2021-2022人教版物理选择性必修二检测：第三章 交变电流 单元素养检测

单元素养检测（三）（第三章）

（90分钟100分）

一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。在每小题

给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1.如图所示，单匝闭合金属线框abed在匀强磁场中绕垂直于磁场的

轴00,匀速转动，设穿过线框的最大磁通量为①m,线框中产生的最

大感应电动势为Em,从线框平面与磁场平行时刻（图示位置）开始计

时，下列说法正确的是（）

'O'

A.线框转动的角速度为黑1

B.线框中的电流方向在图示位置发生变化

C.当穿过线框的磁通量为①m时，线框中的感应电动势为Em

D.若线框的转动周期减小一半，线框中的感应电动势也减小一半

选A。根据交变电流产生的原理可知，线框匀速转动产生的最大感应

p

电动势Em=nBSco,结合题干可得线框转动的角速度为肃，A正确；

Wm

题图位置感应电动势最大，电流方向的改变在电动势等于0的时刻，

B错误；当穿过线框的磁通量为①m时，线框中的感应电动势为0,C

错误；根据法拉第电磁感应定律可知，若线框的转动周期减小一半，

转动角速度变为原来的2倍，线框中的感应电动势变为原来的2倍,

D错误。

2.可调理想变压器原线圈与一台小型发电机相连,副线圈与灯泡L

可调电阻R、电容器C连成如图所示的电路。当副线圈上的滑片P

处于图示位置时,灯泡L能发光，要使灯泡变亮，可以采取的方法有

()

A.增大发动机的转速

B.将滑片P向下滑动

C.将可调电阻R阻值减小

D.增大电容器两极板间的距离

选Ao根据E=NBS(D,co=27m可得增大发动机的转速，则交流电源

的电压增大，副线圈两端的电压也增大，灯泡变亮，故A正确；滑

片P向下滑动，副线圈匝数减少，副线圈两端的电压减小，灯泡变暗,

故B错误；将可调电阻R阻值减小，副线圈两端电压不变，通过灯

泡的电流不变，故C错误；增大电容器两极板间的距离，即电容器C

的电容减小，容抗增大，通过灯泡的电流减小，灯泡变暗，故D错

误。

3.如图所示,一边长I-10cm，匝数N=100(匝)的正方形线圈abed

在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴00'匀速转动，磁感应强度B=

0.50T,线圈转动的角速度3=10兀rad/s，闭合回路中两只灯泡均能

发光。下列说法正确的是()

O'

A.从图中位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e=5jrcos(107Tt)

V

B.增大线圈转动的角速度3时，感应电动势的峰值Em不变

C.抽去电感器L的铁芯时，灯泡L2变暗

D.增大电容器C两极板间的距离时，灯泡L变亮

选A。由Em=NBSto可得感应电动势的最大值E,n=5兀V,由于从线

圈垂直于中性面开始计时，所以感应电动势的瞬时值表达式e=

Emcosa)t=5JTCOS(10M)V,故A正确；根据Em=NBSco可得增大线圈

转动角速度3时，感应电动势的峰值Em增大，故B错误；抽去电感

器L的铁芯时，即减小自感系数，电感器的感抗减小，流过灯泡L2

的电流增大，灯泡L2变亮，故C错误；增大电容器C两极板间的距

离时，根据C=黑可知电容器的电容C减小，则电容器的容抗增

大，流过灯泡L的电流减小，灯泡L,变暗，故D错误。

4.如图表示一交流电的电流随时间而变化的图像，此交流电的有效

值是（）

77

A.5^2AB.5AC.2V2AD.2A

选Bo该交变电流通过阻值为R的电阻1个周期的时间很P0.02s）内

所产生的热量为：

22

Q交二（4啦）XRX0.01+（3^/2）XRX0.01=50X0.01RO

直流电流I通过电阻R一个周期的时间（即0.02s）内产生的热量为Q

直=I2RX0.02。

由交流电的有效值定义得Q直二Q交，即

2

50X0.01R=IX0.02RO

则I=5A,即交变电流的有效值为5Ao

5.如图所示，M是理想变压器，电源电压U不变，当滑动变阻器的

滑片P向上移动时，示数发生变化的电表是（）

A.电流表A.B.都发生变化

C.电压表V1D.电压表V?

