鲁科版选择性必修第二册 第3章 交变电流与远距离输电 单元测试卷（含解析）

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单元测试卷
一、单选题
1.下列选项中的线圈都在匀强磁场中匀速转动，其中不能产生交变电流的是( )
A. B.
C. D.
2.电子线路中的电流随时间变化的关系如图所示，其中图乙、丙所示曲线按正弦规律变化，关于这四幅图的说法正确的是( )
A. 图甲和图丁表示的电流是直流电
B. 图乙和图丙表示的电流是正弦式交变电流
C. 图甲表示的是交变电流，图乙表示的是直流电
D. 图丙表示的是正弦式交变电流，图丁表示的电流其有效值与峰值的关系为
3.如图为交流发电机示意图，线圈沿逆时针方向匀速转动，下列说法正确的是( )
A. 图甲图乙过程中，线圈中的电流方向由
B. 图丙图丁过程中，线圈中的电流方向由
C. 图甲位置穿过线圈的磁通量最大、线圈中产生的感应电动势最大
D. 图乙位置穿过线圈的磁通量最小、线圈中产生的感应电动势最小
4.如图所示，边长为、电阻为的正方形导体框水平放置，磁感应强度为的匀强磁场与水平面成角斜向下，导体框可分别绕和轴以相同角速度匀速转动。下列说法正确的是( )
A. 导体框绕轴转动比绕轴转动时产生感应电动势的峰值小
B. 导体框绕轴转动和绕轴转动时产生感应电动势的峰值相等
C. 从图示位置导体框绕轴顺时针从向看转过比绕轴转过的磁通量变化量大
D. 从图示位置导体框绕轴顺时针从向看转过与绕轴转过的磁通量变化量相等
5.一单匝矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴做匀速转动。穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图所示，则以下说法正确的是( )
A. 开始计时时线圈位于中性面
B. 时刻电流方向发生改变
C. 感应电动势的最大值为
D. 时刻到时刻，感应电动势的平均值为零
6.某种风力发电机的原理如图所示。发电机的线圈固定，磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴匀速转动的角速度为。已知磁体间的磁场近似为匀强磁场，磁感应强度的大小为，线圈的匝数为、面积为。下列说法正确的是( )
A. 线圈中感应电动势的有效值
B. 内线圈中感应电流的方向改变次
C. 当磁体处在图中所示的位置磁场方向与线圈平面垂直时，线圈中的感应电动势达到最大值
D. 以图中磁体所处位置磁场方向与线圈平面垂直开始计时，线圈中感应电动势的瞬时值表达式为
7.我国新能源汽车产业的高速增长使得市场对充电桩的需求越来越大，解决充电难题已经刻不容缓。无线充电的建设成本更低，并且不受场地限制等因素的影响，是解决充电难的途径之一、如图所示是某无线充电接收端电流经电路初步处理后的图象，其中负半轴两段图像为正弦函数图像的一部分，则该交变电流的有效值为( )
A. B. C. D.
8.如图所示，某款发电机示意图，矩形线框置于水平向右的匀强磁场中，中心轴与磁场垂直，、端分别接在相互绝缘的两个半圆环上，让半圆环和线框一起顺时针转动，两个半圆环在转动过程中先后分别和两个固定电刷、接触，初始时刻线框平面与磁场平行，通过电阻的电流以向右为正方向随时间变化的图像正确的是( )
A. B.
C. D.
9.一只低压教学电源输出的交流电压瞬时值，关于该电源的规格和使用，以下说法正确的是( )
A. 该电源输出的交流电压的周期是
B. 该电源在时输出的电压达到最大值
C. 该电源可以使“”的灯泡正常发光
D. 击穿电压为的电容器能接在该电源上
10.如图甲所示，虚线左侧空间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为。与共面、边长为的单匝正方形金属线框以为对称轴放置在纸面内，以角速度绕匀速转动。若将线框在纸面内向右平移，使线框绕以角速度匀速转动，如图乙所示，甲、乙两图中线框的热功率相等，则：等于( )
