卷子答案网-一个不只有答案的网站单元检测卷（三） 交变电流
（满分：100分 时间：90分钟）
一、单项选择题（本题共7小题，每小题4分，共28分）
1．（2022 浙江1月选考）如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是（ ）
A．甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
B．乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
C．甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电
D．乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
2．（2022 浙江温州市月考）白鹤滩水电站至浙江±800kV特高压直流输电工程是国家“西电东送”战略的重点工程，线路全长2140km，输电容量8000MW，每年将向浙江输送清洁电能超236亿千瓦时。已知每燃烧1吨标准煤可发电约3000kW h，同时也将排放约3吨二氧化碳，以下说法错误的是（ ）
A．在超远距离输电时，高压直流输电比高压交流输电更有优势
B．在输电功率一定条件下，输电电压提高10倍，线路损耗功率将降低为原来的，特高压输电可有效减小输电线上电能的损耗
C．这些清洁电能代替烧煤发电，浙江每年将减少二氧化碳排放约2360万吨
D．实际输电时，要综合考虑各种因素，并不是输电电压越高越好
3．（2022 广东高考）如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈，n1>n2，二者轴线在同一平面内且相互垂直，两线圈到其轴线交点O的距离相等，且均连接阻值为R的电阻，转子是中心在O点的条形磁铁，绕O点在该平面内匀速转动时，两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响，下列说法正确的是（ ）
A．两线圈产生的电动势的有效值相等
B．两线圈产生的交变电流频率相等
C．两线圈产生的电动势同时达到最大值
D．两电阻消耗的电功率相等
4．通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2，则P1和分别为（ ）
A．，B．R，
C．，D．R，
5．（2022 河北高考）张家口市坝上地区的风力发电场是北京冬奥会绿色电能的主要供应地之一，其发电、输电简易模型如图所示，已知风轮机叶片转速为每秒z转，通过转速比为1：n的升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机线圈面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B，t＝0时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，发电机产生的交变电流经过理想变压器升压后，输出电压为U。忽略线圈电阻，下列说法正确的是（ ）
A．发电机输出的电压为πNBSz
B．发电机输出交变电流的频率为2πnz
C．变压器原、副线圈的匝数比为πNBSnz：U
D．发电机产生的瞬时电动势e＝πNBSnzsin（2πnz）
6．如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数比为n1：n2＝5：1，其原线圈接一交流电源，电压u＝220sin（100πt）V，副线圈接一电动机，电阻为11Ω。若电流表A2示数为1A，电表对电路的影响忽略不计，则（ ）
A．交流电的频率为100Hz
B．电动机输出功率为33W
C．电流表A1示数为5A
D．变压器的输入功率为33W
7．某住宅区的应急供电系统由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成，发电机中矩形线圈所围的面积为S，匝数为N，电阻不计，它可绕水平轴OO′在磁感应强度为B的水平匀强磁场中以角速度ω匀速转动。矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，R0表示输电线的电阻。以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列判断正确的是（ ）
A．若发电机线圈某时刻处于图示位置，变压器原线圈的电流瞬时值最小
