2018-2019苏州外国语学校高二物理选修3-2交变电流测试卷
时间90分钟满分 100分
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题（本大题共7小题，共21.0分）
如图所示，有一矩形线圈面积为S，匝数为N，总电阻为r，外电阻为R，接触电阻不计．线圈绕垂直于磁感线的轴OO′以角速度w匀速转动，匀强磁场的磁感应强度为B．则（ ）
A. 当线圈平面与磁感线平行时，线圈中电流为零
B. 电流有效值
C. 电动势的最大值为
D. 外力做功的平均功率
如图所示，为一交流电的电流随时间而变化的图象，此交流电流的有效值是（ ）
B. 
C. 
D. 10A
如图甲所示，甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律如图乙所示．发电机线圈内阻为1Ω，外接灯泡的电阻为9Ω恒定不变，则下列说法中正确的为（ ）
A. 电压表的示数为6V
B. 通过电阻的电流方向1秒钟改变50次
C. 在
时刻，穿过线圈的磁通量最大
D. 产生该交变电流的线圈在磁场中匀速转动的角速度为
如图所示，交流电流表A1、A2、A3分别与平行板电容器C、带铁芯的线圈L 和电阻R串联后接在同一个交流电源上，三个电流表各有不同的读数。下列说法正确的是( )
A. 增大电源频率，
读数增大
B. 增大电源频率，
读数增大
C. 抽去线圈中的铁芯，读数增大
D. 增大电容器两极板之间的距离，
读数增大
一自耦变压器如图所示，原线圈接人一电压不变的交变电源，副线圈中接有定值电阻R1和光敏电阻R2（R2的阻值随光照强度增强而减小）。电压表均可视为理想交流电表，下列说法中正确的是（ ）
A. 仅降低光照强度，
、
的示数均增大
B. 仅降低光照强度，、的示数均减小
C. 仅将滑动触头从N点逆时针旋转到M点，、的示数均增大
D. 仅将滑动触头从N点逆时针旋转到M点，、的示数均减小
如图甲所示，匝数n1:n2＝1:2的理想变压器原线圈与水平放置的间距l＝1m的光滑金属导轨相连，导轨电阻不计，处于竖直向下、磁感应强度为B＝1T的匀强磁场中，副线圈接阻值R＝2Ω的电阻，与导轨接触良好的电阻r＝1Ω、质量m＝0.02kg的导体棒在外力F的作用下运动，其速度随时间接图乙所示(正弦图线)规律变化，则( )
A. 电压表的示数为3V
B. 电路中的电流方向每秒钟改变5次
C. 电阻R实际消耗的功率为
D. 在
的时间内外力F做功
在变电所，经常要用交流电表去检测电网上的强电流，使用的仪器是电流互感器，下列图中能正确反映其工作原理的是（）
A. 
B. 
C. 
D. 
二、多选题（本大题共5小题，共20.0分）
图甲为交流发电机的原理图，正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO′匀速转动，电流表为理想交流电表，线圈中产生的交变电流随时间的变化如图乙所示，则( )
线圈转动的角速度为
B. 电流表的示数为10A
C. 时线圈平面和磁场平行 D. 时线圈的磁通量变化率为0
如图，理想变压器原.副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是（ ）
A. 原，副线圈匝数之比为
B. 原，副线圈匝数之比为
C. 此时a和b的电功率之比为 D. 此时a和b的电功率之比为
如图所示为一理想变压器，原副线圈的匝数比为n：1．原线圈接电压为u＝U0sinωt的正弦交流电，输出端接有一个交流电流表和一个电动机，电动机的线圈电阻为R．当输入端接通电源后，电动机带动一质量为m的重物匀速上升，此时电流表的示数为I，重力加速度为g，下列说法正确的是（ ）
A. 电动机两端电压等于IR
B. 原线圈中的电流为
C. 重物匀速上升的速度为
D. 电动机发热的功率为
如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd电阻为r，外电路的电阻为R，ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B，若线圈从图示位置开始，以角速度ω绕OO′轴匀速转动，则（ ）
A. 当线圈转到图示位置时，线圈中产生的感应电动势
B. 线圈转过
时，感应电流为
C. 线圈转过过程，流过R的电荷量为
D. 线圈转动一周的过程中，外力所做的功
如图(a)所示，理想变压器原副线圈匝数比n1∶n2＝55∶4，原线圈接有交流电流表A1，副线圈电路接有交流电压表V、交流电流表A2、滑动变阻器R等，所有电表都是理想电表，二极管D正向电阻为零，反向电阻无穷大，灯泡L的阻值恒定．原线圈接入的交流电压的变化规律如图(b)所示，则下列说法正确的是（ ）
A. 交流电压表V的读数为
B. 灯泡L两端电压的有效值为
C. 当滑动变阻器的触头P向上滑动时，电流表示数减小，示数增大
D. 由图
可知交流发电机转子的角速度为
三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）
如图所示，A、B、C为三个相同的灯泡，a、b、c为与之串联的三个元件，E1为直流电源，E2为交流电源．当开关S接“1”时，A、B两灯均正常发光，C灯不亮；当开关S接“2”时，A灯仍正常发光，B灯变暗，C灯正常发光．由此可知：a元件应是______；b元件应是______；c元件应是______（从电阻，电感器，电容器中选）
有一个教学用的可拆变压器，如图甲所示．它有两个外观基本相同的线圈A、B，
线圈外部还可以绕线．
（1）某同学用一多用电表的同一欧姆挡先后测量了A、B线圈的电阻值，指针分别对应图乙中的a、b位置，由此可推断______线圈的匝数较多（选填“A”或“B”）
（2）如果把它看成理想变压器，现要测量A线圈的匝数，提供的器材有：一根足够长的绝缘导线，一只多用电表和低压交流电源，请简要叙述实验的步骤（写出要测的物理量，并用字母表示）．______
（3）A线圈的匝数为nA=______（用所测物理量符号表示）
四、计算题（本大题共3小题，共41.0分）
1897年，举世闻名的“尼亚加拉”水电站在美丽的尼亚加拉瀑布建成．尼亚加拉水电站采用了特斯拉发明的交流电供、输电技术，用高压电实现了远距离供电．若其中某一发电机组设计为：发电机最大输出功率为P＝100 kW，输出电压为U1＝250 V，用户需要的电压为U2＝220 V，输电线电阻为R＝10 Ω，若输电线中因生热而损失的功率为输送功率的4%.
(1)求在输电线路中设置的升压变压器的原、副线圈匝数比
(2)求降压变压器的最大输出电流I2.(保留整数)
一种自行车有能向车头灯供电的小型交流发电机,如图为其结构示意图。图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定转轴上的矩形线框,转轴过bc边中点,与ab边平行，它的一端有一半径r0=1.0 cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图乙所示当车轮转动时，自行车车轮与摩擦小轮无相对滑动，因摩擦而带动小轮转动,从而使线框在磁极间转动，使线圈中产生正弦交变电流，给车头灯供电。已知自行车车轮半径r=35 cm，线圈有n=800匝，线圈横截面积S=20 cm2，总电阻R1=40 Ω。磁极在线圈处产生的磁场可视为匀强磁场，其磁感应强度大小为B=0.01 T，车头灯电阻R2=10 Ω。当车轮转动的角速度ω=8 rad/s时，求：（1）发电机磁极转动的角速度；（2）车头灯中电流的有效值（结果保留两位有效数字）。
在磁感应强度为1T的匀强磁场中有一匝数为10匝的矩形线圈ABCD,如图所示,其绕OO′轴以线圈的转速
匀速转动.AB=20cm，BC=25cm，线框总电阻为r=1Ω，定值电阻阻值为R=9Ω，从图示位置开始计时。
(1)写出t时刻整个线圈中的感应电动势e的表达式.
(2)线框转过30∘，R上流过的电荷量为多少?
(3)当转过30∘时，电流表的示数为多少?
