高中物理选择性必修 第二册《第1节 交变电流的特点》《第2节 交变电流的产生》等（同步训练）

高中物理选择性必修第二册《第1节交变电流的特点》

《第2节交变电流的产生》等（同步训练）

目录

《第1节交变电流的特点》同步训练..................................1

《第2节交变电流的产生》同步训练................................16

《第3节科学探究：变压器》同步训练..............................32

《第4节电能的远距离输送》同步训练..............................46

《第3章交变电流与远距离输电》试卷..............................62

《第1节交变电流的特点》同步训练（答案在后面）

一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）

1、在正弦式交变电流中，电流强度达到最大值的时间是：

A.经过半个周期

B.经过四分之一个周期

C.经过四分之三周期

D.经过一个周期

2、一个正弦式交变电流的周期是T,那么它的频率f是多少？

A.f=T

B.f=1/T

C.f=2n/T

D.f=T/2n

3、关于交变电流的描述，下列说法正确的是：

A.交变电流的最大值等于有效值。

B.交变电流的有效值等于最大值除以根号2。

C.交变电流在一个周期内的平均值为零。

D.在一个周期内，交变电流的方向改变两次。

4、对于交流电的描述，以下哪个陈述是正确的？

A.交流电的电压或电流的最大值称为峰值。

B.交流电的有效值总是小于其最大值。

C.如果一个电路中的电流是5A,则该电流一定是交流电。

D.当交流电通过电阻时，在相同时间内产生的热量与直流电相等时，此时的电流

值即为该交流电的有效值。

5、一个正弦式交变电流的瞬时值为。=/施in(/O0刀t))A,其中(力的单位是秒。该

交变电流的峰值(4)是多少？

A.10A

B.20A

C.100A

D.200A

6、一个正弦式交变电流的周期(7)是0.02秒，那么该交变电流的频率(/)是多少？

A.50Hz

B.100Hz

C.200Hz

D.500Hz

7、在下列描述交变电流的特性中，哪一项是正确的？

A.电流大小和方向都不随时间变化。

B.电流大小和方向都随时间按正弦规律变化。

C.电流大小随时间按正弦规律变化，但方向不变。

D.电流大小不变，方向随时间按正弦规律变化。

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、下列关于交变电流的说法中，正确的是：

A.交变电流的方向和大小都随时间周期性变化

B.交变电流的大小不变，但方向周期性变化

C.交变电流的方向不变，但大小周期性变化

D.交变电流的大小和方向都不变

2、在交变电流中，以下哪个物理量用来描述电流的瞬时值？

A.有效值

B.峰值

C.平均值

D.频率

3、某交流电的电压表达式为u=311sin（100nt）V,则下列说法正确的是（）

A.该交流电的周期为0.02秒

B.该交流电的有效值为311伏特

C.在1二0时刻，电压达到最大值311伏特

D.若将此电压加在阻值为55欧姆的电阻上，通过电阻的电流有效值为6安培

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题：

一个正弦式交流电的表达式为（/（。=/血in（/OG〃。）（单位：安培），其中（/（，））

是电流随时间（七）的变化情况。请回答以下问题；

1.求该交流电的频率（力和周期（7）;

2.计算在（£=O.W）秒时,电流（/"））的瞬时值;

3.如果将该交流电通过一个纯电阻（"二/0。欧姆，求该电阻上的电压（切的瞬时值

表达式。

第二题

题目描述：

在理想变压器中，当原线圈接入交流电源时，副线圈的输出电压为100V,已知副

线圈匝数为25匝，求原线圈的匝数以及若将副线圈接入一个电阻为20。的灯泡上，通

过该灯泡的电流是多少？（假设灯泡的电阻保持不变）

解析：

首先根据理想变压器的原理.，我们知道原线圈和副线圈的电压比等于它们的匝数比,

即:

其中，（与更）和分别是原线圈和副线圈的电压，（〃姨）和（〃韶）分别是原线圈和副

线圈的匝数。

我们可以求出（馀）:

F原_n点

~W0~~25

解得•

100_

n原=F*门副=4X25=100

所以，原线圈的匝数为100匝。

接下来，我们需要计算通过灯泡的电流。根据欧姆定律，我们有:

其中，（/）是通过灯泡的电流，（位是副线圈的电压，（切是灯泡的电阻。

已知（%二100小（公2〃0）,代入公式得:

100

I=F5A.

因此，通过灯泡的电流是5安培。

第三题:

已知某正弦交流电的表达式为（，=/Kin（/OO〃。）（单位：安培），试分析该交流

电的特点，并计算以下内容:

（1）求出交流电的角频率、频率、周期和最大值;

（2）求出该交流电在（1=0.01）秒时的瞬时电流值;

(3)若将此交流电通过一个电阻为(4二欧姆的电阻，求出电路中的电流有效值。

第四题

题目描述：

在理想变压器中，若副线圈接一个阻值为R的电阻，且输入端施加的电压U_{1}为

220V,频率为50Hz。已知原线圈匝数为N_{l}=100匝，副线圈匝数为N_{2}=50匝。求

通过电阻R的电流I_{R}以及副线圈输出电压U_{2}。

第五题：

一电路由电阻R和电容C串联，接在频率为f的交流电源上，电压表VI测量电阻

两端的电压，电压表V2测量电容两端的电压。已知电阻R的阻值为10。，电容C的电

容值为2uF,电源的电压有效值为10V。

(1)求电路的固有角频率a。；

(2)求电源频率f为100Hz时，电路中电流的有效值I；

(3)求电源频率f为100Hz时,电压表VI和V2的读数。

《第1节交变电流的特点》同步训练及答案解析

一、单项选择题(本大题有7小题，每小题4分，共28分)

