2021年高中物理新人教版选择性必修第二册第三单元交变电流达标检测卷 卷一 解析版

此卷只装订不密封班级姓名此卷只装订不密封班级姓名准考证号考场号座位号物理（A）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(本题共12小题，每小题4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．下列图中线圈均匀速转动，其中不能产生正弦交变电流的是()【答案】A【解析】根据正弦交变电流产生的条件可知，A图中磁通量不变，无感应电流；而BCD图中均会产生正弦交变电流。2．某小型发电机产生的交流电动势为e＝50sin(100πt)V。对此电动势，下列表述正确的有()A．周期是0.02s B．频率是100HzC．有效值是25V D．最大值是50eq\r(2)V【答案】A【解析】由ω＝2πf＝100πrad/s得f＝50Hz，则T＝0.02s，A正确，B错误；从中性面开始计时，交流电动势的表达式e＝Emsinωt，因e＝50sin(100πt)V，则Em＝50V，有效值E＝eq\f(Um,\r(2))＝25eq\r(2)V，CD错误。3．如图所示，在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线框分别转到图甲、乙所示的位置，下列说法正确的是()A．t1时刻穿过线框的磁通量最大B．t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左C．t2时刻穿过线框的磁通量变化最快D．t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左【答案】B【解析】t1时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，根据楞次定律，通过电阻的电流方向从右向左，故A错误，B正确；t2时刻，穿过线框的磁通量最大，线框产生的感应电动势为零，电阻中的电流为零，故CD错误。4．如图所示，竖直长直导线通有向下的恒定电流，位于导线右侧的矩形线圈abcd可绕其竖直对称轴O1O2转动。线圈绕轴沿逆时针（沿轴线从上往下看）方向匀速转动，转动周期为T。从图示位置开始计时，下列说法正确的是()A．线圈中产生正弦式交流电B．0～eq\f(T,4)时间内，线圈中感应电流方向为abcdaC．t＝0时，线圈的磁通量最大，感应电动势也最大D．线圈每转动一周电流方向改变一次【答案】B【解析】磁场并非匀强磁场，线圈中产生的交流电不是正弦交流电，故A错误；由楞次定律可知0～eq\f(T,4)时间内，线圈转过90°角，此时线圈中感应电流方向为abcda，故B正确；由右手定则可知，直导线右侧的磁场方向垂直纸面向外，则t＝0时，线圈中的磁通量最大，磁通量的变化率最小，产生的感应电动势最小，故C错误；线圈每转动一周电流方向改变两次，故D错误。5．照明供电线路的路端电压基本上是保持不变的，可是我们在晚上七八点钟用电高峰开灯时电灯比深夜时要显得暗，这是因为此时()A．总电阻比深夜时大，干路电流小，每盏灯分到的电压就小B．总电阻比深夜时大，干路电流小，每一支路的电流就小C．总电阻比深夜时小，干路电流大，输电线上损失的电压大D．干路电流一定，支路比深夜时多，分去了一部分电流【答案】C【解析】总电阻减小，总电流增大，线路电路造成的电压损失ΔU＝IR线增大，电灯得到的电压减小，所以灯泡在七八点钟时显得要暗些。6．两个相同的电阻分别通以如图所示的正弦式交流电和方波形交变电流，两种交变电流的最大值相等，周期相等。则在一个周期内，正弦式交流在电阻上产生的焦耳热Q1与方波式交流在电阻上产生的焦耳热Q2之比等于()A．3∶1B．4∶3C．2∶1D．1∶2【答案】D【解析】正弦式交流电有效值U1＝eq\f(Um,\r(2))，所以Q1＝eq\f(U\o\al(2,1),R)T＝eq\f(U\o\al(2,m)T,2R)，方波形交流电的有效值U2＝Um，所以Q2＝eq\f(U\o\al(2,2),R)T＝eq\f(U\o\al(2,m)T,R)，所以Q1∶Q2＝1∶2，D项正确。7．教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的eq\f(1,2)，则()A．电压表V的读数变为eq\f(1,2)UB．电流表A的读数变为2IC．R消耗的功率变为eq\f(1,2)PD．通过R的交变电流频率不变【答案】A【解析】发电机线圈转速变为原来一半时，产生电动势的最大值和有效值均变为原来的一半，变压器匝数比不变，故副线圈上的电压表示数变为原来的一半，A正确；对负载电阻R，由P＝eq\f(U2,R)可得，R消耗的功率变为原来的eq\f(1,4)，即副线圈消耗的功率变为原来的eq\f(1,4)，故原线圈消耗的功率也变为原来的eq\f(1,4)，而原线圈电压变为原来的一半，故原线圈中的电流(电流表示数)变为原来的一半，B、C均错误；发电机线圈转速变为原来一半时，线圈转动的角速度变为一半，由f＝eq\f(ω,2π)可得交变电流的频率变为原来的一半，D错误。