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专题十九 《交变电流》信息优化卷（能力B）
----备战2024 年高考物理一轮复习单元信息优化AB 卷
(原卷版)
（考试时间：90 分钟 试卷满分：100 分）
注意事项：
1．本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。
2．测试范围：人教版（2019） 选择性必修第二册 第三章《交变电流》
第Ⅰ卷（选择题）
一、选择题：本题共12 小题，每小题4 分，共48 分。在每小题给出的四个选项中，第1~8 题只有一项符
合题目要求，第9~12 题有多项符合题目要求。全部选对的得4 分，选对但不全的得2 分，有选错或不
答的得0 分。
1．7．某交流发电机在两个不同转速下向同一电阻供电，产生的正弦式交流电的
图像如图所示，则（
）
A．Ⅰ、Ⅱ两个电流的周期之比为
B．Ⅰ、Ⅱ两个电流对应的最大值之比为
C．Ⅰ、Ⅱ两个电流在相等的时间内通过该电阻产生的热量之比为
D．Ⅰ、Ⅱ两个电流图像从
时刻开始，在各自的半个周期内与横坐标所围面积不相等
2．我国在全球海上风电项目中占有绝对主导地位，发展新能源为减少碳排行动作出了杰出贡献。如图为
某沿海区域的风速测速仪的简易图，其工作原理是：风吹动风杯，风杯通过转轴带动永磁铁转动，电流测
量装置可监测感应线圈产生的电流变化，从而测量实时风速。由此可知（ ）
A．可以通过监测电流的最大值来监测风速大小
B．感应线圈匝数越少，越有利于监测到电流变化
C．风速越大，电流测量装置显示的电流变化周期越大
D．电流测量装置监测到的电流为大小不变、方向周期性变化的电流
1
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3．海浪机械能是未来可使用的绿色能源之一，利用海浪发电可加速地球上碳中和的实现．某科技小组设
计的海浪发电装置的俯视图如图所示，圆柱体磁芯和外壳之间有辐射状磁场，它们可随着海浪上下浮动，
磁芯和外壳之间的间隙中有固定的环形导电线圈，线圈的半径为L，电阻为r，所在处磁场的磁感应强度大
小始终为B，磁芯和外壳随海浪上下浮动的速度为v，v 随时间t 的变化关系为
，其中的T 为
海浪上下浮动的周期．现使线圈与阻值为R 的电阻形成回路，则该发电装置在一个周期内产生的电能为（
）
A．
B．
C．
D．
4．如图所示，MN 右侧存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B 的匀强磁场，某同学用粗细均匀、总阻值
为R 的漆包电阻丝做成两个半径均为r 的半圆形闭合金属线圈，图中O 点导线交叉处不连通。金属线圈可
绕两半圆直径所在的转轴
（恰好与边界MN 重合）转动。金属线圈以角速度
匀速转过半圈的过程中
产生的热量与以角速度
匀速转过一圈的过程中产生的热量相等，则
等于（ ）
A．2：1
B．4：1
C．1：2
D．1：4
5．如图所示，在光滑绝缘水平桌面上建立一个直角坐标系，在坐标系的第一、四象限的两块区域内分别
存在垂直桌面向下、向上的匀强磁场，磁感应强度大小均为1.0T，磁场边界线的方程为
。在水平桌面上静置一个长1m、宽0.5m 的矩形单匝导线框abcd，其电阻
，ab，dc 边与x 轴平行，在拉力F 的作用下，线框从图示位置开始沿x 轴正方向以大小为1m/s 的速
度匀速穿过整个磁场区域，下列说法正确的是（ ）
2
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A．bc 边到达x = 0.25m 时，线框中的感应电流最大
B．拉力F 的最大功率为0.5W
C．整个过程中拉力F 所做的功为
D．整个过程中线框产生的焦耳热为
6．如图甲，白鹤滩水电站是世界第二大水电站，共安装16 台我国自主研制的全球单机容量最大功率百万
千瓦水轮发电机组。2021 年6 月28 日，白鹤滩水电站首批机组投产发电，用500 千伏特高压向四川远距
离输电。在远距离输电中，输电线的电阻是不可忽略的，如图乙，为白鹤滩水电站输电线路原理图，水电
站输出电压稳定的正弦交流电，升至特高压U 后向四川供电，输送的总功率为P。用户端理想变压器原副
线圈匝数分别为n1、n2，R1为输电线总电阻，R2为不断电用户电阻（可视为定值电阻），R 为可变用户电
阻（可视为可变电阻）。当可变电阻R 减小时，电压表和电流表示数变化的绝对值分别为△U、△I，电压
表和电流表均为理想电表，下列说法正确的是（ ）
A．
B．
C．对于原线圈回路，虚线框所圈部分的等效电阻为
3
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D．输电线路上损耗的功率为
7．如图所示为某种电吹风机的电路图，a、b、c、d 为四个固定触点。绕O 点转动的扇形金属触片P，可
同时接触两个触点，触片P 处于不同位置时，吹风机可处于停机、吹冷风和吹热风三种工作状态。n1和n2
分别是理想变压器原、副线圈的匝数，该电吹风的各项参数如下表所示。下列说法正确的是（ ）
冷风时输入功率