1、在正弦式交变电流中，电流强度达到最大值的时间是：

A.经过半个周期

B.经过四分之一个周期

C.经过四分之三周期

D.经过•个周期

答案：B

解析：在正弦式交变电流中，电流强度从0增加到最大值，再减小到0,这个过程

称为一个周期。电流强度达到最大值正好是在经过四分之一个周期时。

2、一个正弦式交变电流的周期是T,那么它的频率f是多少？

A.f=T

B.f=1/T

C.f=2n/T

D.f=T/2K

答案：B

解析：频率f是指单位时间内完成周期性变化的次数。在一个周期T内，完成一次

周期性变化，所以频率f=1/To

3、关于交变电流的描述，下列说法正确的是：

A.交变电流的最大值等于有效值。

B.交变电流的有效值等于最大值除以根号2。

C.交变电流在一个周期内的平均值为零。

D.在一个周期内，交变电流的方向改变两次。

答案：C

解析：交变电流在一个周期内正负变化两次，但是其平均值在数值上等于零，因为

正负变化的面积相互抵消。

4、对于交流电的描述，以下哪个陈述是正确的？

A.交流电的电压或电流的最大值称为峰值。

B.交流电的有效值总是小于其最大值。

C.如果一个电路中的电流是5A,则该电流一定是交流电。

D.当交流电通过电阻时，在相同时间内产生的热量与直流电相等时，此时的电流

值即为该交流电的有效值。

答案：D

解析：交流电的有效值是指在相同时间内产生的热量与直流电相等时的电流值。交

流电的最大值和峰值不是同一概念，交流电的有效值不一定小于其最大值；电流为5A

的电路可以是交流电也可以是直流电；因此，选项A、B、C均不准确。

5、一个正弦式交变电流的瞬时值为。=/QsinQOO刀。)A,其中(。的单位是秒。该

交变电流的峰值(4)是多少？

A.10A

B.20A

C.100A

D.200A

答案：A

解析：交变电流的瞬时值表达式为。=/mSin(3t)),其中(/J是峰值。由题目给出

的表达式(/=(/〃可以看出，峰值(4)为10Ao因此，正确答案是Ao

6、一个正弦式交变电流的周期(7)是0.02秒，那么该交变电流的频率(/)是多少？

A.50Hz

B.100Hz

C.200Hz

D.500Hz

答案：A

解析：频率⑺与周期⑺的关系是（公务题目给出周期（片。.勘秒，所以频率（代

万篇二50）Hz。因此，正确答案是Ao

7、在下列描述交变电流的特性中，哪一项是正确的？

A.电流大小和方向都不随时间变化。

B.电流大小和方向都随时间按正弦规律变化。

C.电流大小随时间按正弦规律变化，但方向不变。

D.电流大小不变，方向随时间按正弦规律变化。

答案：B

解析：交变电流是指电流的大小和方向都随时间按照一定的规律变化的电流°根据

电磁感应原理，交流电的产生过程是基于线圈在磁场中旋转，当线圈与磁场垂直时会产

生最大值的电流，随后电流逐渐减小到零，然后反向增加到最大值，如此反复。因此，

交变电流的电流大小和方向都会随时间的变化而变化，符合正弦波形。所以正确答案是

Bo

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、下列关于交变电流的说法中，正确的是：

A.交变电流的方向和大小都随时间周期性变化

B.交变电流的大小不变，但方向周期性变化

C.交变电流的方向不变，但大小周期性变化

D.交变电流的大小和方向都不变

答案：A

解析：交变电流（AC电流）的特点是电流的方向和大小都随时间做周期性变化。

因此，选项A正确。选项B描述的是单向电流的周期性变化，即交流电的一个方向变化,

而大小不变。选项C描述的是直流电，大小不变，但方向固定。选项D描述的是稳恒电

流，大小和方向都不变。故正确答案为A。

2、在交变电流中，以下哪个物理量用来描述电流的瞬时值？

A.有效值

B.峰值

C.平均值

D.频率

答案：B

解析：交变电流的瞬时值是指某一时刻电流的实际值。在交变电流中，峰值是指电

流达到的最大值。有效值是指交流电流在一定时间内产生的热效应等于等效直流电流的

热效应的电流值。平均值和频率分别描述的是电流在一个周期内的平均水平和电流变化

的快慢。因此，用来描述电流瞬时值的物理量是峰值，故正确答案为B。

3、某交流电的电压表达式为u-311sin(100nt)V,则下列说法正确的是()

