2019版高考物理一輪復習高頻考點強化(十)交變電流、變壓器問題練習

1、高頻考點強化（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)電機的矩形金屬線圈abed 的匝數(shù) n=100,線圈的總電阻 r=5.0Q,線圈位于勻強磁場中,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=95Q的定值電阻連接。現(xiàn)使線圈繞過 be 和 ad 邊中點、且垂直于磁場的轉軸00 以一定的角速度勻速轉動。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

2、部分的電阻以及線圈的自感系數(shù)均可忽略不計。則下列說法中正確的是（）A. 線圈勻速轉動的角速度為100 rad/sB. 線圈中產生感應電動勢的最大值為100 VC. 線圈中產生感應電動勢的有效值為100 VD. 線圈中產生感應電流的有效值為A2zr【解析】選 0 由圖知 T=n x10-2s,貝U 3=2X100 rad/s,故 A 項錯誤；交流發(fā)電機產生電動勢的最大2n加TT機TT22值 En=nBS3,而 n=BS,3=1,所以 Em=,由-t 圖線可知：m=1.0 x10-Wb,T=n x10-s 所以Em=200 V,交流發(fā)電機產生的電動勢最大值為200 V,故 B 項錯誤；電動勢的有效

3、值 E=，=100 V,故 CE100農項錯誤；由閉合電路的歐姆定律,電路中電流的有效值為 1= * JA=.A,故 D 項正確。2.如圖所示,在同一水平面內有兩根足夠長的光滑水平金屬導軌，間距為-3 -20 cm,電阻不計，其左端連接一阻值為 10Q的定值電阻。兩導軌之間存在著磁感應強度為1 T 的勻強磁場，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 10Q的導體棒 AB在外力作用下以 10 m/s 的速度勻速向右運動，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.導體棒運動到圖示虛線 CD 位置時，電流表示數(shù)為

4、零D.導體棒上消耗的熱功率為0.1 W【解析】 選 0 回路中產生的感應電動勢的最大值為E=BLv=1X20 X10-2X107=2、 V，則電動勢的有效值 E= 丄 =2 V，電壓表測量 R 兩端的電壓，則 U=人 E=1 V，電流表E2的示數(shù)為有效值，為|=人=丄A=0.1 A，故AB 項錯誤；電流表示數(shù)為有效值，一直為 0.1 A，故 C 項錯誤;2導體棒上消耗的熱功率P=I R=0.01X10 W=0.1 W，D 項正確。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線圈電阻 r=0.02Q,則在 010 s 內線圈產生的焦耳熱為（）yi72r=100X0.0

5、2Q=2Q;貝 U 10 s 內產生的焦耳熱為 Q=I rt=（圖中曲線為余弦曲線的一部分）,單匝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2=I2RT,解得：l= A,總電阻為X2X10 J=85 J 。-4 -【加固訓練】-5 -（2018 成都模擬）一個匝數(shù)為 100 匝，電阻為 2Q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。則線圈中產生交變電流的有效值為B.0.6 AD.0.5 AI2一個周期內產生的熱量：Q=Q+Q=2 xA.2.2QC.22Q【解析】 選 Ao 01 s 內的磁通量變化率

6、為 Ki= 10. 01Wb/s=0.01 Wb/s,則感應電動勢 Ei=1 V,1泌 e1.2 s 內的磁通量變化率為Wb/s=0.05 Wb/s,則感應電動勢 S=匕！ =5 V,對一個定值電阻，在1 J+ x 0.2 J=3 J,根據(jù)交流電有效值的定義：Q=|2RT，得:1= A。故選 Ao4.（2018 武漢模擬）如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為m :n2= 10 : 1,a、b 兩點間的電壓為u=220、sin100nt（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絲。為使保險絲中的-6 -UIA.理想變壓器的輸入功率為B.燈泡 L 中的電流為U(R

7、+ r)D.若電風扇由于機械故障被卡住，則通過原線圈的電流為【解析】選 0 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 八UUlUI220yj2巴21【解析】選 A。原線圈輸入電壓的有效值Ui= -V=220 V,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比：巴，代入數(shù)據(jù)解得：U2=U=1DX220 V=22 V,原線圈的最大輸入功率為Pi=UI =220X1W=220 W,輸出功率等于輸入功率砒222R=R=220 W,輸出功率：P2=R ,解得：只=戶2=220Q=2.2Q,故 A項正5.（2018 鄭州模擬）如圖所示為一個小型電風扇的電路簡圖,其中理想變壓器的原、副線圈的

