第三章 交变电流（9-12讲单元自测）解析版-高二物理人教版

第三章交变电流单元自测

建议用时：90分钟，满分：100分

一、单项选择题：本题共12小题，每小题3分，共36分.在每个小题绐出的四个选项中，只有一项是符合

题目要求的.

1.关于远距离高压输电，下列说法正确的是（）

A.高压输电是通过增大输电电流米增大输电功率的

B.为了减小输电线路上的电能损失，应采用高压输电

C.输电线路中的电流只由输送的功率决定，与输电电压无关

D.在输送功率不变的情况下，输电电压越高，输电线路上的电压损失越大

【答案】B

【详解】A.若增大输电电流，则输电线上损耗的功率增大，可知，高压输电不能够通过增大输电电流来增

大输电功率，故A错误；

B.输送功率一定时，根据P=

可知，当输送电压增大时，输送电流减小，输电线上损耗的功率减小，即为了减小输电线路上的电能损失，

应采用高压输电，故B正确；

C.结合上述可知，输电线路中的电流由输送的功率与输电电压共同决定，故C错误；

D.结合上述可知，在输送功率不变的情况下，输电电压越高，输送电流越小，此时输电线路上的电压损失

越小，故D错误。

故选B。

2.如图所示是教材插图，介绍火花塞点火原理，一同学课本存在污渍，看不清完整原理图。他根据所学知

识，利用一直流电源、变压器、开关及导线若干设计点火电路，则以下原理图可行的是（）

【答案】C

【详解】根据变压器原副线圈电压比等于匝数比

U2n2

可知副线圈匝数应远大于原线圈地数，因为是直流电源，为r使副线圈产生感应电动势，需要把开关接在

原线圈。

故选c。

3.如图所示，其中不表示交变电流的是（

【详解】ABD中电流2•的方向发生了周期性变化，是交变电流；C中电流方向不变，是直流电。

故选C。

4.在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴转动时，则线圈平面（）

A.转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量最大，线圈中的感应电动势最大

B.转到中性面的瞬间，穿过线圈的磁通量为0,线圈中的感应电动势最大

C.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为0,线圈中的感应电动势最大

D.当线圈平面转到跟中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量的变化率最小，线圈中的感应电动势最小

【答案】C

【详解】AB.当线圈平面转到中性面的瞬间，线框平面与磁感线方向垂直，穿过线圈的磁通量最大，感应

电动势为0，故AB错误；

CD.当线圈平面转到与中性面垂直的瞬间，穿过线圈的磁通量为零，线圈中磁通量的变化率最大，根据法

拉第电磁感应定律可知，此时线圈中的感应电动势最大，故CE确，D错误。

故选C。

5.一单匝闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。在转动过程中，线框中的最大磁通量为

©”，最大感应电动势为下列说法正确的是（）

A.当磁通量为零时，感应电动势也为零

B.当磁通量减小时，感应电动势也减小

C.当磁通量等于0.5◎”时，感应电动势等于0.5E”