A.该交流电的周期为0.02秒

B.该交流电的有效值为311伏特

C.在t=0时刻，电压达到最大值311伏特

D.若将此电压加在阻值为55欧姆的电阻上，通过电阻的电流有效值为6安培

答案与解析：

A.该交流电的周期为0.02秒，正确，因为角频率3=100nrad/s,根据公式T=2

n/w,得出T=2n/(100/)=0.02秒。

B.该交流电的有效值为311伏特，正确，交流电的有效值计算公式为URm/根号2,

所以有效值U=311/根号2^220%而题目给出的是最大值，因此需要除以根号2得到有

效值。

C.在1二0时刻，电压达到最大值311伏特，错误，因为在40时，sindOOn

*O）=sin（O）=0,此时电压为零，而不是达到最大值。

D.若将此电压加在阻值为55欧姆的电阻上，通过电阻的电流有效值为6安培，正

确,根据欧姆定律I=U/R,代入最大值U=311V和电阻R=55Q,得1:311/55仁5.64A,

但有效值为1=5.64/根号223.98A,近似为6A。

最终答案是：A、B、Do

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题：

一个正弦式交流电的表达式为（/Q）二/公in（/OG〃Z））（单位：安培），其中（/Q））

是电流随时间（。的变化情况。请回答以下问题：

4.求该交流电的频率（/）和周期（7）；

5.计算在（£=。.〃1）秒时，电流（/（。）的瞬时值；

6.如果将该交流电通过一个纯电阻（A二欧姆，求该电阻上的电压（切的瞬时值

表达式。

答案：

7.频率（/）和周期（。：

•频率（『二:），由。（。=可知，角频率（3=/〃。不）。

•频率（代言二等二50）赫兹。

•周期秒。

2.电流0(0)的瞬时值：

•当(t=0.01)秒时，代入0(t)=10sin(I007Tx0.01))。

-(/(0.01)=汝in(/)-10X0.8415=8.41»安培。

3.电压(U)的瞬时值表达式：

•根据欧姆定律(U=/xR),其中(/=/(0)。

-(〃=i(t)XR=lOsinUOOJit)X100=100施i“/00不。)伏特。

解析：

8.频率和周期是描述交流电变化快慢的基本参数。根据正弦函数的形式，我们可以

通过角频率(出)来计算频率和周期。

9.瞬时值是指某一特定时刻电流或电压的大小。通过代入特定的时间值，我们可以

计算出该时刻的瞬时值。

10.根据欧姆定律，电流和电压之间存在线性关系。在纯电阻电路中，电压的瞬时值

可以表示为电流的瞬时值乘以电阻值。

第二题

题目描述：

在理想变压器中，当原线圈接入交流电源时，副线圈的输出电压为100V,已知副

线圈匝数为25匝，求原线圈的匝数以及若将副线圈接入一个电阻为20。的灯泡上，通

过该灯泡的电流是多少？(假设灯泡的电阻保持不变)

解析：

首先根据理想变压器的原理，我们知道原线圈和副线圈的电压比等于它们的匝数比,

即:

其中，（与更）和分别是原线圈和副线圈的电压，（〃姨）和（〃韶）分别是原线圈和副

线圈的匝数。

我们可以求出（馀）:

F原_n点

~W0~~25

解得•

100_

n原=F*门副=4X25=100

所以，原线圈的匝数为100匝。

接下来，我们需要计算通过灯泡的电流。根据欧姆定律，我们有:

其中，（/）是通过灯泡的电流，（位是副线圈的电压，（切是灯泡的电阻。

已知（%二100小（公2〃0）,代入公式得:

100

I=F5A.

因此，通过灯泡的电流是5安培。

答案:

•原线圈的匝数为100匝。

•若将副线圈接入一个电阻为20。的灯泡上，通过该灯泡的电流是5安培。

第三题:

已知某正弦交流电的表达式为（，=/Kin（/OO〃。）（单位：安培），试分析该交流

电的特点，并计算以下内容：

（1）求出交流电的角频率、频率、周期和最大值；

（2）求出该交流电在秒时的瞬时电流值；

（3）若将此交流电通过一个电阻为（/?=欧姆的电阻，求出电路中的电流有效值。

答案：

（1）角频率（公二/O0〃）rad/s,频率（F=.=50）Hz,周期（7=>0.呼,最大

值（4ax=助Ao

（2）当（小2幼s时，代入表达式（/二%sinQOO万。）得到瞬时电流值（1二

/血in（/OO〃X0.Of）=//in（刀）=0AO

（3）电流有效值（人二修啜二孔邪。

解析：

（1）根据正弦交流电的标准表达式（/二7maxSiM3。），我们可以直接读出角频率

（Q）,然后通过公式（f=/）求出频率，周期（7）是频率的倒数。

（2）将（C=0.O/）s代入交流电的表达式，计算得到瞬时电流值。

（3）交流电通过电阻时，电流有效值等于最大值除以（月，即（/eff=号〕。

第四题

题目描述：

在理想变压器中，若副线圈接一个阻值为R的电阻，且输入端施加的电压U_⑴为

220V,频率为50Hz。已知原线圈匝数为N_{l}=100匝,副线圈匝数为N_{2}=50匝。求

通过电阻R的电流I_{R}以及副线圈输出电压U_{2}。

答案：

•通过电阻R的电流I_{R}为0.4AO

•副线圈输出电压U」2｝为44Vo

解析：

首先根据理想变压器的基本原理，我们知道在理想变压器中，原副线圈的电压比等

于它们的匝数比，即（介£）。给定的数据是：（“二22畋（%=/0。匝,如二勉匝。

11.计算副线圈输出电压U_｛2｝：

根据电压比公式：

可得：

Ui-N2_220V-50

3=110V

~N}Tod-

3.计算通过电阻R的电流l_｛R｝：

在理想变压器中，功率守恒，即原线圈的功率等于副线圈的功率。原线圈的输入功

率P_｛1｝可以通过输入电压和输入电流计算得到：

出二%•/；]

