專(zhuān)題三交流電和變壓器綜合問(wèn)題

專(zhuān)題三：交流電和變壓器綜合問(wèn)題學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)物理素養(yǎng)1.進(jìn)一步理解交變電流的有效值的物理意義，并會(huì)進(jìn)行計(jì)算.2.知道交變電流峰值、瞬時(shí)值、有效值、平均值的區(qū)別，并會(huì)進(jìn)行有關(guān)計(jì)算．3.了解幾種常見(jiàn)的變壓器.4.掌握變壓器動(dòng)態(tài)問(wèn)題的分析方法，會(huì)分析變壓器的綜合問(wèn)題．物理觀念：進(jìn)一步深化對(duì)交流電的有效值、瞬時(shí)值、峰值、平均值的理解。認(rèn)識(shí)電流互感器和電壓互感器?？茖W(xué)思維：經(jīng)歷交流電有效值的推導(dǎo)過(guò)程，自耦變壓器和互感器的工作原理?？茖W(xué)探究：掌握變壓器的動(dòng)態(tài)分析過(guò)程?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過(guò)對(duì)交流電和變壓器的深入學(xué)習(xí)加強(qiáng)科技強(qiáng)國(guó)的信心。002思維導(dǎo)圖003知識(shí)梳理課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識(shí)：一、交變電流有效值的計(jì)算計(jì)算交變電流有效值應(yīng)注意：(1)計(jì)算有效值時(shí)要注意根據(jù)電流的熱效應(yīng)，抓住“三同”；“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生的“熱量相同”，進(jìn)而列式求解．(2)利用公式Q＝I2Rt和Q＝eq\f(U2,R)t可分別求得電流有效值和電壓有效值．(3)正弦式交變電流在eq\f(T,4)和eq\f(T,2)內(nèi)有效值與峰值間的關(guān)系都是I＝eq\f(Im,\r(2))，U＝eq\f(Um,\r(2)).(4)交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)規(guī)定的，與電流的方向無(wú)關(guān)，一般以一個(gè)周期來(lái)計(jì)算有效值．二、交變電流“四值”的比較及應(yīng)用名稱(chēng)物理含義重要關(guān)系應(yīng)用情況瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值電流為正弦式交變電流時(shí)：e＝Emsinωti＝Imsinωt分析交變電流在某一時(shí)刻的情況，如計(jì)算某一時(shí)刻線圈受到的安培力最大值最大的瞬時(shí)值Em＝NωBSIm＝eq\f(Em,R＋r)電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值電流為正弦式交變電流時(shí)：E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))(1)計(jì)算與電流熱效應(yīng)相關(guān)的量(如電功率、電熱、熱功率)(2)交流電表的測(cè)量值(3)電氣設(shè)備標(biāo)注的額定電壓、額定電流(4)保險(xiǎn)絲的熔斷電流平均值交變電流圖像中圖線與時(shí)間軸所圍面積與時(shí)間的比值eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R＋r)計(jì)算通過(guò)電路橫截面的電荷量q＝eq\x\to(I)Δt＝neq\f(ΔΦ,R＋r)三、幾種常見(jiàn)的變壓器1．自耦變壓器圖甲所示是自耦變壓器的示意圖．這種變壓器的特點(diǎn)是鐵芯上只繞有一個(gè)線圈．如果把整個(gè)線圈作原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓；如果把線圈的一部分作原線圈，整個(gè)線圈作副線圈，就可以升高電壓．調(diào)壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構(gòu)造如圖乙所示．線圈AB繞在一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯上，A、B之間加上輸入電壓U1，移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P的位置就可以調(diào)節(jié)輸出電壓U2.2．互感器分類(lèi)電壓互感器電流互感器原理圖原線圈的連接并聯(lián)在高壓電路中串聯(lián)在待測(cè)電路中副線圈的連接連接電壓表連接電流表互感器的作用將高電壓變?yōu)榈碗妷簩⒋箅娏髯兂尚‰娏骼玫年P(guān)系式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)I1n1＝I2n2注意(1)電壓互感器是降壓變壓器，據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，知n1>n2.