D.线框匀速转动的角速度/等于著

【答案】D

【详解】A.当磁通量为零时，磁通量变化率最大，感应电动势达到最大值E”，故A错误；

B.磁通量减小时，感应电动势可能增大或减小（例如：磁通量从©“减到。时，电动势从0增大到磁

通量从0减到-巩时，电动势从&减到0）,故B错误；

C.当中=0.5中111时，由①=①mCOS。

可得cos。=0.5

对应转过的角度为e=60。或e=300°

此时E=Emsin600="7*0.5E1n或E=Emsin300°=~Em*0.5%，故C错误；

D.最大电动势小=中„⑼

解得3=整,故D正确。

故选D。

6.煤气灶是生活中最常见的灶具，其由2节1.5V的干电池供电，点火时需要转换器将直流电压转换为正

弦交流电压（如图甲所示），并把正弦交流电压加在一理想变压器的原线圈上（如图乙所示），当变压器副

线圈电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发自火花进而点燃气体。已知电压表为理想交

流电表，下列说法正确的是（）

A.开关闭合时电压表的示数约为3.5V

B.该变压器的原、副线圈的匝数比为1:1000

C.该变压器的原、副线圈的匝数比大于1:1000

D.干电池消耗的化学能等于点火针与金属板之间释放的电能

【答案】A

【详解】A.开关闭合时电压表的示数为变压器原线圈的有效值，为U]=*V»3.5V,选项A正确；

BC.该变压器的原、副线圈的匝数比为也=答〈岛;=焉，选项BC借识；

n2U250001000

D.干电池消耗的化学能等于干电池内阻上以及转换器消耗的电能、点火针与金属板之间释放的电能之和,

选项D错误。

故选A。

7.随着科技的发展，新能源电动汽车无线充电技术应运而生，如图所示，M为受电线圈，N为送电线圈，

可视为理想变压器。己知送电、受电线圈匝数比%:电=10:1,a、b端输入电压u=220鱼sinlOO忒(V)。

下列说法正确的是()

A.Q、b端输入的交变电流方向每秒变化100次

B.送电线圈的输入功率大广受电线圈的输出功率

C.受电线圈产生的电动势的有效值为22迎V

D.在t=O.ls时，送电线圈的电动势最大

【答案】A

【详解】A.由题可知，该交流电的频率/'=/=50Hz

由于交流电的方向在一个周期内改变2次，a、b端输入的交变电流在1s内呈现50个周期性的变化，因此

该交流电的电流方向每秒变化100次，故A正确；

B.理想变压器的输入功率等于输出功率，因此送电线圈的输入功率等于受电线圈的输出功率，故B错误;

C.送电线圈电压的有效值为%=强=220V

根据电压之比与线圈匝数之比的关系包=方

n2U2

解得g=22V,故C错误；

D.t=0.1s时，代入〃=220立sinlOO7U（V）

解得〃=0，故D错误。

故选Ao

8.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图（a）所示。已知发电机线圈内阻为5.0Q,

线圈匝数为10,外接一只电阻为95.0。的灯泡，如图（b）所示，则（）

A.电压表的示数为220V

B.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J

C.电路中的电流方向每秒钟改变50次

D.六0时，感应电流为零，磁通量最小

【答案】B

【详解】A.电压表示数为灯泡诙端电压的有效值，由图像知电动势的最大值Em=220&V

有效值E=口=220V

灯泡两端电压U=^=209V,故A错误；

R+r

B.电流的有效值/=/-=2.2A

R+r

发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Qr=I2rt=2.22X5X1J=24.2J,故B正确；

C.由图像知7=2x102s,一个周期内电流方向改变两次，可知1s内电流方向改变100次，故C错误;

D.由图像知广0时，感应电流为零，线圈处于与中性面平行的平面，磁通量最大，故D错误。

故选B。

9.三知图甲电流的有效值为勺，图乙是周期性变化的交变电流，其中0〜?时间内为四分之一正弦函数图像,

v32

（〜:时间内为均匀变化的电流。图乙电流的有效值为（）

2V3+3V2

A.---

乎

C./mD.也

【答案】C

【详解】根据有效值的定义有Q=俱）2R管一9+（知\*《效R-T

解得/有效=华心

故选c。

10.2024年底，世界装机容量最大的抽水蓄能电站——河北丰宁抽水蓄能电站全面投产发电。如图，若该

电站通过理想变压器调节输出电压火时，输入电压内保持不变。己知副线圈总匝数为〃，分接头1、2间和

2、3间的线圈匝数由2=改3=*开关s接3时输出电压的瞬时值〃2=%sin33则S接2时112T的图

像为（）

【答案】D

【详解】根据理想变压器电压比与匝数比关系可知各=上

U3n3U2n2

由于输入电压3不变，可知普=理

U’nSin3tn—

解得式2=gUmSing

可知此时输出的交流电的周期为T=-

O）0

故选D,

11.西电东送是纵横中国的能源"闪送''工程，这个送电工程横贯数千公里，必须走“高速公路”，这就得靠特

高压输电工程。若在输电总功率不变的情况下，仅将原来的500kV高压输电升级为lOOOkV的特高压输电

（不考虑输电线的电容、电感带来的能量损失），下列说法正确的是（）

A.输电电流的有效值会变为原来的2倍

B.输电线上损失的电压有效值变为原来的:

