第三章 本章复习提升 试卷

本章复习提升

易混易错练

易错点1　中性面的特点记忆不清

1.()关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是 (　　)

A.线圈每转动一周,感应电流方向就改变一次

B.线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向不变

C.线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次

D.线圈通过中性面时,磁通量为零

易错点2　有效值的计算方法不熟悉

2.()好多同学家里都有调光电灯和调速风扇,过去它们的功能是靠变压器来实现的,缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速。现在的调光灯和调速电风扇的调节功能是靠可控硅电子元件来实现的。图示为经一双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压,即可控硅电子元件能把正弦式交变电流的电压由小变大的部分截去,转动调节开关上的旋钮可以控制截去部分的多少,从而改变电灯两端的电压,那么现在电灯两端的电压为              (　　)

A.　　　B.　　　C.　　　D.Um

易错点3　变压器工作原理的实质理解不清

3.(2021吉林松原月考,)ED型硅钢铁芯如图甲所示,其结构为三相两半拼合形成的闭合磁路,广泛应用于三相变压器、扼流圈、电抗器等电磁原件。用ED型硅钢铁芯绕制变压器,并连接成如图乙所示电路,原、副线圈绕制匝数分别为n1、n2,原线圈输入的交流电压为U1,副线圈的输出电压为U2。现将滑动变阻器滑片向下滑动,下列说法错误的是              (　　)

A.U1∶U2=n1∶n2

B.灯泡亮度变暗

C.电流表示数减小

D.用相互绝缘的硅钢片叠成ED型铁芯有利于减小涡流

易错点4　不能正确分析涉及变压器的电路动态变化问题

4.()理想变压器的原线圈连接电流表,副线圈接入电路的匝数可以通过触头Q调节,在副线圈输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,在原线圈上加一电压为U的交流电,如图所示,若              (　　)

A.Q位置不变,将P向上滑动,U'变大

B.Q位置不变,将P向上滑动,电流表的读数变大

C.P位置不变,将Q向上滑动,电流表的读数变大

D.P位置不变,将Q向上滑动,变压器的输入功率不变

易错点5　不能正确分析非理想变压器问题

5.()如图所示,降压变压器的变压系数是3,即初级线圈匝数与次级线圈的匝数之比是3。初级线圈的输入电压是660 V,次级线圈的电阻为0.2 Ω,这台变压器供给100盏“220 V,60 W”的电灯用电。求:

(1)空载时次级线圈的端电压和输出功率;

(2)接通时次级线圈的端电压;

(3)每盏灯的实际功率。

易错点6　不能正确分析多个副线圈变压器问题

6.()收音机的变压器的初级线圈有1 210匝,接在U1=220 V的交流电源上,变压器有两个次级线圈。次级线圈Ⅱ的匝数为35匝,次级线圈Ⅲ的匝数是1 925匝。如果不计变压器自身的能量损耗,当变压器工作时,线圈Ⅱ的电流是0.3 A时,初级线圈的电流I1=0.114 A。求线圈Ⅲ中电流和输出电压。(电流的计算结果保留3位有效数字)

思想方法练

一、等效替代法

方法概述

　　等效替代法是在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下,将实际的、陌生的、复杂的物理问题和物理过程用等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程代替来研究和处理的方法。等效替代法既是科学家研究问题的方法,也是学生在学习物理中常用的方法,掌握等效替代法,有助于提高学生的科学素养。

1.(2020山东潍坊高二上检测,)一个边长为6 cm的正方形金属线框置于匀强磁场中,线框平面与磁场垂直,电阻为0.36 Ω。磁感应强度B随时间t变化的关系如图所示,则线框中感应电流的有效值为              (　　)

A.×10-5 A　　　B.×10-5 A

C.×10-5 A　　　D.×10-5 A

二、数形结合法

方法概述

　　所谓数形结合法,就是根据数与形之间的对应关系,通过数与形的相互转化来解决实际问题的思想方法。用“数”来解决“形”,也可以将形用代数进行处理。在我们遇到的很多物理题中,物理量是用图形来表示的,其中描述物理量变化规律的示意图居多。

