阶段质量检测(三) 交变电流与远距离输电（含解析）高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 阶段质量检测(三) 交变电流与远距离输电（含解析）高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册 |  | |
| 格式 | DOC | ||
| 文件大小 | 758.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-08-16 19:40:31 | ||
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文档简介
阶段质量检测(三) 交变电流与远距离输电
(本试卷满分：100分)
一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.如图所示，单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动(俯视图中沿逆时针方向)，某时刻磁感线与线圈平面所成的锐角为30°，从此时开始计时，通过AB边的电流i随时间t变化的图线是(以A→B→C→D→A为电流正方向)( )
2．变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗。街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，则( )
A．副线圈的导线应当粗些，且副线圈的匝数少
B．副线圈的导线应当粗些，且副线圈的匝数多
C．原线圈的导线应当粗些，且原线圈的匝数少
D．原线圈的导线应当粗些，且原线圈的匝数多
3．一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电动势的瞬时值表达式为e＝10sin(4πt)V，则( )
A．该线圈转动的角速度为4 rad/s
B．零时刻线圈平面与磁场垂直
C．t＝0.25 s时，e达到最大值
D．在1 s时间内，线圈中电流方向改变10次
4．如图所示，理想变压器的原线圈接在电压为220 V、频率为50 Hz的交流电源上， 副线圈接有R＝55 Ω 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是( )
A．电流表的示数为2 A
B．原线圈的输入功率为110 W
C．电压表的示数为440 V
D．副线圈输出交流电的周期为0.02 s
5．如图，理想变压器原线圈输入电压U＝Umsin ωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器。V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是( )
A．I1和I2表示电流的瞬间值
B．U1和U2表示电压的最大值
C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大
D．滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小
6．远距离输电原理图如图所示，原线圈输入电压及输电功率恒定，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，当S由2改接为1时，下列说法正确的是( )
A．电压表读数减小
B．电流表读数增大
C．输电线上损耗的功率减小
D．用户的功率减小
7．如图所示，交流发电机的输出电压U1一定，通过理想升压变压器和理想降压变压器向远处用户供电，输电线的总电阻为R。升压变压器的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；降压变压器的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4。当用户增多时( )
A．U2减小，P4增加 B．U2增加，P3减小
C．U3减小，P2增加 D．U4增加，P1减小
8．汽车的点火装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈与12 V的蓄电池相连，副线圈连接到火花塞的两端，当开关由闭合变为断开时，副线圈中产生10 kV以上的电压，火花塞中产生火花，从而点燃油气实现汽车点火。某同学设计了如图所示的甲、乙两个装置，下列说法正确的是( )
A．甲装置不能实现点火，乙装置能实现点火
B．甲点火装置能使火花塞的两端产生持续高压
C．变压器的原线圈用细导线绕制，而副线圈要用粗导线绕制
D．甲点火装置中变压器为升压变压器
二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，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)
9．如图甲所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量Φ随时间t变化的规律如图乙所示，下列论述正确的是( )
A．t1时刻线圈中感应电动势为零
B．t2时刻导线ad的速度方向跟磁感线垂直