A. B. C. D.
11.老师采用如图甲所示的实验器材演示交变电流的产生，并联的两个发光二极管图乙连接到发电机的两端，二极管两端正向电压大于时才能发光，反向电压超过将损坏。匀速转动手柄，内两个二极管共闪烁次。已知发电机中正方形线框的边长为，匝数为，假设线圈所在处的磁场可视为匀强磁场，取，下列判断正确的是( )
A. 线框的转速为
B. 线框产生的电动势有效值可能为
C. 磁感应强度不会超过
D. 若转速减半，内两个二极管一定共闪烁次
12.一正弦式交变电流的电流随时间变化的规律如图所示，则它的表达式为( )
A. B.
C. D.
13.电阻为的单匝线圈俯视图如图甲所示为正三角形，面积为。为中点，虚线与垂直，在右侧空间存在垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为。线圈绕以角速度匀速转动产生交变电流。将该交变电流座位电源接入图乙的变压器中，变压器原副线圈匝数比为，电表均为理想电表，定值电阻的阻值也为，下列说法正确的是( )
A. 电压表的示数为 B. 电压表的示数为
C. 电流表的示数为 D. 电流表的示数为
14.某同学利用所学知识设计了一个风速报警器，其简易模型如图所示。面积为的单匝矩形线圈处在垂直于纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场中，线圈右侧与变压器相连，左侧与叶片的转轴相连变压器可视为理想变压器，其原、副线圈的匝数比为，理想交流电压表的示数大于等于时报警器报警，忽略线圈的内阻，则报警器报警时叶片的转速至少为( )
A. B. C. D.
15.一个矩形导线框全部处于水平向右的匀强磁场中，绕一竖直固定轴匀速转动，如图所示，边水平向右。导线框转动过程中磁通量的最大值为，产生感应电动势的有效值为，则( )
A. 导线框转动的周期为
B. 当穿过导线框的磁通量为零时，线框的电流方向发生改变
C. 当导线框的磁通量为零时，导线框磁通量的变化率为
D. 从磁通量最大的位置开始计时，导线框产生感应电动势的瞬时值为
16.图甲是一台小型发电机的结构示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈的电阻，外接灯泡的电阻为。则( )
A. 在时，理想电压表的示数为
B. 在时，线圈中磁通量的变化率最大
C. 线框消耗的电功率为
D. 灯泡两端电压的瞬时值表达式
17.个阻值相同的电阻、、和及理想变压器按如图所示连接，变压器原、副线圈匝数比为，则以下说法正确的是( )
A. 和消耗的电功率之比为 B. 和消耗的电功率之比为
C. 和消耗的电功率之比为 D. 和消耗的电功率之比为
二、多选题
18.如图甲所示，矩形线圈切割磁感线产生交变电流。图乙中，交流电源，两个标有“”的灯泡均能正常发光。且变压器为理想变压器，电流表为理想电表。下列说法正确的是( )
A. 在图甲中的所示时刻，穿过线圈磁通量变化最快
B. 变压器原线圈输入电压有效值为
C. 原、副线圈的匝数比为
D. 通过电流表的电流方向每秒变化次
19.图甲为风力发电的简易模型，发电机与一理想变压器的原线圈相连，变压器原、副线圈匝数分别为匝和匝，某一风速时，变压器原线圈两端的电压随时间变化的关系图像如图乙所示，则下列说法正确的是( )
A. 副线圈交变电流的频率为
B. 电压表的示数为
C. 断开开关，电压表的示数为
D. 变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为
20.图甲为小型交流发电机的原理图，发电机的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从时刻开始，通过矩形线圈的磁通量随时间变化的规律如图乙所示，已知线圈的匝数，线圈的电阻，线圈与外电路连接的定值电阻，电压表为理想交流电表。则下列判断正确的是( )
A. 线圈转动的周期为
B. 时刻线圈平面与磁感线平行
C. 线圈转动过程中产生的最大感应电动势为
D. 电压表的示数约为
