2021-2022学年高中物理鲁科版选择性必修第二册课后巩固提升：第3章　习题课 交变电流“四值”与理想变压器的动态分析 WORD版含解析.docx

1、习题课:交变电流“四值”与理想变压器的动态分析课后篇巩固提升必备知识基础练1.一正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知该交变电流()A.周期为0.125 sB.电压的有效值为10 VC.电压的最大值为20 VD.电压瞬时值的表达式为u=10sin 8t V解析由图像可知,交变电流的周期为0.250 s,A错误;电压的有效值U= V=10 V,B正确;电压的最大值为20 V,C错误;电压瞬时值的表达式为u=20sin 8t V,D错误。答案B2.(2020浙江金华调研)一只电阻分别通过四种不同形式的电流,电流随时间变化的情况如下列各图所示,在相同时间内电阻产生热量最大的是()解析

2、选项A、B中交变电流的有效值都为 A,选项C中恒定电流的大小为1.5 A,选项D中交变电流的有效值为2 A,根据热量的表达式Q=I2Rt得出选项D正确。答案D3.小型手摇发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO,线圈绕OO匀速转动,如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,则发电机输出电压()A.峰值是e0B.峰值是2e0C.有效值是Ne0D.有效值是Ne0解析矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,所以发电机的电动势峰值为2Ne0,由于不计线圈的电阻,所以发电机的输出电压峰值为2N

3、e0,A、B错误;发电机有效值为Ne0,故C错误,D正确。答案D4.(多选)(2020湖北恩施一中检测)如图所示,矩形线圈abcd与理想变压器原线圈组成闭合电路。线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动,磁场只分布在bc边的左侧,磁感应强度大小为B,线圈面积为S,转动角速度为,匝数为N,线圈电阻不计。下列说法正确的是()A.将原线圈抽头P向上滑动时,灯泡变暗B.电容器的电容C变大时,灯泡变暗C.图示位置时,矩形线圈中瞬时感应电动势最大D.若线圈abcd转动的角速度变为2,则变压器原线圈电压的有效值为NBS解析在题图中将原线圈抽头P向上滑动时,原线圈的匝数变大,故输出的电压变小,灯泡变暗

4、,选项A正确;电容器的电容C变大时,电容对电流的阻碍作用变小,故灯泡变亮,选项B错误;图示位置时,线圈的面积与磁感线方向垂直,故矩形线圈中瞬时感应电动势最小,选项C错误;若线圈abcd转动的角速度变为2,且线圈转动一周只有半周产生感应电压,在这半周中,电压的最大值是2NBS,设变压器原线圈电压的有效值为U,则t=2t,即U=NBS,选项D正确。答案AD5.(多选)(2020江西临川二中第一次考试)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为101,原线圈两端连接正弦交流电源U=220 V,副线圈接电阻R,同时接有理想电压表和理想电流表。下列判断正确的是()A.电压表读数约为31.1 VB.若仅将副

5、线圈匝数增加到原来的2倍,则电流表的读数增大到原来的2倍C.若仅将R的阻值增加到原来的2倍,则输入功率增加到原来的2倍D.若R的阻值和副线圈匝数同时增加到原来的2倍,则输出功率增加到原来的2倍解析由变压器电压关系可得,U2= V=22 V,电压表的读数为22 V,A错误;若仅将副线圈匝数增加到原来的2倍,U2= V=44 V,则电压表、电流表的读数增大到原来的2倍,B正确;若仅将R的阻值增加到原来的2倍,由P=可知输出功率变为原来的,则输入功率变为原来的,故C错误;若R的阻值和副线圈匝数同时增加到原来的2倍,电压和电阻均翻倍,由P=可知输出功率增加到原来的2倍,故D正确。答案BD6.(多选)如

6、图所示,电阻不计的平行金属导轨cd、ef放置在垂直纸面向外、磁感应强度B=1 T的匀强磁场中,导轨间距为L=0.4 m。导轨的左端接理想变压器,原线圈匝数n1=20,副线圈的匝数n2=40,垂直于导轨电阻不计的导体棒ab在水平外力的作用下在导轨上滑行,其速度随时间变化的关系式为v=5sin 10t m/s,图中交流电压表为理想电压表,电阻R1=5 ,R2=15 。则()A.理想变压器原线圈电动势的表达式e=2sin 10t VB.电压表的示数为2 V,电阻R1消耗的功率为0.1 WC.导体棒ab在水平外力为恒力的作用下在导轨上滑行D.理想变压器铁芯中磁通量变化率的最大值为0.1 Wb/s解析原