B．发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωcosωt
C．当用户数目增多时，为使用户电压保持不变，滑动触头P应向下滑动
D．当滑动触头P向下移动时，变压器原线圈两端的电压将升高
二、多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分）
8．（2022 湖北高考）近年来，基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用，其简化的充电原理图如图所示。发射线圈的输入电压为220V、匝数为1100匝，接收线圈的匝数为50匝。若工作状态下，穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%，忽略其它损耗，下列说法正确的是（ ）
A．接收线圈的输出电压约为8V
B．接收线圈与发射线圈中电流之比约为22：1
C．发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同
D．穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同
9．（2022 黑龙江大庆实验中学期末）如图所示，高铁的供电流程是将高压220kV或110kV经过牵引变电所进行变压（可视作理想变压器），降至27.5kV，通过接触网上的电线与车顶上的受电器进行接触而完成受电，机车最终获得25kV的电力使高铁机车运行。以下说法正确的是（ ）
A．若电网的电压为220kV，则变电所的变压器原、副线圈匝数比n1：n2＝1：8
B．若电网的电压为110kV，则变电所的变压器原、副线圈匝数比n1：n2＝4：1
C．如果高铁机车功率为8000kW，牵引变电所至机车间的线路损耗的电功率为800kW
D．如果高铁机车功率为8000kW，则自牵引变电所至机车间线路的等效电阻约为85.9Ω
10．如图为电网输供电示意图，发电机的最大输出功率为4000kW，电压为4000V，经变压器T1升压后向远方输电，输电线路总电阻R线＝1kΩ，到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡（规格均为“220V；60W”）。若在输电线路上损耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则（ ）
A．T1原、副线圈电流分别为103A和20A
B．T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220V
C．T1和T2的变压比分别为1：50和40：1
D．有6×104盏灯泡（220V 60W）正常发光
三、实验题（本题共2小题，共12分）
11．在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中，
（1）下列器材需要的有_________。
A．干电池组 B．滑动变阻器
C．直流电压表 D．多用电表
E.学生电源
（2）如图所示，当左侧线圈“0”“16”间接入9V电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出电压可能是_________。
A．3.1V B．2.5V C．1.7V
12．（2022 山东烟台市高二月考）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，李辉同学采用了如图甲所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“×100”的匝数。
（1）本实验中，实验室有下列器材：
A．可拆变压器（铁芯、两个已知匝数的线圈）
B．条形磁铁
C．直流电源
D．多用电表
E．开关、导线若干
上述器材在本实验中不需要的有_________（填器材序号），本实验中还需要用到的器材有_________。
（2）对于实验过程，下列说法正确的有_________。
A．为便于探究，应该采用控制变量法
B．变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“直流电压挡”
C．使用多用电表测电压时，先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量
D．因为实验所用电压较低，通电时可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路
