选修3-2第五单元交变电流 单元双基精品试卷 (B）（含答案）

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2020-2021学年度高中物理单元双基精品试卷
选修3-2第五单元交变电流（B）
注意事项：
1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。
2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。
4．考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交。
一、选择题（本大题共10小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项是符合题目要求，第7～10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．根据交变电流瞬时值表达式i＝5sin 500t(A)可知，从开始计时起，第一次出现电流峰值所需要的时间是( )
A．2 ms B．1 ms C．6.28 ms D．3.14 ms
2．两种电压的波形如图所示，其中图甲表示电压按正弦规律变化，下列说法正确的是( )
A．图甲表示交变电流，图乙表示直流
B．两种电压的有效值都是311 V
C．图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝220sin 100πt(V)
D．以上说法都不对

3．如图甲为某小型发电机的原理示意图，此时线圈平面与磁场平行，正常工作时线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动，线圈电阻为r＝2 Ω，外电路电阻记为R＝5 Ω，若用电流传感器（图中未画出）记录通过R的电流如图乙所示，则以下说法正确的是( )

A．t＝0时，线圈位于图甲所示位置
B．线圈转动的角速度为20π rad/s
C．电流的有效值为10 A
D．发电机电动势的最大值为50 V
4．一种调光台灯电路示意图如图甲所示，它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度。给该台灯接220 V的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示，则此时交流电压表的示数为( )
A．220 V B．2202 V C． 110 V D．1102 V
5．如图所示为远距离输电示意图，其中T1、T2为理想变压器，输电线电阻可等效为电阻r，灯L1、L2相同且阻值不变。现保持变压器T1的输入电压不变，滑片P位置不变，当开关S断开时，灯L1正常发光。则下列说法正确的是( )

A．仅闭合开关S，灯L1会变亮
B．仅闭合开关S，r消耗的功率会变大
C．仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小
D．仅将滑片P上移，电流表示数会变大

6．如图所示，理想自耦升压变压器原线圈的匝数可通过滑片P1进行调节，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，两交流电流表为理想电表，原线圈接电压恒定的交流电源。要使两电流表示数均增大，且增大的倍数相同，下列操作一定能实现这一目的是( )

A．P1不动，P2上滑
B．P1不动，P2下滑
C．P1上滑，P2下滑
D．P1下滑，P2上滑
7．下列关于电容器的说法，正确的是 ( )
A．由于电容器的两个极板是断开的，所以所有的直流电都不能够通过电容器
B．交流电能够通过电容器，电容器对交流电无阻碍作用
C．电压相同的交变电流若周期不同，通过电容器受到的阻碍作用不同，周期越大阻碍越小
D．对于确定的电容器，交变电流通过时产生的容抗越小，说明交变电流的频率越大
8．为消除高压输电线上的冰凌，有人设计了这样的融冰思路：利用电流的热效应除冰。若在正常供电时，高压线上输电电压为U，电流为I，热耗功率为ΔP；除冰时，输电线上的热耗功率需要变为9ΔP，则除冰时(认为输电功率和输电线电阻不变)( )

A．输电电流为3I B．输电电流为9I
C．输电电压为3U D．输电电压为13U
9．在一阻值为R＝10 Ω的定值电阻中通入如图所示的交流电，则( )

A．此交流电的频率为0.5 Hz
B．此交流电的有效值约为3.5 A
C．在2～4 s内通过该电阻的电荷量为1 C
D．在0～2 s内电阻产生的焦耳热为25 J
10．理想变压器与三个阻值相同的定值电阻R1、R2、R3组成如图所示的电路，变压器原、副线圈的匝数比为1∶2。在a、b间接入正弦式交变电流，则下列说法正确的是( )

A．R1、R2、R3两端的电压之比为2∶1∶2
B．R1、R2、R3消耗的功率之比为4∶1∶4
C．a、b间输入功率与变压器输入功率之比为15∶2
D．a、b间输入电压与变压器输入电压之比为6∶1
二、非选择题(本题共6小题，共60分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。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)
11．(6分)如图所示，电表均为理想的交流电表，保险丝P的熔断电流为2 A，电容器C的击穿电压为300 V。若在a、b间加正弦交流电压，并适当地调节R接入电路中的阻值，使P恰好不被熔断，C恰好不被击穿，则电流表的读数为________A，电压表的读数为________V。


