高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3章 交变电流与远距离输电本章综合与测试课堂检测

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3章 交变电流与远距离输电本章综合与测试课堂检测，共9页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。


一、选择题
1.(2020重庆一中高三下月考,)(多选)如图,在两个完全相同的理想变压器的左侧线圈各接有相同的灯泡,图甲中右侧接有平行直导轨,而图乙中右侧下导轨是直线,上导轨按余弦规律变化,其他条件相同,金属棒MN都是在导轨上向右匀速平动(速度较大),导轨及金属棒电阻不计。在金属棒平动过程中,不正确的是 ( )

A.L1和L2都不发光
B.L1、L2都发光,只是亮度不同
C.L1发光,L2不发光
D.L1不发光,L2发光
2.(2019山东青岛一模,)如图为某小型水电站电能输送的示意图,变压器均为理想变压器,升压变压器T1的原、副线圈匝数比为1∶20,降压变压器T2的原、副线圈匝数比为3∶1。升压变压器原线圈两端接入一电压u=Um sin ωt的交流电源,用户的总电阻为R(可视为纯电阻),输电线总电阻r=R,不考虑其他因素的影响,用户获得的电压U为( )
A.22UmB.32Um
C.4UmD.6Um
3.(2020江苏新沂润新中学高三下2月质检,)(多选)如图所示,理想变压器的原线圈输入电压u=2202 sin 100πt(V)的交流电,电路中电阻R=10 Ω,M是标有“10 V、10 W”的电动机,其绕线电阻r=1 Ω,电动机正常工作。下列说法正确的是( )
A.变压器原、副线圈的匝数比是22∶1
B.电流表示数是11 A
C.电动机的输出功率为1 W
D.变压器的输入功率为20 W
4.(2020河南河北九师联盟高三下3月公益联考,)如图所示,将一交流发电机的矩形线圈abcd连接在理想变压器原线圈两端,副线圈接有R=10 Ω的电阻,已知矩形线圈边长ab=cd=0.1 m,ad=bc=0.2 m,匝数为50匝,理想交流电压表接在原线圈两端,变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2=1∶3,矩形线圈在磁感应强度B=0.2 T的匀强磁场中绕垂直磁场的虚线轴以ω=200 rad/s的角速度匀速转动,矩形线圈电阻不计,则( )
A.从图示位置开始计时,矩形线圈中产生的电动势随时间变化的关系式为e=40 sin 200t(V)
B.交流电压表的示数为40 V
C.电阻R上消耗的电功率为720 W
D.电流经过变压器后频率变为原来的3倍
5.(2020广东六校联盟高三第三次联考,)如图所示,变压器为理想变压器,电压变化规律为u=202 sin 100πt (V)的交流电压接在a、b两端,L为灯泡,R为滑动变阻器。现将滑动变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2 A,电流表A2的示数增大了0.8 A,则下列说法中正确的是( )
A.电压表 V2示数不变, V3示数增大
B.滑动变阻器滑片是沿d→c的方向滑动的
C.该变压器起降压作用
D.灯泡发光每秒闪50次
6.(2020福建福州高三下3月线上质检,)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,b是原线圈的中心抽头,图中电表均为理想的交流电表,定值电阻R=10 Ω,其余电阻均不计。从某时刻开始在c、d两端加上如图乙所示的交变电压。则下列说法中正确的是( )
A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为31.1 V
B.当单刀双掷开关与b连接时,在t=0.01 s时刻,电流表示数为4.4 A
C.当单刀双掷开关由a拨向b时,副线圈输出电压的频率变为25 Hz
D.当单刀双掷开关由a拨向b时,原线圈的输入功率变小
二、非选择题
7.(2020江苏盐城中学高二期中,)某发电机输电电路的简易图如图所示,发电机的矩形线框ABCD处于磁感应强度大小为B=210π T的水平匀强磁场中,线框面积为S=0.25 m2,匝数为100匝,电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω=100π rad/s匀速转动,并与升压变压器的原线圈相连,升压变压器原、副线圈的匝数之比为1∶20,降压变压器的副线圈接入若干“220 V,100 W”的灯泡,两变压器间的输电线等效电阻R=20 Ω,变压器均为理想变压器。当发电机输出功率为5×104 W时,灯泡正常发光。求:
(1)电压表读数;
(2)输电线上损失的功率;
(3)降压变压器原、副线圈的匝数之比。
8.(2019江西上饶玉山一中高二下期中,)交流发电机的原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动。一个小型发电机的线圈共220匝,线圈面积S=0.1 m2,线圈转动的频率为100 Hz,线圈内阻不计,磁场的磁感应强度B=2π T,为了用此发电机发出的交流电带动两个标有“220 V 11 kW”的电动机正常工作,需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器,电路如图所示。求:
(1)发电机的输出电压;
(2)变压器原、副线圈匝数之比;