C．t3时刻线圈平面与中性面垂直
D．t2、t4时刻线圈中感应电流方向相同
10.如图是工厂利用u＝220sin 100πt V的交流电给36 V照明灯供电的电路，理想变压器原线圈匝数为1 100匝，下列说法正确的是( )
A．电源电压有效值为220 V
B．交变电流的周期为0.02 s
C．副线圈匝数为180匝
D．副线圈匝数为240匝
11．如图所示是远距离输电示意图，电站的输出电压U1＝250 V，输出功率P1＝100 kW，输电线电阻R＝8 Ω。则进行远距离输电时，下列说法中正确的是( )
A．若电站的输出功率突然增大，则升压变压器的输出电压增大
B．若电站的输出功率突然增大，则降压变压器的输出电压减小
C．输电线损耗功率比例为5%时，所用升压变压器的匝数比为n1∶n2＝1∶16
D．用10 000 V高压输电，输电线损耗功率为8 000 W
12．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数相同，滑动触头P初始位置在副线圈正中间，输入端接入电压有效值恒定的交变电源，原、副线圈分别接可变电阻R1、R2，理想电压表V1、V2的示数分别为U1、U2，理想电流表A1、A2的示数分别为I1、I2，下列说法正确的是( )
A．保持P位置不变，R1增大、R2不变的情况下，I1减小，U1增大
B．保持P位置不变，R1不变、R2增大的情况下，I2减小，U2减小
C．保持P位置不变，R1不变，当调节R2使R2＝时，R2消耗的功率达到最大
D．R1不变、R2减小的情况下，P向下移，R1消耗的功率减小
三、非选择题(本题共5小题，共60分)
13．(6分)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验中：
(1)下列仪器中不需要的是_______。(填写字母)
(2)实验时原线圈接在电源上，用多用电表测量副线圈的电压，下列操作正确的是_________。
A．原线圈接直流电压，多用电表用直流电压挡
B．原线圈接直流电压，多用电表用交流电压挡
C．原线圈接交流电压，多用电表用交流电压挡
D．原线圈接交流电压，多用电表用直流电压挡
(3)若某次实验中用匝数N1＝400匝、N2＝800匝的变压器，测得N1的电压U1＝3.6 V，N2的电压U2＝8.2 V，据此可知___________(填“N1”或“N2”)是原线圈匝数。
14.(8分)有一个教学用的可拆变压器，如图所示，它有两个外观基本相同的线圈A和B，线圈外部还可以绕线。
(1)某同学用多用电表的欧姆挡测量了A、B线圈的电阻值，发现B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍，则可推断________线圈的匝数多。(选填“A”或“B”)
(2)如果把它看作理想变压器，现要测量A、B线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一个多用电表和一个低压交流电源(输出电压的有效值不变)。
现采用如下方法进行测量。请补充实验步骤，完成A、B线圈匝数的测量(需要测量的物理量请用字母表示，并说明其含义)。
①将绝缘导线一端与A线圈上方接线柱相连，顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制n匝线圈；
②将绝缘导线的另一端和A线圈下方接线柱分别与低压交流电源两端相连接；
③用多用电表的交流电压挡先后测量低压交流电源两端的电压U0和B线圈两端的电压U；
④________________________________________________________________________；
⑤拆除电路并整理器材。
A、B线圈的匝数nA和nB的表达式为nA＝______________，nB＝____________。
15．(14分)如图，一个小型应急交流发电机，内部为n＝50匝、边长L＝20 cm的正方形线圈，总电阻为r＝1.0 Ω。线圈在磁感应强度为B＝0.1 T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动。发电机对一电阻为R＝9.0 Ω的电灯供电，线路中其他电阻不计，若发电机的转动角速度为ω＝100 rad/s时，电灯正常发光。求：
(1)交流发电机发出的电动势的最大值；
(2)电灯正常发光的功率；
(3)从图示位置开始，线圈转过30°的过程中，通过电灯的电量；
(4)线圈每转动一分钟，外力所做的功。
16．(14分)某山区利用当地丰富的水利资源修建了小型水力发电站。已知水电站发电机的输出功率为P1＝100 kW，发电机的电压为U1＝250 V。通过升压变压器升压后向远处输电，两根输电线的总电阻为R＝10 Ω，在用户端用降压变压器把电压降低为U＝220 V。要求在输电线上损失的功率控制在ΔP＝4 kW。输电线路如图所示。为此，请你计算：
(1)降压变压器输出的电流I是多少(结果用分数表示)；输电线上通过的电流I2是多少；
(2)输电线损失的电压ΔU是多少；升压变压器输出的电压U2是多少；
(3)两个变压器的原、副线圈的匝数比和各应等于多少。
17．(18分)如图甲所示，两个长为l、宽为L的矩形单匝导体线框abcd、a′b′c′d′互相垂直，彼此绝缘，可绕共同的中心轴O1O2转动，将两线框的始端并在一起接到金属滑环C上，末端并在一起接到金属滑环D上，两金属滑环C、D彼此绝缘，并分别通过一个电刷与定值电阻R相连。线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间的磁场中，磁场边缘之间所夹的圆心角为45°，如图乙所示(图中的圆表示圆柱形铁芯，它使磁铁和铁芯之间的磁场沿半径方向，如图中箭头所示)。不论线框转到磁场中的什么位置，磁场的方向总是与线框平面平行。磁场中长为l的线框边所在处的磁感应强度大小恒为B，设两线框的总电阻均为r，以相同的角速度ω逆时针匀速转动，通过电刷跟C、D相连的定值电阻R＝2r。
(1)求线框abcd转到图乙位置时感应电动势的大小；
(2)求转动过程中电阻R上的电压最大值；
(3)从线框abcd进入磁场开始时，作出0～T(T是线框转动周期)时间内通过R的电流iR随时间变化的图像(开始计时通过电阻R的电流方向为正)；
(4)不计一切摩擦，求外力驱动两线框转动一周所做的功。
阶段质量检测(三)
1．选D 根据楞次定律及安培定则可知，线圈在开始转动的一小段时间内磁通量增大，产生负向电流，A、C错误；线圈转动六分之一周期后，处于中性面，磁通量最大，电动势为零，感应电流为零，D正确，B错误。
2．选A 降压变压器原线圈的匝数比副线圈的匝数多，由于功率相同，而原线圈中电压大，所以原线圈的电流比副线圈的电流要小，副线圈的电流大，导线要用粗的，原线圈的电流小，导线要用细的，A正确，B、C、D错误。
3．选B 从交流电动势的瞬时值表达式为e＝10sin(4πt)V，可知线圈转动的角速度ω＝4π rad/s，A错误；将t＝0代入交变电动势的瞬时值表达式得电动势为0，则此时线圈处于中性面位置，线圈平面与磁场垂直，B正确；将t＝0.25 s代入交流电动势的瞬时值表达式，e＝10sin(4πt)V＝10sin π V＝0，e达到最小值，C错误；交变电流的频率f＝＝2 Hz，则在1 s时间内，线圈转过2周，转1周电流方向改变2次，则在1 s时间内，线圈中电流方向改变4次，D错误。
4．选D 根据理想变压器电压与匝数关系有＝，解得U2＝110 V，通过副线圈的电流I2＝＝ A＝2 A，根据理想变压器电流与匝数关系有＝，解得I1＝1 A，故A错误；原线圈的输入功率P＝U1I1＝220×1 W＝220 W，故B错误；电压表的示数与副线圈两端的电压相等，即UV＝U2＝110 V，故C错误；副线圈输出的交流电周期与原线圈输入的交流电周期相同，即T＝＝ s＝0.02 s，故D正确。
5．选C V1、V2、A1、A2显示的全部为有效值，A、B错误；滑动变阻器滑片P向下滑动时，接入电路的电阻变小，原副线圈输入、输出电压不变，由欧姆定律I2＝可知，副线圈电路中的电流变大，副线圈输出功率变大，由P入＝P出，得原线圈的输入功率变大，由P入＝I1U1可知，原线圈电路中的电流变大，C正确，D错误。
6．选C 原线圈输入电压及输电功率恒定，当S由2改接为1时，根据＝，由于升压变压器副线圈匝数n2增大，则U2增大，由于输电功率恒定，则升压变压器副线圈电流I2减小，即电流表读数减小，故B错误；输电线损失的电压ΔU＝I2R线减小，则降压变压器原线圈的电压U3＝U2－ΔU增大，则降压变压器副线圈的电压U4＝U3增大，所以电压表的读数增大，故A错误；输电线上损耗的功率ΔP＝I22R线，由于升压变压器副线圈电流I2减小，所以输电线上损耗的功率减小，故C正确；用户的功率P4＝P1－ΔP，输电线上损耗的功率减小，所以用户的功率增大，故D错误。
7．选C 交流发电机的输出电压U1一定，升压变压器的匝数比不变，则有＝，可知U2不变，当用户增多时，用户消耗的电功率P4增加，理想降压变压器的输入功率等于输出功率，因此P3增加，A、B错误；当用户增多时，用户消耗的电功率P4增加，降压变压器的输入功率P3增加，升压变压器的输出功率P2增加，由P＝UI可知，降压变压器的输入电流I3增加，则输电线上的电压损失ΔU＝I3R增加，降压变压器的输入电压U3＝U2－ΔU减小，C正确；当用户增多时，用户消耗的电功率P4增加，可知P3、P2随之增加，升压变压器的输入功率P1增加；输电线上电压损失增加，降压变压器的输入电压U3减小，降压变压器的匝数比不变，则有＝，可知降压变压器的输出电压U4减小，D错误。
8．选D 由题图中的甲装置可知，在开关接通与断开的瞬间，线圈1中的电流发生变化，变化的电流引起铁芯内磁通量的变化，进而引起线圈2内磁通量的变化，则在线圈2内产生瞬间的感应电动势，该电动势以高压的形式瞬间对外输出，即可使火花塞点火，但该点火装置不能使火花塞的两端产生持续高压；题图中的乙装置，线圈2中没有电流，所以右侧开关的接通与断开不能引起电流的变化，不能使火花塞点火，故A、B错误。由于火花塞需要的电压为10 kV，但是电源的电压为12 V，所以必须经过升压变压器才可以得到高电压，即变压器的副线圈匝数远大于原线圈匝数，而原线圈的电流大，为了避免产生较大的焦耳热，则原线圈用电阻小的粗导线，副线圈用电阻大的细导线，故C错误，D正确。
