为通过降压变压器给用户供电的电路图，负载变化时变压器的输入电压不会有大的波动(可视为不变).两条输电线的总电阻为R0，变压器上的能量损失可忽略，当用户端用电器增加时，则(　　)
A．电流表A1的示数不变 B．电流表A2的示数变大
C．电压表V2的示数变小 D．电压表V2的示数变大
4．如图所示为一交流电压随时间变化的图像，每个周期内，前三分之一周期电压按正弦规律变化，后三分之二周期电压恒定，根据图中数据可得，此交流电压的有效值为(　　)
A．6 V B．2 V
C．3 V D．3 V
5．如图为理想变压器的结构示意图，副线圈所在电路中有开关S和灯泡L.下列说法正确的是(　　)
A．S闭合时，原线圈a、b间接干电池，副线圈中磁通量为零
B．S闭合时，原线圈a、b间接干电池，L会持续发光
C．原线圈a、b间接交流电，S断开，原线圈的输入功率为零
D．原线圈a、b间接正弦式交流电，S闭合，L的功率不会周期性变化
6．实验室一台手摇交流发电机如图所示，内阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的电阻．闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝10sin (10πt) V，则(　　)
A．该交变电流的频率为10 Hz
B．该电动势的有效值为10 V
C．外接电阻R所消耗的电功率为10 W
D．电路中理想交流电流表A的示数为1.0 A
7．将硬导线中间一段弯成直径d＝1 m的半圆形，它在磁感应强度大小B＝ T、方向如图所示的匀强磁场中绕ab轴匀速转动，硬导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路有一“12 V，12 W”的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分电阻不计，下列说法正确的是(　　)
A．硬导线在磁场中匀速转动的转速为10 r/s
B．由图示位置开始计时，该感应电流的瞬时值表达式为i＝sin(24t) A
C．由图示位置开始计时，该感应电流的瞬时值表达式为i＝sin(24πt) A
D．t＝ s时导线中的瞬时电流大小为 A
8．一含有理想变压器的电路如图所示，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，A为理想交流电流表．U为正弦交流电源，输出电压的有效值恒定．下列说法正确的是(　　)
A．Q不动，P向上滑动，电流表示数减小
B．Q不动，P向下滑动，变压器输出功率减小
C．P不动，Q向上滑动，电流表示数变小
D．P不动，Q向下滑动，变压器输出功率变小
9．理想变压器与电阻R及交流电流表A、电压表V按图示方式连接，已知变压器原副线圈的匝数比为n1∶n2＝10∶1，电阻R＝11 Ω，原线圈两端输入电压U随时间变化的图像如图所示．下列说法中正确的是(　　)
　　　
A．V表的读数为220 V B．通过R的电流为2 A
C．A表的读数为2 A D．变压器的输入功率为44 W
10．如图所示，理想变压器为降压变压器，原线圈通过灯泡L1与正弦式交流电源相连，副线圈通过导线与两个相同的灯泡L2和L3相连，开始时开关S处于断开状态．当S闭合后，所有灯泡都能发光，下列说法中正确的是(　　)
A．灯泡L1和L2中的电流有效值可能相等
B．灯泡L2两端的电压变小
C．灯泡L1变亮，灯泡L2的亮度不变
D．电源的输出功率不变
二、非选择题(本题共4小题，共40分)
11．(8分)某同学选用匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器线圈两端的电压与匝数关系”的实验，变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压__________(填“交流电源”或“直流电源”)；先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(填“增大”“减小”或“不变”)；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压________(填“增大”“减小”或“不变”).
12．(8分)如图是一个正弦式交变电流的图像，由图可知，电流的峰值Im＝________A，有效值I＝________A，周期T＝________s，频率f＝________Hz.
