2020-2021学年人教版物理选修3-2 交变电流 检测题 Word版含解析

交变电流
一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分．在每小题给出的四个选项中，第1～4题只有一项符合题目要求，第5～8题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得零分．)
1．(2020·海南校级模拟)下列说法正确的是(　　)
A．电视机铭牌上所标的“额定电压220 V”指的是交流电压的峰值
B．交流发电机是利用电磁感应的原理来工作的
C．在远距离输电中，采用高压输电的目的是为了增大输电线路中的电流
D．在高压输电中要用到变压器，变压器的铁芯中会产生感应电流——涡流，但这种涡流不会有热效应
【答案】B
【解析】用电器上表明的电压值与电流值都是有效值；“额定电压220 V”指的是交流电压的有效值，故A错误；交流发电机是利用电磁感应的原理来工作的，故B正确；在远距离输电中，采用高压输电的目的是为了减小输电线路中的电流，以减小电路中的损耗，故C错误；涡流都有热效应，在高压输电中要用到变压器，变压器的铁芯中会产生感应电流——涡流，所以在制作变压器时，要想办法减小涡流，故D错误．
2．矩形线框绕垂直于匀强磁场且沿线框平面的轴匀速转动时产生了交变电流，下列说法正确的是(　　)
A．当线框位于中性面时，线框中感应电动势最大
B．当穿过线框的磁通量为零时，线框中的感应电动势也为零
C．每当线框经过中性面时，感应电动势或感应电流方向就改变一次
D．线框经过与中性面垂直的位置时，各边不切割磁感线
【答案】C
【解析】线框位于中性面时，线框平面与磁感线垂直，穿过线框的磁通量最大，但此时切割磁感线的两边速度方向与磁感线平行，即不切割磁感线，穿过线框的磁通量的变化率等于零，所以电动势等于零，感应电动势或感应电流的方向在此时刻改变．线框垂直于中性面时，穿过线框的磁通量为零，切割磁感线的两边的速度与磁感线垂直，有效切割磁感线速度最大，此时穿过线框的磁通量的变化率最大，所以感应电动势最大，故C正确．
3．(2020·北京模拟)如图是一正弦式交变电流的电流i随时间t变化的图象．由图可知，这个电流的(　　)
A．有效值为10 A，频率为50 Hz B．有效值为10 A，频率为0.03 Hz
C．有效值为5 A，频率为50 Hz D．有效值为5 A，频率为0.03 Hz
【答案】C
【解析】从交变电流的电流i随时间t变化的图象可知，该交流电电流的最大值Im＝10 A，周期T＝0.02 s，则这个电流的有效值I＝＝A＝5 A，频率f＝＝50 Hz，C正确．
4．在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器．如图所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是(　　)
【答案】A
【解析】电流互感器应串联在需要测量的电流的线路中，且连电流表的线圈电流小，由＝知，电流小的线圈匝数多，故A正确．
5．(2020·广东广州模拟)如图为模拟远距离输电电路，两理想变压器的线圈匝数n1＝n4＜n2＝n3，A1、A2、A3为相同的理想交流电流表，当a、b端接入低压交流电源时，则(　　)
A．A1、A3的示数相等　　 B．A1、A2、A3的示数相等
C．A1的示数大于A2的示数 D．A2的示数小于A3的示数
【答案】ACD
【解析】根据变压器的规律知电流与匝数成反比，即＝，由题n1＜n2，故A1的示数大于A2的示数，故B错误，C正确．同理，A2的示数小于A3的示数，故D正确．由于I1＝I2，I3＝I2，结合题意可得I1＝I3，A正确．
6．(2020·四川模拟)如图甲所示为理想变压器，现将原线圈a接在电压u随时间t按如图乙所示正弦规律变化的交流电源上，将滑动变阻器滑片P置于图中所示位置．电压表V1、V2均为理想交流电表．现将滑动变阻器滑片P向右滑动一小段距离，与移动前比较，下列说法正确的是(　　)
A．电阻R1消耗功率减小 B．电压表V1的示数不变
C．电压表V2的示数减小 D．灯泡L变暗
【答案】AD
【解析】当滑片P向右滑动的过程中，导致总电阻变大，若电压不变，由欧姆定律得电流变小，输入功率等于输出功率P＝UI减小，原线圈电流减小，故R1分压减小，消耗的功率减小，原线圈分得的电压就会增大，匝数不变，副线圈电压也会增大，即V1示数增大，V2增大，故A正确，B、C错误；副线圈的电流减小，故灯泡L变暗，故D正确．
7．如图甲所示为电热毯电路示意图，交流电压u＝311sin(100πt) V，当开关S闭合时，电热丝的电功率为P0；当开关S断开时，加在电热丝上的电压如图乙所示，则(　　)
A．开关闭合时，交流电压表的读数为220 V
B．开关闭合时，交流电压表的读数为311 V
C．开关断开时，交流电压表的读数为311 V，电热丝功率为
D．开关断开时，交流电压表的读数为156 V，电热丝功率为
【答案】AD
【解析】交流电压表的读数为有效值，计算热功率要用有效值．开关接通时，交流电压峰值Um＝311 V，所以有效值U＝＝220 V，A正确；开关断开时，取一个周期T，电热丝产生的热量减半，所以由P＝，电热丝功率为，则P＝＝，电压有效值为U1＝156 V，电压表示数为156 V．故正确选项为A、D.
