2025年人教版高中物理选择性必修第二册第3章学业质量标准检测试卷及答案

第三章学业质量标准检测

本卷分第I卷（选择题）和第II卷（非选择题）两部分。满分：100分，时间：75分钟。

第I卷（选择题共40分）

一、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1〜

6小题只有一个选项符合题目要求，第7〜10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4

分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分）

1.一个单匝矩形线框的面积为S,在磁感应强度为3的匀强磁场中，从线圈平面与磁场

垂直的位置开始计时，绕与磁场垂直的轴匀速转动，转速为〃转/秒，则（）

A.线框交变电动势的最大值为

B.线框交变电动势的有效值为gmcBS

C.从开始转动经过:周期，线框中的平均感应电动势为2/1BS

D.感应电动势瞬时值为e=y[2rniBSsin2mit

答案：B

解析：线框交变电动势的最大值为Em=BSco=2rniBS,产生的感应电动势瞬时值为e=

2nnBSsinIrmt,故A、D错误；该线框交变电动势的有效值为石=母=表"JLBS,故B正确；

线框中的平均感应电动势为£=等=4〃35,故C错误。

2.（2024.浙江高二开学考试）如图甲和图乙为两个发电机设备与外接电路，两者仅电刷样

式不同，其他部件均完全相同，线圈以相同的角速度在匀强磁场中旋转，从图示位置（该位置

线圈平面与中性面垂直）开始计时，在一个周期T的时间内，下列说法错误的是（）

A.两图中，R两端的电压有效值、流过R的电流有效值大小相等

B.在0〜11时间内，两者流过R的电荷量相等

C.在《〜（时间内，两者流过R的电流方向相同

D.在0〜T时间内，两者电阻H上产生的焦耳热相等

答案：c

解析：根据题意可知，图甲产生的是正弦交流电，图乙中，由于电刷的原因，线圈中电流

方向不变，大小随时间正弦变化；由于两图中部件均完全相同，线圈以相同的角速度在匀强磁

场中旋转，则感应电动势的最大值相同，R两端的电压有效值、流过R的电流有效值大小相等,

在0〜（时间内，两者流过R的电荷量相等，在0〜T时间内，两者电阻R上产生的焦耳热相等,

故A、B、D正确；由图示位置开始转动，两图电流方向相同，在/=（时，图甲线圈中电流方

向改变，图乙线圈中电流方向不变，故C错误。

3.一个匝数为100匝、电阻为0.5。的闭合线圈处于某一磁场中，磁场方向垂直于线圈

平面，从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图所示规律变化。则线圈中产生的交变电流的有效值

为（）

A.5^2AB.2小A

C.6AD.5A

答案：B

解析：由题图可知，0〜1s内线圈中产生的感应电动势大小Ei=J^=100X平V=1

V,1〜1.2s内线圈中产生的感应电动势大小E2=J^=100X鹄V=5V,由电流的热效应

172p2

有万T=AM+A/2,联立并代入数据解得I=2y[5A,故A、C、D错误，B

KKv

正确。

4.（2024.山东济南一模）如图所示时端接入电压恒定的正弦交流电，其中电表均为理想电

表，变压器为理想变压器，导线电阻不计。将滑动变阻器&的滑片P向下滑动过程中（）

h

A.及两端电压不变B.电流表示数减小

C.电压表示数增大D.凡消耗的电功率增大

答案：D

解析：将滑动变阻器心的滑片P向下滑动过程中，可知滑动变阻器接入电路的阻值减小，

则副线圈总电阻减小，把变压器和副线圈全部负载看成一个等效电阻，则等效电阻减小，根据

欧姆定律可得/1=万*，可知原线圈电流/1增大，则R两端电压增大，原线圈输入电压Ui

十K等

减小，根据岩=言，与=/，可知副线圈输出电压。2减小，副线圈电流/2增大，及两端电压减

小，电流表示数增大，故A、B错误；由于通过及的电流减小，则通过夫4的电流增大，岛消

耗的电功率增大；由于以两端电压增大，则夫3两端电压减小，即电压表示数减小，故C错误，

D正确。

5.（2024河北一模）如图所示，面积为S、匝数为N的矩形线框在磁感应强度为5的匀强

磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，通过滑环向理想变压器供电，灯泡Li、L2、L3

均正常发光。已知Li、L2、L3的额定功率均为P,额定电流均为/,线框及导线电阻不计，不

考虑电流变化对小灯泡电阻的影响，则下列说法正确的是（）

A.理想变压器原、副线圈的匝数比为1：2

B.线框在图示位置时，穿过线框的磁通量变化率最小

C.若把副线圈上的小灯泡L2去掉，则灯泡L3将变亮

D.线框转动的角速度为潟

答案：D

解析：由于三个灯泡功率相同，额定电流相同，且均正常发光，根据原副线圈中电路的串

并联特点可知2/1=/2,而原副线圈匝数比等于电流的反比，可得手=牛=*故A错误；图示

m111

位置，线圈中的磁通量为零，但此位置线圈中磁通量的变化率最大，故B错误；若把副线圈

上的小灯泡L2去掉，则副线圈回路中的总电阻增大，电流减小，灯泡L3将变暗，故C错误；

线圈转动产生的感应电动势的最大值为Em=NBSO，根据P1=P2可知，原线圈的功率为2P,

线框转动提供的总功率为3P,则线圈转动时输出电压的有效值。=亍，而根据最大值与有效

值之间的关系。=关，联立可得①=是焉,故D正确。

6.（2023•山东省潍坊高二下学期检测）如图所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发

电机输出电压随时间变化的图像，则（）

A.用户用电器上交流电的频率是100Hz

B.发电机输出交流电的电压有效值是500V

C.输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定

D.当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小

答案：D

解析：由M—t图像知，发电机的频率/=50Hz,选项A错误；交流电压有效值为。=哭

V=250V2V,选项B错误；输电线的电流由输送功率和输送电压共同决定，选项C错误；当

用户用电器的总电阻增大时，其电流将减小，输电线损失功率也减小，选项D正确。

7.如图，M为半圆形导线框，圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON;