13．(12分)如图所示，交流发电机电动势的有效值E＝20 V，内阻不计，它通过一个R＝6 Ω的指示灯连接在降压变压器的输入端，变压器输出端并联24只彩色小灯泡，每只灯泡都标有“6 V　0.25 W”字样，灯泡都能正常发光，导线电阻不计．求：
(1)降压变压器初、次级线圈匝数之比；
(2)发电机的输出功率．(计算结果保留3位有效数字)
14．(12分)(2024年重庆八中期末)图甲是某燃气灶点火装置的原理图．转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，电压表为交流电表．当变压器副线圈电压的瞬时值大于3 000 V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体，求：
　
(1)图中开关闭合后电压表的示数；
(2)要想实现点火，变压器原、副线圈的匝数应满足的条件．
答案解析
1、【答案】B　【解析】该交流电的周期T＝0.04 s，则频率为f＝＝25 Hz，A错误；t＝0时，感应电动势为零，则线框平面恰好与磁场方向垂直，B正确；t＝0.01 s时，感应电动势最大，则穿过线框的磁通量变化率最大，C错误；根据Em＝BωS＝＝10 V，解得该矩形线框的面积为S＝ m2，D错误．
2、【答案】B　【解析】只有正弦式交流电压的有效值与最大值之间才是U＝的关系，其他交流电不一定是这样的关系，A错误；机器铭牌上所标注的电压值、生活中通常所说的电压值都是指有效值，“照明电压220 V、动力电压380 V”指的都是有效值，B正确；交流电压表和电流表测量的是交变电流的有效值，C错误；在一个周期内交变电流的方向改变2次，D错误．
3、【答案】B　【解析】当用电器数量增加时，并联个数增加，总电阻减小，由于原线圈电压不变，所以副线圈电压也不变，所以副线圈电流增加，A、C、D错误，B正确．
4、【答案】B　【解析】设此交流电压的有效值为U，根据等效热值法可得·＋·＝T，解得U＝2 V，故选B．
5、【答案】C　【解析】S闭合时，原线圈a、b间接干电池，原线圈a、b间电流从0变到最大时，副线圈中产生与原线圈相反的磁通量，电流恒定后磁通量恒定不为零，但磁通量变化率为零，A错误；S闭合时，原线圈a、b间接干电池，是直流电，在接入瞬间，副线圈中电流从0变到最大，L会闪亮一下熄灭，稳定后副线圈中不会发生磁通量变化，不会产生感应电流，B错误；由理想变压器功率关系知，P入＝P出，原线圈的输入功率由副线圈的输出功率决定，故原线圈a、b间接交流电，S断开，原线圈的输入功率为零，C正确；正弦式交流电电流不断变化，故L的瞬时功率会周期性变化，D错误．
6、【答案】D　【解析】因e＝10sin (10πt) V，故ω＝10π rad/s，f＝＝5 Hz, A错误；Em＝10 V，故其有效值E＝＝10 V, B错误；交流电表的示数及功率的计算均要用有效值，因此电路中理想电流表A的示数I＝＝1.0 A, D正确；外接电阻R所消耗的电功率为P＝I2R＝1.02×9 W＝9 W, C错误．
7、【答案】C　【解析】依题意，灯泡两端电压即为正弦交变电流的电动势的有效值，即Em＝U灯，又Em＝B··2πn，联立解得n＝12 r/s，A错误；由图示位置开始计时，该感应电流的瞬时值表达式为i＝Imsin(ωt) A，又Im＝I灯＝×，ω＝2πn，联立解得i＝sin (24πt) A，B错误，C正确；t＝ s时导线中的瞬时电流大小为i＝sin A＝ A，D错误．
8、【答案】AD　【解析】Q不动，则负载的总电阻不变，P向上滑动，原线圈的匝数n1变大，根据变压器原、副线圈电压比等于匝数比可知副线圈输出电压U2减小，则副线圈每个电阻通过的电流都减小，电流表示数减小，A正确；Q不动，则负载的总电阻不变，P向下滑动，原线圈的匝数n1变小，根据变压器原、副线圈电压比等于匝数比可知副线圈输出电压U2增大，则副线圈的输出电流I2增大，变压器的输出功率增大，B错误；P不动，原线圈的匝数n1不变，副线圈输出电压U2不变，Q向上滑动，滑动变阻器R3接入的阻值减小，副线圈负载的总电阻减小，副线圈的输出电流I2增大，定值电阻R1两端电压增大，定值电阻R2两端电压减小，通过定值电阻R2的电流减小，则电流表示数变大，C错误；P不动，原线圈的匝数n1不变，副线圈输出电压U2不变，Q向下滑动，滑动变阻器R3接入的阻值增大，副线圈负载的总电阻增大，则副线圈的输出电流I2减小，变压器的输出功率减小，D正确．
9、【答案】BD　【解析】由原线圈两端输入电压U随时间变化的图像可知，U1＝220 V，T＝0.02 s，根据原、副线圈的电压比等于匝数之比，可知U2＝U1＝22 V，所以电压表的示数为22 V，故A错误；根据欧姆定律得I2＝＝2 A，故B正确；电流表的读数为I1＝I2＝0.2 A，故C错误；副线圈功率P2＝I2U2＝44 W，所以变压器的输入功率P1＝P2＝44 W，故D正确．
10、【答案】AB　【解析】当S接通后，根据I1n1＝I2n2可知，因为是降压变压器，则n1>n2，则I111、【答案】交流电源　增大　减小
【解析】变压器的工作原理是互感现象，故原线圈两端所接的电源应是电压为12 V的低压交流电源；根据变压比公式＝，保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大；保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压减小．
12、【答案】　1　4　0.25
13、解：(1)每只彩色小灯泡的额定电流IL＝，
次级线圈总电流I2＝24IL，
变压器输入功率P入＝I1U1＝I2U2，
变压器初级线圈所连的电路中，由欧姆定律可得E＝U1＋I1R，
由理想变压器的公式可得＝，
将E＝20 V代入以上式子可解得＝.
(2)发电机的输出功率P出＝I1E，代入数据可解得P出≈6.67 W．
14、解：(1)电压表测量的是交流电压的有效值，从图乙可知，最大值为3 V，因此交流电压的有效值为U＝＝ V，
因此开关闭合时，电压表的示数为 V.
(2)若副线圈电压最大值为3 000 V，根据变压器原副线圈电压比与匝数比相等，则＝＝＝，
故要想实现点火，变压器原、副线圈的匝数比应满足<.