高考物理总复习训练 高频考点专项练十交变电流变压器问题含解析

高考物理总复习训练 高频考点专项练十交变电流变压器问题含解析

高频考点专项练(十)交变电流、变压器问题 ‎(45分钟　100分)‎ 选择题(本题共16小题,1～12题每小题6分,13～16题每小题7分,共100分。多选题已在题号后标出)‎ ‎1.(2013·四川高考)用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电压是110 V,通过负载的电流图像如图所示,则(　　)‎ A.变压器输入功率约为3.9 W B.输出电压的最大值是110 V C.变压器原、副线圈匝数比是1∶2‎ D.负载电流的函数表达式i=0.05sin(100πt+)A ‎【解析】选A。根据图像可知：负载电流的最大值Im=‎0.05 A,周期T=0.02 s,则ω==rad/s=100πrad/s,所以负载电流的函数表达式i=0.05sin100πtA,故选项D错误;负载电流的有效值I==A=0.035 ‎36 A,则理想变压器的输入功率P入=P出=110×0.035 36 W≈3.9 W,故选项A正确;输出电压的有效值为 ‎110 V,最大值为110V,故选项B错误;变压器原、副线圈匝数比==2,故选项C错误。‎ ‎2.通过一理想变压器,经同一线路输送相同的电功率P,原线圈的电压U保持不变,输电线路的总电阻为R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的电功率为P1,若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电功率为P2,则P1和分别为(　　)‎ A., B.()2R,‎ C., D.()2R,‎ ‎【解析】选D。原线圈的电流为I1=,由于P、U不变,故I1不变,由==k得P1=R=()2R;由==nk得P2=IR=()2R,则=,故选项D正确。‎ ‎3.(多选)(2014·江苏高考)如图所示,在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间,下列措施可行的有(　　)‎ A.增加线圈的匝数 B.提高交流电源的频率 C.将金属杯换为瓷杯 D.取走线圈中的铁芯 ‎【解题指南】‎ 本题实质上就是电磁炉模型,要缩短加热时间,只要增加感应电动势,而影响电动势的因素可以根据法拉第电磁感应定律得出。另外需了解电磁炉能够加热的器皿材料有哪些。‎ ‎【解析】选A、B。根据题意要缩短加热时间,只需要提高感应电动势,所以增加线圈的匝数、提高交流电源的频率都可以实现,A、B项正确;取走线圈中的铁芯,对应的感应电动势变小,故D项错误;将金属杯换为瓷杯,加热作用消失,故C项错误。‎ ‎4.如图所示是一种理想自耦变压器示意图。线圈绕在一个圆环形的铁芯上,P是可移动的滑动触头,A、B间接交流电压U,输出端接通了两个相同的灯泡L1和L2,Q为滑动变阻器的滑动触头。当开关S闭合,P处于如图所示的位置时,两灯均能发光。下列说法正确的是(　　)‎ A.P不动,将Q向右移动,变压器的输入功率变大 B.P不动,将Q向左移动,两灯均变暗 C.Q不动,将P沿逆时针方向移动,变压器的输入功率变大 D.P、Q都不动,断开开关S,L1将变暗 ‎【解析】选C。P不动,Q向右移动,负载电阻增大,输出功率减小,故输入功率减小,A错;P不动,Q向左移动,两灯两端电压增大,均变亮,B错误;Q不动,P沿逆时针方向移动,副线圈匝数增加,输出电压增大,输出功率增大,输入功率增大,C正确;P、Q不动,断开S,负载电阻增大,R上电压减小,L1电压增大,变亮,D错。‎ ‎【加固训练】(2015·苏州模拟)某同学自制变压器,原线圈为n1匝,在做副线圈时,将导线ab对折后并在一起,在铁芯上绕n2圈,从导线对折处引出一个接头c,连成如图所示电路。S为单刀双掷开关,线圈电阻不计,原线圈接u1=Umsinωt的交流电源。下列说法正确的是(　　)‎ A.S接b时,电压表示数为 B.S接c时,电压表示数为 C.S接c时,滑动触头P向下移动,变压器输入功率变大 D.S接c时,滑动触头P向上移动,变压器输入电流变大 ‎【解析】选D。将S接在b时,副线圈产生的总电动势为零,电压表示数为零,A错误;当S接c时,副线圈的匝数为n2,由=得U2=,B错误;S接c时,P向下移动,R变大,P入=P出=变小,C错误;P向上移动时,R变小,P入=I1U1=变大,故I1变大,D正确。‎ ‎5.(多选)(2015·西安模拟)如图所示,三只灯泡均正常发光,现将滑动变阻器R的滑片向下移动,已知原线圈上的电压及原、副线圈的匝数均不变,则下列说法中正确的是(变压器为理想变压器)(　　)‎ A.灯L3变暗 B.灯L1和L2均变暗 C.变压器原线圈的输入功率变大 D.副线圈n2中的电流变大 ‎【解析】选A、C。R的滑片向下移动对n2线圈电路无影响,因此B、D错误;在n3线圈电路中负载总电阻减小,总电流变大,R1两端电压增大,L3两端电压减小,故L3变暗,A正确;由于n3线圈电路的功率P3=增大,故变压器原线圈的输入功率变大,C正确。