高考物理一轮复习 高频考点强化（十）交变电流、变压器问题练习.doc

高频考点强化(十)交变电流、变压器问题(45分钟100分)选择题(本题共15小题,共100分。110题为单选题,1115题为多选题,110题每小题6分,1115题每小题8分)1.如图甲所示,交流发电机的矩形金属线圈abcd的匝数n=100,线圈的总电阻r=5.0 ,线圈位于匀强磁场中,且线圈平面与磁场方向平行。线圈的两端分别与两个彼此绝缘的铜环e、f(集流环)焊接在一起,并通过电刷与阻值r=95 的定值电阻连接。现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴oo以一定的角速度匀速转动。穿过线圈的磁通量随时间t变化的图象如图乙所示。若电路其他部分的电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。则下列说法中正确的是()a.线圈匀速转动的角速度为100 rad/sb.线圈中产生感应电动势的最大值为100 vc.线圈中产生感应电动势的有效值为100 vd.线圈中产生感应电流的有效值为 a【解析】选d。由图知t=10-2 s,则=2100 rad/s,故a项错误;交流发电机产生电动势的最大值em=nbs,而m=bs,=,所以em=,由-t图线可知:m=1.010-2 wb,t=10-2s 所以em=200 v,交流发电机产生的电动势最大值为200 v,故b项错误;电动势的有效值e=100 v,故c项错误;由闭合电路的欧姆定律,电路中电流的有效值为i= a= a,故d项正确。2.如图所示,在同一水平面内有两根足够长的光滑水平金属导轨,间距为20 cm,电阻不计,其左端连接一阻值为10 的定值电阻。两导轨之间存在着磁感应强度为1 t的匀强磁场,磁场边界虚线由多个正弦曲线的半周期衔接而成,磁场方向如图。一电阻阻值为10 的导体棒ab在外力作用下以10 m/s的速度匀速向右运动,交流电压表和交流电流表均为理想电表,则()a.电流表的示数是 ab.电压表的示数是2 vc.导体棒运动到图示虚线cd位置时,电流表示数为零d.导体棒上消耗的热功率为0.1 w【解析】选d。回路中产生的感应电动势的最大值为em=blv=12010-210 v=2 v,则电动势的有效值e=2 v,电压表测量r两端的电压,则u=e=1 v,电流表的示数为有效值,为i= a=0.1 a,故a、b项错误;电流表示数为有效值,一直为0.1 a,故c项错误;导体棒上消耗的热功率p=i2r=0.0110 w=0.1 w,d项正确。3.(2018赣州模拟)匝数为100匝的线圈通有如图所示的交变电流(图中曲线为余弦曲线的一部分),单匝线圈电阻r=0.02 ,则在010 s内线圈产生的焦耳热为 ()a.80 jb.85 jc.90 jd.125 j【解析】选b。根据有效值的定义方法可知:r+22r=i2rt,解得:i= a,总电阻为r=1000.02 =2 ;则10 s内产生的焦耳热为q=i2rt= 210 j=85 j。【加固训练】(2018成都模拟)一个匝数为100匝,电阻为2 的闭合线圈处于某一磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,从某时刻起穿过线圈的磁通量按图示规律变化。则线圈中产生交变电流的有效值为()a. ab.0.6 ac. ad.0.5 a【解析】选a。01 s内的磁通量变化率为k1= wb/s=0.01 wb/s,则感应电动势e1=1 v,11.2 s内的磁通量变化率为k2= wb/s=0.05 wb/s,则感应电动势e2=5 v,对一个定值电阻,在一个周期内产生的热量:q=q1+q2=1 j+0.2 j=3 j,根据交流电有效值的定义:q=i2rt,得:i= a。故选a。4.(2018武汉模拟)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为n1n2= 101,a、b两点间的电压为u=220sin100t(v),r为可变电阻,p为额定电流为1 a、用铅锑合金制成的保险丝。为使保险丝中的电流不超过1 a,可变电阻r连入电路的最小阻值是()a.2.2 b.2 c.22 d.22 【解析】选a。原线圈输入电压的有效值u1= v=220 v,根据电压与匝数成正比:=,代入数据解得:u2=u1=220 v=22 v,原线圈的最大输入功率为p1=u1i=2201 w=220 w,输出功率等于输入功率p2=p1=220 w,输出功率:p2=,解得:r= =2.2 ,故a项正确,b、c、d项错误。5.(2018郑州模拟)如图所示为一个小型电风扇的电路简图,其中理想变压器的原、副线圈的匝数比为n,原线圈接电压为u的交流电源,输出端接有一只电阻为r的灯泡l和交流电风扇电动机d,电动机线圈电阻为r。