50W
热风时输入功率
450W
小风扇额定电压
50V
正常工作时小风扇输出功率
45W
A．触片P 同时接触b、c 两个触点时电吹风吹热风
B．理想变压器原、副线圈的匝数比
C．电吹风吹热风时电热丝上的电流为
D．小风扇的内阻为5Ω
8．如图所示，某理想变压器原、副线圈匝数比
，灯泡L1、L2的额定电压均为24V，电阻恒为
15Ω，当开关S1闭合、S2断开时，输入端电压有效值为U1，输入端功率为P1，R1的功率为
，两灯泡均可
正常发光；当开关S2闭合、S1断开时，输入端电压有效值为U2，输入端功率为P2，R2的功率为
，两灯
泡均可正常发光。下列关系式正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
9．电动汽车无线充电示意图如图所示，若发射线圈的输入电压为
、匝数为1100
4
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匝，接收线圈的匝数为2200 匝。若发射线圈输出功率为13.2 kW，变压器为理想变压器，下列说法正确的
是（ ）
A．采用直流电流电源也能为电动汽车充电
B．发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相等，均为100Hz
C．副线圈输出电流的有效值为30A
D．副线圈输出电压的峰值为
10．图示装置为革命战争年代常用的手摇交流发电机模型。大轮与小轮通过皮带传动（皮带不打滑），半
径之比为2：1，小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边长为L 的正方形，共n 匝，
总阻值为R。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为B 的匀强磁场。大轮以角速度
匀速转动，带动小轮及
线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为R 的灯泡。假设发
电时灯泡能发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（ ）
A．线圈转动的角速度为
B．灯泡两端电压有效值为
C．若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为L 的多匝正方形线圈，则灯泡两端电压有效
值为
D．仅适当减小小轮半径，灯泡会变得更亮
11．如图所示在空间直角坐标系O-xyz 中有一等腰直角三角形线框，其中一条直角边与z 轴重合，另一条
直角边在xOy 平面内，线框总电阻为r，直角边长为l，当线框在外力作用下绕着z 轴以角速度ω 匀速转动
时，线框上的P 点先后经过x 轴和y 轴，整个装置处于沿y 轴方向的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，则
5
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下列判断正确的是（ ）
A．当线框经过x 轴时，OP 两点间的电势差
B．当线框经过y 轴时，P、Q 两点电势差为
C．线框由x 轴位置转到y 轴位置的过程中，通过线框截面的电量为量
D．线框在转动一圈的过程中电流方向改变一次
12．如图甲所示是一个简易发电机模型，正方形线圈
的边长为
、匝数为
，电阻忽略不计。线圈
置于匀强磁场中，且绕垂直于磁感线的转轴
转动。发电机通过理想变压器对外工作，变压器原、副线
圈的匝数比
，电路中小灯泡完全相同且电阻恒定，电压表为理想电压表，若线圈以恒定角速度
转动，闭合开关S 后，四盏灯都能发光，副线圈输出的电压如图乙所示，下列说法正确的是（ ）
A．
时刻，线圈平面与中性面重合
B．匀强磁场的磁感应强度大小为
C．若断开开关S，则电压表的示数变大
D．若断开开关S，则
、
、
都变暗
第Ⅱ卷（非选择题）
三、实验题
6
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13．（10 分）某同学用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。
（1）该同学将原线圈接一学生电源的交流电压输出端，并使用交流电压表分别测量原、副线圈两端的电
压，得到的实验数据如下表所示。
实验序号
原线圈匝数
副线圈匝
数
原线圈电压
（V）
副线圈电压
（V）
1
400
200
4.22
2.10
2
400
800
4.22
8.36
3
400
1600
4.22
16.83
根据实验数据，得到的结论为：在误差允许的范围内， 。
（2）该同学利用（1）问中第2 组数据时的副线圈给一标有“3.8V ； 0.3A”字样的小灯泡供电，发现小灯
泡并没有被烧坏。测量此时小灯泡两端的电压约为3.00V，并不是8.36V，其原因主要是 。
（3）可拆变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成。如图所示，原线圈接交流电源，副线圈接入小
