第十三单元 交变电流（二）《巅峰突破》2026版物理高三一轮单元突破验收卷（含答案解析）

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密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
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姓名 班级 考号
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
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第十三单元　交变电流（二）
满分100分,限时75分钟
考点1 变压器　　考点2 远距离输电
考点3 电磁振荡　　考点4 实验:利用传感器制作简单自动控制装置
一、选择题(本题共10小题,共40分。在每小题给出的四个选项中,第1—7题只有一项符合题目要求,每小题4分;第8—10题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)
1.如图甲所示,一理想变压器的线圈a作为原线圈连接到学生电源的交流输出端,电源输出的交变电压的瞬时值随时间变化的关系图像如图乙所示,变压器的线圈b接额定电压为6 V的小灯泡。已知小灯泡正常发光,则下列说法正确的是 (　　)
A.电源输出电压的频率为100 Hz
B.线圈a与线圈b的匝数之比为na∶nb=3∶1
C.在小灯泡旁边并联一个电阻,电源的输出功率减小
D.将线圈a改接在学生电源的直流稳压端,小灯泡也能发光
2.如图所示,L为电感线圈,C为电容器,R为定值电阻,线圈及导线电阻均不计。先闭合开关S,稳定后,再将其断开,并规定此时t=0。当t1=0.01 s时,LC回路中电感线圈L中通过的电流第一次达到0,则 (　　)
A.LC电路的振荡周期为0.02 s
B.t2=0.02 s时电容器中电场最强
C.0.07 s至0.08 s回路中电场能减小磁场能增大
D.t3=0.13 s时回路中电流沿顺时针方向
3.如图为可调压式自耦变压器,在电压U1保持不变的情况下,滑片P顺时针转过适当角度,滑片P'向上移动适当距离,则 (　　)
A.U2将增大
B.U2将不变
C.定值电阻R0的热功率减小
D.流经定值电阻R0的电流不变
4.如图所示,理想变压器上有三个线圈,匝数分别为n1、n2、n3,线圈n1连接交流电源和一个小灯泡,线圈n2串联两个小灯泡,线圈n3连接一个小灯泡。四个小灯泡完全相同且均正常发光,则n1∶n2∶n3的比值为 (　　)
A.3∶1∶1　　　　B.2∶1∶1
C.3∶2∶1　　　　D.4∶2∶1
5.如图为远距离输电电路图,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和输电线的电阻R均不变。若输电的功率增大,则 (　　)
A.升压变压器的输出电压增大
B.降压变压器的输出电压不变
C.输电线上损耗的功率增大
D.若发电厂输出电流增大1倍,则输电线上功率的损耗增加为2倍
6.如图所示是某电路中用到的理想变压器,原线圈两端输入的交流电压的有效值可认为恒定不变,两灯泡L1、L2规格完全相同,电流表电阻忽略不计。在以下各种操作中各电路元件都没有损坏,下列说法正确的是 (　　)
A.仅使滑片N自变阻器a端向b端移动,灯泡L2中的电流先减小后增大
B.仅使滑片N自变阻器a端向b端移动,原线圈输入功率先减小后增大
C.仅使滑片M上移,电流表示数变小
D.仅使滑片M下移,变压器原线圈中的电流变大
7.如图,理想变压器原线圈与定值电阻R0串联后接在电压有效值为U0=60 V的交流电源上,副线圈接理想电压表、电流表和滑动变阻器R,原、副线圈匝数比为1∶4。已知R0=5 Ω,R的最大阻值为100 Ω。现将滑动变阻器R的滑片P向下滑动,下列说法正确的是 (　　)
A.电压表示数变小,电流表示数变大
B.电源的输出功率变小
C.当R=10 Ω时,电压表示数为40 V
D.当R=20 Ω时,R获得的功率最大