電流互感器是升壓變壓器，據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，知n1<n2.(2)區(qū)分電壓互感器與電流互感器的三個(gè)標(biāo)志．①測(cè)量?jī)x器不同，電壓互感器用電壓表，電流互感器用電流表．②原、副線圈匝數(shù)關(guān)系不同．③原線圈接線方式不同，前者接在火線和零線間，后者接在火線上．(3)使用互感器時(shí)，一定要將互感器的外殼和副線圈接地．四、理想變壓器的制約關(guān)系和動(dòng)態(tài)分析1．電壓、電流、功率的制約關(guān)系(1)電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)一定時(shí)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，即U2＝eq\f(n2U1,n1).(2)功率制約：P出決定P入，P出增大，P入增大；P出減小，P入減小；P出為0，P入為0.(3)電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)一定，且輸入電壓U1確定時(shí)，副線圈中的輸出電流I2決定原線圈中的電流I1，即I1＝eq\f(n2I2,n1)(只有一個(gè)副線圈時(shí))．2．對(duì)理想變壓器進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的兩種常見(jiàn)情況(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是R→I2→P出→P入→I1.(2)負(fù)載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1.004題型精講【題型一】交變電流“四值”的比較及應(yīng)用【典型例題1】2023年中國(guó)首個(gè)深海浮式風(fēng)力發(fā)電平臺(tái)“海油觀瀾”號(hào)投產(chǎn)發(fā)電，假設(shè)旋轉(zhuǎn)磁極式風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理如圖所示，風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)葉，帶動(dòng)磁極旋轉(zhuǎn)，使得水平放置線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流。磁鐵下方的線圈與電壓傳感器相連并通過(guò)電腦（未畫(huà)出）顯示數(shù)據(jù)。已知發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成正比，線圈的電阻不計(jì)。在風(fēng)速為時(shí)，電腦顯示電壓傳感器兩端的電壓如圖乙所示。如果風(fēng)速增大到，則下列說(shuō)法正確的是（）A．電腦端顯示電壓示數(shù)的最大值為B．電壓傳感器兩端的電壓表達(dá)式為C．磁鐵的轉(zhuǎn)速為D．如果風(fēng)速保持為，增加線圈的匝數(shù)，電壓傳感器兩端電壓不變【答案】B【解析】ABC．由圖乙所示，在風(fēng)速為時(shí)，周期為角速度為得轉(zhuǎn)速為電壓示數(shù)的最大值為已知發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成正比，如果風(fēng)速增大到，轉(zhuǎn)速為角速度為可知電壓示數(shù)的最大值為電壓傳感器兩端的電壓表達(dá)式為故AC錯(cuò)誤，B正確；D．如果風(fēng)速保持為，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值為當(dāng)增加線圈的匝數(shù)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的峰值變大，有效值變大，電壓傳感器兩端電壓變大，故D錯(cuò)誤。故選B?！镜湫屠}2】2．如圖甲所示，兩個(gè)完全相同的正方形線圈，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的同一根軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸位于磁場(chǎng)邊界處。線圈P以一條邊為轉(zhuǎn)軸，線圈Q以中心線為轉(zhuǎn)軸，分別產(chǎn)生的電流隨時(shí)間變化的圖像如圖乙、丙所示，則兩線圈中電流的有效值之比為（

