高三物理精准提升专题训练卷 交变电流及理想变压器

这是一份高三物理精准提升专题训练卷 交变电流及理想变压器，共10页。试卷主要包含了应用③远距离输电等内容，欢迎下载使用。

常考题型
1.应用① 交变电流的产生及“四值”的计算
例1．(2023∙辽宁卷∙5)如图所示，N匝正方形闭合金属线圈abcd边长为L，线圈处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴OO′以角速度ω匀速转动，ab边距轴eq \f(1,4)L。线圈中感应电动势的有效值为( )
A．NBL2ω B．eq \f(\r(2),2)NBL2ω C．eq \f(1,2)NBL2ω D．eq \r(2)NBL2ω
解析：交流电的最大值和两条边到转轴的距离无关，为Em＝NBSω＝NBL2ω，因此有效值E＝eq \f(Em,\r(2))＝eq \f(\r(2),2)NBL2ω。
答案:B
2.应用②变压器的定量计算及动态分析
例2．(2023∙湖北卷∙6)如图所示，理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电，副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻。在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中( )
A．电流表A1示数减小
B．电流表A2示数增大
C．原线圈输入功率先增大后减小
D．定值电阻R消耗的功率先减小后增大
解析：由于原线圈所接电压恒定，匝数比恒定，故变压器副线圈的输出电压恒定，变阻器的滑片从a端向b端缓慢移动的过程中，由数学知识可知，变压器副线圈所接的电阻值逐渐增大，根据由欧姆定律可知副线圈的电流逐渐减小，由eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可知变压器原线圈的电流I1也逐渐减小，故A正确，B错误；原线圈的输入功率P＝U1I1，由于I1逐渐减小，则原线圈的输入功率逐渐减小，故C错误；由于副线圈的电流逐渐减小，则定值电阻与变阻器右半部分并联的总电流减小，又与定值电阻并联的变阻器右半部分的电阻值减小，则由并联分流规律可知，流过定值电阻的电流逐渐减小，则由公式PR＝I2R可知，定值电阻R消耗的电功率逐渐减小，故D错误。
答案:A
3.应用③远距离输电
例3．(2023·全国II卷·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∆P，到达B处时电压下降了∆U。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1100 kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为∆P′，到达B处时电压下降了∆U′。不考虑其他因素的影响，则( )
A．∆P′＝eq \f(1,4)∆P B．∆P′＝eq \f(1,2)∆P C．∆U′＝eq \f(1,4)∆U D．∆U′＝eq \f(1,2)∆U
答案:AD
解析：输电线上损失的功率ΔP＝(eq \f(P,U) )2·r，损失的电压ΔU＝eq \f(P,U)·r，当输送电压变为原来的2倍，损失的功率变为原来的eq \f(1,4) ，即ΔP′＝eq \f(1,4)ΔP，损失的电压变为原来的eq \f(1,2)，即ΔU′＝eq \f(1,2)ΔU，故选AD。
对点速练
1．为做好疫情防控供电准备，防控指挥中心为医院设计的备用供电系统输电电路简图如图甲所示，矩形交流发电机匝数n＝50，线圈、导线的电阻均不计，在匀强磁场中以矩形线圈中轴线OO′为轴匀速转动，穿过线圈的磁通量Ф随时间t的变化图像如图乙所示，Ф＝。并与变压器的原线圈相连，变压器的副线圈接入到医院为医疗设备供电，变压器为理想变压器，假设额定电压为220 V的医疗设备恰能正常工作。下列说法正确的有( )
A．电压表的示数为50eq \r(2) V
B．假如给变压器输入端接入电压U＝50 V的直流电，医疗设备能正常工作
C．变压器的匝数比为5∶22
D．从t＝0开始计时，变压器的原线圈两端的电压u＝50eq \r(2)sin100 πt（V）
答案:C
解析：根据图像可得T＝0.02 s，线圈的角速度，线圈产生的电动势，根据Um＝nФmω＝50eq \r(2) V，则电压表的示数位U＝eq \f(Um,\r(2))＝50 V，变压器的匝数比，A错误，C正确；根据变压器的原理，变压器输入端接入电压U＝50 V的直流电，变压器不工作，医疗设备不能正常工作，C错误；t＝0时，磁通量为0，则变压器的原线圈两端的电压u＝50eq \r(2)cs 100 πt（V），D错误。
2．(多选)如图甲所示，矩形线圈绕转轴OO′在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流直接给图乙的电路供电。图2理想变压器的原线圈接有理想电流表A，副线圈接有电阻R和电容器C，开始时灯泡L1、L2一样亮，不计线圈的电阻，灯泡不会烧坏，则( )
A．线圈面积加倍，L1、L2仍一样亮
B．线圈转速加倍，L1、L2仍一样亮
C．线圈面积加倍，电流表A的示数也加倍
D．线圈转速加倍，电流表A的示数也加倍
答案:AC