21.某兴趣小组利用如图所示装置给小灯泡供电。矩形闭合导线框处于磁感应强度大小为的水平匀强磁场中，线框电阻不计。如图线框平面处于水平位置，并绕垂直于磁场的轴以角速度匀速转动，并通过变压器给小灯泡供电。已知线框匝数为，面积为。则下列说法正确的是( )
A. 若从图示位置开始计时，线框产生的感应电动势瞬时值为
B. 图示位置穿过线框的磁通量最大
C. 使用变压器的目的是提高输出功率
D. 若灯泡偏暗，可通过逆时针转动滑片来提高灯泡亮度
三、填空题
22.如图所示，处于竖直平面内的闭合线圈固定不动，条形磁铁绕图中的虚线旋转，线圈中会产生交变电流。若条形磁铁以的角速度匀速转动，且图示时刻条形磁铁极正垂直纸面向里转。以图示时刻为计时起点，则线圈中产生的交变电流的周期是______，时线圈中的电流方向为______选填“”或“”。
23.一个边长为的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为。磁感应强度随时间的变化关系如图所示，则线框中感应电流的有效值为______。
24.一个面积为的单匝矩形线圈在匀强磁场中以某一边为轴做匀速转动，磁场方向与轴垂直，线圈中感应电动势与时间的关系如图所示，图中所标量均为已知量，则磁感应强度的大小______，在时，线圈平面与磁感线的夹角等于______。
25.旋转电枢式发电机的转子在正常运转时，产生的电动势瞬时值为。如果由于某种原因，它的转速变慢，用电压表测得此时发电机两端的电压为，若此时发电机正在向一盏标有“”的灯泡供电，在不计发电机内阻，不考虑灯泡电阻随温度变化的情况下，该灯泡的实际功率为______，这台发电机的转速是原来正常时转速的______。
四、计算题
26.疫情期间，为保障医院用电安全，供电部门专门为医院病房区设计供电系统以及输电电路如图所示，发电机的矩形线框处于磁感应强度大小的水平匀强磁场中，线框面积，匝数匝，电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴以转分的转速匀速转动，其输出端通过电刷、与升压变压器的原线圈相连，图中电压表示数为，降压变压器原、副线圈的匝数之比为，降压变压器的副线圈接入到病房区供电，两变压器间的输电线等效电阻，变压器均为理想变压器。医院有五间标准病房，病房内医疗设备额定工作电压均为，每间病房的最大功率为。当五间病房均满负荷工作时，求：
磁感应强度的大小；
输电线上的电流
升压变压器原、副线圈匝数之比。
27.水力发电是获得清洁能源的重要途径之一。有一条河流，水的流量为，落差，水的密度为，现利用其发电，若发电机的总效率为，输出电压为，输电线的总电阻为，为满足用电的需求，使用户获得的电压，此时输电线上允许损失的电功率与发电机输出电功率的比值为。取
求输电线中的电流；
分别求输电线路使用的理想升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比；
如果输送的电能供“ ”的电灯使用，求能够正常发光的电灯的盏数。
答案和解析
1.【答案】
【解析】解：、线圈在匀强磁场内绕固定轴匀速转动，线圈中能产生交变电流，感应电动势的峰值与线圈的形状无关，与转轴位置也无关，所以图中能产生感应电流；
B、由题意可知，矩形线圈虽然转动，但穿过线圈的磁通量不变，所以没有感应电流出现，图不可能产生感应电流。本题选不能产生交变电流的，故B正确。故选：。
2.【答案】
【解析】、由于图甲和图丁中表示的电流方向都随时间变化，因此都为交流电，而图乙中的电流方向不变，是直流电，故A错误，C正确；
B、图乙中的电流方向不变，是直流电，图丙表示的电流是正弦式交变电流，故B错误；
D、图丙表示的是正弦式交变电流，图丁表示的电流其有效值与峰值的关系不满足，只有正弦式交变电流才满足此关系，故D错误。
故选：。
3.【答案】
【解析】根据楞次定律可得，图甲图乙过程中，线圈中的电流方向由，图丙图丁过程中，线圈中的电流方向由，故A错误，B正确；
C.图甲位置，线圈平面与磁感线垂直，磁通量最大，但磁通量变化率最小为零，线圈中产生的感应电动势为零，故C错误；
D.图乙位置，线圈平面与磁感线平行，磁通量为零，但磁通量变化率最大，线圈中产生的感应电动势最大，故D错误。故选：。
4.【答案】