）A． B． C． D．【答案】B【解析】根據(jù)電流的熱效應(yīng)，可得解得由丙圖可知?jiǎng)t兩線圈中電流的有效值之比故選B?！緦?duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】如圖所示，電阻為r的單匝金屬直角線框abcd放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，a、d兩點(diǎn)連線與磁場(chǎng)垂直，ab、cd長(zhǎng)均為l，bc長(zhǎng)為2l，定值電阻阻值為R。線框繞ad連線以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，則（）A．線框每轉(zhuǎn)一圈，回路電流方向改變一次B．回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為C．a(chǎn)、d兩點(diǎn)間的電壓為D．周期內(nèi)通過(guò)R的電荷量為【答案】D【解析】A．線圈產(chǎn)生的是正弦交流電，正弦交流電在一個(gè)周期內(nèi)方向改變2次。故A錯(cuò)誤；BC．回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為a、d兩點(diǎn)間的電壓為路端電壓為故B正確；C錯(cuò)誤；D．周期通過(guò)的電荷量為故D正確。故選D?！緦?duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律如圖甲所示，已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為20Ω，現(xiàn)外接一個(gè)額定電壓為200V的電動(dòng)機(jī)，如圖乙所示，電動(dòng)機(jī)恰好能正常工作，電表為理想電表，下列說(shuō)法正確的是（）A．時(shí)，線圈平面與中性面垂直 B．電路中的電流方向每秒鐘改變50次C．電路中的電流大小為1A D．電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為100Ω【答案】C【解析】A．時(shí)，電動(dòng)勢(shì)等于零，線圈平面與中性面平行，A錯(cuò)誤；B．周期是0.02s，頻率是50Hz，電路中的電流方向每秒鐘改變100次，B錯(cuò)誤；C．電動(dòng)勢(shì)的有效值為根據(jù)閉合電路歐姆定律解得C正確；D．電動(dòng)機(jī)的輸出功率未知，無(wú)法電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻，D錯(cuò)誤。故選C?！绢}型二】幾種常見(jiàn)的變壓器【典型例題3】如圖所示，為理想自耦變壓器，其中P為變壓器上的滑動(dòng)觸頭，Q為滑動(dòng)變阻器上的滑片，則以下說(shuō)法正確的是（

）A．適當(dāng)調(diào)節(jié)變壓器上的滑動(dòng)觸頭P，該自耦變壓器既可升壓也可降壓B．滑片Q不動(dòng)，滑動(dòng)觸頭P逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，電流表讀數(shù)變大C．圖示位置，D．滑動(dòng)觸頭P不動(dòng)，滑片Q緩慢向下滑動(dòng)時(shí)，一直在減小【答案】B【解析】A．適當(dāng)調(diào)節(jié)變壓器上的滑動(dòng)觸頭P，可改變副線圈的匝數(shù)，但副線圈匝數(shù)一直小于原線圈匝數(shù)，故該自耦變壓器只能降壓不能升壓，A錯(cuò)誤；B．滑片Q不動(dòng)，滑動(dòng)觸頭P逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，副線圈匝數(shù)增大，根據(jù)可知副線圈電壓增大，則電流增大，電流表讀數(shù)變大，B正確；C．圖示位置，原線圈匝數(shù)大于副線圈匝數(shù)，則有C錯(cuò)誤；D．滑動(dòng)觸頭P不動(dòng)，副線圈匝數(shù)不變，則不變，D錯(cuò)誤。故選B?！镜湫屠}4】如圖，一理想自耦變壓器原線圈的匝數(shù)為匝，滑片P可在原線圈上面上下移動(dòng)，從而改變副線圈的匝數(shù)，電路中的定值電阻，，交流電壓表、電流表均為理想電表，當(dāng)從變壓器的左端接入交流電源時(shí)，滑片P移動(dòng)到某一位置，電壓表與電壓表的示數(shù)均為30V，下列說(shuō)法正確的是（）A．副線圈的匝數(shù)為匝B．電流表的示數(shù)為C．消耗的電功率為D．若把滑片P向上滑，則流經(jīng)的電流頻率會(huì)大于50Hz【答案】A【解析】A．由可知，變壓器的左端接入交流電壓的有效值為可知理想自耦變壓器原線圈的電壓為由理想自耦變壓器原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系公式可得副線圈的匝數(shù)為A正確；B．由歐姆定律可得電流表的示數(shù)為B錯(cuò)誤；C．由電功率公式可得消耗的電功率為C錯(cuò)誤；D．由，可知交流電的頻率為變壓器可以改變交流電的電壓，不可以改變交流電的頻率，因此若把滑片P向上滑，則流經(jīng)的電流會(huì)增大，頻率仍是50Hz，D錯(cuò)誤。故選A?！