C.输电线上损失的功率变为原来的5

D.若输电线损失功率不变，则使用相同材料、粗细的输电线，其传输距离将更远

【答案】D

【详解】ARC.根据/=♦

输电总功率不变，输电电压有效值变为原来的2倍，可知输电电流的有效值会变为原来的%根据AU=/丁线

可知输电线上损失的电压有效值变为原来的/根据AP=Kr线

可知输电线上损失的功率变为原来的;，选项ABC错误：

4

D.根据AP=/2r线=/2g

若输电线损失功率不变，输电电流变小，则使用相同材料、粗细的输电线，其传输距离将更远，选项D正

确。

故选D。

12.为了检验输电电压高低对电能输送的影响，某同学设计了如图甲、乙所示的两个电路进行对比实验。

两个电路使用相同的低压交流电源，所有的电阻和灯泡电阻均相等，导线电阻不计。图乙中的理想变压器

的匝数比/:胆二"4：九3二1：2。已知灯泡L1消耗的功率为P,则灯泡L2消耗的功率为（）

41

A.-PB.-PC.2PD.4P

92

【答案】D

【详解】令低压交流电源的有效值为％,图甲中灯泡Li消耗的功率P=（*）2R

图乙中升压变压器的输出电压〃2=管=2%

将降压变压器与灯泡L2等效为一八电阻，则等效电阻为“=玲=聋=（^）2.蓝=g）2R=4R

n34

等效电阻消耗功率等于灯泡L2消耗的功率，则有Pi=（黑了比

结合上述解得吕=4P

故选D。

二、多项选择题：本题共3小题，每小题4分，共12分.在每小题给出的选项中，有多项符合题目要求.全

部选对的得4分，部分选对的得2分，有选错的得。分

13.如图所示，小型发电机线圈面积为5,匝数为M线圈电阻为尸2C,发电机的旋转磁极以图中虚线为

轴以角速度①做匀速转动，旋转方向如图所示，旋转磁极产生的磁场近似看作匀强磁场，磁感应强度大小

为B,从图示位置（线圈平面与磁场垂宜）开始计时。矩形线圈通过铜滑环接理想变压器原线圈，副线圈接

有固定电阻&=10。和滑动变阻器R（。〜10C）,变压器原、副线圈匝数比为上:电=1:3,所有电表均为理

想交流电表。下列判断正确的是（）

b

A.将滑动变阻器R的滑片向下滑动，电压表V的示数变大

B.当矩形线圈处于图示位置时，磁通量最大，电流表A示数为零

C.当滑动变阻器阻值时，发电机的输出功率最大

D.矩形线圈产生的感应电动势瞬时值表达式为e=NBS（vs\na）t

【答案】ACD

【详解】A.将滑动变阻器R的滑片向下滑动，变阻器接入电路的电阻增大，副线圈的总电阻在原线圈电路

中的等效电阻也增大，根据闭合电路欧姆定律可知，原线圈中的电流减小，设矩形线圈产生的电动势的有

效值为E,则变压器的输入电压为Ui=E-Ir

则电压表V的示数变大，A正确；

B.当线圈处于图示位置（中性面），磁通量最大，感应电动势为0,但电流表测的是有效值，不为0,B错

误；

C.将变压器和副线圈电阻等效为原线圈的负载R等效=（^）2（/?+Ro）

当R等效=r时，发电机输出功率最大。

代入数据可得R=8。

C正确；

D.从图示位置（中性面）开始计时，感应电动势瞬时值表达式为6=NBScosin3t

D正确。

故选ACDo

14.如图（〃）所示，理想变压器原、副线圈匝数比〃/:〃2=66：5,原线圈接有交流电流表A”副线圈电

路接有交流电压表V、交流电流表A?、滑动变阻器R等，所有电表都是理想电表，二极管D正网电阻为零，

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（/力所示，下列说法正确的

是

图(a)图(b)