解析：线圈面积加倍，L1、L2两支路两端的电压加倍，因容抗不变，因此L1、L2仍一样亮，故A正确；因副线圈两端电压加倍，电流加倍，知电流表A的示数也加倍，故C正确；线圈转速加倍，因容抗减小，L2比L1更亮，故B错误；因副线圈中电流大于2倍，知电流表A的示数也大于2倍，故D错误。
3．如图所示，为了浴室用电安全，某同学用理想变压器给浴室降压供电，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，原线圈输入交变电压u＝311sin (100πt) V，已知照明灯额定功率为44 W，排气扇电动机内阻为1 Ω，电流表示数为2 A，各用电器均正常工作，电表均为理想表。则( )
A．电压表示数为62 V
B．变压器的输入功率为186 W
C．排气扇输出功率为43 W
D．保险丝熔断电流不得低于2 A
答案:C
解析：原线圈输入电压最大值Um＝311 V，原线圈输入电压为U1＝220 V，根据变压器变压公式，U1∶U2＝5∶1，可知副线圈输出电压U2＝44 V，A错误；变压器的输出功率P出＝U2I＝44×2 W＝88 W，根据变压器输入功率等于输出功率，可知变压器输入功率为P入＝88 W，B错误；由P出＝P灯＋P扇＝44 W＋P扇＝88 W可知，P扇＝44 W。照明灯中电流I灯＝eq \f(P灯,U2)＝1 A，排气扇中电流I扇＝I－I灯＝1 A，排气扇内阻发热功率P热＝Ieq \\al(2,扇)r＝1 W，由P扇＝P热＋P出可得排气扇输出功率P出＝43 W，C正确；由P入＝U1I1，解得保险丝中电流I1＝0.4 A，即保险丝熔断电流不得低于0.4 A，D错误。
4．(多选)如图，理想变压器原线圈接在u＝220eq \r(2)sin100 πt（V）的交流电源上，副线圈匝数可通过滑片P来调节。当滑片P处于图示位置时，原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1，为了使图中“100 V，50 W”的灯泡能够正常发光，下列操作可行的是( )
A．仅将滑片P向上滑动
B．仅将滑片P向下滑动
C．仅在副线圈电路中并联一个阻值为20 Ω的电阻
D．仅在副线圈电路中串联一个阻值为20 Ω的电阻
答案:BD
解析：原线圈电压有效值，则次级电压有效值，则为了使图中“100 V，50 W”的灯泡能够正常发光，则需要减小次级电压，即仅将滑片P向下滑动；或者仅在副线圈电路中串联一个电阻，阻值，故选BD。
5．(多选)如图甲所示，阻值为eq \f(10,3) Ω的三个完全相同的灯泡a、b、c分别接在理想变压器的原、副线圈两端，变压器通过一内阻不计，线圈匝数n＝10的一小型发电机供电，当矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕固定轴OO′转动，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按如图乙所示的正弦规律变化时，三灯泡都正常发光，则下列说法正确的是( )
A．发电机电动势瞬时表达式为e＝20eq \r(2)sin (200t)V
B．理想变压器原、副线圈匝数之比为2∶1
C．理想交流电压表的示数为eq \f(40,3) V
D．理想交流电流表的示数为2 A
答案:BD
解析：由题图乙可知，矩形线圈转动的周期T＝π×10－2 s，角速度ω＝eq \f(2π,T)＝200 rad/s，则矩形线圈产生的最大电动势Em＝nBSω＝nΦmω＝20eq \r(2) V，因为计时起点是垂直于中性面，故发电机电动势瞬时表达式为e＝20eq \r(2)cs (200t)V，A错误；发电机电动势有效值E有＝eq \f(20\r(2),\r(2)) V＝20 V，设通过灯泡的电流为I，则有eq \f(I,2I)＝eq \f(n2,n1)＝eq \f(1,2)，故理想变压器原、副线圈匝数之比为2∶1，B正确；由电压关系可得eq \f(20－U,U)＝eq \f(2,1)，即U＝eq \f(20,3) V，C错误；由欧姆定律可得通过灯泡的电流I＝eq \f(U,R)＝2 A，则理想交流电流表的示数为2 A，D正确。
6．如图所示的电路中，有一自耦变压器，左侧并联一只理想电压表V1后接在稳定的交流电源上；右侧串联灯泡L和滑动变阻器R ，R上并联一只理想电压表V2。下列说法中正确的是( )
A．若F不动，滑片P向下滑动时，V1示数变大，V2示数变大
B．若F不动，滑片P向下滑动时，灯泡消耗的功率变小
C．若P不动，滑片F向下移动时，V1、V2的示数均变小
D．若P不动，滑片F向下移动时，灯泡消耗的功率变大
答案:B
解析：设变压器的输入电压为U1，输出电压为U2；若F不动，根据变压比公式eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，输入电压U1不变，则输出电压U2也不变；滑片P向下滑动时，R接入的电阻增大，根据闭合电路欧姆定律，干路电流减小，电阻R的电压UV2＝U2－IRL，由于电流减小，故电压U增大，电压表V2读数增大，而V1示数不变，故A错误；由A的分析可知，当滑片向下滑动时，电阻增大，干路电流减小，小灯泡中电流减小，功率减小，故B正确；若P不动，滑片F向下移动时，输入电压U1不变，则V1的示数不变，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，由于n2减小，故输出电压U2也减小，故灯泡消耗的功率减小，V2的示数也变小，故CD错误。