【解析】解：导体框绕轴转动产生的感应电动势峰值为
导体框绕轴转动产生的感应电动势峰值为
故AB错误；
从图示位置导体框绕轴顺时针转过，所以磁通量变化量为
当绕轴转过时，导体框的磁通量变化量为
所以磁通量的变化量不相同，从图示位置导体框绕轴顺时针转过比绕轴转过的导体框磁通量变化量大，故C正确，D错误。
故选：。
5.【答案】
【解析】、由图可知开始计时时刻的磁通量大小为，即可知初始线圈与磁场方向平行，即中性面的垂面，故A错误；
B、由法拉第电磁感应定律：，即图的斜率正负，表示感应电动势的正负，由图可知，时刻电动势方向不变；
结合欧姆定律，可知时刻电流方向不变，故B错误；
C、由交流电的电动势峰值与磁通量的关系：，结合图像可知：，可得感应电动势的最大值为：，故C正确；
D、根据法拉第电磁感应定律：，可计算时刻到时刻，感应电动势的平均值为：，故D错误。
故选：。
6.【答案】
【解析】、线圈中产生的感应电动势的最大值为，所以产生的感应电动势的有效值为，故A错误；
B、在一个周期内线圈中的感应电流方向改变次，所以在内感应电流的方向改变次，故B正确；
C、当磁体处在图中所示的位置磁场方向与线圈平面垂直时，线圈是处在中性面的位置，此时磁通量的变化率最小为零，极线圈中产生的感应电动势为零，故C错误；
D、图中磁体所处位置磁场方向与线圈平面垂直开始计时，线圈中感应电动势的瞬时值表达式为，故D错误。
故选：。
7.【答案】
【解析】取一个周期：设有效值为，由电流的热效应求解：
则：可得：，故ABD错误，C正确；
故选：。
8.【答案】
【解析】根据右手定则结合电路分析可知，通过电阻的电流方向始终是向左，图示位置切割磁感线的速度与磁感线垂直，根据可知图示位置电流最大，则线圈与磁场垂直时电流最小，所以通过电阻的电流从图示位置开始先减小后增大，然后不断重复这个变化。
故选D．
9.【答案】
【解析】由表达式知，则该电源输出的交流电压的周期，故A错误；
B.时，代入表达式可求得，故B错误；
C.由题知该交流电为正弦交变电流，峰值为，则有效值，该电源可以使“，”的灯泡正常发光，故C正确；
D.交流电的峰值，大于电容器的击穿电压，则击穿电压为的电容器不能接在该电源上，故D错误。
故选：。
10.【答案】
【解析】甲图中，电动势的有效值
乙图中，设电动势有效值为，则
解得，由于两图中热功率相等，则
解得，故A正确，BCD错误。
故选：。
11.【答案】
【解析】、正弦式交变电流一个周期内电流方向改变两次，所以内有个周期，线框的转速为，故A错误；
B、若线框的电动势有效值为，则最大值为二极管将被击穿，故B错误；
C、由交流电最大值公式：，解得：，故C正确；
D、若转速减半，交流电的最大值减半，如果这时的最大值小于，二极管将不会闪烁，内闪烁的次数将变为零，故D错误。
故选：。
12.【答案】
【解析】、由图，可知电流的峰值为：，周期为，故CD错误；
、根据周期与角速度关系，可得角速度为：，结合时的电流值为最大值，即可知相位为，
即电流表达式为：，故A正确，B错误。
故选：。
13.【答案】
【解析】交变电流的峰值为
如图甲所示位置电动势为从该位置转过四分之一周期过程中 在磁场中转动峰值为
又
解得
从四分之一周期到四分之三周期的过程中 在磁场中转动峰值为
又
解得
线圈在转动一个周期内产生的电动势随时间变化的图像如图所示
根据交变电流有效值定义可知
化简得
解得电动势的有效值为
将副线圈中的电阻等效到原线圈中，则有
故等效电路中的电阻为
所以原线圈中的电流为
即为电流表的示数；
线圈内阻分压为
故原线圈接入电压有效值为
故副线圈电压有效值为
即为电压表的示数。
故选D。
14.【答案】
【解析】解：理想交流电压表的示数大于等于时报警器报警，即，
原、副线圈的匝数比为，
根据，解得，
感应电动势的有效值为：，
，
，
解得报警时叶片的转速至少为 ，故ACD错误，B正确。
故选 B。
15.【答案】
【解析】A、导线框转动过程中产生感应电动势最大值为：
根据正弦交变电流的最大值与有效值间的关系可得：，即
解得：，故A错误；
B、当感应电流为零时即磁通量最大，电流方向发生改变，故B错误；
C、当导线框的磁通量为零时，产生的感应电动势最大为：，故C正确；