A.由图(b)可知交流发电机转子的角速度为100rad/s

B.灯泡L两端电压的有效值为整

C.交流电压表V的读数为—V

D.当滑动变阻器的触头P向上滑动时，电流表A2示数减小，Ai示数减小

【答案】CD

【详解】A.由图像(入)可知T=0.02s,所以交流发电机转子的角速度为3=F=lOOnrad/s,故A错误；

BC.由图⑹可知，原线圈输入电压有效值为/=%=440V

根据空二9

gn2

可得副线圈两端电压即交流电压表的有效值为=^V

设灯泡L两端电压的有效值为U,灯泡的阻值为〃交变电流的周期为7；且二极管具有单向导电性，所以

根据交变电流有效值的定义有字；=字

KZK

解得U=3gv,故B错，C正碓；

D.当滑动变阻器的触头P向上滑动时，滑动变阻器阻值变大，而％不变，则由欧姆定律益=当

可知，/R变小，所以变小，即电流表A2示数变小，因为理想变压器输入功率与输出功率相等，即％。=U2I2

U］、出不变，，2变小，所以/1也变小，即电流表A|示数也变小，故D正确。

故选CD。

15.某发电站远距离输电示意图如图所示，升压变压器和降压变压器均为理想变压器。已知发电站发出电

压有效值U】一定的交流电，降压变压器输出电压力=%,用户获得的功率为P。，输电线的总电阻为r,升

压、降压变压器原副线圈的匝数匕分别为为:八2、n3:n4,则下列判断正确的是()

A.降压变压器的原线圈两端电压/=处

n3

B.发电站输出的功率为P0+嚅

C.若并联用户增加，则输电线上损失的电功率减小

D.若并联用户增加，为了使用户获得的电压内不变，可以增大升压变压器副线圈匝数九2

【答案】BD

【详解】A.根据黑=色

%n4

可得降压变压器的原线圈两端电压为=若，故A错误；

B.降压变压器副线圈的电流〃=察

uo

又11=%

〃n3

解得

2

所以输电线上损失的功率为巴=I3r=意

发电站输出的功率为P=Po+B=。0+巴黑，故B正确；

也3Uo

C.若并联用户增加，输出功率增大，则降压变压器的输入功率增大，发电机的输出功率也增大，即P1增

大，又发电站输出电压一定，根据Pi=U/i

可知A增大，乂户荒

可知，2增大，输电线电阻r消耗的力率P=，22r

可见输电线电阻r消耗的功率增大，故C错误；

D,并联用户增加，根据上述分析可知流过输电线的电流变大，根据=，2丁可知输电线上损失的电压变大，

为了使用户获得的电压以不变，要使得降压变压器的输入电压3不变，根据4=%-AU可知需要/变大，

根据晟=荒可知可以增大升压变压器副线圈匝数叼，故D正确。

故选BD。

三、实验题：本题共2小题，共计12分.

16.有一个教学用的可拆变压器，其铁芯粗细一致，如图甲所示，它有两个外观基本相同的线圈A、B（内

部导线电阻率、横截面积相同），线圈外部还可以再绕线圈。

甲

（1）某同学用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〃、〃位置，由

此可推断（选填"A”或"B”）线圈的匝数较多。

（2）如果杷它看作理相变压器,现要测量A线圈的而数,提供的器材有：一根足够长绝缘导线、一只多用电

表和低压交流电源，请完成实验的步骤填空：

①用绝缘导线在线圈B上绕制〃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线圈的输入电压以和（选填“绕制”或"B"）线圈的输出电压

U；

④则A线圈的匝数为“（用已知量和测晨晨的符号表示）

【答案】（l）A

⑵绕制等

【详解】（1）根据欧姆表的读数规律可知，线圈A的电阻大广线圈B的电阻，线圈A、B内部导线电阻率、

横截面积相同，根据R=Pg

表明线圈A的总长度比线圈B的长，则可推断A线圈的匝数较多。

（2）③[1]根据电压匝数关系有兴=工

U2712

因为要测量A线圈的匝数，则应选取匝数已知的绕制线圈测量，所以要用多用电表的“交流电压挡”测量绕

制线圈的输出电压U；

④⑵根据理想变压器电压比等于匝数比有华=9

解得心二*

17.利用如图所示的装置可以探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系。

(1)该实验中变压器原线圈接线柱接入学生电源应该选择哪种接法_(填“A”或"B”)；

(2)实验中，可拆变压器如图所示，为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的传钢片平行叠

(3)下列说法正确的是」

A.变压器工作时通过铁芯导电把电能由原线圈输送到副线圈

B.变压器工作时在原线圈上将电能转化成磁场能，在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”能量

的作用

C.理想变压器原、副线圈中的磁通最总是相同

D.变压器副线圈上不接负载时，原线圈两端电压为零

(4)小华在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝;他将原线圈接入学生电源中的交流电压“6V”

挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13V,则下列叙述可能符合实际情况的一项是。

A.变压器的铁芯没有闭合

B.电压的测量出了问题

C.副线圈实际匝数与标注的“200”不符，应该小丁200匝

D.学生电源实际输出电压大于标注的“6V”

【答案】⑴B

(2)D

(3)B

(4)D

【详解】(1)根据变压器原埋可知，该实验中变压器原线圈应接入低压交流电源。

故选Bo

（2）根据变压器正视图

硅钢片的作用是形成闭合磁路，所以为了减小涡流产生的热量，硅钢片应平行于平面双相。

故选D。

（3）A.变压器开始正常工作后，通过电磁感应将电能从原线圈传递到副线圈，故A错误；

B.变压器工作时在原线圈上将电能转化成磁场能、在副线圈上将磁场能转化成电能，铁芯起到“传递”能量

的作用，故B正确；

C.由于实际变压器存在漏磁，所以变压器原、副线圈中的磁通量不相同，故C错误；

D.变压器副线圈上不接负载时、原线圈两端电压不为零，故D错误。

故选Bo

（4）A.根据理想变压器原副线圈电压与匝数关系替=3，可知若变压器的铁芯没有闭合，则得出副线圈

出n2

的电压小于12V,故A错误；

B.若是电压的测量出了问题，应该是小于12V,不应该大于12V,故B错误；

C.副线圈实际匝数与标注的“200”不符，若小于200匝，由台=立可知，副线圈的电压小于12V,故C错

出n2

误；

D.学生电源实际输出电压大于标注的“6V”，由£=£可知，副线圈的电压可能为13V,故D正确。

故选Da

四、解答题：本题共3小题，共计40分.

18.如图甲所示，矩形线圈匝数2100匝，R?=30cm,ad=20cm,匀强磁场的磁感应强度大小8=0.8T,绕

轴。0,从图示位置开始匀速转动，角速度口=100;rrad/s,试求：

/S

乙

（1）穿过线圈的磁通量最大值◎〃，线圈转到什么位置时取得此值；

（2）线圈产生的感应电动势最大值邑”线圈转到什么位置时取得比值；

（3）写出感应电动势e随时间变化的表达式，并在图乙中作出图像。（。一》方向为感应电流正方向）

【答案】（1）力m=0-。48Wb,线I卷平面与磁场方向垂直（即中性面位置）

（2）Fm=480TTV,线圈平面与磁感线平行

【详解.】（1）当线圈平面与磁场方向垂直（即中性面位置）时，磁通量取得最大值，其最大值为©n=8S=

0.8x0.3x0.2\Vb=0.048Wb

（2）线圈平面与磁感线平行时，感应电动势有最大侑，其最大宜为%=N"S3=100x0.8x63x0.2x

IOOTTV=480TTV

（3）线圈从图示位置（与磁场平行，感应电动势最大的位置）开始转动，感应电动势的瞬时值表达式为e=

EmCOS3t=4807TCOS（1007rt）V

图像如下

19.“张北的风点亮北京的灯”，中国外交部发言人赵立坚这一经典语言深刻体现了2022年北京冬奥会的“绿

色奥运”理念。张北可再生能源示范项RI,把张北的风转化为清洁电力，并入冀北电网，再输向北京、延庆、

张家口三个赛区。现有一小型风力发电机通过如图甲所示输电线路向北京赛区某场馆1万个额定电压为

220V、额定功率为22W的LED灯供电。当发电机输出如图乙所示的电压时，赛区的LED灯全部可以正常

工作。已知输电导线损失的功率为赛区获得总功率的4%,输电导线的等效电阻为R=22C。

发电机

⑴风力发电机的转速。

(2)降压变压器原、副线圈匝数比。

(3)升压变压器原、副线圈匝数比。

【答案】(l)50r/s

(2)50：1

(3)1：52

【详解】(1)由图可得，发电机产牛的交流电周期7=0.02$

风力发电机的转速九=，=50r/s

(2)用户获得的功率G=10000x=2.2xlOSw

降压变压器副线圈电流〃=?=1000A

输电线上损失的功率P损=4%X&=8.8x103W

输电线上的电流/=后=20人

降压变压器原副线圈匝数比器=4=50

(3)降压变压器原线圈两端电压3