人教版高中物理选择性必修第二册第三章《交变电流 》单元能力提升卷（解析版）

第三章交变电流能力提升卷班级___________姓名___________学号____________分数____________（考试时间：60分钟试卷满分：100分）注意事项：1．本试卷分第I卷（选择题）和第II卷（非选择题）两部分。答卷前，考生务必将自己的班级、姓名、学号填写在试卷上。2．回答第I卷时，选出每小题答案后，将答案填在选择题上方的答题表中。3．回答第II卷时，将答案直接写在试卷上。第Ⅰ卷（选择题共48分）一、选择题（共12小题，每小题4分，共48分。在每小题给出的四个选项中，第1～8题只有一项符合题目要求，第9～12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.（2020·北京市海淀区首师附中高三下学期入学考收）.A、B是两个完全相同的电热器，A通以图甲所示的交变电流，B通以图乙所示的交变电流，则两电热器的电功率之比PA∶PB等于A.2∶1B.1:1C.SKIPIF1<0∶1D.1∶2【答案】A【解析】虽然甲是交流电，但其有效值为I0，因为它的前半个周期与后半个周期的电流都是等大的；乙是正弦交流电，故它的有效值为SKIPIF1<0，则PA∶PB=（I0）2R：（SKIPIF1<0）2R=2:1，故选项A正确．2.（2021·四川省宜宾市叙州区一中高三上学期开学考试）某电站采用6000V的电压进行远距离输电，输送总功率为500kW，测得安装在输电线路起点和终点的电能表一昼夜读数相差4800kW·h，下列说法正确的是(　　)A.输送电流为12AB.用户得到的功率为400kWC.输电效率为60%D.输电导线的电阻为86.4Ω【答案】C【解析】A、输送电流为：SKIPIF1<0，故A错误；B、安装在输电线路起点和终点电能表一昼夜读数相差4800kWh，则损耗的功率：SKIPIF1<0，用户得到的功率是：500kW-200kW=300kW，故B错误；C、输电效率为：SKIPIF1<0，故C正确；D、由SKIPIF1<0的变形公式得：SKIPIF1<0，故D错误；故选C．3.（2021·四川省泸县一中高三上学期开学考试）一理想变压器原、副线圈的匝数比为100：1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头。则下列说法正确的是（　　）A.副线圈输出电压频率为50HzB.副线圈输出电压的有效值为3.1VC.P向左移动时，原、副线圈的电流比减小D.P向左移动时，变压器的输出功率增加【答案】A【解析】A．由图甲可知，周期为T=2×10－2s，频率SKIPIF1<0故A正确；B．由甲图可知，原线圈输入电压的最大值为310V，则其有效值为SKIPIF1<0=220V根据SKIPIF1<0解得副线圈输出电压的有效值为SKIPIF1<0V=2.2V故B错误；C．根据U1I1=U2I2所以SKIPIF1<0则P向左移动时，原、副线圈的电流比不变，故C错误；D．变压器的输出功率P2=SKIPIF1<0P向左移动时，电阻变大，变压器的输出功率减小，故D错误。故选A。4.（2020·北京市门头沟区高三下学期一模）如图6所示，一理想变压器，其原、副线圈的匝数均可调节，原线圈两端接一正弦交流电。为了使变压器输入功率增大，可以A．其它条件不变，使原线圈的匝数n1增加     B．其它条件不变，使副线圈的匝数n2减少C．其它条件不变，使负载电阻R的阻值减小D．其它条件不变，使负载电阻R的阻值增大【答案】C【解析】要使变压器的输入功率增大，则其输出功率，即电阻R上消耗的电功率需要增大，而负载电阻R是不变的，故需要通过增加其两端电压的方法增大它的电功率；由SKIPIF1<0可知，其它条件不变，使原线圈的匝数n1增加，会使U2减少，减小电阻R消耗的电功率，故选项A错误；其它条件不变，使副线圈的匝数n2减少，也会使U2减少，减小电阻R消耗的电功率，故选项B错误；其它条件不变，使负载电阻R的阻值减小，电流增大，由P=UI可得，负载的电功率增大，则输入的电功率也增大，选项C是正确的，D错误。5.（2020·北京市东城区高三下学期一模）在探究变压器的线圈两端电压与匝数的关系时，某同学分别在可拆变压器的铁芯上绕制了两个线圈，如图所示，线圈a连接到学生电源的交流输出端，线圈b与小灯泡相连接。两线圈的电阻均可忽略不计。闭合电源开关，他发现小灯泡发光很微弱。为了适当提高小灯泡的亮度，下列方法可行的是abA．适当减少线圈a的匝数B．适当减少线圈b的匝数C．将交流输出电压适当减小D．