人教版高中物理选修3-2第五章 《交变电流》单元测试题（word解析版）

第五章 《交变电流》单元测试题
一、单选题(每小题只有一个正确答案)
1.某变压器原、副线圈匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按如图所示规律变化，副线圈接有负载．下列判断正确的是(　　)

A． 输出电压的最大值为36 V
B． 原、副线圈中电流之比为55∶9
C． 变压器输入、输出功率之比为55∶9
D． 交流电源有效值为220 V，频率为50 Hz
2.用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V，通过负载的电流图象如图所示，则(　　)

A． 输出电压的最大值是110 V
B． 变压器输入功率约为3.9 W
C． 变压器原、副线圈匝数比是1∶2
D． 负载电流的函数表达式i＝0.05sin (100πt＋)A
3.如图为理想变压器原线圈所接电源电压波形，原、副线圈匝数比为n1∶n2＝10∶1，串联在原线圈电路中的电流表示数为1 A，下列说法正确的是(　　)

A． 变压器输出端所接电压表的示数为20V
B． 变压器输出功率为100 W
C． 变压器输出的交流电的频率为100 Hz
D． 若n1＝100匝，则副线圈处穿过每匝线圈的磁通量变化率的最大值为2Wb/s
4.某水电站，用总电阻为5 Ω的输电线给940 km外的用户送电，其输出电功率是3×106kW.现用500 kV电压输电，则下列说法正确的是(　　)
A． 输电线上输送的电流大小为1×105A
B． 输电线上损失电压为30 kV
C． 该输电系统的输电效率为95%
D． 若改用10 kV电压输电，则输电线上损失的功率为4.5×108kW
5.如图所示，L1和L2是高压输电线，甲、乙是两只互感器，若已知n1∶n2＝1 000∶1，n3∶n4＝1∶100，图中电压表示数为220 V、电流表示数为10 A，则高压输电线的送电功率为(　　)


A． 2.2×103W
B． 2.2×10－2W

C． 2.2×108W
D． 2.2×104W
6.在远距离输电中，输电线电阻一定，输送电功率一定，如果将输电电压提高到原来的10倍，则输电线上消耗的功率减小到原来的(　　)
A． 10倍
B．
C． 100倍
D．
7.在图中L为电感线圈，C为电容，A、B为两只相同的灯泡，将它们接在电压为u的交流电源上，两只灯泡的亮度一样．若保持电源电压不变，而将电源频率增大，下列说法中正确的是(　　)


A． 两灯泡的亮度不变
B． A灯泡亮度不变，B灯泡变亮

C． A灯泡变暗，B灯泡变亮
D． A灯泡变亮，B灯泡变暗
8.如图所示，在A、B间接入正弦交流电U1＝220 V，通过理想变压器和二极管D1、D2给阻值R＝20 Ω的纯电阻负载供电，已知D1、D2为相同的理想二极管，正向电阻为0，反向电阻无穷大，变压器原线圈n1＝110匝，副线圈n2＝20匝，Q为副线圈正中央抽头，为保证安全，二极管的反向耐压值至少为U0，设电阻R上消耗热功率为P，则有(　　)


A．U0＝40V，P＝80 W
B．U0＝40 V，P＝80 W

C．U0＝40V，P＝20 W
D．U0＝40 V，P＝20 W
9.一正弦交流电的电流随时间变化规律图象如图所示，由图可知(　　)

A． 用电流表测该电流其示数为14.1 A
B． 该交流电流的频率为100 Hz
C． 该交流电流通过10 Ω电阻时，电阻消耗的电功率为1 000 W
D． 该交流电流瞬时值表达式为i＝10sin 628t(A)
10.一台发电机的结构示意图如图所示，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状．M是圆柱形铁芯，铁芯外套有一矩形线圈，线圈绕铁芯M中心的固定转轴匀速转动．磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场．若从图示位置开始计时电动势为正值，下列图象中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是(　　)