（3）实验中，电源接变压器原线圈“0”“8”接线柱，副线圈接“0”“4”接线柱，当副线圈所接电表的示数为5.0V，若变压器是理想变压器，则原线圈的电压应为_________。
A．18.0V B．10.0V
C．5.0V D．2.5V
（4）组装变压器时，李辉同学没有将铁芯闭合，如图乙所示，原线圈接12.0V的学生电源，原、副线圈的匝数比为8：1，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是_________。
A．0V B．96.0V
C．1.5V D．0.65V
（5）李辉同学正确组装变压器后，把12.0V的学生交流电源接到原线圈“2”“8”接线柱（相当于600匝），副线圈接“0”“1”接线柱，如图丙所示。在确认电路连接无误的情况下，接在副线圈两端的交流电压表的实际读数可能是_________。
A．0V B．5.8V
C．2.0V D．1.5V
四、计算题（本题共4小题，共42分）
13．如图为交流发电机示意图，矩形线圈的匝数N＝50匝，每匝线圈的边长lab＝0.4m，lbc＝0.2m，矩形线圈所在处的匀强磁场的磁感应强度B＝0.2T，线圈总电阻r＝1Ω，外接电阻R＝9Ω。线圈以n＝r/s的转速在磁场中匀速转动。求：
（1）线圈中产生的感应电动势的最大值；
（2）若线圈从通过中性面时开始计时，写出回路中电流随时间变化的关系式；
（3）交流电压表和电流表的读数；
（4）此交流发电机的总功率和输出功率。
14．黑光灯是利用物理方法灭蛾杀虫的一种环保型设备，它发出的紫色光能够引诱害虫飞近黑光灯，然后被黑光灯周围的交流高压电网“击毙”。如图是高压电网的工作电路，高压电网是利用变压器将有效值为220V的交流电压变成高压，高压电网相邻两极间的距离为0.5cm，已知空气在常温常压下的击穿场强为6220V/cm，为防止空气被击穿而造成短路，变压器的次、初级线圈匝数比不得超过多少？
15．为保证发生停电事故时教学工作正常开展，学校决定购买一台应急备用发电机，要求如下：一是保证全校88间教室所有日光灯能正常发光；二是为避免噪音干扰，发电机需远离教学区；三是尽量利用已有设备和线路。为完成任务，某物理老师牵头调查，发现以下数据：每间教室有日光灯20盏，每盏20W，额定电压均为220V；发电机安装位置距离教学区约500m，计算得出所用电线每米电阻约2.0×10－3Ω，其余部分电阻不计；学校已有升压变压器和降压变压器各一台，升压变压器的匝数比为n1：n2＝1：4，降压变压器的匝数比为n3：n4＝4：1，不计变压器对电能的损耗，该物理老师画出示意图如图所示。试求：
（1）输电线总电阻R线是多少？
（2）购买的发电机功率P应不小于多少？
（3）发电机输出的电压U1是多少才能保证所有日光灯正常发光？
16．有一条河流，水的流量为Q＝2m3/s，落差h＝5m，现利用其发电，若发电机的总效率为50%，输出电压为240V，输电线总电阻R＝30Ω，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，允许损失的电功率为发电机输出电功率的6%。g取10m/s2。
（1）为满足用电的需求，使用户获得220V的电压，分别求输电线路使用的理想升压变压器、降压变压器的原、副线圈的匝数比；
（2）如果输送的电能供“220V；100W”的电灯使用，正常发光的电灯的盏数为多少？
【题号】1
【答案】A
【解析】
【详解】
题图甲中细短铁丝显示的磁场分布均匀，则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故A正确；题图乙中细短铁丝显示的磁场分布不均匀，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故B错误；根据发电机原理可知题图甲中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故C错误；题图乙中是非匀强磁场，则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电，故D错误。故选A。
【题号】2
【答案】B
【解析】
【详解】
在超远距离输电时，线路上的电感与电容对交流电会产生阻碍，而且易产生交流电相位的变化，高压直流输电比高压交流输电更有优势，故A正确；在输电功率一定条件下，输电电压提高10倍，线路电流将降低为原来的，线路损耗功率将降低为原来的，故B错误；每年向浙江输送电能236亿千瓦时，每燃烧1吨标准煤可发电约3000kW h，同时也将排放约3吨二氧化碳，则每年将减少二氧化碳排放约×3吨＝2360万吨，故C正确；实际输电时，要综合考虑各种因素，并不是输电电压越高越好，故D正确。故选B。