两导线框在同一竖直面（纸面）内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，

磁场方向垂直于纸面向里。现使线框M、N在/=0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面且

过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则（）

XXXXXXX

XXXXXXX

XX°MXXX°NXX

A.两导线框中均会产生正弦交流电

B.两导线框中感应电流的周期都等于T

C.在/=（时，两导线框中产生的感应电动势相等

O

D.两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等

答案：BC

解析：导线框的半径匀速旋转切割磁感线时产生大小不变的感应电流，故A错误；两导

线框产生的感应电流的周期与线框转动周期相同，故B正确；在1r=（时，两导线框切割磁感

线的导线长度相同，且切割速度大小相等，故产生的感应电动势相等，均为故c

正确；两导线框中感应电流随时间变化的图像如下图所示，故两导线框中感应电流的有效值不

相等，故D错误。故选BC。

BR2a^h,BR2公

8.（2024.江西高二阶段练习）如图所示，一台交流发电机E通过理想升压变压器T1和理想

降压变压器T2向远处的用户供电，输电线的总电阻为R;T1的输入电压和输入功率分别为U1

和P1,它的输出电压和输出功率分别为。2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为。3和P3,

C.02—。3=丁D.S—。3=丁

答案：BC

解析：根据题意输电线上损失的电压为AU=U2-U3=IR,输电线的电流为/=?=?，

U2U3

P2RP%R

联立解得1=亍厂，故B、C正确。

（72（73

9.如图甲为电能输送示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数比为

1：100,其输入电压如图乙所示。输电线的总电阻为100Q。降压变压器原、副线圈匝数比为

100：1,其副线圈接一火警报警系统，其中R为定值电阻，及为热敏电阻，当温度升高时，

及阻值变小。电压表V可显示加在报警器上的电压（报警器未画出）。未发生火情时，升压变压

器的输入功率为750kW。下列说法中正确的是（）

A.未发生火情时，降压变压器副线圈输出的电压为311V

B.未发生火情时，输电线上损耗的功率为90kW

C.当及所在处发生火情时，Ri两端电压变大

D.当史所在处发生火情时，电压表V的示数变大

答案：BC

解析：未发生火情时，由乙图可知，升压变压器的输入电压有效值为Ui=250V,由变压

器电压与匝数关系可得皴=言，解得升压变压器的输出电压为。2=25000V,又尸=。2/2,解

得输电线上的电流为h=30A,输电线上的电压损失和功率损失分别为△U=72R=3000V,AP

=/27?=90kW,降压变压器输入电压为。3=02—AU=22000V,又华=竽，代入数据解得，

降压变压器的输出电压为。4=220V,故A错误，B正确；当及所在处发生火情时，由于温

度升高，&阻值减小，Ri、&所在回路电流增大，由欧姆定律可知，Ri两端电压增大，输入

端电压Ui不变升=手，因此。2也不变，而。3=5—可知线路损耗电压变大，

因此。3变小，则由母=竽，可知。4变小，R1两端电压变大，因此此两端电压减小，故电压

（J4几4

表V的示数变小，故C正确，D错误。