答案和解析
1.【答案】D
【解析】
解：A、当线圈平面与磁感线平行时，磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，线圈中电流不为零，故A错误；
B、根据Em=NBSω得感应电动势最大值是NBSw，所以感应电动势有效值U=
，
所以电流有效值I=
，故B错误，C错误；
D、根据能量守恒得：外力做功的平均功率等于整个电路消耗的热功率，
所以外力做功的平均功率P=I2（R+r）
解得：
，故D正确；
故选：D。
根据Em=NBSω求解感应电动势最大值．根据电动势的最大值与有效值的关系求解电流有效值．
根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律和电流的定义式求解外力做功的平均功率．
对于交变电流，求解热量、电功和电功率用有效值，而求解电量要用平均值．注意磁通量与线圈的匝数无关．
2.【答案】B
【解析】
【分析】
根据有效值的定义求解．取一个周期时间，将交流与直流分别通过相同的电阻，若产生的热量相同，直流的电流值，即为此交流的有效值。
求交流电的有效值，往往根据电流的热效应，由有效值的定义求解，中等难度。
【解答】
设交流电电流的有效值为I，周期为T，电阻为R。
则I′2RT=
R
+
=75RT
解得：I′=
故选B。
3.【答案】C
【解析】
解：A、感应电动势的有效值
，电压表测量的是小灯泡两端的电压
，故A错误；
B、交变电流的周期T=0.02s，一个周期电流方向改变2次，1s内电流方向改变
次，故B错误；
C、在0.01s时刻，感应电动势为0，线圈处于中性面，穿过线圈的磁通量最大，故C正确；
D、产生该交变电流的线圈在磁场中匀速转动的角速度为
，故D错误；
故选：C
根据图象求出感应电动势的有效值，电压表测量的是灯泡两端的电压，由欧姆定律求电压表的示数；每个周期电流方向改变两次；磁通量最大时电动势为零，磁通量为零时电动势最大；根据
求角速度．
明确交流电图象的物理意义，正确根据图象获取有关交流电的信息是对学生的基本要求，平时要加强练习．
4.【答案】C
【解析】
解：A、电阻的电阻值与交流电的频率无关，所以频率变大，电路中的电流不变，A3示数不变，故A错误；
B、交流电的频率变大，线圈的感抗变大，电流减小，所以A2数将减小，故B错误；
C、抽去线圈中的铁芯，线圈的感抗变小，A2读数增大，故C正确；
D、增大电容器两极板之间的距离，电容器的电容减小，对交流电的阻碍作用增大，所以电流减小，A1读数减小，故D错误。
故选：C。
当交变电流的频率变化时，线圈的感抗与电容器的容抗均发生变化，由感抗容抗与频率的关系分析电流表示数的变化，当将线圈中的铁芯抽去或改变电容器极板间的距离后，分析电感与电容的大小变化，进而分析电流表示数的变化。
此题考查电容、电感对交变电流的影响，也就是容抗、感抗与交变电流的关系。当交变电流的频率变大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小。
5.【答案】C
【解析】
【分析】
本题主要考查了变压器的特点电压与匝数成正比，明确串并联电路中电压与电阻的关系即可判断。
变压器原副线圈中的电压与线圈的匝数成正比，当线圈匝数、输入电压不变时，输出电压不变，结合串并联电路的特点即可判断。
【解答】
AB.据题意，输入电压不变，根据变压器原副线圈的电压值比等于线圈的匝数之比，可知电压表V1的示数不变，当降低光照强度时R2的阻值变大，根据串并联电路的特点可知，V2示数增大，故AB错误；
CD.仅将滑动触头从N点逆时针旋转到M点，副线圈的匝数增加，副线圈两端的电压增大，由于输入电压不变，根据变压器原副线圈的电压值比等于线圈的匝数之比可知V1增大，在副线圈中电阻不变，电流增大，可知V2示数增大，故C正确，D错误。
故选C。
6.【答案】D
【解析】
【分析】
导体棒的速度作正弦规律变化，产生正弦式交变电流，由
得到感应电动势瞬时表达式，求出感应电动势最大值，由
求解；根据变压器的规律求出副线圈两端电压的有效值，由欧姆定律求解电流的有效值，即可得到两个电表的读数，并分析电表读数与频率的关系，根据焦耳定律求解电阻
上产生的热量。
本题是电磁感应与变压器规律的综合，关键要掌握法拉第电磁感应定律、欧姆定律和变压器的规律，知道交流电表测量有效值，求热量应该用有效值。
【解答】
A.