选A。副线圈电压不变，所接的电路按直流电路分析：电阻变小，电

流增大，而原线圈电压不变，电流随副线圈中的电流增大而增大。故

选Ao

6.在家用交流稳压器中，变压器的原、副线圈都带有滑动头，如图

所示。当变压器输入电压发生变化时，可上下调节PhP2的位置,

使输出电压稳定在220Vo现发现输出电压低于220V,下列措施不

正确的是（）

AR不动，将P2向上移

B.P2不动，将Pi向下移

C.将Pi向上移，同时P2向下移

D.将P向下移，同时P2向上移

选C。由变压器原、副线圈的电压比等于线圈匝数比怦=乎可知，

0202

输出电压低于220V,可以增加副线圈匝数或减少原线圈匝数，A、B、

D正确，C错误。

7.如图所示，理想变压器原线圈接u=22S\"sin1007rt（V）的正弦交流

电源，图中电流表内阻不计。副线圈接入“110V60W”灯泡一只，

且灯泡正常发光。下列说法正确的是（）

A.原线圈中的输入功率为3MW

B.通过灯泡的电流的频率为50Hz

c.电流表的示数为日MA

D.理想变压器原、副线圈匝数之比为2/:1

27r

选B。由P入=P出得P入=60W,A错误；交流电的周期T=.=

*s，故频率为50Hz,B正确；交流电的峰值Um=220^2V,则

其有效值U=拈=220V,由P=UI得1=谭=黑人=得A,C

错；由器4得言=no=2:1,D项错误。

8.如图所示电路中，已知交流电源电压u=200sinl0（hrtV,电阻R二

100Qo则电流表和电压表的示数分别为（）

A.1.41A,200VB.1.41A,141V

C.2A,200VD.2A,141V

选B。电流表和电压表显示的是有效值，即U=^=10072V=141

V；1=^=1.41A,故选项B正确。

二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题

给出的四个选项中，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。

9.如图所示为一自耦变压器，R为定值电阻，在c、d端输入电压

u,=311sin100M(V),所有电表均为理想电表，则以下说法正确的是

()