緦?duì)點(diǎn)訓(xùn)練3】我國(guó)已建成和在建的特高壓輸電工程總長(zhǎng)度超過(guò)4萬(wàn)公里，形成了覆蓋全國(guó)的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，這些特高壓輸電線路有效地連接了中國(guó)西部的能源基地和東部的經(jīng)濟(jì)中心，實(shí)現(xiàn)了跨區(qū)域、大規(guī)模的能源優(yōu)化配置，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓輸電線的電壓和電流，需要測(cè)量出輸電線上的電壓和電流的大小。因高壓輸電線的電壓和電流很大，可采用互感器進(jìn)行測(cè)量。如圖所示，在輸電線路的起始端接入電壓互感器和電流互感器，設(shè)電壓互感器和電流互感器的原、副線圈的匝數(shù)比外別為、，兩個(gè)互感器所連的電表的示數(shù)分別為U、I，各互感器和電表均為理想狀態(tài)，則下列判斷正確的是（

）A．P為電流表，Q為電壓表，輸送功率為B．P為電流表，Q為電壓表，輸送功率為C．P為電壓表，Q為電流表，輸送功率為D．P為電壓表，Q為電流表，輸送功率為【答案】D【解析】電壓互感器并聯(lián)在輸電線上，故左側(cè)為電壓互感器，P為電壓表，對(duì)電壓互感器電流互感器要串聯(lián)在輸電線上，故Q為電流表，則輸送的電功率故選D?！緦?duì)點(diǎn)訓(xùn)練4】如圖甲為電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線充電原理圖，M為受電線圈，N為送電線圈。圖乙為受電線圈M的示意圖，線圈匝數(shù)為n、電阻為r、橫截面積為S，a、b兩端連接車(chē)載變流裝置，磁場(chǎng)平行于線圈軸線方向穿過(guò)線圈。下列說(shuō)法正確的是（

）A．當(dāng)線圈N接入恒定電流時(shí)，不能為電動(dòng)汽車(chē)充電B．充電時(shí)，時(shí)間內(nèi)線圈M中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均勻增加，則M兩端電壓為C．當(dāng)線圈N在M中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B豎直向上且減小時(shí)，有電流從a端流出D．當(dāng)線圈N接入正弦式交變電流時(shí)，線圈M兩端產(chǎn)生恒定電壓【答案】A【解析】A．當(dāng)線圈N接入恒定電流時(shí)，穿過(guò)線圈M的磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，不能為電動(dòng)汽車(chē)充電，故A正確；B．充電時(shí)，時(shí)間內(nèi)線圈M中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均勻增加，則M線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為，把看作電源，M兩端電壓為路端電壓，小于，故B錯(cuò)誤；C．當(dāng)線圈N在M中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B豎直向上且減小時(shí)，由楞次定律可知，感應(yīng)電流磁感應(yīng)強(qiáng)度向上，由安培定則，感應(yīng)電流方向從a向b，即有電流從b端流出，故C錯(cuò)誤；D．當(dāng)線圈N接入周期性交變電流時(shí)，穿過(guò)線圈M的磁通量周期性變化，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，線圈M兩端產(chǎn)生周期性變化的電壓，故D錯(cuò)誤。故選A?！绢}型三】理想變壓器的制約關(guān)系和動(dòng)態(tài)分析 【典型例題5】一含有理想變壓器的電路如圖所示，圖中電阻、為定值電阻，電流表和電壓表均為理想交流電表，U為正弦交流電源，輸出電壓的有效值恒定。當(dāng)開(kāi)關(guān)S由斷開(kāi)變?yōu)殚]合時(shí)，下列對(duì)兩電表的示數(shù)變化情況判斷正確的是（）A．電壓表示數(shù)增大 B．電壓表示數(shù)減小C．電流表示數(shù)增大 D．電流表示數(shù)減小【答案】C【解析】開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)原線圈兩端電壓為；副線圈兩端電壓為，副線圈電流為電流表示數(shù)為設(shè)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)原線圈兩端電壓為，副線圈兩端電壓為，副線圈電流為電流表示數(shù)為故電壓表示數(shù)不變；且即電流表示數(shù)增大。故選C?！镜湫屠}6】根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，截止到2023年9月，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)4億千瓦，連續(xù)13年居世界第一位，廣西在國(guó)內(nèi)風(fēng)電設(shè)備制造領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位。