8.如图所示,理想变压器原线圈的匝数n1为1100匝,原线圈两端的电压随时间变化的关系式为u=220 cos (100πt) V。单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表,将阻值为10 Ω的电阻R接在C、D两端时,消耗的功率为10 W,下列说法正确的是 (　　)
A.副线圈的匝数n2为50匝
B.电压表的示数为0.1 V
C.R两端的电压为10 V,频率为100 Hz
D.流过R的电流为1 A,周期为0.02 s
9.如图为由理想变压器、电阻和灯泡组成的电路,电路输入的电压为U,电阻R的阻值是1.5 Ω,小灯泡L1上标有“4 V,2 W”,变压器副线圈回路中接入两个均标有“12 V,3 W”的小灯泡L2、L3,小灯泡L1、L2、L3均正常发光。下列说法中正确的是 (　　)
A.理想变压器的原、副线圈匝数比为n1∶n2=1∶6
B.通过电阻R的电流是1.5 A
C.电阻R的功率为6 W
D.电路输入的电压U=15 V
10.如图所示为某小型发电站远距离输电示意图,其中升压变压器输入电压U1保持不变,降压变压器原、副线圈的匝数比为200∶1,输电线路总电阻r=20 Ω。为了安全测量输电线路中的电压和电流,现在输电线路的起始端接入甲、乙两个特殊的变压器,甲、乙两个变压器中原副线圈匝数比一个是200∶1,另一个为1∶20,其中电压表的示数为220 V,电流表的示数为5 A,以上变压器均为理想变压器。下列判断正确的是 (　　)
A.图中a为电压表,b为电流表
B.用户端的电压U4为220 V
C.输电线路上损耗的功率约占输电总功率的4.5%
D.若用户端接入的用电设备变多,电流表示数变小
二、非选择题(本题共5小题,共60分)
11.(12分)在“探究变压器原、副线圈两端的电压和匝数的关系”实验中,可拆变压器如图所示。
(1)观察变压器的铁芯,它的结构和材料是　　　　(填字母)。
A.整块硅钢铁芯　　　　B.整块不锈钢铁芯
C.绝缘的铜片叠成　　　　D.绝缘的硅钢片叠成
(2)观察两个线圈的导线,发现粗细不同,导线粗的线圈匝数　　　　(填“多”或“少”)。
(3)为了人身安全,低压交流电源的电压不要超过　　　　(填字母)。
A.2 V　　　　B.12 V　　　　C.50 V
(4)实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间,用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0 V,则原线圈的输入电压可能为　　　　(填字母)。
A.1.5 V　　　　B.6.0 V　　　　C.9.0 V
(5)本实验要通过改变原、副线圈匝数,探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系,实验中需要运用的科学方法是　　　　(填字母)。
A.控制变量法　　B.等效替代法　　C.整体隔离法
(6)变压器被广泛应用于远距离输电中,若发电站输出的电功率为220 kW,输电线的总电阻为0.1 Ω,用220 V和22 kV两种电压输电。两种情况下输电线上由电阻造成的电能损耗之比是　　　　。
12.(12分)为节能减排,保护环境,公共场所使用声、光控照明系统,声、光控开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求,其示意图如图甲所示。
　　
(1)声控开关和光控开关的连接方式为　　　　(选填“串联”或“并联”)。
(2)其中光控开关内部示意图如图乙所示,光敏电阻的阻值随照度(照度可以反映光的强弱,光越强,照度越大,单位为lx)的变化关系如图丙所示,由图丙可知随光照度的减弱,光敏电阻的阻值　　　　(选填“增大”或“减小”)。
(3)已知光控开关中的电源电动势为3.0 V,内阻不计,电阻箱的阻值调为8 Ω,电磁开关的电阻为2 Ω。设计要求当流过电磁开关的电流小于0.06 A,即照度低于　　　　lx时(保留一位小数),光控开关接通。
(4)为了节约用电,需要在光的照度更弱时,光控开关才接通,应该把电阻箱的阻值调　　　　(选填“大”或“小”)。
