2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 高頻考點(diǎn)強(qiáng)化（十）交變電流、變壓器問題練習(xí).doc

高頻考點(diǎn)強(qiáng)化(十)交變電流、變壓器問題(45分鐘100分)選擇題(本題共15小題,共100分。110題為單選題,1115題為多選題,110題每小題6分,1115題每小題8分)1.如圖甲所示,交流發(fā)電機(jī)的矩形金屬線圈abcd的匝數(shù)n=100,線圈的總電阻r=5.0 ,線圈位于勻強(qiáng)磁場中,且線圈平面與磁場方向平行。線圈的兩端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán)E、F(集流環(huán))焊接在一起,并通過電刷與阻值R=95 的定值電阻連接?，F(xiàn)使線圈繞過bc和ad邊中點(diǎn)、且垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸OO以一定的角速度勻速轉(zhuǎn)動。穿過線圈的磁通量隨時間t變化的圖象如圖乙所示。若電路其他部分的電阻以及線圈的自感系數(shù)均可忽略不計(jì)。則下列說法中正確的是()A.線圈勻速轉(zhuǎn)動的角速度為100 rad/sB.線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值為100 VC.線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的有效值為100 VD.線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的有效值為 A【解析】選D。由圖知T=10-2 s,則=2100 rad/s,故A項(xiàng)錯誤;交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動勢的最大值Em=nBS,而m=BS,=,所以Em=,由-t圖線可知:m=1.010-2 Wb,T=10-2s 所以Em=200 V,交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢最大值為200 V,故B項(xiàng)錯誤;電動勢的有效值E=100 V,故C項(xiàng)錯誤;由閉合電路的歐姆定律,電路中電流的有效值為I= A= A,故D項(xiàng)正確。2.如圖所示,在同一水平面內(nèi)有兩根足夠長的光滑水平金屬導(dǎo)軌,間距為20 cm,電阻不計(jì),其左端連接一阻值為10 的定值電阻。兩導(dǎo)軌之間存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度為1 T的勻強(qiáng)磁場,磁場邊界虛線由多個正弦曲線的半周期銜接而成,磁場方向如圖。一電阻阻值為10 的導(dǎo)體棒AB在外力作用下以10 m/s的速度勻速向右運(yùn)動,交流電壓表和交流電流表均為理想電表,則()A.電流表的示數(shù)是 AB.電壓表的示數(shù)是2 VC.導(dǎo)體棒運(yùn)動到圖示虛線CD位置時,電流表示數(shù)為零D.導(dǎo)體棒上消耗的熱功率為0.1 W【解析】選D。回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為Em=BLv=12010-210 V=2 V,則電動勢的有效值E=2 V,電壓表測量R兩端的電壓,則U=E=1 V,電流表的示數(shù)為有效值,為I= A=0.1 A,故A、B項(xiàng)錯誤;電流表示數(shù)為有效值,一直為0.1 A,故C項(xiàng)錯誤;導(dǎo)體棒上消耗的熱功率P=I2R=0.0110 W=0.1 W,D項(xiàng)正確。3.(2018贛州模擬)匝數(shù)為100匝的線圈通有如圖所示的交變電流(圖中曲線為余弦曲線的一部分),單匝線圈電阻r=0.02 ,則在010 s內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱為 ()A.80 JB.85 JC.90 JD.125 J【解析】選B。根據(jù)有效值的定義方法可知:R+22R=I2RT,解得:I= A,總電阻為r=1000.02 =2 ;則10 s內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱為Q=I2rt= 210 J=85 J?！