某實(shí)驗(yàn)小組模擬風(fēng)力發(fā)電廠輸電網(wǎng)絡(luò)供電的裝置如圖所示。已知發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器定值電阻R0。用戶(hù)端接一個(gè)滑動(dòng)變阻器R，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭位于中間位置時(shí)，R0上消耗的功率為P0。不計(jì)其余電阻，下列說(shuō)法正確的是（）A．風(fēng)速增加，若轉(zhuǎn)子角速度增加一倍，則R0上消耗的功率為2P0B．若升壓變壓器的副線圈匝數(shù)增加一倍，則R0上消耗的功率為4P0C．若將滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng)，則R0上消耗的功率將增大D．若將滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭向下滑劫，則R0上消耗的功率將減小【答案】B【解析】A．如圖為等效電路圖設(shè)降壓變壓器的原副線圈匝數(shù)比為，則輸電線上的電流為轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為當(dāng)轉(zhuǎn)子角速度增加一倍時(shí)，升壓變壓器原副線圈兩端電壓都增加一倍，輸電線上的電流變?yōu)楣蔙0上消耗的電功率變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，故A錯(cuò)誤；B．升壓變壓器副線圈匝數(shù)增加一倍，副線圈兩端電壓增加一倍，輸電線上的電流增加一倍，故R0上消耗的電功率變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，故B正確；C．輸電線上的電流為若將滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭向上滑動(dòng)，則R增大，輸電線上的電流將減小，R0消耗的功率將減小，故C錯(cuò)誤；D．輸電線上的電流為若將滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭向下滑動(dòng)，則R減小，輸電線上的電流將增加，R0消耗的功率將增加，故D錯(cuò)誤。故選B?！緦?duì)點(diǎn)訓(xùn)練5】如圖所示，面積為0.02m2，內(nèi)阻不計(jì)的100匝矩形線圈ABCD，繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為50rad/s，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為。矩形線圈通過(guò)滑環(huán)與理想變壓器相連，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶4，R為滑動(dòng)變阻器（0~200Ω），定值電阻R0=5Ω，電流表、電壓表均為理想交流電表示數(shù)分別為I、U。變化量的絕對(duì)值分別為、，下列判斷正確的是（）A．由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)30°角的過(guò)程產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為VB．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向下滑動(dòng)的過(guò)程中，電壓表示數(shù)變大C．當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向下滑動(dòng)的過(guò)程中，D．當(dāng)時(shí)副線圈的輸出功率最大【答案】D【解析】A．由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)30°角的過(guò)程產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)A錯(cuò)誤；B．設(shè)發(fā)電有效電壓為U0，由理想變壓器的特點(diǎn)可知，可得滑動(dòng)變阻器R的滑片Р向下滑動(dòng)，R減小，所以變大，則變大，可知電流表示數(shù)變大，而電源的輸出功率為則電源的輸出功率變大，原線圈兩端電壓為因?yàn)樽兇?，所以減小，減小，電壓表示數(shù)減小，B錯(cuò)誤；C．交變電源電壓的有效值為又有，可得化簡(jiǎn)得即C錯(cuò)誤；D．副線圈的輸出功率即R獲得的功率為當(dāng)時(shí)，變阻器R獲得的功率最大，此時(shí)故D正確。故選D?！緦?duì)點(diǎn)訓(xùn)練6】如圖所示，理想變壓器a、b兩端接入一內(nèi)阻不計(jì)的穩(wěn)壓電源，電阻，，電壓表、電流表均為理想電表，原線圈匝數(shù)匝，副線圈匝數(shù)通過(guò)滑動(dòng)觸頭P可調(diào)。