，
，故电源电动势为
，电动势的有效值为E=
，设原线圈的电压为
，副线圈的输出电压为
，原线圈的电流为
，副线圈的输出电流为
，则对原线圈构成的回路由闭合电路欧姆定律有
，由变压器的工作原理可知
、
，对副线圈构成的回路，由欧姆定律有
，由以上式子可解得
，故A错误；
B.交变电流的频率为
，每个周期内电流方向改变
次，故每秒钟内电流方向改变
次，故B错误；
C.电阻两端电压
，副线圈电流
，原线圈电流
，所以电阻实际消耗的功率
，故C错误；
D.在
时间内，电路产生的电热
，根据能量守恒得
，故
，D正确。
故选D。
7.【答案】C
【解析】
【分析】
原理是依据电磁感应原理。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成，它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。
电流互感器的接线应遵守串联原则；按被测电流大小，选择合适的变化，否则误差将增大。
【解答】
由理想变压器的原副线圈的电流之比可知，电流与匝数成反比，则电流互感器应串连接入匝数较少的线圈上，故C正确,ABD错误。
故选C。
8.【答案】BD
【解析】
【分析】
由乙图可知交流电最大值、周期，从而得到交流电的有效值，明确转动过程中磁通量和感应电动势的变化情况。
本题考查了交流电的图象，由图象分析线圈转动时磁通量和感应电动势的变化情况。
【解答】
A.由乙图可知，交流电的周期为：
，则其角速度为：
，故A错误；
B.由乙图可知，交流电的最大电流为：
，由于电流表的示数为有效值，则示数为：
，故B正确；
CD.在0.01s时线圈中的感应电流为0，则穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为0，故线圈平面与磁场方向垂直，故D正确，C错误。
故选BD。
9.【答案】AC
【解析】
解：AB、灯泡正常发光，则其电压均为额定电压U，则说明原线圈输入电压为9U，输出电压为U；则可知，原副线圈匝数之比为：9：1：故A正确；B错误；
CD、根据公式
可得
，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P=UI可得两者的电功率之比为1：9；故C正确，D错误；
故选：AC。
根据灯泡电压与输入电压的关系可明确接在输入端和输出端的电压关系，则可求得匝数之比；根据变压器电流之间的关系和功率公式可明确功率之比．
本题考查变压器原理，要注意明确输入电压为灯泡两端电压与输入端电压之和，从而可以确定输入端电压；则可求得匝数之比．
10.【答案】BC
【解析】
【分析】
根据变压器匝数与电流、电压的关系和交流电表达式，分析AB，利用功能关系分析CD。
本题是个小型的综合题目，考查的知识点较多，比如变化电路中能量的分配，难度不大。
【解答】
A.电压与匝数成正比，电动机两端电压（有效值）为副线圈两端的电压
，A错误；
B.根据电流与匝数成反比知原线圈中的电流为
，B正确；
C.由功能关系知P电=I=I2R+mgv，解得v=
，C正确；
D.电动机消耗的电功率为P电=I，电动机发热的功率为I2R，D错误；
故选BC。
11.【答案】BCD
【解析】
【分析】
（1）由感应电动势的产生条件判断即可；
（2）当线圈与磁场平行时感应电动势最大，由公式Em=BSω求解感应电动势的最大值，结合闭合电路的欧姆定律求出感应电流；
（3）根据感应电荷量q=n
，求通过电阻R的电荷量；
（4）最大值是有效值的
倍，求得电动势有效值，根据焦耳定律求电量Q，再由功能关系求出外力所做的功。
本题要掌握正弦式交变电流瞬时值表达式，注意计时起点，掌握感应电荷量的经验公式q=n，知道用有效值求热量。
【解答】
A.图示位置线圈中没有任何一边切割磁感线，感应电动势为零，故A错误；
B.线圈转过90°时，线圈与磁场平行时感应电动势最大，最大值为Em=BSω=B
L2ω，由闭合电路的欧姆定律可知：感应电流为
，故B正确；
C.线圈从图示位置转过90°的过程中，穿过线圈磁通量的变化量大小为△Φ=BS=B•L2=BL2，流过电阻R的电荷量为q=n=
，故C正确；
D.感应电动势的有效值为E=
Em，感应电流有效值为I=
，R产生的热量为QR=I2RT，T=
，联立得QR=
，由功能关系可知外力所做的功
，故D正确。
故选BCD。
12.【答案】BD
【解析】
【分析】
根据图b可读出输入电压的最大值和周期，从而求出对应的有效值和角速度；再根据理想变压器原副线圈两端的电压之比等于线圈匝数之比，可求得输出端的有效值，从而确定电压表示数；根据有效值的定义以及二极管的性质则可明确灯泡L两端的电压的有效值，再根据电路结构分析电流表的变化。
本题要求同学们能掌握变压器的原理及最大值与有效值之间的数量关系。能根据欧姆定律求解电路中的电流，会求功率，知道电表示数为有效值，明确二极管具有单向导电性。对于有效值，往往根据电流热效应来求解。