8、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 和交流電風扇電動機 D,電動機線圈電阻為 r。接通電源后，電風扇正常運轉,測出通過風扇電動機的電流為I,則下列說法正確的是（）C.風扇電動機 D 輸出的機械功率為S-2n Rr-7 -燈泡 L 中的電流為,而電動機的輸入功率為 ,故 A、B 項錯誤；電動機 D 的輸入功率為 ,而電動機的UI線圈電阻消耗的功率為 l2r,則電動機 D 的機械功率為 H -I2r,故 C 項錯誤；若電風扇由于機械故障被卡住可-8 -in21/（/?+ r）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 打

9、/山,故 D項正確。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ni:n2=4 : 1,變壓器原線圈通過一理想電流表 A 接 u=220sin100nt（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Ub和 UCd，下列分析正確的是（）A. Uab=220 V，Ucd=55 VB. 流經 Li的電流是流經電流表的電流的 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，Li消耗的電能等于 L2、L3消耗

10、的電能之和【解析】選 D。根據(jù)變壓器原理可知流經Li的電流是流經電流表的電流的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 項錯誤；根據(jù)題意可知 丄2、L3必有一個斷路，. . 2則其中一個與 Li串聯(lián)，燈泡規(guī)格相同，由 W=IRt 知 D 項正確。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，兩負載電阻的阻值之比R甲：R乙=3： I,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

11、線圈上電流為 I乙,則有（）-9 -A.U甲=2乙,1甲=1乙B.U甲=3U乙,1甲=1乙C.U甲=2乙,1甲=31乙D.U甲=3U乙，1甲=31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，又因為是兩個相同的變壓 器，所以兩個變壓器副線圈電流相等，即 I甲=1乙,根據(jù)歐姆定律副線圈電壓之比為 3 : 1,因為變壓器完全相 同，所以原線圈電壓之比為 3 : 1,故 U甲=3U乙，故 B 項正確，A、C、D 項錯誤。8.如圖所示為某住宅區(qū)的應急供電系統(tǒng)，由交流發(fā)電機和副線圈匝數(shù)可調的理想降壓變壓器組成。發(fā)電機中矩形線圈所圍的面積為S，匝數(shù)為 N，電阻不計，它可繞水平

12、軸 00 在磁感應強度為 B 的水平勻強磁場中以角速度3勻速轉動。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，Ro表示輸電線的電阻。以線圈平面與磁場平行時為計時起點，下列判斷正確的是( )應急供電眾統(tǒng)A. 若發(fā)電機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)電機線圈感應電動勢的瞬時值表達式為e=NBSo sin3tC. 當滑動觸頭 P 向下移動時，變壓器原線圈兩端的電壓將升高D. 當用電量增加時，為使用戶電壓保持不變，滑動觸頭 P 應向上滑動【解析】選 0 當線圈與磁場平行時，感應電流最大，故 A 項錯誤；以線圈平面與磁場平行時為計時起點，感 應電動

13、勢的瞬時值表達式為 e=NBSb cos3t，故 B 項錯誤；當觸頭 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 項錯誤；根據(jù)功率 P=UI，當電壓不變，則電流增大，Ro分壓增 大，為使用戶電壓保持不變，滑動觸頭 P 應向上滑動，故 D 項正確。9. 一個含有理想變壓器的電路如圖所示，其中 Ri、憶、R4為定值電阻，R2為滑動變阻器，電表為理想電表，uI I CCCLCCCCLC i iCTCCCCTCCC甲乙-10 -為正弦交流電源，輸出電壓有效值恒定，當滑片 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

14、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U1nl【解析】選 Co設原線圈電流為 1i,原線圈的電壓為 Ui=U-IiR,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可得：”2 旳,副線圈的電流為 12，7,根據(jù)電流與匝數(shù)成反比可得：nili= n2l2,聯(lián)立各式解Unln2fn2?尺 2 + *3 + (R得:U2 (U-IiRi);I2=V!,原副線圈匝數(shù)不變，當滑片 P 從左向右滑動的過程中尺增大,所以 I2減小,11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 項錯 誤,C 項正確；因為 12減小,R3兩端的電壓減小,即電容器的電壓減小,由 Q=C

15、U 可知,電容器 C 所帶電荷量減小/2故 B 項錯誤；理想變壓器輸出功率為P=Uli=(U-liR)li=UIi-1RI,P是關于 I1的二次函數(shù),當 li減小,P 有可能先增大后減小，也有可能一直減小，故 D 項錯誤。10.某同學模擬“遠距離輸電”，將實驗室提供的器材連接成如圖所示電路,A、B 為理想變壓器，燈 Li、L2相同且阻值不變。保持 A 的輸入電壓不變，開關 S 斷開時，燈 Li正常發(fā)光，則()A. 僅閉合 S,Li變亮B. 僅閉合 S,A 的輸入功率變小-11 -C. 僅將滑片 P 上移，Li變亮D. 僅將滑片 P 上移,A 的輸入功率變小【解題指導】解答本題應注意以下兩點：(

