高考物理二轮复习闯关导练热点10交变电流与变压器含答案

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1．某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的交变电流的图象如图所示，由图中信息可以判断( )
A．在A、C时刻线圈处于中性面位置
B．在B、D时刻穿过线圈的磁通量为零
C．从A～D线圈转过的角度为2π
D．若从O～D历时0.02 s，则在1 s内交变电流的方向改变了100次
2．一多匝闭合矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势表达式为e＝311sin 50πt(V)．则下列判断正确的是( )
A．该交变电流的频率为50 Hz
B．穿过该线圈磁通量的最大值为220 Wb
C．该交变电流电动势的有效值是311 V
D．1 s内该交变电流的方向改变了50次
3．如图所示，理想变压器原线圈接在u＝Umsin(ωt＋φ)的交流电源上，副线圈接三个阻值相同的电阻R，不计电表内电阻影响．闭合开关S后( )
A．电流表A2的示数减小
B．电压表V1的示数减小
C．电压表V2的示数不变
D．电流表A1的示数不变
4．[2020·新高考Ⅰ卷，5]图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2＝22：3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示．灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V．定值电阻R1＝10 Ω、R2＝5 Ω，滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω.为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
A．1 Ω B．5 Ω
C．6 Ω D．8 Ω
5．[2020·浙江7月，11]如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V．已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是( )
A．发电机输出的电流I1＝40 A
B．输电线上的电流I线＝625 A
C．降压变压器的匝数比n3：n4＝190：11
D．用户得到的电流I4＝455 A
6．如图甲为理想变压器的示意图，其原、副线圈的匝数比为4：1，电压表和电流表均为理想电表，Rt为阻值随温度升高而变小的热敏电阻，R1为定值电阻．若发电机向原线圈输入如图乙所示的正弦交流电．下列说法中正确的是( )
A．输入变压器原线圈的交流电压的瞬时值表达式为u＝36eq \r(2)sin 50πt V
B．变压器原、副线圈中的电流之比为4：1
C．t＝0.01 s时，发电机的线圈平面位于中性面
D．Rt处温度升高时，变压器的输入功率变小
7．[2020·全国卷Ⅱ，19]特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低．我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术．假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为ΔP，到达B处时电压下降了ΔU.在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为ΔP′，到达B处时电压下降了ΔU′.不考虑其他因素的影响，则( )
A．ΔP′＝eq \f(1,4)ΔP B．ΔP′＝eq \f(1,2)ΔP
C．ΔU′＝eq \f(1,4)ΔU D．ΔU′＝eq \f(1,2)ΔU
8．[2020·全国卷Ⅲ，20]在图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω，各电表均为理想电表．已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示．下列说法正确的是( )
A．所用交流电的频率为50 Hz
B．电压表的示数为100 V
C．电流表的示数为1.0 A
D．变压器传输的电功率为15.0 W
热点10 交变电流与变压器
1．答案：D
解析：由题中交变电流的图象可知，在A、C时刻产生的感应电流最大，对应的感应电动势最大，线圈处于垂直中性面的位置，选项A错误；在B、D时刻感应电流为零，对应的感应电动势为零，即磁通量的变化率为零，此时磁通量最大，选项B错误；从A～D，经历的时间为eq \f(3,4)周期，线圈转过的角度为eq \f(3,2)π，选项C错误；若从O～D历时0.02 s，则交变电流的周期为0.02 s，而一个周期内电流的方向改变两次，所以1 s内交变电流的方向改变了100次，选项D正确．
2．答案：D
解析：由电动势的瞬时值表达式可知线圈的角速度ω＝50π rad/s，交变电流的频率f＝eq \f(ω,2π)＝25 Hz，一个周期内电流方向改变两次，则1 s内该交变电流的方向改变了50次，选项A错误，D正确；根据Em＝nBωS＝nΦmω可知无法确定穿过该线圈磁通量的最大值，选项B错误；电动势的最大值为311 V，根据有效值与最大值的关系得有效值E＝eq \f(Em,\r(2))＝220 V，选项C错误．
3．答案：A
解析：开关S闭合后，副线圈总的电阻减小，由于变压器的匝数比和输入的电压都不不变，所以输出的电压也不变，即V1示数不变，B错；但因副线圈的总电阻减小，则副线圈的总电流增大，则原线圈的电流增大，故A1的示数变大，D错；由于副线圈的电流增大，故串联在副线圈的电阻R两端的电压增大，而副线圈的总电压不变，所以副线圈并联部分的电压减小，即V2的示数减小，故电流表A2的示数减小，故A正确，C错误．
故选A.