9．选AB 根据题图乙可知，t1时刻穿过线圈的磁通量的变化率为0，即t1时刻线圈中感应电动势为零，故A正确；根据题图乙可知，t2时刻穿过线圈的磁通量为0，即线圈平面与磁场平行，此时导线ad的速度方向跟磁感线垂直，故B正确；根据题图乙可知，t3时刻穿过线圈的磁通量为最大值，此时线圈平面与磁场垂直，即线圈处于中性面，故C错误；在Φ t图像中，图线切线的斜率的绝对值表示感应电动势的大小，斜率的正负表示电动势的方向，根据题图乙可知，t2、t4时刻图线切线斜率的绝对值相等，一正一负，可知t2、t4时刻线圈中感应电动势方向相反，即t2、t4时刻线圈中感应电流方向相反，故D错误。
10．选BC 电源电压的有效值U＝ V＝220 V，选项A错误；交流电的周期T＝＝ s＝0.02 s，选项B正确；根据＝，可得副线圈匝数n2＝n1＝×1 100＝180匝，选项C正确，D错误。
11．选BC 电站的输出电压没有变，升压变压器的匝数不变，所以升压变压器的输出电压不变，电站的输出功率突然增大，则根据P＝UI，输电线上的电流增大，根据U损＝I线R，U3＝U2－U损，可知降压变压器的输入电压U3减小，降压变压器的匝数不变，所以降压变压器的输出电压减小，故A错误，B正确；输电线损耗功率比例为5%时，根据ΔP＝I线2R，ΔP＝5%P1，解得I线＝25 A，升压变压器原线圈的电流I1＝＝400 A，升压变压器的匝数比＝＝，故C正确；当用10 000 V高压输电时，输送电流I′＝＝10 A，损耗功率为ΔP′＝I′2R＝800 W，故D错误。
12．选AC 设原、副线圈的匝数比为k，根据等效电阻原理，把变压器的原、副线圈和负载R2整体看作一个等效电阻，其阻值为R′＝k2R2，设输入交流电的电压有效值为U，则有I1＝，保持P位置不变，则匝数比k不变，R1增大、R2不变的情况下，则I1减小，等效电阻R′两端电压减小，则U1增大，故A正确；根据I1＝，保持P位置不变，则匝数比k不变，R1不变、R2增大的情况下，则I1减小，U1减小，等效电阻R′两端电压增大，根据原、副线圈电流与匝数关系可知，I2减小，根据原、副线圈电压与匝数关系可知，U2增大，故B错误；保持P位置不变，R1不变，由题意可知此时原、副线圈的匝数比为k＝，将R1等效为电源的内阻，由电源输出功率的规律可知，当R′＝k2R2＝R1，即R2＝＝，R2消耗的功率有最大值，故C正确；R1不变、R2减小的情况下，P向下移，k减小，根据I1＝，可知I1增大，则R1消耗的功率增大，故D错误。
13．解析：(1)变压器的工作基础是互感现象，所以不能对直流电进行变压，因此实验中应选择能提供交流电压的学生电源而不是干电池，故A符合题意，C不符合题意；变压器是互感现象的应用，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场，故B符合题意；本实验需要测量副线圈两端的电压，所以需要多用电表，故D不符合题意。
(2)由(1)中分析可知，原线圈接交流电压，副线圈产生的也是交流电，所以多用电表用交流电压挡，故选C。
(3)考虑到实验中的变压器并不是理想变压器，则副线圈两端电压应为U2＜U1。假设N1是原线圈匝数，原线圈两端电压为3.6 V，则副线圈两端电压应为U2＜U1＝7.2 V，而实际副线圈两端电压为8.2 V，则假设不成立；假设N2是原线圈匝数，原线圈两端电压为8.2 V，副线圈两端电压应为U1＜U2＝4.1 V，而实际副线圈两端电压为3.6 V，则假设成立，即N2是原线圈匝数。
答案：(1)AB (2)C (3)N2
14．解析：(1)根据电阻定律，导线越长，电阻越大，因为B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍，所以B线圈匝数多。
(2)由实验步骤知④应为用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压U1。根据变压器原、副线圈电压比等于匝数比，有＝，＝，联立解得A线圈的匝数nA＝，B线圈的匝数nB＝。
答案：(1)B (2)④用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压U1 ⑤
15．解析：(1)电动势的最大值为Em＝nBSω＝nBωL2＝20 V。
(2)电动势的有效值为E＝＝10 V，电灯正常发光的电流I＝＝ A＝ A，电灯正常发光的功率P＝I2R＝18 W。
(3)q＝＝＝0.01 C。
(4)根据能量守恒定律可知，线圈每转动一分钟，外力所做的功等于整个回路上产生的热量，整个回路上产生的热量为Q＝I2(R＋r)t＝1 200 J，故W外＝Q＝1 200 J。
答案：(1)20 V (2)18 W (3)0.01 C (4)1 200 J
16．解析：(1)用户得到的功率为P＝P1－ΔP＝100 kW－4 kW＝96 kW
用户得到的电压为U＝220 V降压变压器输出的电流I＝＝ A＝ A
输电线上通过的电流I2＝ ＝ A＝20 A。
(2)输电线损失的电压ΔU＝I2R＝20×10 V＝200 V
升压变压器输出的电压U2＝＝＝ V＝5 000 V。
(3)两个变压器的原、副线圈的匝数比
＝＝＝
＝＝＝＝。
答案：(1) A 20 A (2)200 V 5 000 V (3)
17．解析：(1)线框abcd转到题图乙位置时，磁感线方向和速度方向垂直，所以感应电动势的大小E＝2Blv＝2Bl＝BlLω。
(2)在线框的转动过程中，同一时刻只会有一个线框产生电动势，相当于电源，另一线框与电阻并联组成外电路，R外＝＝＝r
所以R两端的电压最大值UR＝IR外＝·r＝＝BlLω。