D、从磁通量最大即中性面的位置开始计时，线框产生感应电动势的瞬时值为：，故D错误。
故选：。
16.【答案】
【解析】A.理想电压表的示数为有效值，保持不变，并且测量外电路电压，故
故A错误；
B.在 时刻，电动势为，则线圈位于中性面，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，故B错误；
C.由题图乙可知，电动势的最大值为 ，电路中电流的有效值为
则线框消耗的电功率
故C正确；
D.灯泡两端电压的最大值 ，周期为，则电压的瞬时值表达式为
故D错误。
故选C。
17.【答案】
【解析】设通过的电流为，变压器原、副线圈两端电压分别为、，通过原、副线圈的电流分别为、，则有，，又有，，可导出，，则通过的电流为，由功率可知
，，，，只有选项C正确。
故选C。
18.【答案】
【解析】A.在图甲所示时刻，线圈处于中性面位置，此时穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率为零，即磁通量变化最慢，故 A错误；
B.已知交流电源，则其有效值，变压器原线圈输入电压有效值为，故B错误；
C.因为两个标有“的灯泡均能正常发光，所以副线圈两端电压，根据理想变压器的变压比，可得，故C正确；
D.由可知，，根据，可得，因为变压器不改变交变电流的频率，所以通过电流表的电流频率为，一个周期内电流方向变化次，则每秒电流方向变化次，故D正确。
19.【答案】
【解析】
20.【答案】
【解析】A、由图乙，线圈转动的周期为，故A错误；
B、时刻磁通量为，则线圈平面与磁感线平行，故B正确；
C、由图可知，每匝线圈磁通量的最大值为 ， 发电机产生的电动势最大值为 ，故C错误；
D、感应电动势的有效值，由闭合电路的欧姆定律可得，故D正确。
故选BD。
21.【答案】
【解析】A.若从图示位置开始计时，线框产生的感应电动势瞬时值为，A正确；
B.图示位置穿过线框的磁通量为零，最小，选项B错误；
C.使用变压器的目的是改变输出电压，但不能提高输出功率，选项C错误；
D.若灯泡偏暗，可通过逆时针转动滑片从而增加次级线圈匝数，提高次级电压来提高灯泡亮度，选项D正确。
故选AD。
22.【答案】
【解析】条形磁铁以的角速度匀速转动，则该交流电的周期：
由图可知，在时刻穿过线圈的磁通量为，由图可知下一个时刻穿过线圈的磁通量的方向向里，穿过线框的磁通量增加，由楞次定律可知，感应电流磁场方向垂直于纸面向外，由安培定则可知，此时线圈中的电流方向为
故答案为：、
23.【答案】
【解析】由图可知，磁场是周期性变化的，因此产生电压也是周期性变化的。法拉第电磁感应定律有：
秒产生电压为：
秒产生电压为：
由图可知，磁场的变化周期为，所以产生的感应电流周期也为，前电流为：，
后电流为：
设电流的有效值为，根据电流的热效应在一个周期内，有：，其中，，，
所以解得：。
故答案为：。
24.【答案】
【解析】线圈转动产生的感应电动势的最大值为，解得磁感应强度大小；由图可知在时，线圈产生的感应电动势最大，所以在时，线圈平面和磁感线平行；则在时，线圈平面与磁感线的夹角为
故答案为：，。
25.【答案】 倍
【解析】该灯泡的电阻为，所以该灯泡的实际功率为；设线圈的匝数为，原来电动势的最大值为，线圈转动产生的感应电动势的最大值计算公式为，转速变慢后的最大值为，则此时线圈转动的角速度大小为
故答案为：，倍。
26.【解析】图中电压表示数为，则发电机的矩形线框产生的感应电动势最大值为：
线圈转动的频率为：
线圈转动的角速度为：
根据最大值的计算公式可得：，解得：；
当五间病房均满负荷工作时，降压变压器副线圈的电流为：
降压变压器原、副线圈的匝数之比为：：
设输电电流为，则，解得：
降压变压器原线圈的电压
升压变压器副线圈的电压
升压变压器原、副线圈匝数之比。
27【.解析】：发电机的输出功率
由
解得输电线中的电流；
升压变压器副线圈的电压
升压变压器原副线圈的匝数比
降压变压器原线圈两端的电压
故降压变压器原副线圈的匝数比；
由
解得正常发光的电灯的盏数为。
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