A.滑片P向a端移动，滑片Q不动，电压表示数减小

B.滑片P向b端移动，滑片Q下移，电流表示数减小

C.滑片P不动，滑片Q上移，电流表示数不变

D.滑片P不动，滑片Q上移或下移，电压表示数始终不变

选B、Do设原线圈匝数为n,,副线圈匝数为n2,原线圈两端电压为

U1,副线圈两端电压为U2,由忤=乎可得U2=詈U,滑片P向a

U2112ni

端移动，滑片Q不动，川减小，5、也不变，3增大，电压表测的

是副线圈两端的电压，示数增大，故A错误；滑片P向b端移动，

滑片Q下移，由U2=^U-U］、112不变，小增大，U2减小，副线圈

所在电路总电阻增大，副线圈中的电流减小，由表4可知，原线

11211

圈中的电流也减小，电流表示数减小，故B正确；滑片P不动，滑

片Q上移，U2不变，副线圈所在电路总电阻减小，电流增大，原线

圈电流增大，电流表示数增大，故C错误；滑片P不动，滑片Q上

移或下移，=：,Ui、n、112不变,U2不变,电压表示数始终

ni

不变，故D正确。

10.一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势e=220啦

5足100山丫，则（）

A.交流电的频率是1007rHz

B.t=0时，线圈位于中性面

C.交流电的周期是0.02s

D.t=0.05s时，e有最大值

选B、C。由瞬时值表达式可知：角速度co=100兀rad/s。感应电动势

是按正弦规律变化的，所以t=0时，线圈平面位于中性面。因3=2忒,

所以f=2=1，"Hz=50Hz,由T=［得T=*s=0.02s,当t

2K27rzf50

=0.05s时，e=

22Chj2sin5jrV=0,故B、C选项正确。

11.如图甲所示，电阻不计的N匝矩形闭合导线框abed处于磁感应

强度大小为0.2T的水平匀强磁场中，导线框面积为0.5n?。导线框

绕垂直于磁场的轴匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，原、副线

圈的匝数比为10:1,副线圈接有一滑动变阻器R,副线圈两端的电

压随时间的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是（）

A.闭合导线框中产生的交变电压的瞬时值表达式为u=10味sin

100t（V）

B•线框abed的匝数N=10

c.若滑动变阻器的滑片P向上移动，电流表的示数将减小

D.若导线框的转速增加一倍，则变压器的输出功率将增加一倍

选B、Co由题图乙可知，输出电压的最大值Um2=10V,周期为27rx

2JT.___

10-2s,角速度co=亍=100rad/s,输入端电压的最大值U,ni=10Um2

=100V,则闭合导线框中产生的交变电压的瞬时值表达式为u=

Umisincot=lOOsinlOOt

(V),故A错误；导线框输出电压的最大值Um)=NBSco=100V,解

得N=五黑而=1°，故B正确；理想变压器原、副线圈匝数不

变，输入电压不变，则输出电压不变，滑动变阻器的滑片P向上移动

时，接入电路的电阻增大，则输出电流减小，输入电流减小，电流表

示数减小，故C正确；若导线框的转速增加一!音，则线框产生交变

电压的最大值增加一!音，有效值增加一倍，输出电压的有效值也增加

一倍，则由P=巧可知，输出功率将变成原来的4倍，故D错误。

12.如图所示，在远距离输电过程中，若保持升压变压器原线圈的输

入功率不变，下列说法正确的是()