其中，输入电流（乙）可以通过输入电压和输入电阻计算得到：

/二U.，2二2-0-\-\-

7RR

因为副线圈输出功率（项等于输入功率，我们有：

代入已知数值，得到：

U1101]

b=^2=~\

然而，为了得到具体的电流值，我们需要知道电阻R的具体数值。不过，在这里我

们不提供具体的电阻值，而是假设已知电阻值为R(实际上题目中并未给出具体数值，

因此此步骤为理论推导)。

由此,我们可以看到，当副线圈输出电压(外二〃0今时，通过电阻R的电流(4二子%

结合以上分析，可以得出结论：在没有具体给出电阻R的条件下，通过电阻R的电

流(〃)为(翠)，而副线圈输出电压(⑷为44V(因为邈目中已明确给出副线圈输出电压

为44V)。这里的计算基于理想变压器的条件和给定数据，实际应用中还需考虑其他因

素如电阻损耗等。

第五题：

一电路由电阻R和电容C串联，接在频率为f的交流电源卜.，电压表VI测量电阻

两端的电压，电压表V2测量电容两端的电压。已知电阻R的阻值为10Q,电容C的电

容值为2uF,电源的电压有效值为10V。

(1)求电路的固有角频率30；

(2)求电源频率f为100Hz时，电路中电流的有效值I；

(3)求电源频率f为100Hz时,电压表VI和V2的读数。

答案：

(1)固有角频率30=1/(LC)=1/(2X10^6X10)=500rad/s；

(2)当f=100Hz时，电路的感抗XL=2JTfL=2nX100X10^-3X10=2nQ,

电路的阻抗Z=5(f2+Xl/2)=V(10^2+(2门「2)〜21.21Q,电流的有效值

I=U/Z=10/21.21&0.47A；

(3)电压表VI的读数为电阻两端的电压，即UI=IR=0.47X10=4.7V；

电压表V2的读数为电容两端的电压，即U2=1XL=0.47X2Ji2.97V。

解析:

(1)固有角频率3()是由电路的电容C和电阻R决定的，公式为30=l/(LC)o

根据题目给出的C和R值，代入公式计算得到固有角频率。

(2)当电源频率f为100Hz时，首先计算感抗XL,感抗XL=2JifL。由于题目没

有给出电感L的值，但考虑到电容C和电阻R已知，我们可以假设这是一个简单的LC

振荡电路，此时L可以表示为1/(QOC)。代入已知的和C值计算L,然后计算感抗

XLo接着，计算电路的阻抗Z,阻抗Z二J(R-2+XI/2)。最后，根据欧姆定律，计算

电流的有效值I二U/Zo

(3)电压表VI的读数即为电阻两端的电压，直接根据欧姆定律计算。电压表V2

的读数即为电容两端的电压，由于电容在交流电路中相当于一个电压源，其两端电压为

电流乘以感抗。

《第2节交变电流的产生》同步训练(答案在后面)

一、单项选择题(本大题有7小题，每小题4分，共28分)

1、关于交变电流的产生，以下哪个描述是正确的？()

A.只要电路中存在导体，就能产生交变电流

B.电磁感应现象是产生交变电流的根本原因

C.交变电流产生的条件之一是电路中有部分电阻

D.交流发电机是通过改变线圈转速来产生交变电流的

2、在一个理想变压器中，若输入电压不变，而副线圈的匝数增加，则输出电压的

变化情况是()

A.增加

B.减少

C.不变

D.无法确定

3、在下列哪种情况下，线圈中不会产生感应电流？

A.线圈在磁场中静止不动

B.线圈在匀强磁场中沿磁场方向移动

C.线圈在匀强磁场中垂直于磁场方向移动

D.线圈在变化的磁场中运动

4、一个矩形线圈在匀强磁场中，若要使线圈中感应电流的方向不变，以下哪种情

况可以实现？

A.线圈绕其一边转动

B.线圈沿磁场方向平移

C.线圈垂直于磁场方向平移

D.线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴旋转

5、在电磁感应现象中，若线圈的面积保持不变，当穿过线圈的磁通量发生变化时,

产生的感应电动势与下列哪个因素成正比？

A.磁场强度B.磁通量的变化率C.时间D.线圈的匝数

6、一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈平面与中性面垂直时，以下描述正

确的是：

A.穿过线圈的磁通量最大，感应电动势也为零。

B.穿过线圈的磁通量为零，感应电动势达到最大值。

C.穿过线圈的磁通量最大，感应电动势也最大。

D.穿过线圈的磁通量最小，感应电动势为零。

7、一个单相交流发电机，线圈匝数为N,每匝线圈的电阻为r,总电阻为R,感应

电动势的最大值为E_m,线圈以角速度3匀速转动，忽略电阻r产生的热量，则发电机

输出的功率P为：

A.P=（E_nf2/2R；*N

B.P=（E_/2/2R；*Na

C.P=（E_nT2/2R：*a

D.P=（E_nT2/2RJ*sN

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、关于交流电的产生，以下描述正确的是：

A.当导体在磁场中做切割磁感线运动时，可以产生交变电流。

B.只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生交变电流。

C.在电磁感应现象中，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产

生恒定电流。

D.只有当穿过闭合电路的磁通量发生变化且持续时间足够长时，闭合电路中才会

产生交变电流。

2、下列关于正弦交变电流的说法，正确的是：

A.正弦交变电流的瞬时值表达式为（/=4^5汨（3£+0））。

B.如果一个正弦交变电流的最大值为（&J，那么它的有效值也是（/max）。

C.当正弦交变电流通过一个电阻时，在相同时间内产生的热量等于该电阻上直流

电产生的热量。

D.若正弦交变电流的有效值为(7),则其最大值(4ax=0/)。

3、在描述交流发电机的工作原理时，以下哪个说法是正确的？

A.磁场强度不变时，线圈转动速度越快，感应电动势越大

B.线圈转动速度不变时，磁场强度越大，感应电动势越大

C.线圈转动速度与磁场强度同时增加，感应电动势不变

D.线圈转动速度与磁场强度同时增加，感应电动势增加

三、非选择题(前4题每题10分，最后一题14分，总分54分)

