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2020届高三精准培优专练二十交变电流及理想变压器(教师版)

1、精准培优专练 1对于本知识点,高考中主要是以选择题的形式考查交变电流的形成、交变电流的特征量及变压器的工作原理。2注意要点:变压器联系着两个电路:原线圈电路、副线圈电路。原线圈在原线圈电路中相当于一用电器,副线圈在副线圈电路中相当于电源。典例1.(2018全国III卷16)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正,该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示。则Q方Q正等于() A1 B1 C12 D21【解析】根据题述,正弦交变电流的电压有效值为,而方波交流电的有效值为u0,根据焦耳定律和欧姆定律,可知在一个周期T内

2、产生的热量与电压有效值的二次方成正比,选项D正确。【答案】D典例2.(2019江苏卷1)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为110,当输入电压增加20 V时,输出电压()A降低2 V B增加2 V C降低200 V D增加200 V【解析】假设理想变压器原线圈的输入电压为U1,则由变压器的工作原理可知,变压器副线圈的输出电压为U210U1;当输入电压增加20 V时,即输入电压为(U120)V,则变压器的输出电压为U210(U120)V,则输出电压的变化量为UU2U2(10U120010U1)V200 V,即输出电压增加200 V,A、B、C错误,D正确。【答案】D1如图甲所示,在磁感应强度为B的

3、匀强磁场中,有一匝数为n,面积为S,总电阻为r的矩形线圈abcd绕轴OO以角速度匀速转动,矩形线圈在转动中可以保持和外电路电阻R形成闭合电路,回路中接有一理想交流电流表。图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图象,则下列说法中正确的是()A从t1到t3这段时间穿过线圈的磁通量的变化量为2nBSB从t3到t4这段时间通过电阻R的电荷量为 Ct3时刻穿过线圈的磁通量变化率为nBSD电流表的示数为【答案】D【解析】从t1到t3的过程,穿过线圈的磁通量变化量为零,选项A错误;从t3到t4的过程,穿过线圈的磁通量变化量为BS,故通过电阻R的电荷量qn,选项B错误;t3时刻产生的电动势大小为

4、E0,由法拉第电磁感应定律可得E0nnBS,可得BS,选项C错误;线圈产生的交流电的电动势有效值为E,由闭合电路欧姆定律可得,电流表的示数I,选项D正确。2如图所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动。磁场的磁感应强度B102 T,线圈的面积S0.02 m2,匝数N400 匝,线圈总电阻r2 ,线圈的两端经集流环和电刷与电阻R8 连接,与电阻R并联的交流电压表为理想电表,线圈的转速n r/s。在t0时刻,线圈平面与磁场方向平行,则下列说法正确的是()A交流发电机产生电动势随时间的变化关系是e8sin 100t(V)B交流

5、电压表的示数为8 VC从t0时刻开始线圈平面转过30的过程中,通过电阻的电荷量约为5.7103 CD电阻R上的热功率为6.4 W【答案】C【解析】磁场的磁感应强度B102 T,线圈面积S0.02 m2,匝数N400,线圈总电阻r2 ,线圈的转速n r/s,故100 rad/s,交流发电机产生电动势随时间的变化关系是eNBScos t8cos 100t(V),A项错误;交流电压表显示出的是路端电压有效值,故示数为6.4 V,B项错误;从t0时刻转过30的过程中,通过电阻的电荷量为q4103 C5.7103 C,C项正确;电阻R上的热功率PI2R2R5.12 W,D项错误。3如图所示的电路中,有一

6、自耦变压器,左侧并联一只理想电压表V1后接在稳定的交流电源上;右侧串联灯泡L和滑动变阻器R ,R上并联一只理想电压表V2。下列说法中正确的是A若F不动,滑片P向下滑动时,V1示数变大,V2示数变大B若F不动,滑片P向下滑动时,灯泡消耗的功率变小C若P不动,滑片F向下移动时,V1、V2的示数均变小D若P不动,滑片F向下移动时,灯泡消耗的功率变大【答案】B【解析】设变压器的输入电压为U1,输出电压为U2;若F不动,根据变压比公式,输入电压U1不变,则输出电压U2也不变;滑片P向下滑动时,R接入的电阻增大,根据闭合电路欧姆定律,干路电流减小,电阻R的电压:UV2U2-IRL,由于电流减小,故电压U增

7、大,电压表V2读数增大,而V1示数不变,故A错误;由A的分析可知,当滑片向下滑动时,电阻增大,干路电流减小,小灯泡中电流减小,功率减小,故B正确;若P不动,滑片F向下移动时,输入电压U1不变,则V1的示数不变,根据变压比公式,由于n2减小,故输出电压U2也减小,故灯泡消耗的功率减小,V2的示数也变小,故CD错误。4如图甲所示,标有“220 V 40 W”的灯泡和标有“20 F 300 V”的电容器并联到交流电源上,V为交流电压表,交流电源的输出电压如图乙所示。闭合开关,下列判断正确的是( )At0时刻,V的示数为零B灯泡恰好正常发光C电容器不可能被击穿DV的示数保持110 V不变【答案】B【解

8、析】交流电压表测量为交流电压的有效值,数值保持不变且不为零,故A错误;由乙图可知,交流电的有效值为u22022220V,所以灯泡正常发光,故B正确;交流电的最大值2202V311V300V,所以电容器会被击穿,故C错误;电压表测量了电源的路端电压且电压值为:u22022220V,故D错误。5(多选)为保证用户电压稳定在220 V,变电所需适时进行调压,图甲为调压变压器示意图。保持输入电压u1不变,当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示,则下列选项正确的是Au2190sin 50t(V)Bu2190sin 100t(V)C为使用户电压稳定在22