A.升高U,会减小输电电流12

B.升高U会增大线路的功率损耗

C.升高U会增大线路的电压损耗

D.升高5会提高电能的利用率

选A、D。提高输电电压Ui,由于输入功率不变，则I）将减小，又因

为b=£Ii,所以b将减小，故A对；线路功率损耗P损=匕R,因

此功率损耗在减小，电压损耗减小，故B、C错误；因线路功率损耗

减小，因此电能利用率将升高，故D对。

三、实验题：本题共2小题，共14分。

13.（6分）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中：

⑴原线圈中接入的电源是________；

A.220V交流电

B.学生电源12V以下直流输出

C.学生电源12V以下交流输出

⑵对于实验过程，下列说法正确的是_______O

A.为便于探究，应该采用控制变量法

B.因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸露的导线、接线柱

等检查电路

C.使用多用电表测电压时，先用中等量程挡试测，再选用恰当的挡

位进行测量

（1）“探究变压器的电压与匝数的关系”要用低压交流电源和交流电表,

所以不需要干电池，变压器是改变电压，因此为了人身安全，原线圈

两端只能使用低压交流电源，所用电压不超过12V,故A、B错误,

C正确。

(2)探究变压器原副线圈两端的电压与匝数的关系，为便于探究，应

该采用控制变量法，故A正确；实验通电时，用手接触裸露的导线、

接线柱等检查电路，这样无形之中，将人体并联到电路中，导致所测

数据不准确，故B错误；使用多用电表测电压时，先用最高量程挡

试测，再选用恰当的挡位进行测量，故C错误。

答案：(1)C(2)A

14.(8分)(1)某学生做探究变压器两个线圈的电压与匝数的关系实验

时，原线圈接在学生电源上，用多用电表测量副线圈两端的电压，下

列操作正确的是________O

A.原线圈接直流电压，多用电表用直流电压挡

B.原线圈接直流电压，多用电表用交流电压挡

C.原线圈接交流电压，多用电表用直流电压挡

D.原线圈接交流电压，多用电表用交流电压挡

(2)该学生继续做实验，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝

数，观察到副线圈两端的电压________(选填“增大”“减小”或“不变”)；

然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两

端的电压________(选填"增大“‘减小"或不变’)。上述探究中采用的

实验方法是_____________________O

⑴变压器的工作原理是互感现象，故原线圈接交流电压，输出电压

也是交流电压，故多用电表用交流电压挡，故A、B、C错误，D正

确。

(2)根据公式招=牛，保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，

U2112

观察到副线圈两端的电压增大；保持副线圈的匝数不变，增加原线圈

的匝数，观察到副线圈两端的电压减小；该探究采用的实验方法是控

制变量法。

答案：（1）D（2）增大减小控制变量法

四、计算题：本题共4小题，共46分。要有必要的文字说明和解题

步骤，有数值计算的要注明单位。

15.（8分）如图为一个小型交流发电机的原理图，其矩形线圈的面积为

S,共有n匝，线圈总电阻为r,可绕与磁场方向垂直的固定对称轴

00转动；线圈处于磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈在转动时可

以通过滑环和电刷保持与外电路电阻R的连接。在外力作用下线圈

以恒定的角速度（0绕轴OO匀速转动（不计转动轴及滑环与电刷的摩

擦）。

（1）推导发电机线圈产生的感应电动势最大值的表达式Em=nBSw；

⑵求线圈从图示位置转过90。时电流表的示数；

⑶求线圈转动N周过程中发电机线圈电阻r产生的焦耳热。

⑴设线圈ab边的边长为/）,be边的边长为12。当线圈平面与磁场方

向平行时，线圈中的感应电动势最大。

设此时ab边的线速度为v,则单匝线圈的ab边产生的感应电动势为

Ei=B/]V,

cd边产生的感应电动势为E2=B/iv,

n匝线圈产生的总感应电动势为

Em=n(Ei+E2)=2nB/iv,(1分)

由于v=cor=co]

有Em=2nB/ior5=nB/1/20)=nBSa)0(2分)

⑵线圈产生的感应电动势的有效值为E=送，

电路中电流的有效值1=工-,（1分）

R+r42（R+r）

即电流表的示数为平幽?o（1分）

2（R+r）

⑶线圈转动的周期丁2=兀今，

2兀

线圈转动N周的时间t=NT=Nx—,（1分）

根据焦耳定律，发电机线圈产生的焦耳热Q=Rt,（1分）

答案：⑴见解+析⑵亲鬻⑶噌篝

16.（8分）有一个电子元件，当它两端的电压的瞬时值高于u'=11OJ2

V时则导电，低于W=11即V时不导电，若把这个电子元件接到

220V,50Hz的正弦式交变电流的两端，则它在1s内导电多少次？

每个周期内的导电时间为多少？

由题意知，加在电子元件两端电压随时间变化的图像如图所示,

表达式为u=22072sincotVo（2分）

其中co=27rf,f=50Hz,T=；=0.02s,得

u=22Msin1OOMV。（2分）

在一个周期内，把u，=1V代入上述表达式得到

15八

tl=600s^t2=600黑刀）

所以每个周期内的导电时间为

41

S=

At=2（t2-ti）=^5o75S。（2分）

由所画的u-t图像知，一个周期内导电两次，

所以1s内导电的次数为n=2"=100o（1分）

答案：100次4s

17.（14分）如图所示，理想变压器原线圈输入电压为220V,副线圈

输出电压为36V,两只灯泡的额定电压均为36V,L额定功率为12

W,L2额定功率为6Wo试求：

⑴该变压器的原副线圈匝数比。

（2）两灯均工作时原线圈的电流以及只有L工作时原线圈中的电流。

⑴由变压比公式得

U；啜（2分）

S=¥=55:9（3分）

（2）两灯均工作时，由能量守恒得

Pi+P2=Uili（2分）

Pi+P212+6

I.=-=~^~A=0.082A（2分）

只有L,灯工作时，由能量守恒得

PI=UJI（2分）

p.I?

解得■=%=五5A=0.055A。（3分）

答案：⑴55:9（2）0.082A0.055A

18.（16分）水