第一题

题FI描述：

在正弦式交变电流中，已知交流发电机的线圈面积为(/),线圈总电阻为(用，匀强

磁场的磁感应强度为(妁，线圈转速为(〃)转/秒，求该发电机产生的最大电动势和瞬时

电动势表达式。

第二题：

1.以下关于交变电流产生的说法正确的是：

A.交变电流的产生需要两个磁极和一个导体；

B.交变电流的产生需要两个磁场和一个导体；

C.交变电流的产生需要两个导体和一个磁场；

D.交变电流的产生需要两个导体和一个磁极。

2.以下关于交变电流磁效应的说法正确的是：

A.交变电流的磁效应是磁场强度随时间变化的；

B.交变电流的磁效应是电流强度随时间变化的;

c.交变电流的磁效应是磁场方向随时间变化的;

D.交变电流的磁效应是电流方向随时间变化的。

3.以下关于感应电动势的说法正确的是：

A.感应电动势的方向与导体运动方向相同；

B.感应电动势的方向与导体运动方向相反；

C.感应电动势的方向与导体运动方向无关：

D.感应电动势的方向与磁场方向相同。

4.以下关于法拉第电磁感应定律的说法正确的是：

A.法拉第电磁感应定律是描述电流与磁场之间的关系；

B.法拉第电磁感应定律是描述磁场与导体运动之间的关系；

C.法拉第电磁感应定律是描述磁场与时间之间的关系；

D.法拉第电磁感应定律是描述电流与时间之间的关系。

第三题

题目描述：

在某发电站中，发电机的线圈总匝数为（，\）,面积为（9,共由（〃）匝组成，线圈平面

与磁场方向垂直。已知该地的磁感应强度为（0,发电机转子的角速度为（3）。求：

2.发电机产生的交变电动势的最大值；

3.若发电机输出电压的有效值为（0，则发电机内阻为多少？

第四题

在交流发电机中，当线圈以恒定角速度绕其轴旋转时，产生的交变电动势满足公式

（e二&sin（3。）。假设一个交流发电机的磁通量变化率为（等二。（单位：韦伯/秒），

且线圈内阻为（行，求该发电机产生的交变电动势的最大值（%）和有效值（反喷）。

第五题:

在“探究交流发电机原理”的实验中，以下几种情况会对发电机的输出电压产生影

响，请分析下列情况对输出电压的影响，并简要说明原因。

(1)实验中，将发电机的线圈转速由原来的每秒n转提高到每秒2n转。

(2)实验中，保持发电机的线圈转速不变，将线圈的匝数由原来的N匝增加到2N

匝。

(3)实验中，保持发电机的线圈匝数不变，将线圈的半径由原来的r增加到2r。

(4)实验中，保持发电机的线圈半径不变，将线圈的匝数和转速都减半。

请根据上述情况，分析输出电压的变化情况，并简要说明原因。

《第2节交变电流的产生》同步训练及答案解析

一、单项选择题(本大题有7小题，每小题4分，共28分)

1、关于交变电流的产生，以下哪个描述是正确的？()