當(dāng)P向上滑動(dòng)時(shí)，電壓表示數(shù)變化量的絕對(duì)值為，電流表示數(shù)變化量的絕對(duì)值為，下列說(shuō)法正確的是（）A．電流表示數(shù)減小B．變大C．電阻R上消耗的功率一定變大D．當(dāng)匝時(shí)，變壓器的輸出功率最大【答案】D【解析】A．兩端的輸入電壓為，設(shè)變壓器原線圈兩端的電壓為，電流為，副線圈兩端的電壓為，電流為，則有又根據(jù)可得根據(jù)聯(lián)立得，則當(dāng)時(shí)，此時(shí)電流表示數(shù)最大，故P向上滑動(dòng)時(shí)，副線圈匝數(shù)增加，電流表不一定變小，故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)閉合電路歐姆定律可得故B錯(cuò)誤；C．電阻R上消耗的功率為同理，故P向上滑動(dòng)時(shí)，副線圈匝數(shù)增加，P不一定變大，故C錯(cuò)誤；D．將變壓器與負(fù)載等效為一個(gè)電阻，則等效電阻的阻值為將電阻r與a、b兩端電源等效為一個(gè)新的電源，r為等效電源的內(nèi)阻，則變壓器的輸出功率為該等效電源的輸出功率，則有當(dāng)時(shí)，功率最大，則故D正確，故選D。00501強(qiáng)化訓(xùn)練【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．如圖所示，單匝矩形線圈的一半處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈對(duì)稱(chēng)軸線與磁場(chǎng)邊界重合，線圈按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，時(shí)刻線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，規(guī)定沿方向?yàn)殡娏髡较?，則線圈內(nèi)感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖像正確的是（）A． B．C． D．【答案】A【解析】從時(shí)刻開(kāi)始經(jīng)過(guò)，由楞次定律可知線圈內(nèi)電流為正方向，時(shí)間內(nèi)，線圈內(nèi)電流為負(fù)方向，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為感應(yīng)電流表達(dá)式為可知感應(yīng)電流為正弦交變電流。故選A。2．江門(mén)臺(tái)山風(fēng)電資源豐富，在風(fēng)力作用下，風(fēng)力發(fā)電車(chē)的風(fēng)葉帶動(dòng)與桿固連的磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生交流電，通過(guò)傳感器顯示某一風(fēng)速下電壓隨時(shí)間變化如圖所示，下列說(shuō)法正確的是（

）A．交流電的周期為0.6s B．交流電的電壓有效值為6VC．永磁鐵的轉(zhuǎn)速為0.4r/s D．交流電的電壓表達(dá)式為【答案】D【解析】A．由圖可知交流電的周期為0.4s，故A錯(cuò)誤；B．交流電的電壓有效值為故B錯(cuò)誤；C．永磁鐵的頻率為故永磁鐵的轉(zhuǎn)速為2.5r/s，故C錯(cuò)誤；D．交流電的電壓表達(dá)式為故D正確。故選D。3．匝數(shù)為100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，則在內(nèi)線圈產(chǎn)生的焦耳熱為（）A．80J B．85J C．90J D．125J【答案】B【解析】根據(jù)有效值的定義方法可知解得總電阻為則10s內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱故選B。4．如圖（b）所示是一種理想自耦變壓器示意圖，線圈繞在一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯上，是可移動(dòng)的滑動(dòng)觸頭，A、B端與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)后接正弦交流電源，輸出端接燈泡L和滑動(dòng)變阻器，為滑動(dòng)變阻器的滑片。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合，輸入端接電壓如圖（a）所示，處于如圖所在的位置時(shí)，燈泡L能正常發(fā)光。下列說(shuō)法正確的是（）A．流過(guò)燈泡L的電流方向每秒改變50次B．AB兩端電壓有效值為220VC．若保持和不變，僅將向左移動(dòng)，L將變暗D．若將移至最左端，移動(dòng)的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，L亮度保持可能不變【答案】D【解析】A．