13.(9分)环形变压器广泛应用于计算机、医疗设备、家电设备和灯光照明等方面,环形变压器与传统方形变压器相比,漏磁和能量损耗都很小,可视为理想变压器,原线圈所接的交流发电机产生的电动势为e=220 sin (100πt) V,副线圈接了11只“12 V　22 W”的照明灯泡,原、副线圈匝数比n1∶n2=33∶2,示意图如图所示,图中电流表为理想交流电表,照明灯泡均恰好正常发光。求:
(1)电流表A的示数;
(2)发电机内阻。
14.(11分)黑光灯是利用物理方法来灭蛾杀虫的一种环保型设备,它发出的紫光能够引诱害虫飞近黑光灯,然后被黑光灯周围的交流高压电网“击毙”。如图所示,一小型交流发电机线圈abcd匝数N=100,面积S=0.04 m2,线圈匀速转动的角速度ω=100π rad/s,匀强磁场的磁感应强度B= T。不计线圈电阻,用该发电机通过理想变压器升压后向黑光灯的电网供电,若在常温常压下空气的击穿电场的场强为6×105 N/C,要使害虫瞬间被击至少要1 200 V的电压,为了能瞬间击毙害虫又防止空气被击穿而造成短路。求:
(1)变压器原、副线圈的匝数比k的最大值;
(2)电网相邻两极板间距离d的最小值。
15.(16分)利用水流和太阳能发电,可以为人类提供清洁能源。已知太阳光垂直照射到地面上时的辐射功率P0=1.0×103 W/m2,地球表面的重力加速度取g=10 m/s2,水的密度ρ=1.0×103 kg/m3。
(1)若利用太阳能发电,需要发射一颗卫星到地球同步轨道上,然后通过微波持续不断地将电能输送到地面,这样就建成了宇宙太阳能发电站。已知地球同步轨道半径约为地球半径的2倍。求卫星在地球同步轨道上向心加速度的大小。
(2)三峡水电站发电机输出的电压为18 kV。若采用500 kV直流电向某地区输电5.0×106 kW,要求输电线上损耗的功率不高于输送功率的5%,求输电线总电阻的最大值。
(3)三峡水电站水库面积约S'=1.0×109 m2,平均流量Q=1.5×103 m3/s,水库水面与发电机所在位置的平均高度差为h=100 m,并且在发电过程中水库水面高度保持不变。发电站将水的势能转化为电能的总效率η=60%。在地球同步轨道上,太阳光垂直照射时的辐射功率为10P0。太阳能电池板将太阳能转化为电能的效率为20%,将电能输送到地面的过程要损失50%。若要使(1)中的宇宙太阳能发电站与三峡电站具有相同的发电能力,同步卫星上太阳能电池板的面积至少为多大
答案全解全析
1.B　由图乙可知,交流电的周期T=0.02 s,则交流电的频率f== Hz=50 Hz,A错误;原线圈两端电压的有效值U1= V=18 V,根据理想变压器电压比与匝数比的关系有===,B正确;由于输入电压和匝数比不变,故副线圈两端电压不变,在小灯泡旁边并联一个电阻,负载电阻变小,根据P2=,可知副线圈输出的功率变大,电源的输出功率P1=P2,因此电源的输出功率变大,C错误;当原线圈a接上直流稳压电源后,穿过副线圈的磁通量不发生变化,线圈b中无感应电流产生,灯泡不会发光,D错误。
2.C　LC回路中,在一个周期内,电容器充电两次,放电两次,线圈及导线电阻均不计,先闭合开关S,稳定后,线圈两端没有电压,电容器不带电,线圈具有磁场能,在t=0时刻,断开开关S,线圈产生自感电动势,对电容器充电,电流逐渐减小,当0.01 s时,LC回路中电感线圈L中通过的电流第一次达到0,该过程经历的时间为,所以LC回路的振荡周期为T=0.04 s,故A错误;t2=0.02 s时电容器放电结束,电场能最小,故B错误;由上述分析可知0.07 s=1T,根据规律可知0.07 s~0.08 s内电容器处于放电阶段,能量由电场能向磁场能转化,所以电场能减小、磁场能增大,故C正确;由上述分析可知t3=0.13 s=3T+T,在时刻,LC回路中电感线圈L中通过的电流达到0,所以回路的电流为零,故D错误。
3.C
模型建构
自耦变压器
如图,铁芯上只绕一个线圈,若U1是输入电压,则副线圈是原线圈的一部分,可以作为降压变压器使用;若U2是输入电压,原线圈是副线圈的一部分,可以作为升压变压器使用。本题中自耦变压器为降压变压器。