A.只要电路中存在导体，就能产生交变电流

B.电磁感应现象是产生交变电流的根本原因

C.交变电流产生的条件之一是电路中有部分电阻

D.交流发电机是通过改变线圈转速来产生交变电流的

答案：B

解析：交变电流的产生必须满足电磁感应定律，即当闭合电路的一部分导体在磁场

中做切割磁感线运动时，就会产生感应电动势。因此，正确答案为B。

2、在一个理想变压器中，若输入电压不变，而副线圈的匝数增加，则输出电压的

变化情况是（）

A.增加

B.减少

C.不变

D.无法确定

答案：A

解析：根据理想变压器的工作原理，输入电压不变的情况下，副线圈的匝数增加，

会导致输出电压增大。因为变压器的输出电压与匝数成正比。因此，正确答案为A。

3、在下列哪种情况下，线圈中不会产生感应电流？

A.线圈在磁场中静止不动

B.线圈在匀强磁场中沿磁场方向移动

C.线圈在匀强磁场中垂直于磁场方向移动

D.线圈在变化的磁场中运动

答案：A

解析：根据法拉第电磁感应定律，只有当穿过闭合线圈的磁通量发生变化时，线圈

中才会产生感应电流。选项A中，线圈在磁场中静止不动，磁通量不发生变化，因此不

会产生感应电流。而选项B、C、D中，线圈的磁通量都在变化，所以都会产生感应电流。

因此，正确答案是A。

4、一个矩形线圈在匀强磁场中，若要使线圈中感应电流的方向不变，以下哪种情

况可以实现？

A.线圈绕其一边转动

B.线圈沿磁场方向平移

C.线圈垂直于磁场方向平移

D.线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴旋转

答案：D

解析：根据楞次定律，感应电流的方向总是要使得它产生的磁场阻碍引起感应电流

的磁通量的变化。要使线圈中感应电流的方向不变，需要保持引起感应电流的磁通量变

化的方向不变。选项D中，线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴旋转时，磁通量的变化

方向保持不变，因此感应电流的方向也保持不变。而选项A、B、C中，线圈的运动会导

致磁通量的变化方向改变，从而使感应电流的方向改变。因此，正确答案是D。

5、在电磁感应现象中，若线圈的面积保持不变，当穿过线圈的磁通量发生变化时,

产生的感应电动势与下列哪个因素成正比？

A.磁场强度B.磁通量的变化率C.时间D,线圈的匝数

答案：B

解析：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势大小与磁通量变化率成正比，即（£=-

子）。其中（。）表示磁通量，表不时间。因此止确答案为Bo

6、一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，当线圈平面与中性面垂直时，以下描述正

确的是：

A.穿过线圈的磁通量最大，感应电动势也为零。

B.穿过线圈的磁通量为零，感应电动势达到最大值。

C.穿过线圈的磁通量最大，感应电动势也最大。

D.穿过线圈的磁通量最小，感应电动势为零。

答案：A

解析：当线圈平面与中性面垂直时，线圈中的磁通量最大，但由于此时磁通量的变

化率为零，所以感应电动势也为零。正确答案是Ao

7、一个单相交流发电机，线圈匝数为N,每匝线圈的电阻为r,总电阻为R,感应

电动势的最大值为E_m,线圈以角速度3匀速转动，忽略电阻r产生的热量，则发电机

输出的功率P为：

A.P=(E_nT2/2R)*N

B.P=(E_nT2/2R；*Na

C.P=(E_nT2/2R：*3

D.P=(E_nT2/2R)*3N

答案：C

解析•：在交流发电机中，线圈切割磁力线产生的感应电动势e为e=E_m*sin(3

t),其中E_m为感应电动势的最大值，s为角速度，t为时间。线圈中的电流i(t)为

i(t)=e/R=Ejn*sin(ot)/R。功率P是电流与电动势的乘积的平均值，由于

电动势和电流都是正弦波，所以功率P为P=(1/2)*i_m*e_m,其中i_m为电流的

最大值。由于i_m-E_m/R,所以P-(1/2)木(E_m/R)木E_m-(E_nT2/2R)。

因此，发电机输出的功率为P=(E_/2/2R)*3。选项C正确。

二、多项选择题(本大题有3小题，每小题6分，共18分)

1、关于交流电的产生，以下描述正确的是：

A.当导体在磁场中做切割磁感线运动时，可以产生交变电流。

B.只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生交变电流。

C.在电磁感应现象中，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产

生恒定电流。

D.只有当穿过闭合电路的磁通量发生变化且持续时间足够长时，闭合电路中才会

产生交变电流。

答案：B

解析：根据法拉第电磁感应定律，当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路

中会产生感应电动势，进而产生感应电流，这便是交变电流。选项B准确描述了这一现

象。选项A和D没有强调磁通量变化，而选项C错误地将交变电流误认为恒定电流。

2、下列关于正弦交变电流的说法，正确的是：

A.正弦交变电流的瞬时值表达式为Q=/maxSin（3t+0））。

B.如果一个正弦交变电流的最大值为（4ax），那么它的有效值也是（4ax）。

C.当正弦交变电流通过一个电阻时，在相同时间内产生的热量等于该电阻上直流

电产生的热量。

D.若正弦交变电流的有效值为（7）,则其最大值（4ax=位

答案：A

解析：选项A正确描述了正弦交变电流的瞬时值表达式。选项B错误，因为正弦交

变电流的有效值（/有效=鲁），而不是（几X）。选项C不准确，因为正弦交变电流的热量

计算基于平均功率，而不是简单地比较总热量。选项D正确指出正弦交变电流的最大值

与有效值之间的关系，即（3x=位/有效）。

3、在描述交流发电机的工作原理时，以下哪个说法是正确的？

A.磁场强度不变时，线圈转动速度越快，感应电动势越大

B.线圈转动速度不变时，磁场强度越大，感应电动势越大

C.线圈转动速度与磁场强度同时增加，感应电动势不变

D.线圈转动速度与磁场强度同时增加，感应电动势增加

答案：ABD

解析：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E与磁通量的变化率成正比。磁通量

中等于磁场强度B乘以线圈面积S和线圈与磁场方向的夹角的余弦值cos0o线圈转动

时，磁通量变化，从而产生感应电动势。因此，当磁场强度不变时，线圈转动速度越快，

磁通量变化率越大，感应电动势越大，选项A正确。当线圈转动速度不变时，磁场弼度

越大，磁通量越大，磁通量变化率也越大，感应电动势越大，选项B正确。选项C错误，

因为线圈转动速度与磁场强度同时增加时•，磁通量变化率也会增加，感应电动势也会增

加。选项D正确，与选项C的解释一致。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题

题目描述：

在正弦式交变电流中，已知交流发电机的线圈面积为（月），线圈总电阻为（用，匀强

磁场的磁感应强度为（为，线圈转速为（力转/秒，求该发电机产生的最大电动势和瞬时

电动势表达式。

答案：

•最大电动势（£ax）：忧ax=nABaB:nAf^n=//明

•瞬时电动势表达式：［式E）=41axsin（3。二园庐sin（2万/"）］

解析：

交变电流的产生基于电磁感应原理，其中最典型的例子就是交流发电机的工作原理。

在本题中，我们有以下几个关键参数：

•线圈面积（力）

•线圈总电阻（/。

•匀强磁场的磁感应强度（历

•线圈转速（力转/秒

首先，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的最大值（综ax）可以通过以下公式计

算：

篇ax=nAB（0]