10.如图甲所示为某品牌漏电保护器，其内部结构及原理如图乙所示，虚线框内为漏电检

测装置，可视为理想变压器，其中原线圈由入户的火线、零线在铁芯上双线并行绕制而成，副

线圈与控制器相连。当电路发生漏电时，零线中的电流小于火线，从而使副线圈中产生感应电

流，通过控制器使线路上的脱扣开关断开，起到自动保护的作用。若入户端接入z/=311sin

100MV）的交变电流，则（）

誓

入户端切W口用电器

开关

火线

控

・⑥・制?xcuxmr

Hawi

甲乙

A.入户端接入的交变电流方向每秒变化100次

B.当用电器发生短路时，该漏电保护器会切断电路

C.没有发生漏电时,通过副线圈的磁通量始终为0

D.没有发生漏电时,通过副线圈的磁通量随原线圈中电流的增加而增加

答案：AC

2兀1一

解析：根据公式可知T=—s,对于正弦交流电来说，一个周期电流方向变两次，所

以入户端接入的交变电流方向每秒变化100次，故A正确；当无漏电时，火线和零线中的电

流等大反向，在副线圈中的磁通量始终为零，副线圈中不产生感应电流，故D错误，C正确;

当用电器发生短路时，火线和零线中的电流等大反向，该漏电保护器不会切断电路，故B错

误。

第II卷（非选择题共60分）

二、填空题（本题共2小题，共14分。把答案直接填在横线上）

11.（6分）（2024.河南高二阶段练习）晓宇学完变压器的工作原理后，利用如图甲所示的可

拆卸变压器探究变压器原、副线圈的电压与匝数的关系。请回答下列问题:

（1）变压器的工作原理是（）

A.电流的磁效应

B.通电导线间的相互作用

C.电磁感应现象

⑵探究时，变压器原线圈的接线柱应接在学生电源的（填“直流”或“交流”）

接线柱上。

(3)晓宇同学组装好变压器，原线圈接“0”“16”，副线圈接“0”“4”，将交流电压表的旋钮置

于交流挡10V处，并将交流电压表接在原线圈两端，示数如图丙所示，则副线圈输出电压的

理论值为；而考虑到实际，副线圈输出电压的实际值可能为。

A.0VB.1.8V

C.1.5VD.28.8V

(4)由以上分析可知，该变压器为降压变压器，如果该变压器可视为理想变压器，则变压

器的原线圈应用(“较粗”或“较细”)的导线。

答案：(1)C⑵交流(3)BC(4)较细

解析：(1)变压器的工作原理是电磁感应现象，故C正确。

(2)本实验需要用到的是交流电源，可用学生电源交流输出挡，所以应接在学生电源的交

流接线柱上。

(3)由于交流电压挡量程为10V,则电压表的读数为7.2V,又由题意可知，原副线圈的匝

数比为由变压器的工作原理手=兴可得副线圈输出电压的理论值为。2=L8V，故B

m1mUi

正确；考虑到实际，变压器在正常工作时应有能量损失，则有卷有，解得副线圈输出电压的

实际值为。2<1.8V,故C正确。

(4)理想变压器的输入功率等于输出功率，因为是降压变压器，所以副线圈的电压小于原

线圈的电压，而功率又相等，所以副线圈的电流大于原线圈的电流，为了减少功率损失，根据

电阻定律可知副线圈应用较粗的铜导线绕制，故应将较细的线圈作为原线圈。

12.(8分)(2024.上海黄浦高二期末)在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验

中，可拆变压器结构如图所示：

Ua/V1.802.803.80

Ub/N4.006.018.02

(1)变压器的铁芯，它的结构和材料是;(填字母)

A.整块硅钢铁芯B.整块不锈钢铁芯

C.绝缘的硅钢片叠成D.绝缘的铜片叠成

(2)如上中图所示，电源输出端与变压器原线圈的连接方式正确的是(选填“甲”