8．科学中心某款手摇点火器原理如图所示。当钢针和金属板间瞬时电压超过5000V时可以产生电火花。已知匀强磁场的磁感应强度B大小为0.2T，手摇发电机线圈的面积为0.25m2，共50匝，不计内阻。变压器为理想变压器，其原副线圈匝数比为1∶100。下列说法正确的是()A．线圈转速等于2r/s时，点火器可以产生电火花B．线圈转速等于4r/s时，点火器可以产生电火花C．电压表的示数为5V时，点火器可以产生电火花D．电压表的示数为25V时，点火器可以产生电火花【答案】B【解析】线圈在匀强磁场中转动产生交流电，设转速为n，则发电机的最大电动势Em=NBSω=NBS‧2πn，发电机的最大电动势等于变压器的输入线圈电压的最大值，U1m=Em，根据变压器两端的匝数比等于电压比，有，钢针和金属板间瞬时电压超过5000V时可以产生电火花，现令U2m=5000V，联立各方程解得U1m=50V，n=r/s≈3.18r/s，故线圈转速等于4r/s时，副线圈的电压最大值超过了5000V，能产生电火花，故A错误，B正确；电压表的示数为原线圈两端的电压有效值，刚点火时V，5V和25V均小于25eq\r(2)V，则不能达到点火电压，故CD错误。9．如图所示为电磁感应式无线充电的原理图，通过分别安装在充电基座和接收能量装置上的线圈，利用产生的磁场传递能量。当充电基座上的送电线圈通入按正弦规律变化的电流后，就会在邻近的受电线圈中感应出电流，最终实现为手机电池充电。在充电过程中，下列说法正确的是()A．送电线圈中电流产生的磁场呈周期性变化B．受电线圈中感应电流产生的磁场恒定不变C．送电线圈和受电线圈通过互感现象实现能量传递D．手机和基座无需导线连接【答案】ACD【解析】由于送电线圈输入的是正弦式交变电流，是周期性变化的，因此受电线圈中产生的磁场也是周期性变化的，A正确，B错误；根据变压器原理，原、副线圈是通过互感现象实现能量传递，因此送电线圈和受电线圈也是通过互感现象实现能量传递，C正确；手机与机座无需导线连接就能实现充电，D正确。10．为了减少输电线路中电力损失，发电厂发出的电通常是经过变电站升压后通过远距离输送，再经变电站将高压变为低压，某变电站将电压u0＝11000eq\r(2)sin100πtV的交流电降为220V供居民小区用电，则变电站变压器()A．原、副线圈匝数比为50∶1B．副线圈中电流的频率是50HzC．原线圈的导线比副线圈的要粗D．输入原线圈的电流等于居民小区各用电器电流的总和【答案】AB【解析】变压器的输入端电压U1＝11000V，由eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)得n1∶n2＝50∶1，A正确；变压器不改变交变电流的频率，故原、副线圈的频率都为f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，B正确；因原线圈匝数多，由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)知原线圈的电流小，所以原线圈的导线比副线圈的要细，C错误；各用电器电流之和应等于副线圈的电流，D错误。11．如图所示为理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流，则()A．保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大B．保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大C．保持及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗功率减小D．保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将减小【答案】BC【解析】保持U1不变，K合在a处，使P上滑，R增大，根据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，U2不变，根据I2＝eq\f(U2,R)，I2减小，根据eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，I1减小，A错误；保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，n1减小，根据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，U2增大，根据I2＝eq\f(U2,R)，I2增大，根据U1I1＝U2I2，I1将增大，B正确；保持及P的位置不变，K由b合到a时，n1增大，根据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，U2减小，根据P＝eq\f(U\o\al(2,2),R)，R消耗功率减小，C正确；保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，根据eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，U2增大，根据I2＝eq\f(U2,R)，I2增大，根据eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，I1将增大，D错误。