7、线圈的电动势e=Blv=2sin 10t V,选项A错误;原线圈电压有效值U1= V,由可知,副线圈电压有效值U2=U1=2 V,则电压表读数为2 V,副线圈电流I2= A,R1的功率PR1=R1=0.1 W,故B正确;因速度随时间变化,则感应电流随时间变化,安培力随时间变化,外力F不是恒力,故C错误;原线圈感应电动势的最大值为Em=2 V,则根据Em=n1,则变压器铁芯中磁通量变化率的最大值为=0.1 Wb/s,故D正确。答案BD7.如图所示,先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化,如图甲所示;第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示。若图甲、乙中的U0

8、、T所表示的电压、周期值是相等的,则第一次灯泡两端的电压有效值是U0;第二次灯泡两端的电压有效值是U0;第一次和第二次灯泡的电功率之比是。解析第一次所加正弦交流电压的有效值为U1=U0;设第二次所加交流电压的有效值为U2,则根据有效值的定义有T=,解得U2=U0;根据电功率的定义式P=可知,P1P2=15。答案158.某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站,发电机输出功率为9 kW,输出电压为500 V,输电线的总电阻为10 ,线路损耗的功率为输出功率的4%。求:(1)村民和村办小企业需要220 V电压时,所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少?(不计变压器的损耗)(2)若

9、不用变压器而由发电机直接输送,村民和村办小企业得到的电压和功率是多少?解析(1)输电电路图如图所示,由P=4%P输出和P=R得I2=6 A则U送=1 500 V升压变压器原、副线圈匝数比输电线上电压损失U=I2R=60 V故降压变压器输入电压U1=U送-U=1 440 V故降压变压器原、副线圈匝数比(2)若不用变压器,则输电电流I=18 AU=U0-IR=320 V,P=P输出-I2R=5 760 W答案(1)137211(2)320 V5 760 W关键能力提升练9.(2020河南三门峡月考)如图所示,变压器输入有效值恒定的电压,副线圈匝数可调,输出电压通过输电线输送给用户(小灯泡等用电器)

10、,R表示输电线的电阻,则()A.用电器增加时,变压器输出电压增大B.要提高用户的电压,滑动触头P应向上滑C.用电器增加时,输电线的热损耗减小D.用电器增加时,变压器的输入功率减小解析由于变压器原、副线圈的匝数不变,而且输入电压不变,因此用电器增加不会影响输出电压,选项A错误;根据变压器的变压比可知输出电压U2=U1,当滑动触头P向上滑时,n2增大,所以输出电压增大,用户的电压增大,选项B正确;由于用电器是并联的,因此用电器增加时总电阻变小,输出电压不变,总电流增大,故输电线的热损耗增大,选项C错误;用电器增加时总电阻变小,总电流增大,变压器输出功率增大,所以输入功率增大,选项D错误。答案B10

11、.(多选)(2020辽宁五校协作体高三月考)单匝闭合矩形线框的电阻为R,在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,穿过线框的磁通量与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是()A.时刻线框平面与中性面垂直B.从0到过程中通过线框某一截面的电荷量为C.线框转一周产生的热量为D.从过程中线框的平均感应电动势为解析由图可知时刻穿过线框的磁通量为零,线框平面处于与中性面垂直的位置,故A正确;根据E=,I=,可得q=,故B正确;由图可知线圈磁通量与时间t的关系为=maxsint,由法拉第电磁感应定律可得E=,故感应电动势大小与时间t的关系为E=maxcost,其感应电动势有效值为E有效=,线圈转动一周产

12、生的热量为Q=UIt=T=,故C正确;从过程中线框的平均感应电动势为,故D错误。答案ABC11.(多选)(2020山东济南外国语学校月考)如图所示,10匝矩形线圈,在磁感应强度为0.4 T的匀强磁场中,绕垂直磁场的轴OO以角速度为100 rad/s匀速转动,线框电阻不计,面积为0.5 m2,线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相连,副线圈接有两只灯泡L1和L2。已知变压器原、副线圈的匝数比为101,开关断开时L1正常发光,且电流表示数为0.01 A,则()A.若从图示位置开始计时,线框中感应电动势的瞬时值为200sin 100t VB.若开关S闭合,电流表示数将增大C.若开关S闭合,灯泡L1亮度