炯庸逃?xùn)練】(2018成都模擬)一個匝數(shù)為100匝,電阻為2 的閉合線圈處于某一磁場中,磁場方向垂直于線圈平面,從某時刻起穿過線圈的磁通量按圖示規(guī)律變化。則線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為()A. AB.0.6 AC. AD.0.5 A【解析】選A。01 s內(nèi)的磁通量變化率為K1= Wb/s=0.01 Wb/s,則感應(yīng)電動勢E1=1 V,11.2 s內(nèi)的磁通量變化率為K2= Wb/s=0.05 Wb/s,則感應(yīng)電動勢E2=5 V,對一個定值電阻,在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量:Q=Q1+Q2=1 J+0.2 J=3 J,根據(jù)交流電有效值的定義:Q=I2RT,得:I= A。故選A。4.(2018武漢模擬)如圖所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1n2= 101,a、b兩點(diǎn)間的電壓為u=220sin100t(V),R為可變電阻,P為額定電流為1 A、用鉛銻合金制成的保險(xiǎn)絲。為使保險(xiǎn)絲中的電流不超過1 A,可變電阻R連入電路的最小阻值是()A.2.2 B.2 C.22 D.22 【解析】選A。原線圈輸入電壓的有效值U1= V=220 V,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比:=,代入數(shù)據(jù)解得:U2=U1=220 V=22 V,原線圈的最大輸入功率為P1=U1I=2201 W=220 W,輸出功率等于輸入功率P2=P1=220 W,輸出功率:P2=,解得:R= =2.2 ,故A項(xiàng)正確,B、C、D項(xiàng)錯誤。5.(2018鄭州模擬)如圖所示為一個小型電風(fēng)扇的電路簡圖,其中理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為n,原線圈接電壓為U的交流電源,輸出端接有一只電阻為R的燈泡L和交流電風(fēng)扇電動機(jī)D,電動機(jī)線圈電阻為r。接通電源后,電風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn),測出通過風(fēng)扇電動機(jī)的電流為I,則下列說法正確的是()A.理想變壓器的輸入功率為B.燈泡L中的電流為C.風(fēng)扇電動機(jī)D輸出的機(jī)械功率為(I-)D.若電風(fēng)扇由于機(jī)械故障被卡住,則通過原線圈的電流為【解析】選D。理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為n,原線圈接電壓為U的交流電源,則輸出端電壓為,燈泡L中的電流為,而電動機(jī)的輸入功率為,故A、B項(xiàng)錯誤;電動機(jī)D的輸入功率為,而電動機(jī)的線圈電阻消耗的功率為I2r,則電動機(jī)D的機(jī)械功率為-I2r,故C項(xiàng)錯誤;若電風(fēng)扇由于機(jī)械故障被卡住可視為純電阻,兩電阻并聯(lián),則根據(jù)歐姆定律變壓器原理=可知,通過原線圈的電流為,故D項(xiàng)正確。6.(2018邯鄲模擬)如圖所示,一理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比n1n2=41,變壓器原線圈通過一理想電流表A接u=220sin100t(V)的正弦交流電,副線圈接有三個規(guī)格相同的燈泡和兩個二極管,已知兩二極管的正向電阻均為零,反向電阻均為無窮大,不考慮溫度對燈泡電阻的影響,用交流電壓表測得a、b端和c、d端的電壓分別為Uab和Ucd,下列分析正確的是()A.Uab=220 V,Ucd=55 VB.流經(jīng)L1的電流是流經(jīng)電流表的電流的2倍C.若其中一個二極管被短路,電流表的示數(shù)將不變D.若通電1小時,L1消耗的電能等于L2、L3消耗的電能之和【解析】選D。根據(jù)變壓器原理可知流經(jīng)L1的電流是流經(jīng)電流表的電流的4倍,副線圈兩端電壓為原線圈兩端電壓的四分之一,即55 V,但cd間電壓不等于副線圈電壓,故A、B項(xiàng)錯誤;若其中一個二極管被短路,副線圈電路發(fā)生變化,原線圈電流表的示數(shù)也要發(fā)生變化,故C項(xiàng)錯誤;根據(jù)題意可知,L2、L3必有一個斷路,則其中一個與L1串聯(lián),燈泡規(guī)格相同,由W=I2Rt知D項(xiàng)正確。7.(2018九江模擬)甲、乙兩個完全相同的變壓器接在如圖交流電路中,兩負(fù)載電阻的阻值之比R甲R乙=31,甲變壓器原線圈上電壓為U甲,副線圈上電流為I甲;乙變壓器原線圈上電壓為U乙,副線圈上電流為I乙,則有()A.U甲=U乙 ,I甲=I乙B.U甲=3U乙 ,I甲=I乙C.U甲=U乙 ,I甲=3I乙D.U甲=3U乙 ,I甲=3I乙【解析】選B。由圖象知本題為兩個變壓器串聯(lián)的情況,原線圈中電流處處相等,又因?yàn)槭莾蓚€相同的變壓器,所以兩個變壓器副線圈電流相等,即I甲=I乙,根據(jù)歐姆定律副線圈電壓之比為31,因?yàn)樽儔浩魍耆嗤?所以原線圈電壓之比為31,故U甲=3U乙,故B項(xiàng)正確,A、C、D項(xiàng)錯誤。8.如圖所示為某住宅區(qū)的應(yīng)急供電系統(tǒng),由交流發(fā)電機(jī)和副線圈匝數(shù)可調(diào)的理想降壓變壓器組成。發(fā)電機(jī)中矩形線圈所圍的面積為S,匝數(shù)為N,電阻不計(jì),它可繞水平軸OO在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中以角速度勻速轉(zhuǎn)動。矩形線圈通過滑環(huán)連接降壓變壓器,滑動觸頭P上下移動時可改變輸出電壓,R0表示輸電線的電阻。以線圈平面與磁場平行時為計(jì)時起點(diǎn),下列判斷正確的是 ()A.若發(fā)電機(jī)線圈某時刻處于圖示位置,變壓器原線圈的電流瞬時值為零B.發(fā)電機(jī)線圈感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=NBSsintC.當(dāng)滑動觸頭P向下移動時,變壓器原線圈兩端的電壓將升高D.當(dāng)用電量增加時,為使用戶電壓保持不變,滑動觸頭P應(yīng)向上滑動【解析】選D。當(dāng)線圈與磁場平行時,感應(yīng)電流最大,故A項(xiàng)錯誤;以線圈平面與磁場平行時為計(jì)時起點(diǎn),感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=NBScost,故B項(xiàng)錯誤;當(dāng)觸頭P向下移動,只會改變副線圈的電流,從而改變原線圈的電流,不會改變原線圈的電壓,故C項(xiàng)錯誤;根據(jù)功率P=UI,當(dāng)電壓不變,則電流增大,R0分壓增大,為使用戶電壓保持不變,滑動觸頭P應(yīng)向上滑動,故D項(xiàng)正確。9.一個含有理想變壓器的電路如圖所示,其中R1、R3、R4為定值電阻,R2為滑動變阻器,電表為理想電表,u為正弦交流電源,輸出電壓有效值恒定,當(dāng)滑片P從左向右滑動的過程中,下列說法正確的是()A.電壓表示數(shù)不變B.電容器C所帶電荷量始終不變C.電流表示數(shù)減小D.理想變壓器輸出功率增大【解析】選C。設(shè)原線圈電流為I1,原線圈的電壓為U1=U-I1R1,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可得:=,副線圈的電流為I2=,根據(jù)電流與匝數(shù)成反比可得:n1I1= n2I2,聯(lián)立各式解得:U2=(U-I1R1);I2=,原副線圈匝數(shù)不變,當(dāng)滑片P從左向右滑動的過程中,R2增大,所以I2減小,I1減小,而U2是副線圈的電壓,因R1的存在,輸入電壓增大,輸出電壓有效值增大,故A項(xiàng)錯誤,C項(xiàng)正確;因?yàn)镮2減小,R3兩端的電壓減小,即電容器的電壓減小,由Q=CU可知,電容器C所帶電荷量減小,故B項(xiàng)錯誤;理想變壓器輸出功率為P=U1I1=(U-I1R1)I1=UI1-R1,P是關(guān)于I1的二次函數(shù),當(dāng)I1減小,P有可能先增大后減小,也有可能一直減小,故D項(xiàng)錯誤。10.某同學(xué)模擬“遠(yuǎn)距離輸電”,將實(shí)驗(yàn)室提供的器材連接成如圖所示電路,A、B為理想變壓器,燈L1、L2相同且阻值不變。保持A的輸入電壓不變,開關(guān)S斷開時,燈L1正常發(fā)光,則()A.僅閉合S,L1變亮B.僅閉合S,A的輸入功率變小C.僅將滑片P上移,L1變亮D.