接通电源后,电风扇正常运转,测出通过风扇电动机的电流为i,则下列说法正确的是()a.理想变压器的输入功率为b.灯泡l中的电流为c.风扇电动机d输出的机械功率为(i-)d.若电风扇由于机械故障被卡住,则通过原线圈的电流为【解析】选d。理想变压器的原、副线圈的匝数比为n,原线圈接电压为u的交流电源,则输出端电压为,灯泡l中的电流为,而电动机的输入功率为,故a、b项错误;电动机d的输入功率为,而电动机的线圈电阻消耗的功率为i2r,则电动机d的机械功率为-i2r,故c项错误;若电风扇由于机械故障被卡住可视为纯电阻,两电阻并联,则根据欧姆定律变压器原理=可知,通过原线圈的电流为,故d项正确。6.(2018邯郸模拟)如图所示,一理想变压器原副线圈的匝数比n1n2=41,变压器原线圈通过一理想电流表a接u=220sin100t(v)的正弦交流电,副线圈接有三个规格相同的灯泡和两个二极管,已知两二极管的正向电阻均为零,反向电阻均为无穷大,不考虑温度对灯泡电阻的影响,用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为uab和ucd,下列分析正确的是()a.uab=220 v,ucd=55 vb.流经l1的电流是流经电流表的电流的2倍c.若其中一个二极管被短路,电流表的示数将不变d.若通电1小时,l1消耗的电能等于l2、l3消耗的电能之和【解析】选d。根据变压器原理可知流经l1的电流是流经电流表的电流的4倍,副线圈两端电压为原线圈两端电压的四分之一,即55 v,但cd间电压不等于副线圈电压,故a、b项错误;若其中一个二极管被短路,副线圈电路发生变化,原线圈电流表的示数也要发生变化,故c项错误;根据题意可知,l2、l3必有一个断路,则其中一个与l1串联,灯泡规格相同,由w=i2rt知d项正确。7.(2018九江模拟)甲、乙两个完全相同的变压器接在如图交流电路中,两负载电阻的阻值之比r甲r乙=31,甲变压器原线圈上电压为u甲,副线圈上电流为i甲;乙变压器原线圈上电压为u乙,副线圈上电流为i乙,则有()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】选b。由图象知本题为两个变压器串联的情况,原线圈中电流处处相等,又因为是两个相同的变压器,所以两个变压器副线圈电流相等,即i甲=i乙,根据欧姆定律副线圈电压之比为31,因为变压器完全相同,所以原线圈电压之比为31,故u甲=3u乙,故b项正确,a、c、d项错误。8.如图所示为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为零b.发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e=nbssintc.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d.当用电量增加时,为使用户电压保持不变,滑动触头p应向上滑动【解析】选d。当线圈与磁场平行时,感应电流最大,故a项错误;以线圈平面与磁场平行时为计时起点,感应电动势的瞬时值表达式为e=nbscost,故b项错误;当触头p向下移动,只会改变副线圈的电流,从而改变原线圈的电流,不会改变原线圈的电压,故c项错误;根据功率p=ui,当电压不变,则电流增大,r0分压增大,为使用户电压保持不变,滑动触头p应向上滑动,故d项正确。9.一个含有理想变压器的电路如图所示,其中r1、r3、r4为定值电阻,r2为滑动变阻器,电表为理想电表,u为正弦交流电源,输出电压有效值恒定,当滑片p从左向右滑动的过程中,下列说法正确的是()a.电压表示数不变b.电容器c所带电荷量始终不变c.电流表示数减小d.理想变压器输出功率增大【解析】选c。设原线圈电流为i1,原线圈的电压为u1=u-i1r1,根据电压与匝数成正比可得:=,副线圈的电流为i2=,根据电流与匝数成反比可得:n1i1= n2i2,联立各式解得:u2=(u-i1r1);i2=,原副线圈匝数不变,当滑片p从左向右滑动的过程中,r2增大,所以i2减小,i1减小,而u2是副线圈的电压,因r1的存在,输入电压增大,输出电压有效值增大,故a项错误,c项正确;因为i2减小,r3两端的电压减小,即电容器的电压减小,由q=cu可知,电容器c所带电荷量减小,故b项错误;理想变压器输出功率为p=u1i1=(u-i1r1)i1=ui1-r1,p是关于i1的二次函数,当i1减小,p有可能先增大后减小,也有可能一直减小,故d项错误。10.某同学模拟“远距离输电”,将实验室提供的器材连接成如图所示电路,a、b为理想变压器,灯l1、l2相同且阻值不变。保持a的输入电压不变,开关s断开时,灯l1正常发光,则()a.仅闭合s,l1变亮b.仅闭合s,a的输入功率变小c.仅将滑片p上移,l1变亮d.仅将滑片p上移,a的输入功率变小【解题指导】解答本题应注意以下两点:(1)理想变压器的输入功率由输出功率决定,输出电压由输入电压和匝数比决定。