将线圈a改接在直流输出端【答案】A【解析】为了适当提高小灯泡的亮度，即增大变压器的副线圈的电压，我们可以这样想问题，因为变压器的规律是SKIPIF1<0，所以U2=SKIPIF1<0，看来减小线圈a的匝数可以，因为减小a的匝数就是减小n1，选项A正确；适当减少线圈b的匝数n2则不可以，选项B错误；将交流输出电压U1适当减小也不行，选项C错误；将线圈a改接在直流输出端更不行，因为直流电不能在副线圈产生电流，选项D错误。6.（2020·山东省泰安市高三下学期三模）在图甲所示电路中，理想变压器原、副线圈的匝数之比为10:1，电阻R1、R2的阻值分别为5Ω、6Ω，电压表和电流表均为理想电表。若接在变压器原线圈的输入端的电压如图乙所示（为正弦曲线的一部分），则下列说法正确的是（　　）A.电压表的示数为25.1VB.电流表的示数为1AC.变压器的输入功率为SKIPIF1<0D.变压器的输出功率为11W【答案】D【解析】A．根据电流的热效应，有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0根据SKIPIF1<0可得副线圈两端的电压为SKIPIF1<0A错误；B．副线圈中电流为SKIPIF1<0根据SKIPIF1<0电流表示数为SKIPIF1<0B错误；C．变压器的输入功率为SKIPIF1<0C错误；D．变压器的输出功率为SKIPIF1<0D正确。故选D。7.（2020·山东省济南市上学期高三期末）.理想变压器连接灯泡和滑动变阻器的电路如图所示，M、N端连接一个稳压交流电源，三个灯泡L1、L2和L3接入电路中发光，当滑动变阻器的滑片P向上移动时，下列说法正确的是（）A.灯泡L1变亮，L2变暗B.灯泡L1、L2都变亮C.灯泡L2、L3都变亮D.电源输出功率减小【答案】B【解析】ABC．设MN两端稳压交流电源的电压有效值为U，原线圈两端的电压为U1，电流为I1，副线圈两端的电压为U2，电流为I2，原副线圈的匝数比：SKIPIF1<0，灯泡的电阻都为R，根据欧姆定律，可得副线圈两端的电压为：SKIPIF1<0根据SKIPIF1<0得原线圈两端的电压为：SKIPIF1<0根据SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0根据欧姆定律，可得L1两端的电压：SKIPIF1<0则稳压交流电源的电压为：SKIPIF1<0当滑动变阻器的滑片P向上移动时，其电阻减小，则R并电阻减小，所以总电阻减小，而稳压交流电源的电压U不变，所以电流I2变大，则L2变亮；原线圈的电流SKIPIF1<0也增大，所以L1变亮，其两端的电压变大，所以原线圈两端的电压减小，则副线圈两端的电压减小，而L2的电压变大，所以L3与滑动变阻器并联部分的电压减小，所以L3变暗，B正确，AC错误；D．因为原线圈的电流增大，稳压交流电源的电压不变，根据P=UI1可知电源输出功率增大，D错误。故选B。8.（2020·江苏省苏北四市高三上学期期末）.如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，电阻55Ω，电流表、电压表均为理想电表。原线圈A、B端接入如图乙所示的正弦交流电压，下列说法正确的是A.电流表的示数为4.0AB.电压表的示数为155.6VC.副线圈中交流电的频率为50HzD.穿过原、副线圈磁通量的变化率之比为2∶1【答案】C【解析】AB．理想变压器的原线圈接入正弦交流电，由u-t图像读其最大值为SKIPIF1<0，可知有效值为SKIPIF1<0根据理想变压器的电压比等于匝数比，可得副线圈两端的电压：SKIPIF1<0由欧姆定律可知流过电阻的电流：SKIPIF1<0所以，电流表的示数为2A，B电压表的示数为110V，故AB均错误；C．因交流电的周期为0.02s，频率为50Hz，变压器不改变交流电的频率，则副线圈的交流电的频率也为50Hz，故C正确；D．根据理想变压器可知，原副线圈每一匝的磁通量相同，变化也相同，则穿过原、副线圈磁通量的变化率相同，比值为1:1，故D错误；故选C。9.（2021·四川省泸县四中高三上学期开学考试）如图所示，B为理想变压器，接在原线圈上的交流电压U保持不变，R为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表。开关闭合前灯泡L1上的电压如图，当开关S闭合后，下列说法正确的是（　　）A.电流表A1的示数变大B.电流表A2的示数变小C.电压表V的示数大于220VD.灯泡L1的电压有效值小于220V【答案】ACD【解析】A．当S接通后，电路的总电阻减小，总电流变大，而变压器的匝数比不变，所以原线圈中的电流增大，电流表A1的示数变大，故A正确；B．当S接通后，电路的总电阻减小，副线圈总电流变大，电流表A2的示数变大，故B错误；C．根据图像可知，开关闭合前灯泡L1上的电压为220V，故电压表的示数为副线圈总电压，大于220V，闭合开关后，输入电压和匝数不变，电压表示数仍大于220V，故C正确；D．开关闭合后，总电阻减小，干路电流增大，故电阻分的电压增大，灯泡L1的电压减小，小于220V，故D正确。故选ACD。10.（2020·湖南省怀化市高三上学期期末）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SKIPIF1<0不变，闭合电建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，变压器的输入电流减小D.P向上滑动时，变压器的输出功率变大【答案】BD【解析】A．由于理想变压器输入电压不变，则副线圈电压SKIPIF1<0不变，滑片P滑动时，对灯泡电压没有影响，故灯泡亮度不变，则选项A错误；B．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，故选项B正确；C．滑片P上滑，电阻减小，电流SKIPIF1<0增大，则原线圈输入电流SKIPIF1<0也增大，故选项C错误；D．此时变压器输出功率SKIPIF1<0将变大，故选项D正确．11.（2020·湖北省荆门市高三元月调考）如图所示，固定平行的长直导轨M、N放置于匀强磁场中，导轨间距L=1m，磁感应强度B=5T,方向垂直于导轨平面向下，导体棒与导轨接触良好，驱动导体棒使其在磁场区域运动，速度随时间的变化规律为v=2sin10πt(m/s)，导轨与阻值为R=9Ω的外电阻相连，已知导体棒的电阻为r=1Ω，不计导轨与电流表的电阻，则下列说法正确的是A.导体棒做切割磁感线运动，产生频率为5Hz的正弦交流电B.导体棒产生的感应电动势的有效值为10VC.交流电流表的示数为0.5AD.0～SKIPIF1<0时间内R产生的热量为0.45J【答案】AD【解析】AB．据题意，速度变化规律为v=2sin10πt（m/s），则产生的电动势为E=BLv=10sin10πt（V）即产生频率为SKIPIF1<0的正弦交流电；电动势峰值为Em=10V，则导体棒电动势的有效值SKIPIF1<0D故A正确，B错误；C．电流表示数SKIPIF1<0故C错误；D．交流电的周期：SKIPIF1<0=0.2s在SKIPIF1<0内电阻R上产生热量SKIPIF1<0故D正确。故选AD．12.（2020·河南省洛阳市高三一模）有一个原副线圈匝数比为10：1的理想变压器，如图所示，原线圈所接交流电源的电压瞬时值表达式为u=300SKIPIF1<0sin50πt（V）副线圈所接电路如图所示，灯L1、L2为均标有“20V.10W”的灯泡，当S闭合时，两灯恰好正常发光。则（　　）A.电阻R=10ΩB.流过R的交流电的周期为0.02sC.断开S后，原线圈的输入功率减小D.断开S后，灯L1仍能正常发光【答案】AC【解析】A．原线圈所接交流电压的有效值U1=SKIPIF1<0V=300V，根据变压比可知，副线圈两端电压U2=SKIPIF1<0=30V灯泡正常发光，则电阻R两端电压为10V，流过的电流I2=SKIPIF1<0A=1A，根据欧姆定律可知R=SKIPIF1<0=10Ω故A正确。B．输入电压的角速度ω=50πrad/s，则周期T=SKIPIF1<0=0.04s，则流过R的交流电的周期为0.04s，故B错误。C．断开S后，副线圈电阻增大，根据欧姆定律可知，电流减小，故输出功率减小，则输入功率减小，故C正确。D．断开S后，灯泡L1两端电压增大，不能正常发光，故D错误。故选AC。第II卷（非选择题共52分）二、填空题（满分16分）13．闭合线圈在匀强磁场中匀速转动，转速为240r/min，若线圈平面转至与磁场方向平行时的电动势2V，则从中性面开始计时，所产生的交流电动势的表达式为e=V，电动势的峰值为V，从中性面起经s，交流电动势的大小为V．【答案】2sin（8πt）；2；1【解析】试题分析：从中性面开始其表达式为正弦值，根据e=Emsinωt可求得瞬时值；根据Em=NBSω求解最大值；根据表达式代入时间可求瞬时电动势大小．解：由题可知，电动势的最大值为：Em="2"V，又ω=2πn=2π×rad/s="8π"rad/s从中性面开始计时，所以瞬时值表达式为：e=Emsinωt="2sin"8πt（V）当线圈平面与磁场平行时，感应电动势最大，电动势的峰值为：Em="2"V．当t=s时，有：e=2sin8V="1"V故答案为2sin（8πt）；2；114．用电压U和kU通过相同距离相同材料的输电线向用户输送同样的电能，若要求输电线损失的功率相同，则前后两种情况输电线的横截面积之比为_________，若采用同样粗细的输电导线输电，则前后两种情况下输电导线上损失的功率之比为_________．【答案】k2︰1，k2︰1【解析】试题分析：根据SKIPIF1<0知，SKIPIF1<0，输电线上损耗的功率SKIPIF1<0，因为输送电压之比为SKIPIF1<0，损耗功率和输送功率相等，则电阻之比为SKIPIF1<0，根据电阻定律得，SKIPIF1<0，则横截面积之比为SKIPIF1<0．若采用同样粗细的输电导线输电，则输电线的电阻相同，输送电压之比为SKIPIF1<0，根据SKIPIF1<0知，输送电流之比为k：1，根据SKIPIF1<0知，损失的功率之比为SKIPIF1<0．三、解答题（满分36分，其中15题10分，16题12分，17题14分，每小题需写出必要的解题步骤，只有答案不得分）15．如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的左端接一只小灯泡，线圈所在空间内存在与线圈平面垂直且均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n＝100匝、总电阻r＝1.0Ω、所围成矩形的面积S＝0.040m2，小灯泡的电阻R＝9.0Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBmSSKIPIF1<0cosSKIPIF1<0t，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化.求：(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的0～SKIPIF1<0时间内，通过小灯泡的电荷量.【答案】(1)8.0V(2)2.88W(3)4.0×10－3C【解析】(1)由题图乙知，线圈中产生的交变电流的周期T＝π×10－2s，所以：Em＝nBmSSKIPIF1<0＝8.0V.(2)电流的最大值：SKIPIF1<0，有效值：SKIPIF1<0A，小灯泡消耗的电功率：P＝I2R＝2.88W.(3)在0～SKIPIF1<0时间内，电动势的平均值：SKIPIF1<0平均电流：SKIPIF1<0通过灯泡的电荷量：Q＝SKIPIF1<0＝4.0×10－3C.16.一小型发电站通过升压、降压变压器把电能输给用户，已知发电机的输出功率为500kW，路端电压为500V，升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶5，两变压器间输电线的总电阻为1.5Ω，降压变压器的输出电压为220V，不计变压器能量损耗，求：(1)升压变压器的副线圈两端电压；(2)输电导线上的功率损失；(3)降压变压器原、副线圈的匝数比；(4)用户得到的功率．【答案】(1)2500V(2)60kW(3)10:1(4)440kW【解析】（1）升压变压器的副线圈两端电压U2=SKIPIF1<0U1=5×500V=2500V（2）输电导线上的电流：SKIPIF1<0输电导线上的功率损失：△P=I2R=2002×1.5=60000W   （3）输电线上的电压损耗：△U=IR=200×1.5=300V     降压变压器原线圈的电压：U3=U2-U=2500-300=2200V    降压变压器原、副线圈的匝数比：SKIPIF1<0       （4）用户得到的功率：P4=P1-△P=500×103W-60000W=440000W=440KW17.交流发电机的原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴SKIPIF1<0匀速转动.一个小型发电机的线圈共220匝,线圈面积S=0.1m2,线圈转动的频率为100Hz,线圈内阻不计,磁场的磁感应强度SKIPIF1<0，为了用此发电机发出的交流电带动两个标有“220V11kW”的电动机正常工作,需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器,电路如图所示．求:(1)发电机的输出电压;(2)变压器原、副线圈的匝数之比;(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数。【答案】（1）2200V；（2）10：1；（3）10A【解析】（1）线圈转动产生的电动势最大值为Em=NBSω=1100SKIPIF1<0V由于线圈内阻不计，则输出电压就等于电动势，得输出电压的有效值为U1=SKIPIF1<0=1100V（2）由变压器原副线圈的关系SKIPIF1<0得SKIPIF1<0⑶根据P入=P出=2.2×104W再根据P入=U1I1解得I1=20A