7．(多选)如图为远距离输电示意图，其中T1、T2为理想变压器，r是输电线的电阻，灯L1、L2相同且阻值不变。现保持变压器T1的输入电压不变，滑片P位置不变，当开关S断开时，灯L1正常发光，则( )
A．仅闭合S，灯L1会变亮
B．仅闭合S，r消耗的功率会变大
C．仅将滑片P下移，r消耗的功率会变小
D．仅将滑片P上移，电流表示数会变小
答案:BD
解析：闭合S，负载电阻减小，变压器T2副线圈中的电流增大，根据变流规律知，T2原线圈电流增大，即输电线上电流增大，输电线上损耗的电压U＝Ir增大，损耗的功率P＝I2r增大，T2的输入电压U3＝U2－Ir减小，所以U4减小，即灯泡L1两端的电压减小，变暗，故A错误，B正确；仅将滑片P下移，变压器T1副线圈匝数增加(n2增加)根据eq \f(n2,n1)＝eq \f(U2,U1)可知U2变大，所以变压器T2的输入电压U3增大，U4增大，再根据I4＝eq \f(U4,R)得负载电流增大，整个电路电流增大，r消耗的功率会变大，故C错误；仅将滑片P上移，同理可得输电线电流减小，电流表示数会变小，所以D正确。
8．(多选)如图所示为某小型电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器，发电机输出功率为20 kW。在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为1∶10，电流表的示数为1 A，输电线的总电阻为10 Ω，则下列说法中正确的是( )
A．采用高压输电可以增大输电线中的电流
B．升压变压器的输出电压U2＝2 000 V
C．用户获得的功率为19 kW
D．将P下移，用户获得的电压将增大
答案:BC
解析：采用高压输电可以减小输电线中的电流，故A错误；由eq \f(I,I2)＝eq \f(1,10)可知I2＝10 A，由P＝U2I2，解得U2＝2000 V，故B正确；损失功率P损＝Ieq \\al(2,2)R＝1 000 W，所以用户获得的功率P1＝P－P损＝19 kW，故C正确；将P下移，n3增大，由eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)可知U4减小，故D错误。
9．如图所示为一个小型电风扇的电路简图，其中理想变压器的原、副线圈的匝数比为n，原线圈接电压为U的交流电源，输出端接有一只电阻为R的灯泡L和交流电风扇电动机D，电动机线圈电阻为r。接通电源后，电风扇正常运转，测出通过风扇电动机的电流为I，则下列说法正确的是( )
A．理想变压器的输入功率为eq \f(UI,n)
B．灯泡L中的电流为eq \f(U,nr)
C．风扇电动机D输出的机械功率为eq \f(U,n)(I－eq \f(U,nR))
D．若电风扇由于机械故障被卡住，则通过原线圈的电流为
答案:D
解析：理想变压器的原、副线圈的匝数比为n，原线圈接电压为U的交流电源，则输出端电压为eq \f(U,n)，灯泡L中的电流为eq \f(U,nR)，而电动机的输入功率为eq \f(UI,n)，故A、B错误；电动机D的输入功率为eq \f(UI,n)，而电动机的线圈电阻消耗的功率为I2r，则电动机D的机械功率为eq \f(UI,n)－I2r，故C错误；若电风扇由于机械故障被卡住可视为纯电阻，两电阻并联，则根据欧姆定律变压器原理eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可知，通过原线圈的电流为，故D正确。
10．如图所示，一个边长L＝10 cm，匝数n＝100匝的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO´匀速转动，磁感应强度B＝0.50 T，角速度ω＝10π rad/s，闭合回路中两只灯泡均能正常发光。下列说法正确的是( )
A．从图中位置开始计时，感应电动势的瞬时表达式为e＝5πcs10πt（V）
B．增大线圈转动角速度ω时，感应电动势的峰值Em不变
C．抽去电感器L的铁芯时，灯泡L2变暗
D．增大电容器C两极板间的距离时，灯泡L1变亮
答案:A
解析：根据Em＝NBSω可得感应电动势的最大值Em＝100×0.5×0.1×0.1×10π V＝5π V，由于线框垂直于中性面开始计时，所以电动势瞬时值的表达式：e＝Emcs ωt＝5πcs10πt（V），故A正确；根据Em＝NBSω可得增大线圈转动角速度ω时，感应电动势的峰值Em增大，故B错误；抽去电感器L的铁芯时，即减小自感系数，电感器的感抗减小，流过灯泡L2电流增大，根据功率公式可知灯泡L2变亮，故C错误；增大电容器C两极板间的距离时，根据C＝eq \f(εrS,4πkd)可知电容器的电容C减小，则有电容器的容抗增大，流过灯泡L1电流减小，根据功率公式可知灯泡L1变暗，故D错误。参考答案
1．解析：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
答案:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
2．解析：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
答案:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX