高中物理沪科版（2020）选修第二册第二节 交变电流精品精练

专题分层突破练10　恒定电流和交变电流

A组

1.(2022河北大名一中模拟)一台抽油烟机的主要部件是照明灯和抽气扇(电动机),它们可以独立工作,互不影响,抽气扇有“强吸”和“弱吸”两个挡位,功率大小不同。下列电路图符合要求的是(　　)

2.(2022浙江1月选考)如图所示,甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况,摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动;乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况,皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是(　　)

A.甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场

B.乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场

C.甲图中线圈转动时产生的电流是正弦式交变电流

D.乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦式交变电流

3.(2022山西大同模拟)演示位移传感器的工作原理如图所示,物体M在导轨上平移时,带动滑动变阻器的金属滑片P移动,通过电压表显示的数据反映物体位移的大小。假设电压表是理想电表,则下列说法正确的是(　　)

A.物体M运动时,电源内的电流会发生变化

B.物体M运动时,电压表的示数会发生变化

C.物体M不动时,电路中没有电流

D.物体M不动时,AB间电压为0

4.(多选)(2022广东普通高中一模)进行变压器演示实验的装置示意图如图所示,在铁环上用刷有绝缘漆的铜丝绕制了匝数分别为n1、n2的两个线圈。左侧线圈与开关S1、干电池E1、交流电源E2构成电路,交流电源E2的电动势e=6sin 100πt(V),右侧线圈与开关S2、灵敏电流表G、交流电压表V构成电路。则(　　)

A.若S1接“1”,在S2接“3”的瞬间灵敏电流表指针将发生偏转

B.若S2接“3”,在S1接“1”的瞬间灵敏电流表指针将发生偏转

C.若S1接“2”,在S2接“4”后,电压表指针的摆动频率为

D.若S1接“2”,S2接“4”,稳定后电压表的读数为 V

5.(多选)(2021河北卷)如图所示,发电机的矩形线圈长为2L、宽为L,匝数为N,放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中。理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2,两个副线圈分别接有电阻R1和R2。当发电机线圈以角速度Ω匀速转动时,理想电流表读数为I。不计线圈电阻,下列说法正确的是(　　)

A.通过电阻R2的电流为

B.电阻R2两端的电压为

C.n0与n1的比值为

D.发电机的功率为

6.(2022福建漳州二模)远距离输电示意图如图所示,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈的匝数分别为n1、n2。在T的原线圈两端接入一电压u=Umcos ωt的交流电源,已知升压变压器T的原线圈输入的总电功率为P,输电线的总电阻为r,不考虑其他因素的影响,则用户消耗的电功率为(　　)

A.P-2r B.P-r

C.2r D.4r

B组

7.(多选)如图所示,理想变压器原线圈两端电压为U1,副线圈两端接的电动机M的内阻为r,电动机的电功率为P1,热功率为P2,小灯泡L的阻值与定值电阻R0的阻值相等,光敏电阻R的阻值随着光照的增强而减小。下列说法正确的是(　　)

A.电动机的机械效率为

B.变压器原、副线圈的匝数之比为

C.若增大光照强度,灯泡会变亮

D.若增大光照强度,光敏电阻R与小灯泡L的总功率变小

8.(多选)(2022福建厦门二模)某兴趣小组利用电磁感应知识,自制一个风力发电机。发电机与一理想变压器相连,变压器原、副线圈匝数分别为500和1 000,装置示意图如图甲所示。在某一恒定风力作用下,风叶带动与其固定在一起的磁铁转动,变压器原线圈两端电压随时间变化的关系图像如图乙所示。已知发电机内阻可忽略,所有电表均为理想交流电表,现将滑动变阻器的滑片往下移动到某一位置后,风叶的转速随之变为原来的,则(　　)

A.电流表A的读数变小

B.电压表V2的读数变为160 V

C.发电机的输出功率变为原来的

D.磁铁受到线圈L的阻碍增大,所以磁铁转速变小

9.(多选)(2022河北唐山一模)如图所示含有理想变压器的电路中,电阻R1、R2的阻值分别为2 Ω、3 Ω,电流表A1、A2和电压表V1、V2均为理想交流电表,U为正弦交流电源,输出电压的有效值恒定。此时,电流表A1、A2的示数之比为1∶2,下列说法正确的是(　　)