A．
B．

C．
D．
11.随着社会经济的发展，人们对能源的需求也日益扩大，节能变得越来越重要．某发电厂采用升压变压器向某一特定用户供电，用户通过降压变压器用电，若发电厂输出电压为U1，输电导线总电阻为R，在某一时段用户需求的电功率为P0，用户的用电器正常工作的电压为U2，在满足用户正常用电的情况下，下列说法正确的是(　　)
A． 输电线上损耗的功率为
B． 输电线上损耗的功率为
C． 若要减少输电线上损耗的功率，可以采用更高的电压输电
D． 采用更高的电压输电会降低输电的效率
12.某矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势为e＝Emsinωt.若将线圈的转速增加1倍，保持其他条件不变，则产生的感应电动势为(　　)

A．e＝Emsin 2ωt
B．e＝2Emsin 2ωt

C．e＝2Emsin 4ωt
D．e＝4Emsin 2ωt
13.如图所示，理想变压器原线圈接一交流电源，副线圈回路中有一定值电阻R和两个小灯泡L1、L2，最初电键S是断开的，现闭合电键S，则(　　)


A． 副线圈两端电压变大
B． 灯泡L1变亮

C． 电流表A1示数变大
D． 电阻R中的电流变小
14.如图所示，一线圈在匀强磁场中匀速转动，经过图示位置时(　　)

A． 穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最大
B． 穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率最大
C． 穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率最小
D． 穿过线圈的磁通量最小，磁通量变化率最小
15.(多选)一个矩形线圈在匀强磁场中匀角速转动，产生交变电动势的瞬时表达式为e＝ 10sin 4πtV，则(　　)

A． 该交变电动势的频率为2 Hz
B． 零时刻线圈平面与磁场方向垂直

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100次
二、多选题
16.(多选)如图所示，甲、乙两图中用交流电源，丙、丁两图中用直流电源，各电路图中灯泡、电容器、电压表示数都相同，则下列说法正确的是(　　)


A． 灯L1比灯L2亮
B． 灯L3也能发光，但亮度最暗
C． 灯L2和L4亮度相同
D． 灯L4比灯L1亮
17.(多选)如图所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合开关S，下列说法正确的是(　　)

A．P向下滑动时，灯L变亮
B．P向下滑动时，变压器的输出电压不变
C．P向上滑动时，变压器的输入电流变小
D．P向上滑动时，变压器的输出功率变大
18.(多选)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为11∶2，原线圈两端的输入电压u＝220sin 100πt(V)，电表均为理想电表，滑动变阻器R接入电路部分的阻值为10 Ω.下列叙述中正确的是(　　)

A． 该交流电的频率为50 Hz
B． 电压表的读数为42V
C． 电流表的读数为4 A
D． 若滑动变阻器的滑片P向a端移动，电流表的读数变大
19.(多选)线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流电动势e＝10sin 20πt(V)，则下列说法正确的是(　　)

A．t＝0时，线圈平面位于中性面
B．t＝0时，穿过线圈的磁通量最大

C．t＝0.1 s时，交变电流将改变方向
D．t＝0.4 s时，e有最大值10V
20.(多选)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，电阻R＝22 Ω，各电表均为理想电表，副线圈输出电压的变化规律如图乙所示．下列说法正确的是(　　)



A． 输入电压的频率为100 Hz
B． 电压表的示数为220 V

C． 电流表的示数为1 A
D． 电阻R消耗的电功率是22 W
三、实验题
21.有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B，线圈外部还可以绕线．

(1)某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的A、B位置，由此可推断________线圈的匝数较多(选填“A”或“B”)．
(2)如果把它看成理想变压器，现要测定A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线、一只多用电表和低压交流电源，请简要叙述实验的步骤(写出要测的物理量，并用字母表示)________
A线圈的匝数为nA＝________.(用所测物理量符号表示)
四、计算题
22.如图甲左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R＝55 Ω，两电表为理想电流表和电压表，变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2＝2∶1，若原线圈接入如图乙所示的正弦交变电压．求


(1)交流电压的函数表达式；
(2)电流表的示数I.
五、填空题
23.钳型电流表的工作原理如图所示．当通有交流电的导线从环形铁芯的中间穿过时，与绕在铁芯上的线圈相连的电表指针会发生偏转．由于通过环形铁芯的磁通量与导线中的电流成正比，所以通过偏转角度的大小可以测量导线中的电流．日常所用交流电的频率在中国和英国分别为50 Hz和60 Hz.现用一钳型电流表在中国测量某一电流，电表读数为10 A；若用同一电表在英国测量同样大小的电流，则读数将是______A．若此表在中国的测量值是准确的，且量程为30 A；为使其在英国的测量值变为准确，应重新将其量程标定为________A.