由圖（a）可以寫(xiě)出交變電流表達(dá)式可知，交變電流的頻率為變壓器不改變交變電流的頻率，所以流過(guò)燈泡電流的頻率也是，一個(gè)周期時(shí)電流方向改變兩次，所以流過(guò)燈泡電流的方向每秒改變100次，故A錯(cuò)誤；B．變壓器輸入端的電壓為電源電壓的一部分，電源電壓有效值為，所以變壓器的輸入電壓小于，故B錯(cuò)誤；C．若僅將向左移動(dòng)，滑動(dòng)變阻器的接入電阻變小，變壓器輸入端的電壓增大，導(dǎo)致流過(guò)燈泡的電流變大，所以將變亮，故C錯(cuò)誤；D．先將移至最左端，此時(shí)變壓器輸入電壓為保持不變，此后將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器的輸出電壓變大，此過(guò)程中將向右移動(dòng)，滑動(dòng)變阻器分的電壓增大，如果操作合適是可以實(shí)現(xiàn)燈泡兩端電壓不變，即亮度不變，故D正確。故選D。5．如圖所示為某小型發(fā)電站遠(yuǎn)距離輸電示意圖，其中升壓變壓器輸入電壓U1保持不變，降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比為200∶1，輸電線路總電阻r=20Ω。為了安全測(cè)量輸電線路中的電壓和電流?，F(xiàn)在輸電線路的起始端接入甲、乙兩個(gè)特殊的變壓器，甲、乙兩個(gè)變壓器中原、副線圈匝數(shù)比一個(gè)是200∶1，另一個(gè)是1∶20，其中電壓表的示數(shù)為220V，電流表的示數(shù)為5A，以上變壓器均為理想變壓器。下列說(shuō)法正確的是（）A．圖中a為電流表，b為電壓表B．用戶(hù)端的電壓U4為220VC．輸電線路上損耗的功率約占輸電總功率的4.5%D．若用戶(hù)端接入的用電設(shè)備變多，則電流表示數(shù)變小【答案】C【解析】A．對(duì)變壓器甲、乙的連接方式分析可知，甲為電壓互感器，乙為電流互感器，圖中a為電壓表，b為電流表，故A錯(cuò)誤；B．由變壓器甲可知由變壓器乙可知?jiǎng)t用戶(hù)端的電壓為故B錯(cuò)誤；C．輸電線路上損耗的功率約占輸電總功率的故C正確；D．若用戶(hù)端接入的用電設(shè)備變多，降壓變壓器次級(jí)電阻減小，根據(jù)可知降壓變壓器與用戶(hù)作為一個(gè)整體的等效電阻減小，根據(jù)可知輸電線上的電流變大，則電流表示數(shù)變大，故D錯(cuò)誤。故選C。6．理想變壓器的原線圈通過(guò)a或b與頻率為f、電壓為u的交流電源連接，副線圈接有三個(gè)支路、如圖所示。當(dāng)S接a時(shí)，三個(gè)燈泡均發(fā)光，若（）A．電容C增大，L1燈泡變亮 B．頻率f增大，L2燈泡變亮C．RG上光照增強(qiáng)，L3燈泡變暗 D．S接到b時(shí)，三個(gè)泡均變暗【答案】A【解析】A．電容增大，對(duì)交流電的阻礙作用減小，則L1燈泡變亮，故A正確；B．頻率f增大，則電感的阻礙作用增大，則L2燈泡變暗，故B錯(cuò)誤；C．光敏電阻光照增強(qiáng)，阻值減小，由于各支路電壓不變，則L3燈泡電流增大，變亮，故C錯(cuò)誤；D．S接到b時(shí)，根據(jù)變壓比可知，副線圈電壓增大，則三個(gè)泡均變亮，故D錯(cuò)誤。故選A?！舅仞B(yǎng)提升】7．（多選）某燃?xì)庠铧c(diǎn)火裝置原理如圖，轉(zhuǎn)換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為如圖所示的正弦交流電壓，并加在一臺(tái)理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，電壓表為交流電表。當(dāng)變壓器副線圈電壓的瞬時(shí)值大于5000V時(shí)，就會(huì)在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進(jìn)而點(diǎn)燃?xì)怏w。則（）A． B．C． D．電壓表的示數(shù)為【答案】BD【解析】ABC．根據(jù)理想變壓器原副線圈電壓比等于匝數(shù)比可得由題意和題圖可知，則有故AC錯(cuò)誤，B正確；D．電壓表的示數(shù)為故D正確。故選BD。8．（多選）某理想自耦變壓器接入電路中的示意圖如圖甲所示，通過(guò)旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)觸頭的位置可以改變副線圈的匝數(shù)，其輸入電壓u隨時(shí)間t變化的圖像如圖乙所示。下列說(shuō)法正確的是（