9、0 V,应将P适当下移D为使用户电压稳定在220 V,应将P适当上移【答案】BD【解析】由图象可知用户电压u2随时间t变化的曲线周期为T=0.02s,则,所以u2190sin 100t(V),故选项B正确,A错误;根据可得用户电压为,保持输入电压u1不变,又图象显示用户所得电压偏低,要想保证用户电压稳定在220 V,应减小变压器原线圈匝数,应将P适当上移,故选项D正确,C错误。6(多选)一不计电阻的矩形导线框,在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,产生的正弦交流电如图甲所示。把该交流电接在图乙中理想变压器的a、b两端,Rt为热敏电阻(温度升高时,其电阻减小),R为定值电阻,电压表和电流表均

10、为理想电表。下列说法正确的是A在tl.510-2 s时刻,线框平面与磁场方向垂直B该交流电电压的瞬时值表达式为u22sin 100t(V) CRt处温度升高时,Vl表示数与V2表示数的比值增大DRt处温度升高时,V2表示数与A表示数的比值不变【答案】BC【解析】在tl.5102s时刻,交变电压最大,穿过线圈的磁通量的变化率最大,穿过该线圈的磁通量为零,线框平面与磁场方向平行,故A错误;由图知,最大电压um22V,周期0.02 s,角速度是,则该交流电电压的瞬时值表达式为u22sin 100t(V),故B正确;Rt处温度升高时,原副线圈电压比不变,故副线圈两端电压不变,设副线圈两端电压为u0,R

11、t温度升高时,阻值减小,则副线圈所在电路的电流,电流变大,根据闭合电流欧姆定律:U2u0-IR,故V2示数减小,则电压表V1、V2示数的比值增大,故C正确;Rt处温度升高时,阻值减小,V2表示数与A表示数的比值等于电阻Rt,故减小,故D错误。7(多选)某交变电路如图甲所示,理想变压器的原、副线圈匝数比为51,R130 ,R220 ,一示波器接在电阻R1两端,示波器上的电压变化图象如图乙所示。电压表与电流表均为理想电表,不计示波器的电流对电路的影响,下列说法正确的是A电压表的示数为35.4VB电流表的示数为0.2AC原线圈的输人电压u250sin50t(V)D电阻R2消耗的电功率为15W【答案】

12、AC【解析】一示波器接在电阻R1两端,示波器上的电压变化图象如图乙所示,R1两端电压的有效值是V,又R130,R220,根据串联电路电流相等,可知R2两端为V,则电压表的示数为V,A正确;副线圈电流A,根据,解得:A,B错误;根据图乙所示,周期T0.04s,则角速度为rad/s,理想变压器的原、副线圈匝数比为5:1,变压器中电压与匝数成正比,原线圈的电压最大值是250V,所以原线圈的输入电压u250sin50t(V),C正确;电阻R2消耗的电功率为W,D错误。8用同样的交流电分别用甲、乙两个电路给同样的灯泡供电,结果两个电路中的灯泡均能正常发光,乙图中理想变压器原、副线圈的匝数比为5 : 3,

13、则甲、乙两个电路中的电功率之比为()A11 B52 C53 D259【答案】C【解析】设灯泡的额定电流为I,则甲图中电路的功率为P1UI,根据变流比可知,乙图中原线圈中电流为,乙图中的功率为,因此甲、乙两个电路中的功率之比为5 : 3,C项正确。9(多选)如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,其电动势为u220sin 100t(V),交流电源电阻为r10 ,定值电阻R0100 与原线圈并联,滑动变阻器R与副线圈串联,滑动变阻器的最大值为Rm30 ,已知变压器的原副线圈的匝数之比为21,电流表和电压表均为理想交流电流表。滑动变阻器的滑动触头由最上端下向下缓慢移动到某位置时,开关S分别接a、b

14、,电源输出功率相等,下列说法正确的是()A开关接a时,电流表的示数为2 AB开关接b时,电压表的示数为110 VC电源的输出功率相等时,滑动变阻器的阻值可能为R25 D副线圈消耗的功率最大时,滑动变阻器的阻值为R10 【答案】AC【解析】开关接a时,电流表的示数为,A正确;根据变压比可得,原线圈所在电路中,电源内阻要分压,原线圈输入电压小于220 V,则U2小于110 V,B错误;电源输出功率相等时,即R等效至原线圈时阻值等于R0或等于1 ,由可得R25 或,C正确;副线圈消耗的功率最大,即电源输出功率最大,即,解得R2.5 ,D错误。10如图为远距离输电示意图,升压变压器T1的原、副线圈匝数比为n1n2k1,降压变压器T2的原、副线圈匝数比为n3n41k,在T1的原线圈两端接入一内阻为k2r、电动势eEmsin t的交流电源,两条输电线的总电阻为r,假设用户处的总电阻为R,不考虑其他因素的影响,两变压器均为理想变压器,则输电线上损失的电功率为()A BC D【答案】A【解析】由题意可知降压变压器原线圈有R,同理,升压变压器原线圈有Rk2r,又k2r,联立解得输电线上的电流I2,则输电线上损失的电功率PrIr,A正确。7