解析　由题意可知,滑片P顺时针转过适当角度,则副线圈的匝数n2减小,由=可知副线圈两端电压U2减小,副线圈两端电压与原线圈两端电压及匝数比有关,与副线圈所接电路的总电阻的大小无关,A、B错误;副线圈两端电压U2减小,滑片P'向上移动适当距离,可知滑动变阻器接入电路的电阻增大,则副线圈回路的总电阻增大,副线圈回路中电流减小,流经定值电阻R0的电流减小,由P=I2R0可知,定值电阻R0的热功率减小,C正确,D错误。
4.C　设每个灯泡额定电压为U,额定电流为I,由于四个小灯泡完全相同且均正常发光,则I1=I2=I3=I,线圈n2串联两个小灯泡,线圈n3连接一个小灯泡,灯泡都正常发光,故U2=2U3=2U,可得=,根据理想变压器输入功率等于输出功率可得U1I1=U2I2+U3I3,即U1=U2+U3=3U,可得=,可得U1∶U2∶U3=3∶2∶1,故n1∶n2∶n3=3∶2∶1,故选C。
5.C　输入功率变大,输入电压不变,则输入电流变大,升压变压器输出电压不变,输电线上损失的电压变大,输电线损耗功率变大,降压变压器输入和输出电压变小,故C正确,A、B错误;I1增大为原来的2倍,则I2变为原来的2倍,根据P=I2R可知输电线上功率的损耗变为原来的4倍,故D错误。
6.B
识图有法　电路中包含“双臂环路”结构,两支路电阻值越接近,总电阻越大,即“阻差小,总阻大;阻差大,总阻小”。
解析　仅使滑片N自变阻器a端向b端移动,则滑动变阻器右侧阻值减小,由于副线圈两端电压不变,则灯泡L2中的电流增大,A错误;仅使滑片N自变阻器a端向b端移动,负载总电阻先增大后减小,根据P=可知副线圈的输出功率先减小后增大,而P入=P出,则原线圈的输入功率先减小后增大,B正确;仅使滑片M上移,副线圈匝数增大,根据=可知副线圈两端电压增大,故电流表示数增大,C错误;仅使滑片M下移,同理可知副线圈两端电压减小,副线圈中电流减小,根据=可知原线圈中电流减小,D错误。
7.A　由理想变压器的特点可知U0I1=R0+R,I1∶I2=4∶1,可得U0=I1R0+R,滑动变阻器R的滑片P向下滑动,R减小,所以I1变大,则I2变大,可知电流表示数变大,而电源的输出功率P=U0I1,则电源的输出功率变大,原线圈两端电压U1=U0-I1R0,因为I1变大,所以U1减小,U2减小,电压表示数减小,故A正确,B错误;原线圈与副线圈两端电压之比为=,原、副线圈中的电流之比I1∶I2=4∶1,联立可得I2=,当R=10 Ω时,电压表示数为U2=I2R= V,故C错误;R获得的功率P2=R=R=,当=R时,R获得的功率最大,此时R=16R0=80 Ω,故D错误。
一题多解　根据等效电阻法求解,等效电路如图所示,
R等效=R=R,P向下滑动,R减小,R等效减小,I1增大,U1(U1=U0-I1R0)减小,故I2增大,U2减小,电源输出功率P=U0I1增大,A正确,B错误。当R=10 Ω时,R等效= Ω,U1=U0= V,U2=U1= V;当R=20 Ω时,R等效= Ω≠R0,故R的功率不是最大,C、D错误。
8.AD　变压器的输入电压为220 V,原线圈两端电压的最大值为220 V,根据理想变压器原线圈与单匝线圈的匝数比为=,解得U1=0.2 V,故B错误;根据P=可得副线圈两端电压为U2==10 V,流过R的电流为I2== A=1 A,根据单匝线圈与理想变压器副线圈的匝数比为=,解得n2=50,频率为f=== Hz=50 Hz,周期为T==0.02 s,故A、D正确,C错误。
9.AC
思路点拨　小灯泡L1与变压器原线圈两端电压相同,流过电阻R的电流等于流过小灯泡L1与变压器原线圈的电流之和。
解析　原线圈与L1并联,由小灯泡L1、L2、L3均正常发光,可得U1=4 V,U2=24 V,理想变压器的原、副线圈匝数比为n1∶n2=U1∶U2=1∶6,故A正确;由原、副线圈的功率相等,即P1=P2,可得P1=U1I1=2×3 W=6 W,解得I1=1.5 A,小灯泡L1中的电流I'1== A=0.5 A,通过电阻R的电流是I=I1+I'1=2.0 A,故B错误;电阻R的功率为PR=I2R=2.02×1.5 W=6.0 W,故C正确;电阻R两端的电压UR=IR=2.0×1.5 V=3 V,电路输入的电压U=UR+U1=7 V,故D错误。