僅將滑片P上移,A的輸入功率變小【解題指導(dǎo)】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn):(1)理想變壓器的輸入功率由輸出功率決定,輸出電壓由輸入電壓和匝數(shù)比決定。(2)明確遠(yuǎn)距離輸電過程中的功率、電壓的損失與哪些因素有關(guān),明確整個過程中的功率、電壓關(guān)系?！窘馕觥窟xD。閉合S,則消耗功率增大,B副線圈中電流增大,B原線圈電流也增大,則R上損失的電壓和功率增大,則B輸入電壓UB1=UA2-IR減小,燈泡兩端電壓UB2減小,故燈泡會變暗,故A項(xiàng)錯誤;由上分析知A的輸入電流增大,電壓不變,根據(jù)P=UI知輸入功率增大,故B項(xiàng)錯誤;僅將滑片P上移,A副線圈匝數(shù)減小,則輸出電壓減小,B的輸入電壓減小,燈泡電壓也減小,故L1變暗,消耗功率減小,則A輸入功率減小,故C項(xiàng)錯誤,D項(xiàng)正確。11.在勻強(qiáng)磁場中,一個100匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過該線圈的磁通量隨時間按圖示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為2 ,則()A.t=0時,線圈平面平行于磁感線B.t=1 s時,線圈中的電流改變方向C.t=1.5 s時,線圈中的感應(yīng)電動勢最大D.一個周期內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為82 J【解析】選A、D。根據(jù)圖象可知,在t=0時穿過線圈平面的磁通量為零,所以線圈平面平行于磁感線,故A項(xiàng)正確;-t圖象的斜率為,即表示磁通量的變化率,在0.5 1.5 s之間,“斜率方向”不變,表示的感應(yīng)電動勢方向不變,則電流強(qiáng)度方向不變,故B項(xiàng)錯誤;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得E=N,所以在t=1.5 s時,斜率為零,則感應(yīng)電動勢為零,故C項(xiàng)錯誤;感應(yīng)電動勢的最大值為Em=NBS=Nm=1000.04 V=4 V,有效值E=2 V,根據(jù)焦耳定律可得一個周期產(chǎn)生的熱量為Q=T=2 J=82 J,故D項(xiàng)正確。【加固訓(xùn)練】(多選)如圖所示,邊長ab=d、bc=l的矩形線圈abcd與阻值為R的電阻組成閉合回路,線圈的匝數(shù)為n、總電阻為r,勻強(qiáng)磁場的左邊界OO恰好經(jīng)過ab、cd的中點(diǎn),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。從圖示位置開始計(jì)時,線圈繞垂直于磁場的OO軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動,則下列說法中正確的是()A.回路中感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式e=nBdlsintB.在t=時刻,穿過線圈的磁通量為零,磁通量的變化率最大C.從t=0到t=的時間內(nèi),電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為Q=D.從t=0到t=的時間內(nèi),通過電阻R的電荷量q=【解析】選B、C。由閉合電路中感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式e=Emsint,得回路中感應(yīng)電動勢的瞬時表達(dá)式e=nBdlsint,故A項(xiàng)錯誤;在t=時刻,線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90,此時磁場穿過線圈的磁通量最小,磁通量變化率最大,故B項(xiàng)正確;電壓有效值E=,從t=0 到t=時刻,電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為Q=,故C項(xiàng)正確;從t=0 到t=時刻,通過R的電荷量q=,故D項(xiàng)錯誤。12.圖甲、圖乙分別表示兩種電壓的波形,其中圖甲所示電壓按正弦規(guī)律變化。下列說法正確的是 ()A.圖甲表示的是交流電,圖乙表示的是直流電B.圖甲所示電壓的瞬時值表達(dá)式為u=220sin100t(V)C.圖甲、乙兩種電壓的有效值分別為220 V和4 VD.