(3)线框abcd和a′b′c′d′在磁场中切割磁感线时，通过R的电流大小相等，有iR＝＝＝。
从线框abcd进入磁场开始，每转45°，即时间，电流发生一次变化，作出电流的图像如图所示。
(4)每个线框作为电源时，电路中总电流
I＝＝＝，
提供的总功率为P＝EI＝＝
根据能量守恒定律得
W外＝4P·＝P·＝。
答案：(1)BlLω (2)BlLω (3)见解析图 (4)
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(本试卷满分：100分)
一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.如图所示，单匝线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动(俯视图中沿逆时针方向)，某时刻磁感线与线圈平面所成的锐角为30°，从此时开始计时，通过AB边的电流i随时间t变化的图线是(以A→B→C→D→A为电流正方向)( )
2．变压器线圈中的电流越大，所用的导线应当越粗。街头见到的变压器是降压变压器，假设它只有一个原线圈和一个副线圈，则( )
A．副线圈的导线应当粗些，且副线圈的匝数少
B．副线圈的导线应当粗些，且副线圈的匝数多
C．原线圈的导线应当粗些，且原线圈的匝数少
D．原线圈的导线应当粗些，且原线圈的匝数多
3．一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生交流电动势的瞬时值表达式为e＝10sin(4πt)V，则( )
A．该线圈转动的角速度为4 rad/s
B．零时刻线圈平面与磁场垂直
C．t＝0.25 s时，e达到最大值
D．在1 s时间内，线圈中电流方向改变10次
4．如图所示，理想变压器的原线圈接在电压为220 V、频率为50 Hz的交流电源上， 副线圈接有R＝55 Ω 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是( )
A．电流表的示数为2 A
B．原线圈的输入功率为110 W
C．电压表的示数为440 V
D．副线圈输出交流电的周期为0.02 s
5．如图，理想变压器原线圈输入电压U＝Umsin ωt，副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器。V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示。下列说法正确的是( )
A．I1和I2表示电流的瞬间值
B．U1和U2表示电压的最大值
C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大
D．滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小
6．远距离输电原理图如图所示，原线圈输入电压及输电功率恒定，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，当S由2改接为1时，下列说法正确的是( )
A．电压表读数减小
B．电流表读数增大
C．输电线上损耗的功率减小
D．用户的功率减小
7．如图所示，交流发电机的输出电压U1一定，通过理想升压变压器和理想降压变压器向远处用户供电，输电线的总电阻为R。升压变压器的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；降压变压器的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4。当用户增多时( )
A．U2减小，P4增加 B．U2增加，P3减小
C．U3减小，P2增加 D．U4增加，P1减小
8．汽车的点火装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈与12 V的蓄电池相连，副线圈连接到火花塞的两端，当开关由闭合变为断开时，副线圈中产生10 kV以上的电压，火花塞中产生火花，从而点燃油气实现汽车点火。某同学设计了如图所示的甲、乙两个装置，下列说法正确的是( )
A．甲装置不能实现点火，乙装置能实现点火
B．甲点火装置能使火花塞的两端产生持续高压
C．变压器的原线圈用细导线绕制，而副线圈要用粗导线绕制
D．甲点火装置中变压器为升压变压器
二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，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)
9．如图甲所示，一矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈所围面积的磁通量Φ随时间t变化的规律如图乙所示，下列论述正确的是( )
A．t1时刻线圈中感应电动势为零
B．t2时刻导线ad的速度方向跟磁感线垂直
C．t3时刻线圈平面与中性面垂直
D．t2、t4时刻线圈中感应电流方向相同
10.如图是工厂利用u＝220sin 100πt V的交流电给36 V照明灯供电的电路，理想变压器原线圈匝数为1 100匝，下列说法正确的是( )
A．电源电压有效值为220 V
B．交变电流的周期为0.02 s