【题号】3
【答案】B
【解析】
【详解】
根据E＝n，两线圈中磁通量的变化率相等，但是匝数不等，则产生的感应电动势最大值不相等，有效值也不相等，根据P＝可知两电阻的电功率也不相等，选项A、D错误；因两线圈放在同一个旋转磁铁的旁边，则两线圈产生的交流电的频率相等，选项B正确；当磁铁的磁极到达线圈附近时，磁通量变化率最大，感应电动势最大，可知两线圈产生的感应电动势不可能同时达到最大值，选项C错误。故选B。
【题号】4
【答案】D
【解析】
【详解】
原线圈的电流为I1＝，由于P、U不变，故I1不变，由＝＝k得P1＝IR＝R；由＝＝nk得P2＝I2′2R＝R，则＝，故选项D正确。
【题号】5
【答案】C
【解析】
【详解】
发电机线圈的转速为nz，输出交变电流的频率为f＝＝nz，B错误；线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的为正弦式交流电，最大值为Em＝NBS 2π nz，输出电压的有效值为E＝＝πNBSnz，A错误；变压器原、副线圈的匝数比为＝＝，C正确；发电机产生的瞬时电动势为e＝Emsinωt＝2πNBSnzsin（2πnzt），D错误。故选C。
【题号】6
【答案】B
【解析】
【详解】
原线圈接一交流电源，交流电源电压u＝220sin（100πt）V，则电压峰值为220V，有效值为220V，角速度为100πrad/s，则频率为f＝＝50Hz，故A错误；根据理想变压器的电压与匝数的关系，有＝，解得U2＝44V，且I2＝1A，电动机的输出功率为P出＝U2I2－Ir＝33W，故B正确；根据理想变压器的电流与匝数的关系，有＝，解得I1＝0.2A，故C错误；根据理想变压器输入功率等于输出功率，P1＝P2＝U2I2＝44W，故D错误。
【题号】7
【答案】B
【解析】
【详解】
若发电机线圈某时刻处于图示位置，磁通量变化最快，感应电动势最大，最大值为NBSω，变压器原线圈的电流瞬时值最大，发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωcosωt，选项B正确，A错误；当用户数目增多时，总电流增大，输电线上的电势降落得多，为使用户电压保持不变，滑动触头P应向上滑动才能增大变压器的输出电压，选项C错误；滑动触头P向下或向上移动，变压器原线圈两端的电压都不变，选项D错误。
【题号】8
【答案】AC
【解析】
【详解】
根据＝可得接收线圈的输出电压约为U2＝8V，故A正确；根据＝，可得＝，故B错误；变压器不改变其交变电流的频率，故C正确；由于穿过发射线圈的磁通量与穿过接收线圈的磁通量大小不相同，所以穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的不相同，故D错误。故选A、C。
【题号】9
【答案】BC
【解析】
【详解】
根据变压器的工作原理可知＝，若电网的电压为220kV或110kV时，变压器原、副线圈匝数比为8：1或4：1，故A错误，B正确；变压器变压后的电压为27.5kV，机车最终获得25kV的电力，则线路损失的电压为2.5kV。由公式P＝UI，可知线路中的电流为I线＝＝＝320A，则线路损耗的电功率为P损＝U损I线＝2.5kV×320A＝800kW，线路的等效电阻为R线＝＝＝7.8125Ω，故C正确，D错误。故选B、C。
【题号】10
【答案】ABD
【解析】
【详解】
对升压变压器有P1＝U1I1，可知I1＝103A，由输电线上损耗的功率P损＝IR线＝10%P1＝400kW可知，输电线上电流为I2＝20A，A项正确；T1的变压比为n1：n2＝I2：I1＝1：50，根据n1：n2＝U1：U2，得U2＝2×105V，输电线上损失电压U线＝I2R线＝2×104V，则变压器T2的输入电压为U3＝U2－U线＝1.8×105V，又灯泡正常发光，可知T2的输出电压U4为220V，B项正确；T2的变压比为n3：n4＝U3：U4＝1.8×105：220，C项错误；降压变压器的输入功率等于输出功率，则90%P1＝60W n，解得n＝6×104，D项正确。
【题号】11
【答案】
【答题空11-1】DE
【答题空11-2】C
【解析】
【详解】
（1）用多用电表的交流电压挡测电压，还应需要交流电源，故需要D、E。
（2）如果是理想变压器，输出电压U2＝×9V＝2.25V，考虑到漏磁、导线生热等因素，所以接线柱间输出电压小于2.25V，故C是可能的。
答案：（1）DE （2）C
【题号】12
【答案】