16、i)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。明確遠距離輸電過程中的功率、電壓的損失與哪些因素有關，明確整個過程中的功率、電壓關系?！窘馕觥窟x D。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 UBi=LA2-IR 減小，燈泡兩端電壓 UB2減小，故燈泡會變暗，故 A 項錯誤；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 Li變暗,消耗功率減小，則 A

17、輸入功率減小，故 C 項錯 誤,D 項正確。11.在勻強磁場中，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動，穿過該線圈的磁通量隨時間按圖示正弦規(guī)律變化。設線圈總電阻為2Q,則（）A. t=O 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,線圈中的感應電動勢最大D. 一個周期內，線圈產生的熱量為 8n2J【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項正確；-t 圖象的斜率為4-,即表示磁通量的變化率，在 0.51.5 s 之間，斜率方向”不變，表示的感應電動勢方向不變

18、，則電流強度方向不變，故 B 項錯誤；根據(jù)法拉第電磁感應定律可得E=N:,所以在t=1.5 s 時，斜率為零，則感應電動勢為零，故 C 項錯誤；感應電動勢的最大值為2TTEgEm=NBSo =NQm3=100X0.04X上V=4nV,有效值 E= =2nV,根據(jù)焦耳定律可得一個周期產生的E28TT2熱量為 Q= T=X2J=8n2J,故 D 項正確。-12 -【加固訓練】（多選）如圖所示，邊長 ab=d、bc=l的矩形線圈 abed 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,勻強磁場的左邊界 00 恰好經過 ab、cd 的中點，磁感應強度大小為 B。從圖示位置開始計時，

19、線圈繞垂直于磁場的 00 軸以角速度3勻速轉動，則下列說法中正確的是（-13 -A. 回路中感應電動勢的瞬時表達式e=nBwdl sinwt71B. 在 t=厶時刻，穿過線圈的磁通量為零，磁通量的變化率最大nnn2B2a)d2l2R 2C. 從 t=0 到 t=J“丿的時間內,電阻 R 產生的焦耳熱為 Q=1 門人1171nBdlD. 從 t=0 到 t=m 的時間內,通過電阻 R 的電荷量 q=j；h【解析】選 B C。由閉合電路中感應電動勢的瞬時表達式e=Emsinwt,得回路中感應電動勢的瞬時表達式1He=-nBwdlsinwt,故 A 項錯誤；在 tu 1時刻,線圈從圖示位置轉過 90

20、 ,此時磁場穿過線圈的磁通量最小Ff兀磁通量變化率最大，故 B 項正確；電壓有效值E=J,從 t=0 到 t!時刻，電阻 R 產生的焦耳熱為 Q= 兀jm，B23乎F R兀- - 2 - -X .1= 1 門人-,故 C 項正確；從 t=0 到 t=n 時刻，通過 R 的電荷量泌nBdlq=r 十二胃 I：,故D項錯誤。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式為u=220 二 sin100nt(V)C. 圖甲、乙兩種電壓的有效值分別為220 V 和 4 V! ! L

21、-L丿一f/v0-14 -D. 圖甲、乙兩種電壓分別給同一電阻絲供電，熱功率之比是 442：1【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 項錯誤；圖甲所示電壓的周期是 0.02 s,所以瞬時值表達式為 u=220sin100nt V,故 B 項正確；對于乙圖交流電即-15 -if（43（3妙護k X0.0 仁X0.005 + 卅X0.005,解得 U=5 V,故 C 項錯誤；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 442： 1,故 D 項正確。13.如圖所示,50 匝矩形閉合導線框 ABCD 處于磁感應強度大小 B= T 的水平勻強

22、磁場中，線框面積 S=0.5吊,線框電阻不計。線框繞垂直于磁場的軸 00 以角速度3=200 rad/s 勻速轉動，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. 線框中產生交變電壓的有效值為500-ZVC. 變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為25： 11D. 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 項錯誤；電動勢的最大值Em=NBSj =50XMX0.5X200 V=500 乙V,則交變電壓的有效值為 500 V,則原副線圈的匝數(shù)比n=500 : 220=25：11,則 B 項錯誤,C 項正確；因為保險絲的最大電流為10 A,則最大功率 Pm=UI=500X10 W=5000 W,故 D 項正確。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 的負載，變壓器原、副線圈匝數(shù)的比值為n1:n2,則下列說法正確的是（A. 交流電源的最大效率為50%0-16 -C.電流表的讀數(shù)為v2(nR +712r)B. 該交流電源電動勢的瞬時值