C．副线圈匝数为180匝
D．副线圈匝数为240匝
11．如图所示是远距离输电示意图，电站的输出电压U1＝250 V，输出功率P1＝100 kW，输电线电阻R＝8 Ω。则进行远距离输电时，下列说法中正确的是( )
A．若电站的输出功率突然增大，则升压变压器的输出电压增大
B．若电站的输出功率突然增大，则降压变压器的输出电压减小
C．输电线损耗功率比例为5%时，所用升压变压器的匝数比为n1∶n2＝1∶16
D．用10 000 V高压输电，输电线损耗功率为8 000 W
12．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数相同，滑动触头P初始位置在副线圈正中间，输入端接入电压有效值恒定的交变电源，原、副线圈分别接可变电阻R1、R2，理想电压表V1、V2的示数分别为U1、U2，理想电流表A1、A2的示数分别为I1、I2，下列说法正确的是( )
A．保持P位置不变，R1增大、R2不变的情况下，I1减小，U1增大
B．保持P位置不变，R1不变、R2增大的情况下，I2减小，U2减小
C．保持P位置不变，R1不变，当调节R2使R2＝时，R2消耗的功率达到最大
D．R1不变、R2减小的情况下，P向下移，R1消耗的功率减小
三、非选择题(本题共5小题，共60分)
13．(6分)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数关系”的实验中：
(1)下列仪器中不需要的是_______。(填写字母)
(2)实验时原线圈接在电源上，用多用电表测量副线圈的电压，下列操作正确的是_________。
A．原线圈接直流电压，多用电表用直流电压挡
B．原线圈接直流电压，多用电表用交流电压挡
C．原线圈接交流电压，多用电表用交流电压挡
D．原线圈接交流电压，多用电表用直流电压挡
(3)若某次实验中用匝数N1＝400匝、N2＝800匝的变压器，测得N1的电压U1＝3.6 V，N2的电压U2＝8.2 V，据此可知___________(填“N1”或“N2”)是原线圈匝数。
14.(8分)有一个教学用的可拆变压器，如图所示，它有两个外观基本相同的线圈A和B，线圈外部还可以绕线。
(1)某同学用多用电表的欧姆挡测量了A、B线圈的电阻值，发现B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍，则可推断________线圈的匝数多。(选填“A”或“B”)
(2)如果把它看作理想变压器，现要测量A、B线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一个多用电表和一个低压交流电源(输出电压的有效值不变)。
现采用如下方法进行测量。请补充实验步骤，完成A、B线圈匝数的测量(需要测量的物理量请用字母表示，并说明其含义)。
①将绝缘导线一端与A线圈上方接线柱相连，顺着原来的绕制方向在变压器的铁芯上再绕制n匝线圈；
②将绝缘导线的另一端和A线圈下方接线柱分别与低压交流电源两端相连接；
③用多用电表的交流电压挡先后测量低压交流电源两端的电压U0和B线圈两端的电压U；
④________________________________________________________________________；
⑤拆除电路并整理器材。
A、B线圈的匝数nA和nB的表达式为nA＝______________，nB＝____________。
15．(14分)如图，一个小型应急交流发电机，内部为n＝50匝、边长L＝20 cm的正方形线圈，总电阻为r＝1.0 Ω。线圈在磁感应强度为B＝0.1 T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动。发电机对一电阻为R＝9.0 Ω的电灯供电，线路中其他电阻不计，若发电机的转动角速度为ω＝100 rad/s时，电灯正常发光。求：
(1)交流发电机发出的电动势的最大值；
(2)电灯正常发光的功率；
(3)从图示位置开始，线圈转过30°的过程中，通过电灯的电量；
(4)线圈每转动一分钟，外力所做的功。
16．(14分)某山区利用当地丰富的水利资源修建了小型水力发电站。已知水电站发电机的输出功率为P1＝100 kW，发电机的电压为U1＝250 V。通过升压变压器升压后向远处输电，两根输电线的总电阻为R＝10 Ω，在用户端用降压变压器把电压降低为U＝220 V。要求在输电线上损失的功率控制在ΔP＝4 kW。输电线路如图所示。为此，请你计算：
(1)降压变压器输出的电流I是多少(结果用分数表示)；输电线上通过的电流I2是多少；
(2)输电线损失的电压ΔU是多少；升压变压器输出的电压U2是多少；
(3)两个变压器的原、副线圈的匝数比和各应等于多少。
17．(18分)如图甲所示，两个长为l、宽为L的矩形单匝导体线框abcd、a′b′c′d′互相垂直，彼此绝缘，可绕共同的中心轴O1O2转动，将两线框的始端并在一起接到金属滑环C上，末端并在一起接到金属滑环D上，两金属滑环C、D彼此绝缘，并分别通过一个电刷与定值电阻R相连。线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间的磁场中，磁场边缘之间所夹的圆心角为45°，如图乙所示(图中的圆表示圆柱形铁芯，它使磁铁和铁芯之间的磁场沿半径方向，如图中箭头所示)。不论线框转到磁场中的什么位置，磁场的方向总是与线框平面平行。磁场中长为l的线框边所在处的磁感应强度大小恒为B，设两线框的总电阻均为r，以相同的角速度ω逆时针匀速转动，通过电刷跟C、D相连的定值电阻R＝2r。