【解答】
A.由图b可知，原线圈输入电压最大值为U1m=440
V，有效值为U1=
U1m=440V，根据
=
，可得副线圈电压为U2=32V，则交流电压表V的示数为有效值，即为32V，故A错误；
B.设灯泡L两端电压的有效值为U，灯泡的阻值为r，交变电流的周期为T，根据交变电流有效值的定义有：
•
=
T，解得：U=16V，故B正确；
C.当滑动变阻器的触头P向上滑动时，滑动变阻器阻值增大，则由欧姆定律可知，电流表A2示数减小，因为理想变压器输入功率与输出功率相等，所以电流表A1示数也减小，故C错误；
D.根据ω=
=
=100πrad/s，可知，交流发电机转子的角速度为100πrad/s，故D正确。
故选BD。
13.【答案】电阻 电感器 电容器
【解析】
解：由题意，当开关S接“1”直流电源时，A、B两灯均正常发光，C灯不亮说明c为电容器；
当接“2”交流电源时，A灯仍正常发光说明a对交流电和直流电的影响相同，则a为电阻；
B灯变暗，说明对交流电的阻碍作用比直流电阻碍作用大，则b为电感；
故答案为：电阻，电感器，电容器．
电容器的特点是：通交流，隔直流，电感线圈的特点是；通低频阻高频，从而即可求解．
本题考查了电感线圈和电容器对直流电和交流电的不同反应，电容器的特点是：通交流，隔直流，电感线圈的特点是；通低频阻高频．
14.【答案】A ①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈；
②将A线圈与低压交流电源相连接；
③用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U；
④然后求线圈A的匝数． n
【解析】
解：（1）欧姆表示数等于指针示数与挡位的乘积，用同一挡位测电阻，指针偏角越大，所测电阻阻值越小，指针偏角越小，电阻阻值越大，由图示可知，a位置指针偏角小，线圈A的电阻大，线圈A的匝数较多．
（2）实验步骤：①用绝缘导线在线圈的外部或变压器的铁芯上绕制n匝线圈；
②将A线圈与低压交流电源相连接；
③用多用电表的交流电压挡分别测量A线圈的输入电压UA和绕制线圈的输出电压U；
④然后求线圈A的匝数．
（3）因为要测量A线圈匝数，所以要把A线圈与低压交流电源相连接．变压器输入输出电压都是交流电，所以要用交流电压档测输入和输出电压．根据变压器电压比等于匝数比，有：
=
，则：nA=n；
故答案为：（1）A；（2）实验步骤如上所述；（3）n．
欧姆表指针示数与挡位的乘积是欧姆表示数，根据指针位置判断A、B线圈电阻大小，然后判断线圈匝数多少；
根据变压器的原理，电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，分析待测量，列出实验步骤．
此题既要对多用表能正确使用，又要对变压器的原理熟练掌握，综合要求较高．属于难题．
15.【答案】解：(1)输电过程中在输电线上损失的功率P损＝ηP
通过R的电流
发电机的输出电流
升压变压器的原、副线圈匝数比
，
(2)用户得到的最大功率P用＝P(1－η)
降压变压器的输出最大电流
【解析】
对于远距离输电问题，在抓住功率和电压分配关系的基础上，明确理想变压器的电流与匝数成反比，电压与匝数成正比，想法求得电流与电压之比是解题的关键。
（1）由输电线损耗功率求出输电电流I2，再由发电机输出功率与输出电压求得升压变压器的原线圈的电流I1，由是I1，I2得升压变压器的匝数比；
（2）用户得到的功率与电压的比值即降压变压器的输出电流。
16.【答案】解：（1）磁极与摩擦小轮转动的角速度相等，由于自行车车轮与摩擦小轮与摩擦小轮之间无相对滑动，故有：
r0ω0=rω
所以：
（2）摩擦小轮带动磁极转动，线圈产生的感应电动势的最大值为：
感应电动势的有效值：
通过电流的有效值：
【解析】
（1）根据自行车车轮转动的线速度与摩擦小轮转动的线速度相等，求出摩擦小轮转动的角速度；
（2）由Em=NBSω求出感应电动势的最大值，进而求出电动势的有效值，根据欧姆定律求出电流的有效值；
本题实际问题，考查应用物理知识解决实际问题的能力，关键要建立物理模型：传动装置加交流发电机。
17.【答案】解：（1）线圈转动的角速度ω=2πn=100rad/s，产生的最大感应电动势Em=nBSω=10×1×0.2×0.25×100V=50V
角速度ω=2πn=100rad/s
故t时刻感应电动势e═50cos100t（V）；
（2）转动过程中产生的平均感应电动势
，
形成的感应电流
，故流过的电荷量q=It=0.025C；
（3）电动势的有效值为
。
【解析】
（1）根据公式Em=nBωS求解电动势的最大值，根据e=Emcosωt求解瞬时值；
（2）转动过程中由平均感应电动势和电流公式代入数据解得。
本题关键是能够区分交流四值，电表读数为有效值，求解热量用有效值，求解电量用平均值，不难。
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