24.如图所示电路，当在a，b两端加上直流电压时，L1正常发光，L2不亮；当a，b两端加上同样电压的交变电流时，L1发光亮度变暗，而L2正常发光．则A，B分别为________和________．( 可选择：电阻、电容器、电感线圈 )

25.某发电厂用2.2 kV的电压将电能输送到远处的用户，后改用22 kV的电压，在既有输电线路上输送同样的电功率，前后两种输电方式消耗在输电线上的电功率之比为________，要将2.2 kV的电压升高到22 kV，若变压器原线圈的匝数为180匝，则副线圈匝数应该是________匝.
26.(多选)如图所示，某变电站用10 kV的高压向10 km外的小区供电，输送的电功率为200 kW.现要求在输电线路上损耗的功率不超过输送电功率的2%，下列不同规格的输电线中，符合要求的是


27.有一正弦交流电源，如图所示，电压有效值U＝120 V，频率为f＝50 Hz，向一霓虹灯供电，若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为U0＝60V，试估算在一个小时内，霓虹灯发光时间为________ s.

六、简答题
28.如图所示，把两个没有导线相连的线圈套在同一个闭合铁芯上，一个线圈(原线圈)通过开关可以连接到交流电源或直流电源的两端，另一个线圈(副线圈)连到小灯泡上．连接电路，接通电源，小灯泡能发光．

(1)两个线圈并没有连接，小灯泡为什么会发光？
(2)小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压相等吗？