2.(2021江苏苏州中学高二月考,)如图甲所示是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将干电池提供的直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压,并加在理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压表为交流电表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5 000 V时,就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。下列说法中正确的是              (　　)

A.实现点火的条件是>1 000

B.实现点火的条件是>1 000

C.开关闭合后电压表V的示数为5 V

D.开关闭合后电压表V的示数为2.5 V

三、程序法

方法概述

　　程序法是指按物理现象、物理过程显现的顺序,根据它们遵循的物理规律,建立已知物理量之间的关系式或者已知物理量与未知物理量之间的关系式,然后通过数学方法解决物理问题的方法。

3.(2021江苏南通平潮高级中学高二月考,)国家电网公司推进智能电网推广项目建设,拟新建智能变电站1 400座。变电站起变换电压作用的设备是变压器,如图所示,理想变压器原线圈输入电压u=200 sin (100πt) V,电压表、电流表都为理想电表。下列判断正确的是(　　)

A.输入电压有效值为200 V,电流频率为100 Hz

B.S打到a处,当变阻器的滑片向下滑动时,两电压表的示数都增大

C.S打到a处,当变阻器的滑片向下滑动时,两电流表的示数都减小

D.若变阻器的滑片不动,S由a打到b,电压表V2和电流表A1的示数都减小

答案全解全析

本章复习提升

易混易错练

1.C　感应电动势的方向即为感应电流的方向,当线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时,线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次,线圈转动一周,两次经过中性面,感应电流和感应电动势方向都要改变两次,选项C正确,A、B错误;线圈通过中性面时,磁通量最大,磁通量变化率为零,选项D错误。故选C。

错解分析

本题的易错点在于不理解中性面的概念及特点。解题时需牢记中性面的特点以及产生交变电流时线圈在不同位置对应的电流的特点,这样才能避免类似的错误。

2.A　设题图中交流电的电压有效值为U,将该交流电与恒定电流分别通过相同电阻R,分析一个周期内产生的热量。交流电产生的热量Q1=·,恒定电流产生的热量Q2=T,由Q1=Q2得U=,选项A正确,B、C、D错误。

错解分析

本题的易错点在于习惯性地直接用正弦式交变电流的有效值与最大值的关系解题。本题的解题关键是理解有效值的定义及体会等效替代的方法,题目中~时间段内,正弦交变电流从电压最大值到电压为零,可直接应用最大值和有效值的关系计算这一段时间内电压的有效值,然后根据交变电流有效值的定义求解一个周期的时间内电压的有效值,这样可以避免犯错。

3.A　因为穿过原线圈的磁感线并未全部穿过右侧线圈,也有穿过左侧臂的,故不满足U1∶U2=n1∶n2,选项A错误;将滑动变阻器滑片向下滑动,副线圈电路总电阻变大,副线圈电流变小,则灯泡亮度变暗,灯泡分压变小,则并联部分分压变大,R1支路电流变大,电流表示数减小,选项B、C正确;用相互绝缘的硅钢片叠成ED型铁芯有利于减小涡流,选项D正确。本题选说法错误的,故选A。

错解分析

本题的易错点在于不理解变压器的变压原理,题目中闭合铁芯多了一个臂,导致通过原线圈的磁感线只有一部分通过副线圈,而另一部分通过左侧臂,这就导致副线圈中的感应电动势只有磁感线全部通过时的一半。解此题时,明确变压器的工作原理,理解其实质,能避免错解。

4.C　Q位置不变时,U'不变,将P向上滑动,因电阻增大,故I2减小,电流表的示数减小;若P位置不变,将Q向上滑动,U'增大,I2增大,电流表的示数增大,变压器的输入功率增大。