A.电压表V1、V2示数之比为2∶1

B.电压表V1、V2示数之比为7∶3

C.电阻R1、R2电功率之比为1∶3

D.电阻R1、R2电功率之比为1∶6

10.(多选)(2022山东菏泽一模)如图所示,一个匝数N=20、电阻r=1 Ω的矩形线圈,以固定转速50 r/s在匀强磁场中旋转,从图示位置开始计时,其产生的交变电流通过一匝数比n1∶n2=20∶3的理想变压器,给副线圈电路供电。已知定值电阻R1=10 Ω,R2=5 Ω,R=1 Ω,灯泡L的电阻恒为10 Ω,额定电压为24 V,灯泡正常工作,可以判断(　　)

A.电阻R消耗的电功率为2.25 W

B.穿过线圈平面的最大磁通量为 Wb

C.矩形线圈的热功率为0.129 6 W

D.t=0时刻流过线圈的电流为零

11.(多选)(2022湖南岳阳二模)如图所示为电能输送示意图,左侧变压器原、副线圈的匝数之比为1∶3,连接两理想变压器的输电线的总电阻为10 Ω,右侧变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1,输电线上损失的功率为10 W。已知降压变压器副线圈两端的交变电压u2=220sin 100πt(V),将变压器视为理想变压器,下列说法正确的是(　　)

A.负载电阻的阻值为440 Ω

B.升压变压器输入功率为450 W

C.输电线上的电流为1 A

D.升压变压器输入电压的表达式为u1=150sin 100πt(V)

12.(2022北京延庆一模)图甲所示的电磁炉可视为一个变压器,炉盘相当于原线圈,锅体既是副线圈又是负载,通过电磁感应产生涡流来加热食物。由于没有铁芯,炉盘的能量传输会有一定损耗,传输效率为η。锅体感应的电动势与原线圈电压的比值称作耦合系数,设为n。电磁炉工作原理可简化为图乙,电源的频率、有效值恒定,电压为U,炉盘中配有定值电阻,阻值为Rx,锅体回路中的电阻相当于负载。

(1)若通过定值电阻Rx的电流为I,求锅体中感应电动势的有效值;

(2)若锅体等效电阻为R,求流过定值电阻Rx的电流;

(3)更换不同锅体,相当于调节负载电阻,设传输效率η和耦合系数n都不变,求锅体等效电阻为多大时加热食物的功率最大。

答案：

1.A　解析 因为照明灯与抽气扇相互不影响,能独立工作,故应使照明灯与抽气扇并联,且各自的支路有一个开关控制,干路上没有开关;又因为抽气扇有“强吸”和“弱吸”两个挡位,所以抽气扇与电阻串联,其中开关与电阻并联,故A正确。

2.A　解析 甲图中细短铁丝显示的磁场分布均匀,则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场,故A正确;乙图中细短铁丝显示的磁场分布不均匀,则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场,故B错误;根据发电机原理可知甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦式交变电流,故C错误;乙图中是非匀强磁场,则线圈匀速转动时不能产生正弦式交变电流,故D错误。

3.B　解析 物体M运动时,回路的总电阻不变,电源内的电流不会发生变化,A错误;物体M运动时,滑动变阻器AP段的电阻发生变化,电压表的示数会发生变化,B正确;物体M不动时,电路中有电流,C错误;物体M不动时,AB间电压等于电源两端电压,不等于0,D错误。

4.BD　解析 若S1接“1”,原线圈通有恒定电流,在副线圈中没有感应电流,故指针不偏转,故A错误;若S2接“3”,在将S1接“1”的瞬间,原线圈电流突然变化,副线圈产生感应电流,灵敏电流表指针发生偏转,故B正确;若S1接“2”,在S2接“4”后,电压表显示的是有效值,不会摆动,故C错误;若S1接“2”,S2接“4”,原线圈两端交变电压有效值U1=6 V,根据得U2=U1= V,故D正确。

5.BC　解析 由可得U2=,则通过R2的电流为I2=,A错误,B正确;

线框产生交变电流的最大值为Em=NBSΩ=2NBL2Ω,有效值E=NBL2Ω,,C正确;