10.AC　对变压器甲、乙的连接方式分析可知,甲为电压互感器,乙为电流互感器,故A正确;由变压器甲可知U2=200×220 V=44 000 V,由变压器乙可知I2=5×20 A=100 A,则U3=U2-I2r=42 000 V,用户端的电压U4= V=210 V,故B错误;输电线路上损耗的功率约占输电总功率的η==≈4.5%,故C正确;若用户端接入的用电设备变多,降压变压器副线圈回路中的电阻减小,副线圈回路中的电流变大,输电线上的电流变大,则电流表示数变大,故D错误。
11.答案　(1)D(2分)　(2)少(2分)　(3)B(2分)
(4)C(2分)　(5)A(2分)　(6)10 000∶1(2分)
解析　(1)观察变压器的铁芯,它是由绝缘的硅钢片叠成的,故选D。
(2)根据=可知,匝数少的电流大,则导线越粗,即导线粗的线圈匝数少。
(3)为了人身安全,低压交流电源的电压不要超过12 V,故选B。
(4)依题意,原、副线圈的匝数比为2∶1,若是理想变压器,则有=,解得U1=6 V,考虑到不是理想变压器,有漏磁等现象,则原线圈所接的电源电压大于6 V,则原线圈的输入电压可能为9 V,故选C。
(5)实验中需要运用的科学方法是控制变量法,故选A。
(6)根据P损=I2R=R可知,两种情况下输电线上电能损耗之比为P损1∶P损2=∶=10 000∶1。
12.答案　(1)串联(3分)　(2)增大(3分)　(3)0.4(3分)　(4)小(3分)
解析　(1)根据题意可知,声、光控开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求,则声控开关和光控开关的连接方式为串联。
(2)由图丙可知随光照度的减弱,光敏电阻的阻值增大。
(3)根据题意,由闭合电路欧姆定律有I==0.06 A,解得R=40 Ω,结合图丙可知,照度低于0.4 lx时,光控开关接通。
(4)为了节约用电,需要在光的照度更弱时,即光敏电阻更大时,光控开关才接通,则应该把电阻箱的阻值调小。
13.答案　(1) A　(2)18 Ω
解析　(1)副线圈接了11只“12 V　22 W”的照明灯泡且均恰好正常发光,通过每只灯泡的电流为
I== A(2分)
则副线圈中的电流为I2=11I= A(1分)
原、副线圈中电流之比等于匝数的反比,可得电流表A的示数为I1=I2= A(2分)
(2)副线圈两端电压为12 V,原、副线圈两端电压之比等于匝数之比,可得U1=U2=198 V(1分)
发电机产生的电动势的有效值为E==220 V(1分)
由闭合电路欧姆定律可得E=U1+I1r (1分)
代入数据解得r=18 Ω(1分)
14.答案　(1)　(2)2 mm
解析　(1)原线圈两端电压的最大值为
E1m=NBSω=400 V(2分)
因为U2m≥1 200 V,所以有=≤ (2分)
即≤ (2分)
可得变压器原、副线圈的匝数比的最大值
kmax= (1分)
(2)电网相邻两极板间电场强度E≤6×105 N/C,由
E= (2分)
可得电网相邻两极板间距离的最小值
dmin==2 mm(2分)
15.答案　(1)0.23 m/s2　(2)2.5 Ω　(3)9×105 m2
解析　(1)设同步卫星的轨道半径为R,卫星所在同步轨道的向心加速度大小为a,根据万有引力定律和牛顿第二定律得G=ma (2分)
当物体在地表附近时,万有引力近似等于重力,则
=mg (2分)
根据题意,同步轨道的半径R=2R0
解得卫星在地球同步轨道上向心加速度的大小
a=g (1分)
代入数据解得a≈0.23 m/s2 (1分)
(2)设输电线总电阻的最大值为r,当通过输电线的电流为I时,输电线上损耗的功率为P损=I2r (1分)
采用U=500 kV直流电向某地区输电P=5.0×109 W时,通过输电线的电流I= (1分)
依题意得P损=P×5% (1分)
解得r=2.5 Ω(1分)
(3)三峡水电站的发电功率为P1=ρQghη=1×103×1.5×103×10×100×60% W=9×108 W(2分)
设同步卫星上太阳能电池板的面积至少为S,则宇宙太阳能发电站的发电功率为
P2=10P0S×20%×50%=103S(W) (2分)
根据题意P1=P2 (1分)
所以太阳能电池板的面积至少为
S=9×105 m2 (1分)