灯泡。第一次，缓缓移动铁芯横条使铁芯完全闭合；第二次，另取一块与变压器铁芯横条尺寸相同的普通
铁块替换铁芯横条，重复上述实验。两次均观察到小灯泡由暗变亮。以下说法正确的是 。
A．第二次实验中小灯泡更亮些
B．用普通铁块和用铁芯横条相比，普通铁块更容易发热
C．无论用普通铁块还是用铁芯横条，流经小灯泡的电流均为交变电流
（4）如图所示的电路中，电压为
的交流电源通过阻值为
的定值电阻与一理想变压器的原线圈连接，
一可变电阻R 与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为
、
。若保持
不变，将可变电阻R
的阻值增大，则流经原线圈的电流 （选填“增大”“减小”或“不变”）；当可变电阻R 的阻值
为 时（用
、
和
表示），可变电阻R 的功率最大。
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四、解答题
14．（10 分）如图所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的边
，边
，共有
匝，总电阻为
，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为
的定值电阻，电压表为理想电表，线圈以角速度
在磁感应强度为
的匀强磁场中绕与磁场
方向垂直的对称轴
匀速转动，从图示位置（线圈平面与磁场平行）开始计时，求：（
，结果
可保留根号）
（1）写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式；
（2）电压表示数；
（3）线圈转一圈的过程中电阻R 上产生的焦耳热（结果保留2 位小数）
15.（10 分）某水电站的发电功率约为2000 兆瓦，其主要为近180 公里远的一座工业重镇供电。输电线网
的等效电阻为10Ω。在输电过程中主要有两类损耗，除了我们熟悉的电阻类损耗以外，另一类是由于电晕
放电而导致的电晕类损耗。
（1）若以500kV 的方式进行高压输电，请问此时电阻类损耗的功率是多少；若此时电晕类损耗功率大约
占总耗功率的10%，电晕类损耗功率是多少；
（2）若采用最新的超高压1000kV 的方式在原先的电网基础上输电，请问此时电阻类损耗功率是上一问电
阻类损耗功率的几倍？如果电晕类损耗功率相比之前而言提升为原来的2 倍，请问此时电晕类损耗占总损
耗功率的百分比是多少；相比于之前，节省的总电功率是多少；
（3）为了减少改造费用，我们会在镇口先将1000kV 的电压降至500kV，然后再沿用原有线路分别将电输
送至居民区和工业区。最后在居民区和工业区再各自将电压降到所需值。下图展示了首次降压的变压器原
理示意图，求图中各线圈中的匝数之比
。若已知工业区耗电功率是居民区的10 倍，且变压器的输
入功率等于输出功率之和，求图中各处电流之比
。
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16．（10 分）海浪发电是一种应用前景广阔的新能源技术，海浪通过传动装置带动线圈在磁场中做切割磁
感线运动从而发电，实现海浪动能向电能的转化。某科技小组设计了一发电模型，其原理图如图甲所示，
N 匝正方形闭合线圈处在垂直干线圈平面的组合磁场中，组合磁场是由两方向相反的匀强磁场组成的，磁
感应强度大小均为B，线圈和磁场的宽度均为L，设线圈的总电阻为R，总质量为m，线圈在海浪的带动下
上下运动切割磁感线且线圈在运动过程中不会超出磁场范围，其运动的速度-时间图像如图乙所示。线圈处
于平衡位置时，线圈的中线恰好与组合磁场中的中线重叠。求：
（1）运动过程中，该线圈产生的最大感应电流；
（2）运动过程中，该线圈所受安培力的最大值；
（3）在理想条件下，该线圈的发电功率。
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17．（12 分）某物理兴趣小组在研究交变电流的产生和应用中，设计了以下三种形式，所用匀强磁场磁感
应强度均为1.0T，图乙和图丙的轨道均在水平面上，磁场方向竖直向下。
（1）甲方案为：如图甲所示，让一面积为
的单匝矩形线圈
，在有界匀强磁场中绕中轴
以
的转速匀速转动，已知
为磁场分界线，求线圈从图示位置开始计时产生的交变电流的感应
电动势的瞬时表达式；
（2）乙方案为：如图乙所示，
金属导轨与
金属直导轨分别在O 点和A 点接一阻值为
和
体积可忽略的定值电阻，导轨
的曲线方程为
（m），金属棒
平行于y
轴，长为1.5m。在外力作用下以速度
水平向右匀速运动（b 点始终在
轴上），金属棒与导轨
接触良好，摩擦不计，整个电路中除了电阻
和
外，其余电阻均不计。求：金属棒在导轨上从
到
的运动过程中，外力做的功。
（3）丙方案为：如图丙所示，匝数
的理想变压器原线圈与水平放置的间距
的光滑金属
导轨相连，导轨电阻不计，副线圈接阻值
的电阻，与导轨接触良好的电阻
的导体棒
在外
力的作用下做简谐振动，其速度
（
）。求电阻R 实际消耗的功率。
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