12．(8分)在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中，操作步骤如下：
①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；
②闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；
③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；
④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。
(1)以上操作的合理顺序是________(只填步骤前数字序号)；
(2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数n1＝1 600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；原线圈与副线圈对调后，当U1′＝8 V时，U2′＝32 V，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压U1、U2与线圈匝数n1、n2的关系是________。
13．(10分)如图所示，圆形线圈共100匝，半径为r＝0.1 m，在匀强磁场中绕过直径的轴OO′匀速转动，磁感应强度B＝0.1 T，角速度为ω＝300π rad/s，电阻为R＝10 Ω。

(1)线圈由图示位置转过90°时，线圈中的感应电流为多大？
(2)写出线圈中电流的表达式(磁场方向如图所示，图示位置为t＝0时刻)。
(3)线圈转动过程中产生的热功率多大？








14．(10分)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6600 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？








15．(12分)如图所示，理想变压器原线圈中输入电压U1＝3300 V，副线圈两端电压U2＝220 V，输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2，绕过铁芯的导线所接的理想交流电压表V的示数U＝2 V。求：

(1)原线圈的匝数n1；
(2)当开关S断开时，电流表A2的示数I2＝5 A，电流表A1的示数I1；
(3)在(2)情况下，当开关S闭合时，电流表A1的示数I1′。










16．(14分)风力发电作为新型环保能源，近年来得到了快速发展，如图所示的风车阵中发电机输出功率为100 kW，输出电压是250 V，用户需要的电压是220 V，输电线总电阻为10 Ω。若输电线因发热而损失的功率为输送功率的4%。