）A．通過(guò)R的交變電流的頻率為50HzB．時(shí)電流表的示數(shù)為0C．將沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一些，電流表的示數(shù)變大D．將沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一些，電流表的示數(shù)變大【答案】AD【解析】A．由圖乙可知，該交變電流的周期為則通過(guò)R的交變電流的頻率為故A正確；B．電流表的讀數(shù)為電流有效值，所以時(shí)電流表的示數(shù)不為0，故B錯(cuò)誤；C．將沿順時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)一些，變壓器的副線圈匝數(shù)變小，根據(jù)可知副線圈輸出電壓變小，輸出功率變小，所以輸入功率也變小，故電流表的示數(shù)將變小，故C錯(cuò)誤；D．將沿逆時(shí)針?lè)较蛞苿?dòng)一些，變壓器的副線圈匝數(shù)變大，根據(jù)可知副線圈輸出電壓變大，輸出功率變大，所以輸入功率也變大，故電流表的示數(shù)將變大，故D正確。故選AD。9．（多選）如圖所示，不計(jì)電阻、邊長(zhǎng)為10cm的正方形線框ABCD，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框匝數(shù)為100，某時(shí)刻線框開(kāi)始以的轉(zhuǎn)速繞OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，電刷接頭EF串聯(lián)阻值為10Ω的定值電阻R和理想電流表。從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A．理想電流表的示數(shù)為2AB．線框轉(zhuǎn)過(guò)90°通過(guò)電阻R的電量為0.02CC．將電阻R換成電容使其不擊穿，其耐壓值為20VD．線框產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式為【答案】AB【解析】A．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值為=20V有效值為V根據(jù)歐姆定律可知A故A正確；B．線框轉(zhuǎn)過(guò)90°通過(guò)電阻R的電量為C=0.02C故B錯(cuò)誤；C．電容器的耐壓值是指最大值，將電阻R換成電容使其不擊穿，其耐壓值為20V，故C錯(cuò)誤；D．線框產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)表達(dá)式為（V）故D錯(cuò)誤；故選AB。10．（多選）如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為，定值電阻的阻值為，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為，定值電阻的阻值為，圖中電表均為理想電表。原線圈輸入如圖乙所示的交變電流，其電流的有效值不隨負(fù)載變化。當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值由減小到0的過(guò)程中，電壓表、電流表A的示數(shù)變化量的絕對(duì)值分別為，下列說(shuō)法正確的是（

）A．電流表的示數(shù)為 B．C．電壓表的示數(shù)最大值為 D．和的總電功率先增大后減小【答案】ACD【解析】A．由圖乙所示的交變電流，根據(jù)有效值定義可得可得輸入電流的有效值為即電流表的示數(shù)為，故A正確；B．根據(jù)理想變壓器原副線圈電流比等于匝數(shù)比的反比可得，副線圈輸出電流為設(shè)電流表A的示數(shù)為，則通過(guò)的電流為，電壓表的電壓為可得故B錯(cuò)誤；C．電壓表的示數(shù)等于副線圈輸出電流與副線圈負(fù)載總電阻的乘積，當(dāng)滑動(dòng)變阻器電阻最大時(shí)，副線圈負(fù)載總電阻最大，電壓表的示數(shù)最大，則有故C正確；D．和的總功率為根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可知總功率先增大后減小，故D正確。故選ACD。11．（多選）如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比，定值電阻和的阻值分別為和，電阻箱的最大阻值為，交流電源電壓U的有效值為14V，下列說(shuō)法正確的是（）A．與消耗的功率之比為B．當(dāng)?shù)淖柚嫡{(diào)至?xí)r，其消耗的功率最大C．變壓器輸出功率的最大值為4.9WD．當(dāng)消耗功率為最大值時(shí)，消耗功率為4W【答案】ACD【解析】A．變壓器原副線圈電流與匝數(shù)比關(guān)系根據(jù)可知，與消耗的功率之比為故A正確；BC．變壓器等效為在原線圈電路中的電阻，則等效電阻為所以，原線圈中的電流為副線圈的電流為電阻的功率為代入數(shù)據(jù)，整理可得由數(shù)學(xué)知識(shí)可得，當(dāng)時(shí)，功率最大；變壓器的功率為代入數(shù)據(jù)，整理可得由數(shù)學(xué)知識(shí)可得，當(dāng)時(shí)變壓器的功率最大，代入上式，解得最大為故B錯(cuò)誤，C正確；D．根據(jù)可知，當(dāng)原線圈電流最大時(shí)，的功率最大，即此時(shí)最小，，。此時(shí)變壓器的原線圈電壓為副線圈的電壓為所以，的功率為故D正確。故選ACD。12．（多選）某種感溫式火災(zāi)報(bào)警器如圖甲所示，其簡(jiǎn)化的工作電路如圖乙所示