‎ ‎【总结提升】基本量关系解题的两点提醒 ‎(1)理想变压器的应用中要注意副线圈和原线圈功率相等这个特点,电流关系的推导是以其为依据的。‎ ‎(2)变压器的以上关系都是根据“口”字形铁芯的变压器推出的。如果变压器不是“口”字形铁芯,应根据变压器的原理及各线圈中磁通量的关系推导出各物理量的关系。‎ ‎6.(2015·苏州模拟)关于家庭照明电路所用的交流电,下列说法正确的是(　　)‎ A.电流方向每秒钟改变50次 B.电压表达式为u=220sin50πt(V)‎ C.额定电压为220 V的灯泡可以直接接入使用 D.耐压为220 V的电容器可以直接接入使用 ‎【解析】选C。家庭照明电路所用的交流电电流方向每秒钟改变100次,A项错误;电压表达式为u=220sin100πt(V),B项错误;照明电路电压有效值为220 V,所以额定电压为220 V的灯泡可以直接接入使用,C项正确;耐压为220 V的电容器接入照明电路会被击穿,D项错误。‎ ‎7.(多选)(2015·临沂模拟)某交流发电机的输出电压随时间变化的图像如图所示,输出功率是20kW,现用5000V高压输电,输电线上的总电阻是40Ω,再利用n1∶n2=22∶1的降压变压器降压后供给用户,则下列说法正确的是(　　)‎ A.交变电流的频率为100 Hz B.发电机输出电压的有效值为220 V C.流过高压输电线的电流为‎125 A D.降压变压器输出电压的有效值为220 V ‎【解析】选B、D。由图像可知周期T=0.02s,所以频率f=50Hz,故选项A错误;交流发电机的输出电压为U=220V,故选项B正确;由P=UI可知高压输电电流I==A=‎4A,故选项C错误;变压器的输入电压U1=U0-IR=5000V-4×40V=4840V,由=可知降压变压器的输出电压为U2=U1=V=220V,故选项D正确。‎ ‎8.(多选)(2015·深圳模拟)一个矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的交变电动势e=220sin100πt(V),那么(　　)‎ A.该交变电流的频率是50Hz B.当t=0时,线圈平面恰好位于中性面 C.当t=s时,e有最大值 D.该交变电流电动势的有效值为220V ‎【解析】选A、B。电动势最大值为220V,则有效值为220V,频率f===50Hz,故A正确,D错误。当t=0和t=s时,电动势e=0,线圈平面恰好在中性面位置,故B正确,C错误。‎ ‎9.(多选)(2015·汕头模拟)如图所示为远距离输电的示意图,若电厂输出电压u1=220sin100πt(V),则下列表述正确的是(　　)‎ A.U1U4‎ B.U1=220V C.若U2提高为原来的10倍,输电线上损失的功率为原来的 D.用户得到的交变电流频率为25Hz ‎【解析】选A、C。远距离采用高压输电,然后降压后再使用,故A正确。U1应为有效值,U1=220V,故B错误。输电线上损失功率P损=I2R=()2R线,所以当U2提高为原来的10倍时,功率损失为原来的 ‎,故C正确。交变电流的频率f==50Hz,且原、副线圈中电流频率相等,故D错误。‎ ‎10.(多选)(2015·大连模拟)如图所示,M为理想变压器,电表均可视为理想电表,电源电压U不变,输电线电阻忽略不计。当变阻器滑片P向上移动时,读数发生变化的电表是(　　)‎ A.A1　　　B.A‎2　‎　　C.V1　　　D.V2‎ ‎【解析】选A、B。由于电源电压U不变,根据理想变压器工作原理可知,两电压表示数不变,C、D错误;当变阻器滑片P向上移动时,变阻器连入电路的电阻减小,右侧电路中电流增大,B正确;根据P入=P出可知,原线圈中电流也增大,A正确。‎ ‎【总结提升】理想变压器问题的分析方法 ‎(1)弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系——U2由U1和匝数比决定;I2由U2和负载电阻决定;I1由I2和匝数比决定。‎ ‎(2)利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定。‎ ‎11.(多选)(2015·孝感模拟)如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线圈,面积为S,匝数为N,内阻为r,绕垂直磁感线的对称轴OO′以角速度ω匀速转动,从图示位置转过90°的过程中,下列说法正确的是(　　)‎ A.通过电阻R的电荷量Q=‎ B.通过电阻R的电荷量Q=‎ C.外力做功平均功率P=‎ D.从图示位置开始计时,则感应电动势随时间变化的规律为e=NBSωsinωt ‎【解题指南】解答本题时应把握以下两点：‎ ‎(1)求电荷量时应该使用平均值,求功率用有效值。‎ ‎(2)若线圈从中性面开始计时,电动势按正弦规律变化。‎ ‎【解析】选B、C。由题图可知,线圈转过90°时ΔΦ=NBS,所以电荷量Q==,故A错误,B正确。从图示位置开始计时,e=NBSωcosωt,故D错误。电压有效值U=,平均功率P==,故C正确。‎ ‎12.