圖甲、乙兩種電壓分別給同一電阻絲供電,熱功率之比是4421【解析】選B、D。由于兩圖中表示的電流方向都隨時間變化,因此都為交流電,故A項(xiàng)錯誤;圖甲所示電壓的周期是0.02 s,所以瞬時值表達(dá)式為u=220sin100t V,故B項(xiàng)正確;對于乙圖交流電即0.01=0.005 +0.005,解得U=5 V,故C項(xiàng)錯誤;根據(jù)P=可知,甲、乙兩種電壓分別給同一電阻絲供電,熱功率之比是4421,故D項(xiàng)正確。13.如圖所示,50匝矩形閉合導(dǎo)線框ABCD處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B= T的水平勻強(qiáng)磁場中,線框面積S=0.5 m2,線框電阻不計(jì)。線框繞垂直于磁場的軸OO以角速度=200 rad/s勻速轉(zhuǎn)動,并與燈泡相連,且燈泡正常發(fā)光,燈泡正常發(fā)光電壓為220 V,熔斷器允許通過的最大電流為10 A,下列說法正確的是()A.圖示位置穿過線框的磁通量為零B.線框中產(chǎn)生交變電壓的有效值為500 VC.變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為2511D.允許變壓器輸出的最大功率為5 000 W【解析】選C、D。圖示位置穿過線框的磁通量最大,故A項(xiàng)錯誤;電動勢的最大值Em=NBS=500.5200 V=500 V,則交變電壓的有效值為500 V,則原副線圈的匝數(shù)比n=500220=2511,則B項(xiàng)錯誤,C項(xiàng)正確;因?yàn)楸ｋU(xiǎn)絲的最大電流為10 A,則最大功率Pm=UI=50010 W=5 000 W,故D項(xiàng)正確。14.(2018洛陽模擬)如圖所示,理想變壓器輸入端接在電動勢隨時間變化、內(nèi)阻為r的交流電源上,輸出端接理想電流表及阻值為R的負(fù)載,變壓器原、副線圈匝數(shù)的比值為n1n2,則下列說法正確的是()A.交流電源的最大效率為50%B.該交流電源電動勢的瞬時值表達(dá)式為r=Emsin100t VC.電流表的讀數(shù)為D.若R電阻增大,則變壓器副線圈兩端電壓變大【解析】選C、D。將變壓器、電流表、電壓表等效為外電阻R,當(dāng)R=r時交流電源的效率為50%,電源的效率=,R越大,交流電源的效率越大,交流電源的最大效率可以大于50%,故A項(xiàng)錯誤;根據(jù)圖甲交流電的周期T=410-2 s,角速度= rad/s=50 rad/s,交流電源電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=Emsin50t V,故B項(xiàng)錯誤;設(shè)原線圈電流為I1,副線圈電流為I2,根據(jù)電流與匝數(shù)成反比,=,根據(jù)能量守恒,I1=r+R,解得:I2=,所以電流表的讀數(shù)為,故C項(xiàng)正確;若R增大,副線圈電流減小,根據(jù)電流與匝數(shù)成反比,得原線圈電流減小,原線圈兩端電壓U1=E-I1r,原線圈兩端電壓增大,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比,得副線圈兩端的電壓變大,故D項(xiàng)正確。15.(2018唐山模擬)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖所示。發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220 V,輸電線總電阻為r,升壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n1、n2。降壓變壓器原副線圈匝數(shù)分別為n3、n4(變壓器均為理想變壓器)。要使額定電壓為220 V的用電器正常工作,則()A.<B.>C.升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓D.升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率【解析】選B、D。根據(jù)變壓器工作原理可知=,=,由于輸電線上損失一部分電壓,升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓,有U2>U3,所以>,故B正確,A、C不正確;升壓變壓器的輸出功率等于降壓變壓器的輸入功率加上輸電線損失功率,故D正確。