8．(2020·福建南平质检)如图所示，矩形线圈abcd与理想变压器原线圈组成闭合电路，线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，磁场只分布在bc边的左侧，磁感应强度大小为B，线圈面积为S，转动角速度为ω，匝数为N，线圈电阻不计．下列说法正确的是(　　)
A．将原线圈抽头P向上滑动时，灯泡变暗
B．电容器的电容C变大时，灯泡变暗
C．图示位置时，矩形线圈中瞬时感应电动势最大
D．若线圈abcd转动的角速度变为2ω，则变压器原线圈电压的有效值为NBSω
【答案】AD
【解析】矩形线圈abcd中产生交变电流；将原线圈抽头P向上滑动时，原线圈匝数变大，根据变压比公式＝，输出电压减小，故灯泡会变暗，故A正确；电容器的电容C变大时，容抗减小，故干路电流增加，灯泡变亮，故B错误；线圈处于图示位置时，是中性面位置，感应电动势的瞬时值为零，故C错误；若线圈转动角速度变为2ω，根据电动势最大值公式Em＝NBSω，最大值增加为2倍；有效值E＝，也变为2倍，即E＝NBSω，故D正确．
二、非选择题(本大题4小题，共52分．按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)
9．一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220 V的电压上，向额定电压为1.80×104 V的霓虹灯供电，使它正常发光．为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12 mA时，熔丝就熔断．
(1)熔丝的熔断电流是多大？
(2)当副线圈电路中电流为10 mA时，变压器的输入功率是多大？
【答案】(1)熔丝的熔断电流是0.98 A
(2)变压器的输入功率是180 W
【解析】(1)变压器输入功率等于输出功率U1I1＝U2I2
当I2＝12 mA时，I1为熔断电流．
代入数据，得I1＝0.98 A.
(2)P入＝P出＝U2I2＝1.80×104×10×10﹣3 W＝180 W.
10．一居民小区有440户，以前每户平均消耗电功率为100 W，使用的区间变压器匝数比为165∶6，恰好能使额定电压为220 V的用电器正常工作，现在因家用电器增加，每户平均消耗的电功率为250 W，若变压器输入电压仍为6 600 V，区间输电线路不变，为了使家用电器正常工作，需换用区间变压器，则此变压器的匝数比为多少？
【答案】220∶9
【解析】未换时输电电流I＝＝200 A
输送电压U2＝U1＝240 V
由ΔU＝U2－U用＝IR线，得R线＝0.1 Ω
换变压器后I′＝＝500 A
线路电压损失ΔU′＝I′R线＝50 V
变压器输出电压U2′＝U用＋ΔU′＝270 V
变压器匝数比n1∶n2＝U1∶U2′＝220∶9.
11．有一个10匝正方形线框，边长为20 cm，线框总电阻为1 Ω，线框绕OO′轴以10π rad/s的角速度匀速转动，如右图所示，垂直于线框平面向里的匀强磁场的磁感应强度为0.5 T．求：
(1)该线框产生的交变电流电动势最大值、电流最大值分别是多少？
(2)线框从图示位置转过60°时，感应电动势的瞬时值是多大？
(3)写出感应电动势随时间变化的表达式．
【答案】见解析
【解析】(1)交变电流电动势最大值为
Em＝NBSω＝10×0.5×0.22×10π V＝6.28 V，电流的最大值为Im＝＝ A＝6.28 A.
(2)线框转过60°时，感应电动势e＝Emsin 60°＝5.44 V.
(3)由于线框转动是从中性面开始计时的，所以瞬时值表达式为e＝Emsin ωt＝6.28sin 10πt V.
12．(2020·黑龙江大庆模拟)如图甲所示，理想变压器原线圈通有正弦式交变电流，副线圈接有3个电阻和一个电容器．已知R1＝R3＝20 Ω，R2＝40 Ω，原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈的输入功率为P＝35 W，已知通过R1的正弦交流电如图乙所示．求：
(1)原线圈输入电压；
(2)电阻R2的电功率；
(3)电容器C流过的电流．
【答案】(1)原线圈输入电压200 V
(2)电阻R2的电功率10 W
(3)电容器C流过的电流0.25 A
【解析】(1)由乙可知，通过R1的电流的最大值Im＝ A，则其有效值为：I1＝1 A，R1的电压U1＝1×20 V＝20 V；根据电压与匝数成正比知原线圈输入电压U＝10×20 V＝200 V.
(2)根据并联电路，支路电流与电阻成反比，I2＝0.5 A则R2的电功率P2＝IR2＝×40 W＝10 W.
(3)由题意可知，输出功率也为35 W，流过R3电流为I3＝－I1－I2＝ A＝0.25 A.