(1)画出此输电线路的示意图；
(2)求在输电线路中设置的升、降压变压器原、副线圈的匝数比；
(3)求用户得到的电功率。


物 理（B）答 案
一、选择题（本大题共10小题，每小题4分。在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项是符合题目要求，第7～10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．【答案】D
【解析】由已知条件有ω＝2πT＝500 rad/s，则T＝2π500 s，由表达式可知，从中性面开始计时，第一次出现电流峰值需Δt＝T4＝2π500×14 s＝π1 000 s＝3.14×10－3 s＝3.14 ms。（或：由交流电瞬时值表达式，当i为最大值时有sin ωt＝1，即500t＝π2，则t＝π1 000 s＝3.14×10－3 s＝3.14 ms。）
2．【答案】D
【解析】只要电流的方向发生变化，该电流就叫作交变电流，A错误；两种电压的最大值都是311 V，而非有效值，B错误；图甲中交变电流的周期为2×10－2 s，所以ω＝2πT＝100π rad/s，但是最大值是311 V，C错误，D正确。
3．【答案】A
【解析】t＝0时，感应电流最大，则线圈的位置为垂直中性面，A正确；由图乙可知，周期T＝0.2 s，则ω＝2πT＝10π rad/s，B错误；由图乙可知，电流的有效值I＝Im2＝5 A，C错误；发电机电动势的最大值Em＝Im(R＋r)＝70 V，D错误。
4．【答案】C
【解析】设电压的有效值为U，根据有效值定义有2·T2＝U2RT，解得U＝110 V，C正确。
5．【答案】B
【解析】闭合开关S，则消耗的功率增大，T2副线圈中电流增大，T2原线圈电流也增大，则r上损失的电压和消耗的功率增大，则T2输入电压减小，灯泡L1两端电压减小，故灯泡L1会变暗，A错误，B正确；仅将滑片P下移，T1副线圈匝数增大，则输出电压增大，T2的输入电压增大，灯泡电压也增大，消耗功率增大，则T1输入功率增大，原线圈电流增大，那么副线圈的电流也增大，故电阻r消耗的功率增大，C错误；同理仅将滑片P上移，T1副线圈匝数减小，则输出电压减小，T2的输入电压减小，灯泡电压也减小，消耗功率减小，则T1输入功率增大减小，原线圈电流减小，电流表示数会减小，D错误。
6．【答案】B
【解析】由理想变压器的变化规律有I1I2＝n2n1，可知当匝数比不变时，有。P1不动，则匝数比不变，又U1不变，根据U1U2＝n1n2，可知U2不变。当P2上滑时，R2增大，则I2减小，I1减小；反之当P2下滑时，R2减小，则I2增大，I1增大，故A错误，B正确。P1上滑、P2下滑或P1下滑、P2上滑时匝数比均发生了变化，不满足题意，故C、D错误。
7．【答案】AD
【解析】由于电容器两个极板是断开的，形不成闭合电路，所以直流电不能通过，A正确；交流电能够通过电容器的实质是电容器的充放电电荷在极板上聚集，对电流有阻碍作用，故B错误；根据交流电的频率越高，电容器对交流电的阻碍作用就越小，故C错误，D正确。
8．【答案】AD
【解析】高压线上的热耗功率ΔP＝I2R线，若热耗功率变为9ΔP，则9ΔP＝I′2R线，可得I′＝3I，A正确；输送功率不变，即P＝UI＝U′I′，得U′＝13U，D正确。
9．【答案】ABC
【解析】由题图可知，交流电的周期为2 s，故频率f＝1T＝0.5 Hz，A正确；根据有效值的定义，由I2RT＝I21RT2＋I22RT2＝250 J得，I＝3.5 A，B正确，D错误；在2～4 s内通过该电阻的电荷量为Q＝I2T2－I1T2＝1 C，C正确。
10．【答案】CD
【解析】理想变压器原、副线圈电压之比U1∶U2＝n1∶n2＝1∶2，电流之比I1∶I2＝n2∶n1＝2∶1。R2两端电压等于原线圈电压，R3两端电压等于副线圈电压，则UR2∶UR3＝U1∶U2＝1∶2；设R1＝R2＝R3＝R，则流过R2的电流，流过R3的电流，流过原线圈的电流I1＝2I2＝，则流过R1的电流，则R1两端电压UR1＝IR1R＝5U1，因此R1、R2、R3两端的电压之比UR1∶UR2∶UR3＝5∶1∶2，A错误；R1、R2、R3消耗的功率之比PR1∶PR2∶PR3＝UR12∶UR22∶UR32＝25∶1∶4，B错误；由于理想变压器本身不消耗能量，则a、b间输入功率与变压器输入功率之比为(PR1＋PR2＋PR3)∶PR3＝15∶2，C正确；a、b间输入电压与变压器输入电压之比为(UR1＋UR2)∶UR2＝6∶1，D正确。
二、非选择题(本题共6小题，共60分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。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)
11．(6分)
【答案】2 212.1
【解析】电阻R0和R串联接入交流电路中，通过保险丝的电流与通过电流表的电流相等；电容器与电阻R并联，故电容器两端的电压与R两端的电压相同。电压表的读数是电阻R两端电压的有效值，而电容器的击穿电压是加在电容器两端的交流电压的最大值，故电流表的读数为2 A，电压表的读数为3002 V＝212.1 V。
12．(8分)
【答案】(1)①③②④ (2)U1U2＝n1n2
【解析】(1)在该实验中，首先将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；再将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；最后将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。
(2)两线圈的匝数n1＝1 600，n2＝400，当将n1做原线圈时，U1＝16 V，副线圈两端电压U2＝4 V；当原线圈与副线圈对调后，U1′＝8 V时，U2′＝32 V，由以上数据可得：U1U2＝n1n2。
13．(10分)
【解析】(1)当从图示位置转过90°时，线圈中有最大感应电流。最大感应电动势为
Em＝NBSω＝100×0.1×π×0.12×300π V＝30 V
Im＝EmR＝3 A。
(2)由题意知i＝Imsin ωt
即i＝3sin 300πt(A)。
(3)感应电流的有效值I＝Im2＝32 A
发热功率P＝I2R＝32×10 W＝45 W。
(10分)
【解析】未换时输电电流I＝P总U用＝200 A
输送电压U2＝n2n1U1＝240 V
由ΔU＝U2－U用＝IR线，得R线＝0.1 Ω
换变压器后I′＝P总′U用＝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。
15．(12分)
【解析】(1)由电压与变压器匝数的关系可得
U1n1＝U2n2＝U
则n1＝1650匝。
(2)当开关S断开时，有U1I1＝U2I2
I1＝U2I2U1＝13 A。
(3)当开关S断开时，有RL＝U2I2＝44 Ω
当开关S闭合时，设副线圈总电阻为R′，有R′＝RL2＝22 Ω
副线圈中的总电流I2′＝U2R′＝10 A
由U1I1′＝U2I2′可知，I1′＝U2I2′U1＝23 A。
16．(14分)
【解析】(1)如图所示。

(2)输电线损失的功率P损＝P×4%＝4 kW
输电线电流I2＝P损R线＝20 A
升压变压器输出电压U2＝PI2＝5×103 V
升压变压器原、副线圈匝数比n1n2＝U1U2＝120
电压损失U损＝I2R线＝200 V
降压变压器原线圈两端电压U3＝U2－U损＝4800 V
降压变压器原、副线圈匝数比n3n4＝U3U4＝24011。
(3)用户得到的电功率P用＝P－P损＝96 kW。