(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数。
答案全解全析
专题强化练11 变压器、远距离输电综合问题
一、选择题
1.ABC 题图甲中金属棒做匀速直线运动,产生稳定的电动势,则流过R的电流为恒定电流,由于变压器原理为互感现象,则灯L1不发光,题图乙中由于金属棒切割磁感线的长度按正弦规律变化,产生大小随时间变化的感应电动势,则流过R的电流大小随时间变化,所以L2发光,故D正确,A、B、C符合题意,故选A、B、C。
2.B 升压变压器原线圈两端电压的有效值为U1=Um2,升压变压器的原、副线圈匝数比为1∶20,所以升压变压器副线圈两端的电压为U2=20U1=102Um,设用户获得的电压为U,则用户的电流为I3=UR,降压变压器的原、副线圈匝数比为3∶1,故在输电线路上的电流为I2=13I3,降压变压器原线圈两端电压为U3=3U,输电线路上损失的电压为ΔU=I2r=13I3R=13U,故降压变压器原线圈的电压为U3=U2-ΔU,联立解得U=32Um,故B正确,A、C、D错误。
3.AD 电动机正常工作,说明电动机M两端的电压为其额定电压值10 V(有效值),即理想变压器副线圈两端的电压为10 V,根据理想变压器原、副线圈两端电压与匝数的关系可知,原、副线圈的匝数比为n1∶n2=220∶10=22∶1,A正确;电动机正常工作时,电动机绕线中的电流为IM=PU2=1010 A=1 A,流过电阻R的电流为IR=U2R=1010 A=1 A,所以I2=IM+IR=2 A,所以电流表的示数为2 A,B错误;当电动机M两端的电压为其额定电压时,电动机线圈的热功率为P热=IM2r=1 W,则其输出功率为P出=P-P热=9 W,C错误;电阻R的发热功率为P=U22R=10 W,所以变压器的输出功率为20 W,根据能量守恒可知其输入功率也为20 W,D正确。
4.C 从图示位置开始计时,磁通量为零,感应电动势最大,所以电动势随时间的变化关系为
e=NBSω cs ωt
代入数据得e=40 cs 200t(V),故A错误;
由电动势瞬时值表达式e=40 cs 200t(V),可知线圈产生的电动势最大值为Em=40 V,但电压表示数是有效值,故示数为
U=Em2=202 V,故B错误;
根据U1∶U2=n1∶n2
解得变压器副线圈的电压U2=602 V,所以电阻R上消耗的电功率为
P2=U22R=720 W,故C正确;
变压器不改变交流电的频率,故D错误。
5.C 观察到电流表A1的示数增大了0.2 A,电流表A2的示数增大了0.8 A,即副线圈电流增大,由于a、b接在电压有效值不变的交流电压两端,匝数比不变,所以原、副线圈电压不变,即V1、V2示数不变,根据欧姆定律得负载电阻减小,所以变阻器滑片是沿c→d的方向滑动,所以V3示数减小,故A、B错误;观察到电流表A1的示数增大了0.2 A,电流表A2的示数增大了0.8 A,即原线圈电流增大量小于副线圈电流增大量,根据电流与匝数成反比,所以该变压器起降压作用,故C正确;由u=202 sin 100πt (V)可知,交流电的频率为f=ω2π=100π2π Hz=50 Hz,由于交变电流一个周期内电流方向发生2次变化,所以灯泡发光每秒闪100次,故D错误。
6.B 当单刀双掷开关与a连接时,变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,输入电压为
U1=3112 V
根据变压比公式
U1n1=U2n2
可得输出电压约为22 V,故A错误;
当单刀双掷开关与b连接时,变压器原、副线圈的匝数比为5∶1,输入电压为
U1=3112 V≈220 V
故根据变压比公式
U1U2=n1n2
输出电压为44 V,根据欧姆定律,电流表的示数为输出电流的有效值
I2=U2R=4410 A=4.4 A,故B正确;
由题图可知,电压的最大值为311 V,交流电的周期为2×10-2 s,所以交流电的频率为f=50 Hz,当单刀双掷开关由a拨向b时,变压器不会改变电压的频率,所以副线圈输出电压的频率为50 Hz,故C错误;
当单刀双掷开关由a拨向b时,根据变压比公式,输出电压增加,故输出电流增加,故输入电流也增加,则原线圈的输入功率变大,故D错误。
二、非选择题
7.答案 (1)250 V (2)2 000 W (3)240∶11
解析 (1)矩形线框ABCD在匀强磁场中转动时,产生的交流电的最大值为
Em=nBSω=100×210π×0.25×100π V=2502 V
电压表读数为有效值:U=Em2=25022 V=250 V
(2)发电机的输出电压为U1=U=Em2=25022 V=250 V
升压变压器的输出电压为U2=U1n2n1=250×201 V=5 000 V
当发电机输出功率为5×104 W时,I2=PU2=5×1045 000 A=10 A
则输电线上损失的功率为ΔP=I22R=102×20 W=2 000 W
(3)降压变压器原线圈上的电压为:U3=P-ΔPI2=50 000-2 00010 V=4 800 V,
又由题意知,灯泡正常发光,所以U4=220 V
所以降压变压器原、副线圈的匝数之比为
n3n4=U3U4=4 800V220V=240∶11
8.答案 (1)4 400 V (2)20∶1 (3)5 A
解析 (1)线圈转动的角速度ω=2πf=200π rad/s
线圈转动产生的电动势最大值为
Em=NBSω=4 4002 V
由于线圈内阻不计,则输出电压就等于电动势
解得输出电压的有效值为U1=Em2=4 400 V
(2)n1n2=U1U2=201
(3)P入=P出=2PM=2.2×104 W
根据P入=U1I1
解得I1=5 A