这里，（⑺是角速度，与线圈转速（〃）相关，具体来说是（〃二，代入后得：

「ax==

囚此，最大电动势为：

[4ax=/碉

其次，对于瞬时电动势（«£））,考虑到交变电流的特性，其瞬时值可以用余弦函数

表示，而根据题设条件，我们可以推导出瞬时电动势的表达式为：

[4£）=琮xSin（3£）=

这表明，当线圈每完成一次完整的旋转（即转速（〃）次/秒）时，电流的变化遵循正

弦规律。由于线圈的切割磁感线运动导致电流变化，所以交变电流的瞬时电动势与时间

（。成正比于（sin（2〃〃。）的形式。

第二题：

4.以下关于交变电流产生的说法正确的是：

A.交变电流的产生需要两个磁极和一个导体；

B.交变电流的产生需要两个磁场和一个导体；

C.交变电流的产生需要两个导体和一个磁场；

D.交变电流的产生需要两个导体和一个磁极。

3.以下关于交变电流磁效应的说法正确的是：

A.交变电流的磁效应是磁场强度随时间变化的；

B.交变电流的磁效应是电流强度随时间变化的；

C.交变电流的磁效应是磁场方向随时间变化的；

D.交变电流的磁效应是电流方向随时间变化的。

4.以下关于感应电动势的说法正确的是：

A.感应电动势的方向与导体运动方向相同；

B.感应电动势的方向与导体运动方向相反；

C.感应电动势的方向与导体运动方向无关；

D.感应电动势的方向与磁场方向相同。

5.以下关于法拉第电磁感应定律的说法正确的是：

A.法拉第电磁感应定律是描述电流与磁场之间的关系；

B.法拉第电磁感应定律是描述磁场与导体运动之间的关系;

C.法拉第电磁感应定律是描述磁场与时间之间的关系；

D.法拉第电磁感应定律是描述电流与时间之间的关系。

答案：

5.D

6.A

7.B

8.B

解析：

9.交变电流的产生需要两个磁极和一个导体，因为磁极的相对运动会在导体中产生

感应电动势，从而产生交变电流。

10.交变电流的磁效应是磁场强度随时间变化的，这是由于交变电流产生的磁场随时

间变化而产生的。

11.感应电动势的方向与导体运动方向相反，这是根据右手定则确定的。

12.法拉第电磁感应定律是描述磁场与导体运动之间的关系，即导体在磁场中运动时,

会产生感应电动势。

第三题

题目描述：

在某发电站中，发电机的线圈总匝数为（A）,面积为（9,共由（〃）匝组成，线圈平面

与磁场方向垂直。已知该地的磁感应强度为（历，发电机转子的角速度为（3）。求：

13.发电机产生的交变电动势的最大值；

14.若发电机输出电压的有效值为（。，则发电机内阻为多少？

答案：

15.交变电动势的最大值

根据法拉第电磁感应定律，交变电动势（e）与磁通量的变化率成正比，即：

[e=AHS3sin（3

其中，（通是线圈匝数，（切是磁感应强度，（9是线圈面积，（3）是线圈转子的角速

度。

交变电动势的最大值出现在（sin（3%）=/）时，因此交变电动势的最大值为：

-x=」愀回

4.发电机内阻

交变电动势的有效值（。与最大值（』ax）的关系为:

r_Oax_NBS3

根据欧姆定律，电路中的电流（1）与电压（切、电阻（位的关系为:

[U=用

在发电机内部，有电区降（以二/（4+功），其中（©是发电机内阻，（？）是负载电阻（不

考虑）。考虑到发电机输出电压的有效值（仅，可以将（。用（。表示出来:

代入（4=/（〃+］、）），得到:

呼"+T

u=—+u——

Ri\

整理得:

『一咤叫，。幻叫K?）Tm公官后

由于（〃=8），代入上式得:

由于题目没有给出具体的（切值，我们简化表达式为:

所以，发电机内阻（用为:

第四题

在交流发电机中，当线圈以恒定角速度绕其轴旋转时，产生的交变电动势满足公式

（e二治sin（3。）。假设一个交流发电机的磁通量变化率为（等二〃）（单位：韦伯/秒），

且线圈内阻为（©,求该发电机产生的交变电动势的最大值（a）和有效值（耳师）。

答案：

16.最大值（£.）

根据法拉第电磁感应定律，交变电动势（e）的最大值（/）可由下式得出：

d①、

Em二A,—

dtl

其中，（A）是线圈的匝数，（4）是磁通量的变化率。根据题目给定，磁通量变化率

为㈤，则有:

[4=阳

5.有效值（£叫）

对于正弦交流电，其有效值（4yg）与最大值（与）的关系可由下式表示：

63些]

解析：

•最大值（出）的计算基于法拉第电磁感应定律，考虑到磁通量变化率是己知的，可

以直接利用公式计算出最大电动势。

•有效值（均必）的计算则是基于正弦交流电的有效值计算公式，它与最大值之间的

关系是一个重要的理论结论，即有效值是最大值除以根号2。

综上所述，对于题目中给定的条件，交流发电机产生的交变电动势的最大值（&二

A女），而其有效值（%«4）。

第五题：

在“探究交流发电机原理”的实验中，以下几种情况会对发电机的输出电压产生影

响，请分析下列情况对输出电压的影响，并简要说明原因。

（1）实验中，将发电机的线圈转速由原来的每秒n转提高到每秒2n转。

（2）实验中，保持发电机的线圈转速不变，将线圈的匝数由原来的N匝增加到2N

匝。

（3）实验中，保持发电机的线圈匝数不变，将线圈的半径由原来的r增加到

（4）实验中，保持发电机的线圈半径不变，将线圈的匝数和转速都减半。

请根据上述情况，分析输出电压的变化情况，并简要说明原因。

答案：

（1）输出电压增大。因为线圈转速提高，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势

与线圈转速成正比，所以输出电压增大。

（2）输出电压增大。因为线圈匝数增加，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势

与线圈匝数成正比，所以瑜出电压增大。

（3）输出电压增大。因为线圈半径增加，根据法拉第电磁感应定律，感应电动势

与线圈半径成正比，所以瑜出电压增大。

（4）输出电压不变。因为线圈匝数和转速都减半，根据法拉第电磁感应定律，感

应电动势与线圈匝数和转速成正比，两者同时减半，所以输出电压不变。

解析:

本题主要考察交流发电机原理和法拉第电磁感应定律的应用。根据法拉第电磁感应

定律，感应电动势与线圈转速、线圈匝数和线圈半径成正比。在实验中，当线圈转速、

线圈匝数或线圈半径发生变化时，输出电压也会相应地发生变化。通过分析各个情况，

可以得出相应的结论。

《第3节科学探究：变压器》同步训练（答案在后面）

一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）

1、在变压器工作原理中，初级线圈与次级线圈的电压比等于它们的匝数比。如果

初级线圈的匝数是次级线圈的两倍，则初级线圈的电压是次级线圈电压的几倍？

A.0.5倍B、1倍C、2倍D、4倍

2、当一个交流电通过变压器时，假设初级线圈中的电流为II,次级线圈中的电流

为12。已知初级线圈的匝数N1大于次级线圈的匝数N2。请问下列哪项描述了初级侬圈

与次级线圈之间的电流关系？

A.II>12B、II<12C、II=12D、无法确定

3、变压器的工作原理是基于以下哪个物理现象？

A.电流的热效应

B.磁场的电磁感应

C.电能的传输损耗

D.电流的磁效应

4、在理想变压器中，以下哪个说法是正确的？

A,原线圈匝数增加，副线圈的电压也会增加

B.副线圈匝数减少，原线圈的电流会减少

C.原线圈匝数减少，副线圈的电流会增加

D.副线圈匝数增加，原线圈的电压会减少

5、下列关于变压器的说法中，哪一项是正确的？

A.变压器可以改变交流电的频率。

B.变压器的工作原理基于电磁感应。

C.变压器能够同时改变电压和电流的大小。

D.变压器只能改变电压，不能改变电流。

6、在某理想变压器中，原线圈与副线圈的匝数比为2:1,当原线圈接在220V的电

源上时，若副线圈两端电压为110V,则变压器的输入功率和输出功率的关系是：

A.输入功率大于输出功率。

B.输出功率大于输入功率。

C.输入功率等于输出功率。

D.无法确定。

7、变压器在工作过程中，以下哪个选项描述了原线圈和副线圈的电流关系？

A,原线圈电流大于副线圈电流

B.原线圈电流小于副线圈电流

C.原线圈电流等于副线圈电流

D.原线圈电流与副线圈电流成反比

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、关于变压器的工作原理，以下说法正确的是:

A,变压器能够改变交流电的频率。

B.变压器只能改变交流电的电压，不能改变直流电的电压。

C.变压器通过电磁感应将电压从一个绕组传递到另一个绕组。

D.变压器可以无限地增加或减少输入电压。

2..关于变压器的原副线圈，以下描述正确的是：

A.原线圈匝数多于副线圈匝数。

B.副线圈的电流总是大于原线圈的电流。

C.当原线圈通以恒定电流时，副线圈会产生交流电。

D.原线圈的电压与副线圈的电压比值等于原线圈匝数与副线圈匝数之比。

3、在变压器的使用过程中，以下哪些因素会影响变压器的效率？（）

A.变压器的输入功率

B.变压器的输出功率

C.变压器的原副线圈匝数比

D.变压器的铁心损耗

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题

题目描述：

在一次科学探究活动中，某小组使用了两个完全相同的变压器，其中一个作为初级

线圈，另一个作为次级线圈。他们将初级线圈接到交流电源上，通过调节电源的频率来

观察次级线圈输出电压的变化情况。此外，他们还改变初级线圈的匝数，并记录下对应

的次级线圈输出电压。以下是他们的实验数据:

初级线圈匝数（N）次级线圈匝数（n）输出电压（V]

10050220

15075220

200100220

250125220

回答下列问题：

（1）根据上述数据，请分析变压器工作时的基本原理.，并解释为何在不同的初级

线圈匝数情况下，次级线圈的输出电压保持不变。

（2）如果他们将初级线圈的匝数调整到400,而次级线圈的匝数保持不变，次级

线圈的输出电压会如何变叱？请解释原因。

第二题：

变压器在工作过程中，若初级线圈接入交流电压U1,次级线圈输出电压U2,且匝

数比nl:n2为已知，试分析以下情况对变压器工作的影响：

A.初级线圈接入的交流电压U1增加。

B.次级线圈负载电阻R2减小。

C.初级线圈中电流II增加。

D.次级线圈中电流12增加。

请分别说明上述情况对变压器次级电压U2的影响。

第三题

题目内容：

变压器的基本原理是什么？在实际应用中，如何通过改变变压器的什么参数来调节

输出电压？举例说明一种实际生活中利用变压器调节电压的应用实例。

第四题：

一个理想变压器的初级线圈匝数为200匝，次级线圈匝数为50匝。当初级线圈接

入交流电压220V时•，次级线