错解分析

本题错解的主要原因是对各个物理量变化的制约关系不明确。解题时应该明确输入电压决定输出电压,而输出功率决定输入功率,输出电流决定输入电流。

5.答案　见解析

解析　(1)外电路空载时,路端电压在数值上等于电源电动势,因此可将变压器视为理想变压器。设空载时副线圈的端电压为U2。

由=,得到U2=U1=220 V

因为空载,副线圈的负载电阻R2→∞,副线圈中的电流为I2=0,输出功率P=I2U2=0

(2)接通电路后,100盏灯并联的总电阻为

R外===8.07 Ω

次级线圈中的电流

I2'== A

次级线圈的端电压

U2'=I2'R外=214.68 V

(3)每盏灯的实际功率

P'=U2'= W=57.1 W

错解分析

本题的错解原因是用理想变压器规律解题,题中说“次级线圈的电阻为0.2 Ω”证明此变压器为非理想变压器。求解此类问题可类比直流电路的知识,可通过两种思路求路端电压,U=E-Ir(电源电动势减去内电压),或者用部分电路欧姆定律U=IR。

6.答案　见解析

解析　U2=U1=×220 V=6.36 V

U3=U1=×220 V=350 V

不计变压器自身的能量损耗,由能量守恒定律得

P1=P2+P3

即I1U1=I2U2+I3U3

I3==0.066 2 A

错解分析

公式=的应用是有条件的,即只有一个副线圈。不能死记硬背,不顾条件乱套公式。

思想方法练

1.B　由法拉第电磁感应定律得线框中产生的感应电动势E==S·,线框中的感应电流I==·,可得0~3 s内,I1=× A=2×10-5 A,3~5 s内,I2=× A=-3×10-5 A,作出I随时间t变化的图像如图所示

由交变电流有效值的定义得Rt1+Rt2=Rt,其中t1=3 s,t2=2 s,t=t1+t2,解得I有效=×10-5 A,故B选项正确。

方法点津

本题属于等效法的典型应用。根据等效思想,利用电流热效应把交变电流等效为恒定电流。对于非正弦式交变电流,可在一个周期内分段求出产生的热量,再求热量的总和Q,将总热量Q用相应的物理量I或U来表示(如Q=I2Rt或Q=t),则I或U为该交变电流相应的有效值。

2.A　分析题意可知,副线圈输出电压最大值U2m>5 000 V,原线圈输入电压的最大值U1m=5 V,根据=,可解得实现点火的条件是>1 000,选项B错误,A正确;原线圈输入电压的有效值U1== V,则电压表的示数为 V,选项C、D错误。

方法点津

本题是已知图形求解数的问题。在交变电流的图像中,一般能挖掘出以下信息:交变电流的最大值(Im、Em、Um)、周期T;线圈中磁通量的变化情况;e、i、u随时间变化的规律。数形结合法多适用于复杂的物理过程的描述。

3.D　由原线圈输入电压的表达式可知,输入电压的有效值为U==200 V,ω=100π rad/s=2πf,故频率为f=50 Hz,选项A错误;S打到a处,当变阻器的滑片向下滑动时,由于变压器的输入电压不变,匝数比不变,故副线圈两端电压不变,则两电压表示数不变,选项B错误;S打到a处,当变阻器的滑片向下滑动时,副线圈的负载电阻减小,副线圈中的电流增大,由于匝数比不变,原线圈中的电流也增大,即两电流表的示数都增大,选项C错误;若变阻器的滑片不动,S由a打到b,副线圈的匝数n2减小,由=可知,副线圈两端电压减小,电压表V2示数减小,由I2=可知副线圈中的电流减小,故原线圈中的电流减小,即电流表A1的示数减小,选项D正确。

方法点津

本题体现了应用程序法解题的思想。解题时按照局部→整体→局部的思维程序,即可顺利得出答案。利用程序法解题可以减小思维难度,避免漏解,多适用于解决电路动态变化问题、电路故障问题、探究黑匣子的元件问题等。