答案解析
1.【答案】D
【解析】由＝得，输出电压的最大值为36V，A选项错误；原、副线圈中电流之比＝＝，故B选项错误；理想变压器输入功率与输出功率相等，C错误；由图象易知D选项正确．
2.【答案】B
【解析】输出电压的最大值是110V，故A错误；负载的功率P＝UI＝110×W≈3.9 W，输入功率等于输出功率，故B正确；变压器原、副线圈匝数比等于电压之比220∶110＝2∶1，故C错误；负载电流的函数表达式i＝0.05sin 100πtA，故D错误．
3.【答案】D
【解析】由u－t图象可知，变压器原线圈所加交变电压的有效值U1＝200 V，将此值代入＝和＝，解得变压器输出端电压和电流分别为U2＝U1＝×200 V＝20 V，I2＝I1＝×1 A＝10 A，故变压器输出端所接电压表的示数为20 V，输出功率为P2＝U2I2＝20×10 W＝200 W，选项A、B错误；由u－t图象知交变电流的周期T＝0.02 s，故其频率f＝＝Hz＝50 Hz，选项C错误；由法拉第电磁感应定律可得U2＝n2，则副线圈处穿过每匝线圈的磁通量变化率的最大值为＝＝×Wb/s＝2Wb/s，选项D正确．
4.【答案】B
【解析】I＝＝A＝6×103A，A选项错误；U损＝IR＝6×103×5 V＝30 kV，B选项正确；P损＝I2R＝1.8×108W，η＝×100%＝94%，C选项错误；D选项，损失的功率大于输出的功率，显然是错误的．
5.【答案】C
【解析】由电流互感器知高压输电线中电流I＝1 000 A，由电压互感器知高压U＝220×103V，则高压输电线功率P＝UI＝2.2×108W.
6.【答案】D
【解析】设电线上的电阻为r，则设变化前为：P＝UI，电线上的消耗功率为ΔP＝I2r输送电压提高10倍，输送功率不变，所以电流变为I，则电线上消耗的功率变为ΔP′＝(I)2r＝I2r＝ΔP，故选D.
7.【答案】C
【解析】频率越大，电感线圈的感抗越大，电容器的容抗越小，所以，将电源的频率增大时，A灯变暗，B灯变亮．
8.【答案】C
【解析】在A、B间接入正弦交流电U1＝220 V，有：＝，得有效值U2＝40 V．而二极管的反向耐压值至少为U0，它是最大值，所以U0＝40V，Q为副线圈正中央抽头，则R两端电压为20 V，所以R消耗的热功率为P＝＝W＝20 W，故选C.
9.【答案】C
【解析】电表测量的是有效值，故I＝＝10 A，故A错误；由图可知T＝0.02 s，故频率为f＝＝50 Hz，故B错误；消耗的功率为P＝I2R＝102×10 W＝1 000 W，故C正确；角速度为ω＝＝100π rad/s该交流电流瞬时值表达式为i＝10sin 100πt(A)，故D错误．
10.【答案】D
【解析】由于发电机内部相对两磁极为表面呈半圆柱面形状，磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的轴向磁场，所以距转轴距离相等的各点磁感应强度大小相等，根据法拉第电磁感应定律可知回路中产生大小恒定的感应电动势，故A、B错误；当线圈转到竖直位置时，回路中感应电动势反向，所以C错误，D正确．
11.【答案】C
【解析】设发电厂输出功率为P，则输电线上损耗的功率ΔP＝P－P0，ΔP＝I2R＝，A、B错误．在输送功率一定的情况下，采用更高的电压输电，可以减小输电线上的电流，故可以减少输电线上损耗的功率，C正确．在输送功率一定的情况下，采用更高的电压输电，输电线上损耗的功率减少，故可提高输电的效率，D错误．
12.【答案】B
【解析】根据公式Em＝NBSω可得交流电的最大值变为原来的2倍，根据公式ω＝2πn可得角速度变为原来的2倍，故产生的感应电动势为：e＝2Emsin 2ωt，故选B.
13.【答案】C
【解析】理想变压器原、副线圈电压比等于匝数比，即＝，原线圈电源不变，原副线圈匝数不变，所以副线圈电压不变，选项A错．副线圈中，电键闭合后，总电阻变小，总电流变大，即通过电阻R中的电流变大，选项D错．即电流表A2示数变大，根据＝知I1变大，选项C对．副线圈两端电压不变，而电阻两端电压变大，则L1两端电压变小，灯泡L1变暗，选项B错．
14.【答案】A
【解析】由图可知线圈平面与磁感线平行，应处于垂直于中性面的位置，此时穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大，所以A正确．
15.【答案】AB
【解析】由瞬时表达式为e＝ 10sin 2πftV得，交变电动势的频率为2 Hz，A正确；零时刻电动势为零，磁通量最大，线圈平面与磁场方向垂直，B正确；t＝ 0.25 s时，e的瞬时值为零，C错误；频率2 Hz,1 s时间内，线圈中电流方向改变4次，D错误．
16.【答案】CD