【答题空12-1】BC
【答题空12-2】低压交流电源
【答题空12-3】AC
【答题空12-4】B
【答题空12-5】D
【答题空12-6】D
【解析】
【详解】
（1）在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，使用的是交流电，所以不需要直流电，磁场是利用了电流的磁效应，所以也不需要条形磁铁，故选B、C；本实验中还需要用到的器材是低压交流电源。
（2）为便于探究，应该采用控制变量法，所以A正确；变压器的原线圈接低压交流电，测量副线圈电压时应当用多用电表的“交流电压挡”，所以B错误；使用多用电表测电压时，先用最大量程试测，再选用适当的挡位进行测量，所以C正确；虽然实验所用电压较低，但是通电时不可用手接触裸露的导线、接线柱等检查电路，这样可减小实验误差，避免发生危险，所以D错误。故选AC。
（3）根据理想变压器原、副线圈的电压与匝数成正比规律可知，副线圈所接电表的示数为5.0V，原线圈的电压应为10V。故选B。
（4）组装变压器时，李辉同学没有将铁芯闭合，则变压器漏磁比较厉害，连接副线圈的交流电压表的实际读数小于理想变压器的副线圈的读数，若为理想变压器，则U2＝U1＝×12V＝1.5V，实际电压小于1.5V。故选D。
（5）李辉同学正确组装变压器后，变压器还是存在漏磁现象，还有铜损、铁损等损耗，则连接副线圈的交流电压表的实际读数总是小于理想变压器的副线圈的读数，若为理想变压器，则U2＝U1＝×12V＝2.0V，实际电压小于2.0V。故选D。
答案：（1）BC 低压交流电源 （2）AC （3）B （4）D （5）D
【题号】13
【答案】160V；（2）i＝16sin（200t）A；（3）72V；8A；（4）1280W；1152W
【解析】
【详解】
（1）Em＝NBSω＝NBlablbcω＝50×0.2×0.4×0.2××2πV＝160V。
（2）ω＝2πn＝200rad/s，
Im＝＝16A，
i＝16sin（200t）A。
（3）电流表的读数
I＝＝8A
电压表的读数U＝IR＝72V。
（4）发电机的总功率P＝IE，E＝，
所以P＝8×W＝1280W。
发电机的输出功率等于外电路电阻消耗的电功率，即PR＝IU＝8×72W＝1152W。
答案：（1）160V （2）i＝16sin（200t）A（3）72V 8A （4）1280W 1152W
【题号】14
【答案】10：1
【解析】
【详解】
电网两极间电场可看作匀强电场且Um＝Emd，由题意知空气被击穿时Em＝6220V/cm，已知理想变压器电压关系为＝，峰值与有效值关系为U1m＝U1，由以上各式得≈，所以变压器次、初级线圈匝数比不得超过10：1。
答案：10：1
【题号】15
【答案】（1）2Ω；（2）38.4kW；（3）240V
【解析】
【详解】
（1）输电线电阻
R线＝2×500×2.0×10－3Ω＝2Ω。
（2）所有电灯正常发光时消耗的功率
P灯＝88×20×20W＝35200W
由于灯正常发光时，降压变压器副线圈两端电压U4＝220V
降压变压器原、副线圈两端电压比＝＝
解得U3＝880V
两变压器之间输电线上的电流I线＝＝A＝40A
输电线上损失的电压U线＝I线R线＝40×2V＝80V
输电线上损失的功率P线＝IR＝402×2W＝3200W
所以P＝P灯＋P损＝38400W＝38.4kW
即所购买的发电机功率不得低于38.4kW。
（3）升压变压器副线圈两端电压：
U2＝U3＋U线＝960V
升压变压器原线圈两端电压：
U1＝U2＝×960V＝240V。
答案：（1）2Ω；（2）38.4kW；（3）240V
【题号】16
【答案】（1）6：125；235：11；（2）470盏
【解析】
【详解】
（1）远距离输电的示意图如图所示。
发电机的输出功率P总＝ηρQgh＝5×104W
设输电线上的电流为I，
则电功率损失P损＝I2R
所以输电线中的电流为
I＝＝＝A＝10A
升压变压器原线圈两端的电压
U1＝240V
副线圈的输出电压为
U2＝＝V＝5×103V
故升压变压器原、副线圈的匝数比为
n1：n2＝U1：U2＝240：（5×103）＝6：125
输电线上的电压损耗为
ΔU＝IR＝10×30V＝300V
降压变压器原线圈两端的电压为
U3＝U2－ΔU＝5×103V－300V＝4700V
降压变压器副线圈的输出电压为U4＝220V
故降压变压器原、副线圈的匝数比为
n3：n4＝U3：U4＝4700：220＝235：11。
（2）设正常发光的电灯的盏数为N，则
N＝＝＝470（盏）。
答案：（1）6：125；235：11；（2）470盏