13、将不变D.灯泡L1的额定功率为2 W解析变压器的输入电压的最大值为:Um=NBS=100.40.5100 V=200 V,从垂直中性面位置开始计时,故线框中感应电动势的瞬时值为:U=Umcos t=200cos 100t V,故A错误;若开关S闭合,输出电压不变,输出端电阻减小,故输出电流增加,输入电流也增加,电流表示数将增大,故B正确;若开关S闭合,输出电压不变,灯泡L1亮度不变,故C正确;变压器输入电压的有效值为:U1= V=100 V,开关断开时L1正常发光,且电流表示数为I1=0.01 A,灯泡L1的额定功率等于此时变压器的输入功率,为P=U1I1= W,故D错误。答案BC12.(20

14、20河北衡水安平中学月考)图甲为某恒温装置的电路原理图,理想变压器原、副线圈匝数比为51,原线圈接正弦式电流,R0为定值电阻,RT为半导体热敏电阻(阻值随温度的升高而减小),D为理想二极管,R1为电阻恒定的电热丝,AB间电压变化情况如图乙所示。下列说法中正确的是()A.AB间电压的有效值为44 VB.原线圈两端电压的有效值为220 VC.RT处温度升高时,R1消耗的电功率减小D.理想变压器原、副线圈中的电流之比为15解析根据电流的热效应有T,得AB间的电压有效值为UAB=22 V;由于二极管的单向导电性,原、副线圈的电流之比不再与匝数成反比,故A、D错误;因为原线圈接正弦式电流,由题图乙知副线

15、圈电压的有效值为44 V,根据电压与匝数成正比可得原线圈电压的有效值为220 V,故B正确;温度升高时,RT减小,I2增大,R0分压变大,R1分压减小,故R1消耗的功率也减小,故C正确。答案BC13.某小型风力发电站的发电能力与一个流量Q=2 m3/s,落差h=5 m的水力发电站相当,若发电机总效率为50%,输出电压为250 V,输电线总电阻为R=25 ,允许损失功率为输出功率的5%,降压变压器输出电压为220 V(即用户得到的电压),g取10 m/s2。该输电线路使用理想升压、降压变压器,为满足用户的需求,求:(1)升压变压器的匝数比;(2)降压变压器的匝数比;(3)能使“220 V,10

16、W”的电灯正常发光的盏数。解析(1)时间t内流过的水的质量m=Qt根据能量关系有P=Qgh=5104 W升压变压器输入的电流为I1=200 A设输电线中的电流为I,则根据I2R=5%P可得I=10 A则升压变压器的匝数之比为(2)升压变压器的输出电压为U2=U1=5 000 W降压变压器的输入电压为U3=U2-IR=4 750 V则降压变压器的匝数之比为(3)降压变压器的输出功率为P=0.95P=4.75104 W能正常发光的灯数N=P/10 W=4 750(盏)答案(1)(2)(3)4 75014.如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2=31,原线圈电路中接有一量程为3 A的理想交

17、流电流表,副线圈两端接有一理想交流电压表和可变电阻R以及若干“6 V、6 W”的相同灯泡。输入端交变电压u的图像如图乙所示。(1)求图甲中电压表的读数;(2)要求灯泡均正常发光,求电路中最多允许接入的灯泡个数;(3)为满足第(2)问中要求,求可变电阻R应调到的电阻值。解析(1)根据图像可得原线圈电压的最大值U1m=36 V其有效值为U1=36 V根据代入数据后可得U2=12 V此即为电压表的读数。(2)设原线圈中通过的电流为I1,副线圈中通过的电流为I2,为使副线圈接入的灯泡最多,则I1取允许通过的最大电流的有效值为3 A根据U1I1=U2I2代入数据后可得I2=9 A正常发光时每个灯泡中电流为I灯=1 A所以允许接入的灯泡个数为n=9盏。(3)电阻两端电压为UR=U2-U灯=6 V电阻阻值为R= 答案(1)12 V(2)9(3)