【解析】电压表示数相同，说明交流电压的有效值相同．甲图中电容器与灯L1串联，电容器对电流有阻碍作用；乙图中电容器与灯L2并联，交变电流全部流过灯L2；丙图中电容器与灯L3串联且是直流电源，电容器隔直通交，所以没有电流流过灯L3，灯L3不亮；丁图中电容器与灯L4并联，电流全部流过灯L4.综合以上分析，C、D两项正确．
17.【答案】BD
【解析】由于理想变压器输入电压不变，则副线圈电压U2不变，滑片P滑动时，对灯泡两端的电压没有影响，故灯泡亮度不变，选项A错误；滑片P下滑，电阻变大，但副线圈电压由原线圈电压决定，则副线圈电压不变，选项B正确；滑片P上滑，电阻减小，副线圈输出电流I2增大，则原线圈输入电流I1增大，选项C错误；此时变压器输出功率P2＝U2I2将变大，选项D正确．
18.【答案】AC
【解析】根据原线圈两端输入电压的表达式可知，交流电的频率f＝＝Hz＝50 Hz，A正确；原线圈电压的有效值为U1＝220 V，由U1∶U2＝n1∶n2，得U2＝40 V，电压表的读数为40 V，B错误；电流表的读数为I＝＝4 A，C正确；若滑动变阻器的滑片P向a端移动，接入电路的电阻增大，而U2不变，电流表示数变小，D错误．
19.【答案】ABC
【解析】t＝0时刻，e＝0，所以此时磁通量变化率最小，磁通量最大，故位于中心面位置，A、B正确，t＝0.1 s时，e＝0，位于中心面位置，电流方向将发生变化，C正确，t＝0.4 s时，带入可得e＝0，D错误，故选A、B、C.
20.【答案】BD
【解析】由u－t图象知，电压的周期T＝2×10－2s，则频率f＝＝50 Hz，选项A错误；副线圈电压的有效值为22 V，故原线圈电压有效值为220 V，选项B正确；副线圈的电流有效值I2＝＝1 A，I1＝I2＝0.1 A，选项C错误选项D正确．
21.【答案】(1)A　(2)①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈；②把低压交流电源接B线圈，测得线圈的输出电压为U；③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈的输出电压为UA　n
【解析】(1)A　由题图乙可知A位置的阻值大于B位置的阻值，由电阻定律可得A线圈的匝数多于B线圈的．
(2)①用长导线绕一个n匝线圈，作为副线圈替代A线圈；②把低压交流电源接B线圈，测得线圈的输出电压为U；③用A线圈换下绕制的线圈测得A线圈的输出电压为UA.则nA＝n.
22.【答案】(1)u＝220sin 100πtV　(2)2 A
【解析】(1)由交流电规律可知u＝umsinωt，ω＝
代入图中数据可得u＝220sin 100πtV.
(2)根据理想变压器特点和欧姆定律有：＝，I＝，联立得：I＝2 A.
23.【答案】12　25
【解析】当导线中电流的频率由50 Hz变为60 Hz时，若导线中电流大小相同，则它在铁芯中产生的磁场的变化率增大为原来的1.2倍，导线中为10 A电流时示数为12 A；若电流表指针偏角相同，则线圈中的磁通量变化率相同，导线中电流应为原来的倍，故频率为50 Hz时，电流的量程为30 A，而频率为60 Hz时电流表的量程就成为25 A了．
24.【答案】电感线圈　电容器
【解析】电感线圈的作用是通直流阻交流，电容的作用是通交流隔直流．由题意叙述A应为电感线圈、B为电容器．
25.【答案】100∶1　1800
【解析】由于前后两次输送的电功率相等，则有IU＝I′U′，
所以＝＝，＝＝100，由变压器的原理：
＝，可得＝＝＝，所以n2＝1800匝．
26.【答案】CD
【解析】由P＝UI解得输电电流I＝＝20 A，输电线路上损耗的功率不超过P线＝200 kW×2%＝4 kW，由P线＝I2R，解得R＝10 Ω，由于输电线长度需要20 km，所以可以选择千米电阻0.5 Ω/km以下的型号DYD100/C或型号DYD150/C，符合要求的是选项C、D.
27.【答案】2 400
【解析】由正弦交流电的最大值与有效值U的关系得：Um＝120V
设t＝0时交流电的瞬时电压U＝0
则交流电的瞬时表达式为
U＝120sin 100πtV
画出一个周期内交流电的U－t图象如图所示，其中阴影部分对应的时间t1表示霓虹灯不能发光的时间，根据对称性，一个周期内霓虹灯不能发光的时间为4t1，

当U＝U0＝60V时，由上式得t1＝s，再由对称性求得一个周期内能发光的时间：t＝T－4t1＝s
再由比例关系求得一小时内霓虹灯发光的时间为：t＝×s＝2 400 s.
28.【答案】(1)当左边线圈加上交流电压时，左边线圈中就有交变电流，在铁芯中产生周期性变化的磁场，根据法拉第电磁感应定律知，在左、右线圈中都要产生感应电动势，右线圈作为电源给小灯泡供电，小灯泡就会发光．
(2)左、右线圈中每一圈上磁通量的变化率都相同，若左边匝数为n1，则U1＝E1＝n1.若右边匝数为n2，则U2＝E2＝n2，故有＝；若忽略左边线圈的电阻则有U1＝U电源，只要n1≠n2，小灯泡两端的电压与学生电源的输出电压就不相等．