根据P入=P出,由于发电机线圈没有内阻,也就是其功率等于副线圈两用电器的功率之和,P=I2R1+=I2R1+,D错误。

6.A　解析 升压变压器原线圈输入电压的最大值为Um,有效值为U1=,根据变压器的变压比可知,副线圈电压为U2=,输电电流I=,输电线上损失的电功率为P损=I2r=2r,用户消耗的电功率为P户=P-P损=P-2r,故选A。

7.AD　解析 电动机的机械效率为η=,选项A正确; 根据P2=r,P1=IMU2,,解得变压器原、副线圈的匝数之比为,选项B错误;若增大光照强度,则光敏电阻的阻值减小,副线圈电流变大,R0两端电压增大,因副线圈两端电压一定,则灯泡两端电压减小,则灯泡会变暗,选项C错误;将副线圈两端电压U2等效为电源电动势,R0等效为电源的内阻,则当R0的阻值与并联部分的电阻R并相等时,光敏电阻R与小灯泡L的总功率最大,因小灯泡L的阻值与定值电阻R0的阻值相等,若增大光照强度,光敏电阻的阻值减小,则R并小于R0且逐渐减小,光敏电阻R与小灯泡L的总功率变小,选项D正确。

8.BD　解析 将滑片往下移动,负载电阻减小,副线圈的电流增大,电流表A的读数变大,A错误;Em=NBSΩ,根据图像得Em=100 V,E=,U1=E,,解得U2==200 V,将滑片往下移动到某一位置后,风叶的转速随之变为原来的,Ω变为原来的,电压表V2的读数为U2'=U2=160 V,B正确;发电机的输出功率为P=,将滑片往下移动到某一位置后,风叶的转速随之变为原来的,Ω变为原来的,R也减小,C错误;线圈L的电流增大,对磁铁的阻碍增大,所以磁铁转速变小,D正确。

9.BD　解析 电流表A1、A2的示数之比为1∶2,则变压器原、副线圈匝数之比为,设电流表A1的示数为I,电流表A2的示数为2I,则电压表V2的读数为U2=2IR2,设原线圈两端的电压为U',则,解得U'=2U2,根据欧姆定律可知,电阻R1两端的电压为U1'=IR1,则电压表V1的读数为U1=U1'+U',则电压表V1、V2示数之比为,故A错误,B正确;电阻R1的功率为P1=I2R1,电阻R2的功率为P2=(2I)2R2,则电阻R1、R2的电功率之比为,故C错误,D正确。

10.ACD　解析 灯泡L的电阻恒为10 Ω,额定电压为24 V,灯泡正常工作,则IL= A=2.4 A,则I1=0.9 A,I2=1.5 A,因此PR=R=1.52×1 W=2.25 W,A正确;以固定转速50 r/s在匀强磁场中旋转,则Ω=2πn=100π rad/s,由A推理得U2=I1R1+UL=33 V,由得U1=220 V,由得I原=0.36 A,所以E=U1+I原r=220.36 V,因为Em=NBSΩ,则BS= Wb,B错误;矩形线圈的热功率为P=r=0.129 6 W,C正确;t=0时刻,磁通量最大,磁通量变化率为零,流过线圈的电流为零,D正确。

11.BC　解析 输电线损失功率为P损=r=10 W,解得I3=1 A,,解得降压变压器副线圈电路电流I4=2 A,负载电阻的阻值为R= Ω=110 Ω,故A错误,C正确;由得,降压变压器原线圈两端电压U3=440 V,则可得升压变压器输入功率为P1=P3+P损,解得P1=450 W,故B正确;升压变压器副线圈两端电压U2=U3+I2r=450 V,又因为,解得U1=150 V,则升压变压器输入电压的表达式为u1=150sin 100πt(V),故D错误。

12.答案 (1)n(U-IRx)

(2)

(3)n2Rx

解析 (1)通过定值电阻Rx的电流为I,则原线圈两端电压U1=U-IRx

根据=n

解得锅体中感应电动势的有效值U2=nU1=n(U-IRx)。

(2)原线圈中满足U1'=U-I1Rx

副线圈中满足=I2

又因为=n,=n

联立解得I1=。

(3)锅体产热的功率P=R'=