(1)求线框abcd转到图乙位置时感应电动势的大小；
(2)求转动过程中电阻R上的电压最大值；
(3)从线框abcd进入磁场开始时，作出0～T(T是线框转动周期)时间内通过R的电流iR随时间变化的图像(开始计时通过电阻R的电流方向为正)；
(4)不计一切摩擦，求外力驱动两线框转动一周所做的功。
阶段质量检测(三)
1．选D 根据楞次定律及安培定则可知，线圈在开始转动的一小段时间内磁通量增大，产生负向电流，A、C错误；线圈转动六分之一周期后，处于中性面，磁通量最大，电动势为零，感应电流为零，D正确，B错误。
2．选A 降压变压器原线圈的匝数比副线圈的匝数多，由于功率相同，而原线圈中电压大，所以原线圈的电流比副线圈的电流要小，副线圈的电流大，导线要用粗的，原线圈的电流小，导线要用细的，A正确，B、C、D错误。
3．选B 从交流电动势的瞬时值表达式为e＝10sin(4πt)V，可知线圈转动的角速度ω＝4π rad/s，A错误；将t＝0代入交变电动势的瞬时值表达式得电动势为0，则此时线圈处于中性面位置，线圈平面与磁场垂直，B正确；将t＝0.25 s代入交流电动势的瞬时值表达式，e＝10sin(4πt)V＝10sin π V＝0，e达到最小值，C错误；交变电流的频率f＝＝2 Hz，则在1 s时间内，线圈转过2周，转1周电流方向改变2次，则在1 s时间内，线圈中电流方向改变4次，D错误。
4．选D 根据理想变压器电压与匝数关系有＝，解得U2＝110 V，通过副线圈的电流I2＝＝ A＝2 A，根据理想变压器电流与匝数关系有＝，解得I1＝1 A，故A错误；原线圈的输入功率P＝U1I1＝220×1 W＝220 W，故B错误；电压表的示数与副线圈两端的电压相等，即UV＝U2＝110 V，故C错误；副线圈输出的交流电周期与原线圈输入的交流电周期相同，即T＝＝ s＝0.02 s，故D正确。
5．选C V1、V2、A1、A2显示的全部为有效值，A、B错误；滑动变阻器滑片P向下滑动时，接入电路的电阻变小，原副线圈输入、输出电压不变，由欧姆定律I2＝可知，副线圈电路中的电流变大，副线圈输出功率变大，由P入＝P出，得原线圈的输入功率变大，由P入＝I1U1可知，原线圈电路中的电流变大，C正确，D错误。
6．选C 原线圈输入电压及输电功率恒定，当S由2改接为1时，根据＝，由于升压变压器副线圈匝数n2增大，则U2增大，由于输电功率恒定，则升压变压器副线圈电流I2减小，即电流表读数减小，故B错误；输电线损失的电压ΔU＝I2R线减小，则降压变压器原线圈的电压U3＝U2－ΔU增大，则降压变压器副线圈的电压U4＝U3增大，所以电压表的读数增大，故A错误；输电线上损耗的功率ΔP＝I22R线，由于升压变压器副线圈电流I2减小，所以输电线上损耗的功率减小，故C正确；用户的功率P4＝P1－ΔP，输电线上损耗的功率减小，所以用户的功率增大，故D错误。
7．选C 交流发电机的输出电压U1一定，升压变压器的匝数比不变，则有＝，可知U2不变，当用户增多时，用户消耗的电功率P4增加，理想降压变压器的输入功率等于输出功率，因此P3增加，A、B错误；当用户增多时，用户消耗的电功率P4增加，降压变压器的输入功率P3增加，升压变压器的输出功率P2增加，由P＝UI可知，降压变压器的输入电流I3增加，则输电线上的电压损失ΔU＝I3R增加，降压变压器的输入电压U3＝U2－ΔU减小，C正确；当用户增多时，用户消耗的电功率P4增加，可知P3、P2随之增加，升压变压器的输入功率P1增加；输电线上电压损失增加，降压变压器的输入电压U3减小，降压变压器的匝数比不变，则有＝，可知降压变压器的输出电压U4减小，D错误。
8．选D 由题图中的甲装置可知，在开关接通与断开的瞬间，线圈1中的电流发生变化，变化的电流引起铁芯内磁通量的变化，进而引起线圈2内磁通量的变化，则在线圈2内产生瞬间的感应电动势，该电动势以高压的形式瞬间对外输出，即可使火花塞点火，但该点火装置不能使火花塞的两端产生持续高压；题图中的乙装置，线圈2中没有电流，所以右侧开关的接通与断开不能引起电流的变化，不能使火花塞点火，故A、B错误。由于火花塞需要的电压为10 kV，但是电源的电压为12 V，所以必须经过升压变压器才可以得到高电压，即变压器的副线圈匝数远大于原线圈匝数，而原线圈的电流大，为了避免产生较大的焦耳热，则原线圈用电阻小的粗导线，副线圈用电阻大的细导线，故C错误，D正确。
9．选AB 根据题图乙可知，t1时刻穿过线圈的磁通量的变化率为0，即t1时刻线圈中感应电动势为零，故A正确；根据题图乙可知，t2时刻穿过线圈的磁通量为0，即线圈平面与磁场平行，此时导线ad的速度方向跟磁感线垂直，故B正确；根据题图乙可知，t3时刻穿过线圈的磁通量为最大值，此时线圈平面与磁场垂直，即线圈处于中性面，故C错误；在Φ t图像中，图线切线的斜率的绝对值表示感应电动势的大小，斜率的正负表示电动势的方向，根据题图乙可知，t2、t4时刻图线切线斜率的绝对值相等，一正一负，可知t2、t4时刻线圈中感应电动势方向相反，即t2、t4时刻线圈中感应电流方向相反，故D错误。