4．答案：A
解析：由图乙可知理想变压器输入电压U1＝220 V，应用理想变压器变压公式eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)＝eq \f(22,3)，可得副线圈输出电压U2＝30 V．灯泡正常工作时，灯泡两端电压为UL＝24 V，电流IL＝eq \f(UL,RL)＝1.6 A．设R1两端电压为U，由U2＝UL＋U，可得U＝6 V．由eq \f(U,R1)＋eq \f(U,R2＋R)＝IL，解得R＝1 Ω，选项A正确．
5．答案：C
解析：发电机输出的电流I1＝eq \f(P,U1)＝eq \f(100×103,250)A＝400 A，选项A错误．输电线上的电流I线＝eq \r(\f(P线,R线))＝eq \r(\f(5×103,8))A＝25 A，选项B错误．升压变压器的副线圈输出电压U2＝eq \f(P,I线)＝eq \f(100×103,25) V＝4×103V，输电线损耗电压ΔU＝I线R＝25×8 V＝200 V，降压变压器的原线圈电压U3＝U2－ΔU＝3 800 V，故降压变压器的匝数比eq \f(n3,n4)＝eq \f(U3,U4)＝eq \f(3 800,220)＝eq \f(190,11)，选项C正确．降压变压器的副线圈的输出功率P4＝P3＝P－P线＝95 kw，故用户得到的电流I4＝eq \f(P4,U4)＝eq \f(95×103,220 )A≈431.8 A，选项D错误．
6．答案：C
解析：由题图乙可知交流电压最大值U＝36eq \r(2) V，周期T＝0.02 s，可由周期求出角速度的值为eq \f(2π,0.02) rad/s＝100π rad/s，则可得交流电压的瞬时值表达式u＝36eq \r(2)sin 100πt V，故A错误；根据eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可知变压器原、副线圈中的电流之比为1︰4，故B错误；t＝0.01 s时，瞬时值为零，发电机的线圈平面与磁场方向垂直，发电机的线圈平面位于中性面，故C正确；Rt处温度升高时，Rt阻值减小，电流表的示数变大，变压器的输入功率变大，故D错误．
7．答案：AD
解析：设输送功率为P，输电线电阻为R，则采用超高压输电时输电线上损失电压为ΔU＝eq \f(P,U)R∝eq \f(1,U)，损失的电功率ΔP＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P,U)))2R∝eq \f(1,U2)，而eq \f(U′,U)＝eq \f(1 100 kV,550 kV)＝2，所以ΔU′＝eq \f(1,2)ΔU，ΔP′＝eq \f(1,4)ΔP，故A、D选项正确．
8．答案：AD
解析：本题借助图形和图象考查了理想变压器的特点及描述交流电物理量的特点．由图(b)可知变压器输出端交流电的周期T＝0.02 s，变压器不改变交流电的频率和周期，故所用交流电的频率f＝eq \f(1,T)＝50 Hz，A正确；由图(b)可知流经电阻R2的电流有效值I2＝eq \f(Im,\r(2))＝1 A，电阻R2两端电压U2＝I2R2＝10 V，根据串并联电路特点及欧姆定律可得，电流表的示数I3＝eq \f(U2,R3)＝0.5 A，C错误；根据理想变压器的特点可得变压器原线圈两端电压U1＝eq \f(n1,n2)U2＝100 V，则电压表的示数U′＝U－U1＝120 V，B错误；变压器传输的电功率P＝U2(I2＋I3)＝15.0 W，D正确．