或“乙”)；使用多用电表测量电压时，应将选择开关置于挡。

(3)用匝数为=400匝和侬=800匝的变压器，实验测量数据如上表所示，根据测量数据可

判断原线圈匝数为(填“400”或“800”)，实验数据中电压比与匝数比不严格相等，主要

原因是O

答案：(1)C(2)乙交流电压(3)800电变压器不是理想变压器

解析：(1)观察变压器的铁芯，它的结构是绝缘的硅钢片叠成，故C正确。

(2)电源输出端应是交流电，故选择乙的连接方式；使用多用电表测量电压时，应将选择

开关置于“交流电压”挡。

(3)观察发现，”总是略小于女的一半，考虑变压器不是理想变压器，有漏磁现象，故

”是原线圈电压，根据变压比可知，原线圈匝数为800匝。

三、论述、计算题(本题共4小题，共46分。解答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.(10分)(2024.北京通州高三期末)如图所示，交流发电机的矩形金属线圈MNKL的边

长MN=KL=a,ML=NK=b,匝数为〃，线圈电阻为「，在磁感应强度为3的匀强磁场中绕

垂直于磁场的00,(ML和NK边中点连线)轴以角速度o匀速转动，线圈的两个末端分别与两

个彼此绝缘的铜环E、网集流环)焊接在一起，并通过电刷与阻值为R的外电路定值电阻连接,

电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计，当线圈平面与磁场方向平行时，从该时刻

开始计时。

ES

~~:

■0,

(1)写出感应电动势e随时间/变化的表达式；

(2)经过土周期，求：

a.通过电阻R的电荷量q；

b.线圈转动过程中电阻R上产生的热量。。

e心nBab

合案：(l)e=nBcoabcoscot

Tm2B2coa2b2R

b,4(7?+r)2

解析：(1)感应电动势的最大值Em=〃5oS=〃5①出

当线圈平面与磁场方向平行时开始计时，则感应电动势e随时间/变化的表达式6=£„185

cot=nBcoabcosst。

(2)a.经过1周期，

—A⑦Bab

E=。7=公，

E_

R+厂，q-IA?)

nBab

通过电阻尺的电荷量q=R+r'

b.电动势有效值E=岩坐〃Bcoab,

线圈转动过程中电阻R上产生的热量。=［昌2r*1,

mrB2coa2b2R

解得Q=

4(7?+r)2

14.(10分)如图甲所示，一个电阻为R的金属圆环放在磁场中，磁场与圆环所在的平面垂

直，穿过圆环的磁通量随时间变化的图像如图乙所示，图中的最大磁通量观和变化的周期T

都是已知量。求:

(1)在一个周期T内金属环中产生的热量;

⑵交变电流的有效值；

(3)在一个周期T内通过金属环某一横截面的电荷量。

答案：(1)鬻(2)2^?°(3)0

解析：(1)0〜(时间内，感应电动势为昂=等=半=华,

4

中人上＞、/rEl46

感应电力IL为11=9=RT，

T37TTT37

2〜彳时间内，感应电动势、感应电流大小同0〜I内的相同，4〜1及丁〜T时间内感应电

动势、感应电流为0,则一个周期内产生的热量为Q=27?Rt=嗡。

(2)由有效值的定义有。=嚼=产断

可得交变电流的有效值为［=24鲁。

一四

_EA/A

(3)通过金属环某一横截面的电荷量为q=IA?=-^-A?=-^-Az=-^-,

由于一个周期T内穿过金属环的磁通量变化△◎=(),所以通过金属环某一横截面的电荷

量也为0。

15.(12分)(2024.烟台高二期末)为了减少火电站中煤的燃烧对大气的污染，要大力发展水

电站。现有一水力发电站的发电机组设计为：水以oi=4m/s的速度流入水轮机后以s=lm/s

的速度流出，已知流出水位比流入水位低10m,水流量Q=2n?/s,水轮机效率为75%,发电

机效率为80%o然后利用如图所示的高压输电线路将发电机输出的电能输送给用户，变压器均

为理想变压器，在输电线路上接入一个电流互感器，其原副线圈的匝数比为1：10,电流表的

示数/i=4.3A,输电线的总电阻R=10C,用户两端的电压为220V。已知水的密度为p=

1.0X103kg/m3,重力加速度为g=10m/s?。求：

升压变压器R降压变压器

⑴该发电机组的输出电功率；

⑵升压变压器的输出电压；

(3)用户得到的功率及降压变压器的原副线圈匝数比。

257

答案：(1)129kW(2)3000V(3)110510W方

解析：(1)经时间/，参与发电的水损失的机械能,

E=mgh+^m(m—vi)=