10．选BC 电源电压的有效值U＝ V＝220 V，选项A错误；交流电的周期T＝＝ s＝0.02 s，选项B正确；根据＝，可得副线圈匝数n2＝n1＝×1 100＝180匝，选项C正确，D错误。
11．选BC 电站的输出电压没有变，升压变压器的匝数不变，所以升压变压器的输出电压不变，电站的输出功率突然增大，则根据P＝UI，输电线上的电流增大，根据U损＝I线R，U3＝U2－U损，可知降压变压器的输入电压U3减小，降压变压器的匝数不变，所以降压变压器的输出电压减小，故A错误，B正确；输电线损耗功率比例为5%时，根据ΔP＝I线2R，ΔP＝5%P1，解得I线＝25 A，升压变压器原线圈的电流I1＝＝400 A，升压变压器的匝数比＝＝，故C正确；当用10 000 V高压输电时，输送电流I′＝＝10 A，损耗功率为ΔP′＝I′2R＝800 W，故D错误。
12．选AC 设原、副线圈的匝数比为k，根据等效电阻原理，把变压器的原、副线圈和负载R2整体看作一个等效电阻，其阻值为R′＝k2R2，设输入交流电的电压有效值为U，则有I1＝，保持P位置不变，则匝数比k不变，R1增大、R2不变的情况下，则I1减小，等效电阻R′两端电压减小，则U1增大，故A正确；根据I1＝，保持P位置不变，则匝数比k不变，R1不变、R2增大的情况下，则I1减小，U1减小，等效电阻R′两端电压增大，根据原、副线圈电流与匝数关系可知，I2减小，根据原、副线圈电压与匝数关系可知，U2增大，故B错误；保持P位置不变，R1不变，由题意可知此时原、副线圈的匝数比为k＝，将R1等效为电源的内阻，由电源输出功率的规律可知，当R′＝k2R2＝R1，即R2＝＝，R2消耗的功率有最大值，故C正确；R1不变、R2减小的情况下，P向下移，k减小，根据I1＝，可知I1增大，则R1消耗的功率增大，故D错误。
13．解析：(1)变压器的工作基础是互感现象，所以不能对直流电进行变压，因此实验中应选择能提供交流电压的学生电源而不是干电池，故A符合题意，C不符合题意；变压器是互感现象的应用，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，所以不需要外界的磁场，故B符合题意；本实验需要测量副线圈两端的电压，所以需要多用电表，故D不符合题意。
(2)由(1)中分析可知，原线圈接交流电压，副线圈产生的也是交流电，所以多用电表用交流电压挡，故选C。
(3)考虑到实验中的变压器并不是理想变压器，则副线圈两端电压应为U2＜U1。假设N1是原线圈匝数，原线圈两端电压为3.6 V，则副线圈两端电压应为U2＜U1＝7.2 V，而实际副线圈两端电压为8.2 V，则假设不成立；假设N2是原线圈匝数，原线圈两端电压为8.2 V，副线圈两端电压应为U1＜U2＝4.1 V，而实际副线圈两端电压为3.6 V，则假设成立，即N2是原线圈匝数。
答案：(1)AB (2)C (3)N2
14．解析：(1)根据电阻定律，导线越长，电阻越大，因为B线圈电阻约为A线圈电阻的3倍，所以B线圈匝数多。
(2)由实验步骤知④应为用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压U1。根据变压器原、副线圈电压比等于匝数比，有＝，＝，联立解得A线圈的匝数nA＝，B线圈的匝数nB＝。
答案：(1)B (2)④用多用电表的交流电压挡测量A线圈两端的电压U1 ⑤
15．解析：(1)电动势的最大值为Em＝nBSω＝nBωL2＝20 V。
(2)电动势的有效值为E＝＝10 V，电灯正常发光的电流I＝＝ A＝ A，电灯正常发光的功率P＝I2R＝18 W。
(3)q＝＝＝0.01 C。
(4)根据能量守恒定律可知，线圈每转动一分钟，外力所做的功等于整个回路上产生的热量，整个回路上产生的热量为Q＝I2(R＋r)t＝1 200 J，故W外＝Q＝1 200 J。
答案：(1)20 V (2)18 W (3)0.01 C (4)1 200 J
16．解析：(1)用户得到的功率为P＝P1－ΔP＝100 kW－4 kW＝96 kW
用户得到的电压为U＝220 V降压变压器输出的电流I＝＝ A＝ A
输电线上通过的电流I2＝ ＝ A＝20 A。
(2)输电线损失的电压ΔU＝I2R＝20×10 V＝200 V
升压变压器输出的电压U2＝＝＝ V＝5 000 V。
(3)两个变压器的原、副线圈的匝数比
＝＝＝
＝＝＝＝。
答案：(1) A 20 A (2)200 V 5 000 V (3)
17．解析：(1)线框abcd转到题图乙位置时，磁感线方向和速度方向垂直，所以感应电动势的大小E＝2Blv＝2Bl＝BlLω。
(2)在线框的转动过程中，同一时刻只会有一个线框产生电动势，相当于电源，另一线框与电阻并联组成外电路，R外＝＝＝r
所以R两端的电压最大值UR＝IR外＝·r＝＝BlLω。
(3)线框abcd和a′b′c′d′在磁场中切割磁感线时，通过R的电流大小相等，有iR＝＝＝。
从线框abcd进入磁场开始，每转45°，即时间，电流发生一次变化，作出电流的图像如图所示。
(4)每个线框作为电源时，电路中总电流
I＝＝＝，
提供的总功率为P＝EI＝＝
根据能量守恒定律得
W外＝4P·＝P·＝。
答案：(1)BlLω (2)BlLω (3)见解析图 (4)
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