(2)明确远距离输电过程中的功率、电压的损失与哪些因素有关,明确整个过程中的功率、电压关系。【解析】选d。闭合s,则消耗功率增大,b副线圈中电流增大,b原线圈电流也增大,则r上损失的电压和功率增大,则b输入电压ub1=ua2-ir减小,灯泡两端电压ub2减小,故灯泡会变暗,故a项错误;由上分析知a的输入电流增大,电压不变,根据p=ui知输入功率增大,故b项错误;仅将滑片p上移,a副线圈匝数减小,则输出电压减小,b的输入电压减小,灯泡电压也减小,故l1变暗,消耗功率减小,则a输入功率减小,故c项错误,d项正确。11.在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属线圈,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2 ,则()a.t=0时,线圈平面平行于磁感线b.t=1 s时,线圈中的电流改变方向c.t=1.5 s时,线圈中的感应电动势最大d.一个周期内,线圈产生的热量为82 j【解析】选a、d。根据图象可知,在t=0时穿过线圈平面的磁通量为零,所以线圈平面平行于磁感线,故a项正确;-t图象的斜率为,即表示磁通量的变化率,在0.5 1.5 s之间,“斜率方向”不变,表示的感应电动势方向不变,则电流强度方向不变,故b项错误;根据法拉第电磁感应定律可得e=n,所以在t=1.5 s时,斜率为零,则感应电动势为零,故c项错误;感应电动势的最大值为em=nbs=nm=1000.04 v=4 v,有效值e=2 v,根据焦耳定律可得一个周期产生的热量为q=t=2 j=82 j,故d项正确。【加固训练】(多选)如图所示,边长ab=d、bc=l的矩形线圈abcd与阻值为r的电阻组成闭合回路,线圈的匝数为n、总电阻为r,匀强磁场的左边界oo恰好经过ab、cd的中点,磁感应强度大小为b。从图示位置开始计时,线圈绕垂直于磁场的oo轴以角速度匀速转动,则下列说法中正确的是()a.回路中感应电动势的瞬时表达式e=nbdlsintb.在t=时刻,穿过线圈的磁通量为零,磁通量的变化率最大c.从t=0到t=的时间内,电阻r产生的焦耳热为q=d.从t=0到t=的时间内,通过电阻r的电荷量q=【解析】选b、c。由闭合电路中感应电动势的瞬时表达式e=emsint,得回路中感应电动势的瞬时表达式e=nbdlsint,故a项错误;在t=时刻,线圈从图示位置转过90,此时磁场穿过线圈的磁通量最小,磁通量变化率最大,故b项正确;电压有效值e=,从t=0 到t=时刻,电阻r产生的焦耳热为q=,故c项正确;从t=0 到t=时刻,通过r的电荷量q=,故d项错误。12.图甲、图乙分别表示两种电压的波形,其中图甲所示电压按正弦规律变化。下列说法正确的是 ()a.图甲表示的是交流电,图乙表示的是直流电b.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=220sin100t(v)c.图甲、乙两种电压的有效值分别为220 v和4 vd.图甲、乙两种电压分别给同一电阻丝供电,热功率之比是4421【解析】选b、d。由于两图中表示的电流方向都随时间变化,因此都为交流电,故a项错误;图甲所示电压的周期是0.02 s,所以瞬时值表达式为u=220sin100t v,故b项正确;对于乙图交流电即0.01=0.005 +0.005,解得u=5 v,故c项错误;根据p=可知,甲、乙两种电压分别给同一电阻丝供电,热功率之比是4421,故d项正确。13.如图所示,50匝矩形闭合导线框abcd处于磁感应强度大小b= t的水平匀强磁场中,线框面积s=0.5 m2,线框电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴oo以角速度=200 rad/s匀速转动,并与灯泡相连,且灯泡正常发光,灯泡正常发光电压为220 v,熔断器允许通过的最大电流为10 a,下列说法正确的是()a.图示位置穿过线框的磁通量为零b.线框中产生交变电压的有效值为500 vc.变压器原、副线圈匝数之比为2511d.允许变压器输出的最大功率为5 000 w【解析】选c、d。图示位置穿过线框的磁通量最大,故a项错误;电动势的最大值em=nbs=500.5200 v=500 v,则交变电压的有效值为500 v,则原副线圈的匝数比n=500220=2511,则b项错误,c项正确;因为保险丝的最大电流为10 a,则最大功率pm=ui=50010 w=5 000 w,故d项正确。14.(2018洛阳模拟)如图所示,理想变压器输入端接在电动势随时间变化、内阻为r的交流电源上,输出端接理想电流表及阻值为r的负载,变压器原、副线圈匝数的比值为n1n2,则下列说法正确的是()a.交流电源的最大效率为50%b.该交流电源电动势的瞬时值表达式为r=em