(多选)(2015·德州模拟)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为55∶‎ ‎9,副线圈接有一灯泡L和一电阻箱R,原线圈所接电源电压按图乙所示规律变化,此时灯泡消耗的功率为40W,则下列说法正确的是(　　)‎ A.副线圈两端输出电压为36V B.原线圈中电流表示数为A C.当电阻R增大时,变压器的输入功率减小 D.原线圈两端电压的瞬时值表达式为u=220sin(100πt)V ‎【解析】选A、C、D。交变电流图像的周期为0.02s,角速度ω=100πrad/s,因此原线圈两端电压的瞬时值表达式为u=220sin(100πt)V,D正确,根据=,从交流电的图像可知,输入电压的有效值U1=220V,因此副线圈两端输出电压为36V,A正确,电阻与灯并联,消耗的总功率大于40W,由于变压器是理想变压器,因此输入功率也大于40W,输入电流I>A=A,B错误;当电阻R增大时,副线圈回路总电阻增加,而电压不变,消耗功率减小,因此变压器的输入功率减小,故C正确。‎ ‎13.(2013·广东高考)如图,理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=2∶1,和均为理想电表,灯泡电阻RL=6Ω,AB端电压u1=12sin100πt(V)。下列说法正确的是(　　)‎ A.电流频率为100 Hz B.的读数为24 V C.的读数为‎0.5 A D.变压器输入功率为6 W ‎【解题指南】解答本题应注意以下三点：‎ ‎(1)正弦式交变电流有效值和最大值的关系。‎ ‎(2)交流电路中,电流表、电压表的示数表示有效值。‎ ‎(3)根据电压、电流及功率与原、副线圈的匝数关系式求解。‎ ‎【解析】选D。由AB端电压u1=12sin100πt(V)知ω=100πrad/s,又ω=‎ ‎2πf,得频率f=50Hz,A错误;由理想变压器规律=,U2=6V,B错误;又I2==‎1A,C错误;P2=U2I2=6W,P1=P2,D正确。‎ ‎14.(多选)图甲、图乙分别为两种电压的波形,其中图甲所示的电压按正弦规律变化,图乙所示的电压是正弦函数的一部分。下列说法正确的是(　　)‎ A.图甲、图乙均表示交流电 B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=20sin100πt(V)‎ C.图乙所示电压的有效值为20V D.图乙所示电压的有效值为10V ‎【解析】选A、B、D。根据交变电流的定义,图甲、图乙均表示交流电,图甲所示电压的瞬时值表达式为u=20sin100πt(V),选项A、B正确。根据有效值的定义得：=T,解得图乙所示电压的有效值U=10V,选项D正确,C错误。‎ ‎15.(2015·临沂模拟)某小型发电站发电机输出的交流电压为500 V,输出的电功率为50 kW,用电阻为3Ω的输电线向远处送电,要求输电线上损失功率为输电功率的0.6%,则发电站要安装一升压变压器,到达用户再用降压变压器变为220 V供用户使用(两个变压器均为理想变压器)。对整个送电过程,下列说法正确的是 ‎(　　)‎ A.输电线上损失的功率为300 W B.升压变压器的匝数比为1∶100‎ C.输电线上的电流为‎100 A D.降压变压器的输入电压为4 700 V ‎【解题指南】解答本题可按如下思路：‎ ‎(1)根据输电线上损失的功率求出输电线上的电流。‎ ‎(2)根据用户得到的功率即降压变压器的输入功率,求出降压变压器的输入电压和升压变压器的输出电压。‎ ‎【解析】选A。输电线上损失功率P损=50×103×0.6% W=300W,A项正确。由P损=R得I线=‎10A,C项错误。升压变压器输入电流I1==A=‎100A,由=得==,B项错误。根据=得U2=U1=5000V,输电线损失电压U线=I线R=10×3V=30 V,所以降压变压器输入电压U3=U2-U线=4970V,D项错误。‎ ‎16.(2015·梅州模拟)某发电机说明书的部分内容如表所示,现在用一台该型号的柴油发电机给灾民临时安置区供电,如图所示。发电机到安置区的距离是‎400m,输电线路中的火线和零线均为某型号单股铜导线,该型号导线单位长度的电阻为2.5×10-4Ω。安置区家用电器的总功率为44kW,当这些额定电压为220V的家用电器都正常工作时(　　)‎ 型号 ‎××××‎ 最大输出功率 ‎60kW 输出电压范围 ‎220～300V A.输电线路中的电流为‎20A B.发电机实际输出电压是300V C.在输电线路上损失的电功率为8kW D.如果该柴油发电机发的电是正弦式交变电流,则输出电压最大值是300V ‎【解析】选C。额定电压为220V的家用电器正常工作时,输电线路中的电流I==A=‎200 A,故选项A错误。发电机的实际输出电压U0=U+Ir=220V+200×2×400×2.5×10-4V=260 V,故选项B错误。损失功率P损=I2r=2002×2×400×2.5×10-4W=8 kW,故选项C正确。交流电输出电压的最大值Um=260V≈368 V,故选项D错误。‎