12．如图所示，在远距离输电过程中，若保持原线圈的输入功率不变，下列说法正确的是()A．升高U1会减小输电电流I2B．升高U1会增大线路的功率损耗C．升高U1会增大线路的电压损耗D．升高U1会提高电能的利用率【答案】AD【解析】提高输电电压U1，由于输入功率不变，则I1将减小，又因为I2＝eq\f(n1,n2)I1，所以I2将减小，A正确；线路功率损耗P损＝Ieq\o\al(2,2)R，因此功率损耗也减小，由ΔU＝I2R可知电压损耗减小，B、C错误；因线路损耗功率减小，则利用率将升高，D正确。二、非选择题(本题共6小题，共52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)13．(4分)某同学选用匝数可调的可拆变压器来做“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验，变压器原线圈两端所接的电源应是电压为12V的低压________(选填“交流电源”或“直流电源”)。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”)。上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是________________(选填“控制变量法”“转换法”或“类比法”)。【答案】交流电源增大减小控制变量法【解析】变压器的工作原理是互感现象，故原线圈两端所接的电源应是电压为12V的低压交流电源；根据变压比公式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，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增大；根据变压比公式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，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；上述探究副线圈两端的电压与匝数的关系中采用的实验方法是控制变量法。14．(4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2A，电容器C的击穿电压为300V。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。【答案】2212.1【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2A，电压表的读数为eq\f(300,\r(2))V＝212.1V。15．(8分)有一个交流发电机产生的正弦交流电的电动势如图所示，试求：(1)当t＝eq\f(1,200)s时，该交流电动势的瞬时值；(2)当电动势的瞬时值为最大值的一半时，线圈平面与磁感线的夹角；(3)已知线圈面积为16cm2，共25匝，求匀强磁场的磁感应强度。【解析】(1)由题图可以写出该交流电动势的瞬时值表达式为e＝5sineq\f(2π,0.02)tV＝5sin100πtV当t＝eq\f(1,200)s时，电动势的瞬时值为e＝5sin(100π·eq\f(1,200))V＝5V。(2)当电动势的瞬时值为最大值的一半时，有2.5＝5sinθ所以sinθ＝0.5故线圈平面与磁感线之间的夹角为30°。(3)因为Em＝nBSω，ω＝100π所以B＝eq\f(Em,nSω)＝0.4T。16．(10分)一居民小区有440户，以前每户平均消耗电功率为100W，使用的区间变压器匝数比为165∶6，恰好能使额定电压为220V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250W，若变压器输入电压仍为6600V，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？【解析】未换时输电电流I＝eq\f(P总,U用)＝200A输送电压U2＝eq\f(n2,n1)U1＝240V由ΔU＝U2－U用＝IR线，得R线＝0.1Ω换变压器后I′＝eq\f(P总′,U用)＝500A线路电压损失ΔU′＝I′R线＝50V变压器输出电压U2′＝U用＋ΔU′＝270V变压器匝数比n1∶n2＝U1∶U2′＝220∶9。17．(12分)如图所示，理想变压器原线圈中输入电压U1＝3300V，副线圈两端电压U2＝220V，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＝2V。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＝5A，电流表A1的示数I1；(3)在(2)情况下，当开