高考物理一轮复习高频考点强化训练专题17 交流电的产生及描述、 理想变压器与远距离输电（2份，原卷版+解析版）

这是一份高考物理一轮复习高频考点强化训练专题17 交流电的产生及描述、 理想变压器与远距离输电（2份，原卷版+解析版），共7页。试卷主要包含了25 s等内容，欢迎下载使用。
A.交变电流的频率为2 Hz
B.交变电流的周期为0.25 s
C.交变电动势的有效值为10 V
D.当t＝0.25 s时，感应电动势为10 V
【答案】 D
【解析】 交变电动势瞬时值表达式e＝10sin(2πt) V，可知ω＝2π，则交变电流的周期T＝eq \f(2π,ω)＝1 s，频率为f＝eq \f(1,T)＝1 Hz，选项A、B错误；交变电动势瞬时值表达式e＝10sin(2πt) V，可知交变电动势的最大值为10 V，则有效值为eq \f(10,\r(2)) V＝5eq \r(2) V，选项C错误；当t＝0.25 s时，感应电动势为e＝10sin eq \f(π,2) V＝10 V，选项D正确。
2.如图所示，矩形线圈处在磁感应强度大小为B、方向水平向右的匀强磁场中，线圈通过电刷与定值电阻R及理想电流表相连接，线圈绕中心轴线OO′ 以恒定的角速度ω匀速转动，t＝0时刻线圈位于与磁场平行的位置。已知线圈的匝数为n、面积为S、阻值为r。则下列说法正确的是( )
A.t＝0时刻流过电阻R的电流方向向左
B.线圈中感应电动势的瞬时表达式为e＝nBSωsin ωt
C.线圈转动的过程中，电阻R两端的电压为eq \f(nBSωR,R＋r)
D.从t＝0时刻起，线圈转过60°时电阻R两端的电压为eq \f(nBSωR,2（R＋r）)
【答案】 D
【解析】 t＝0时刻线框与磁场方向平行，即线框的速度与磁场方向垂直，由右手定则可知，流过电阻R 的电流方向向右，故A错误；从与中性面垂直的位置开始计时，感应电动势随时间按余弦规律变化，且最大感应电动势Em＝nBSω，所以感应电动势的瞬时值表达式为e＝nBSωcs ωt，故B错误；线圈转过的过程中，最大感应电动势Em＝nBSω，则产生的感应电动势的有效值为E＝eq \f(\r(2),2)nBSω，因此电阻R两端的电压为U＝eq \f(\r(2)nBSωR,2（R＋r）)，故C错误；线圈从t＝0开始转过60°时，电阻R两端的电压为UR＝eq \f(nBSωcs 60°·R,R＋r)＝eq \f(nBSωR,2（R＋r）)，故D正确。
3.阻值为100 Ω 的纯电阻元件通以如图所示的交流电，则该元件的发热功率为( )
A.121 W B.302.5 W
C.484 W D.605 W
【答案】 B
【解析】 电热Q＝eq \f(U2,R)T，代入数据得eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(110\r(2),\r(2))))2,R)×0.01＋eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(220\r(2),\r(2))))2,R)×0.01＝eq \f(U2,R)×0.02，解得电压有效值为U＝174 V，发热功率P＝eq \f(U2,R)＝302.5 W，故选项B正确。
4.如图所示，理想变压器原线圈匝数为1 100匝，接有一阻值为R的电阻，电压表V1示数为110.0 V。副线圈接有一个阻值恒为RL的灯泡，绕过铁芯的单匝线圈接有一理想电压表V2，示数为0.10 V。已知RL∶R＝4∶1，则副线圈的匝数为( )
A.225 B.550 C.2 200 D.4 400
【答案】 C
【解析】 因为电压表V2的示数为0.10 V，由变压器原副线圈匝数与电压之间的关系，可知原线圈的输入电压为U1＝110 V；根据电路连接，可知原线圈中的电流I1＝eq \f(UR,R)；副线圈两端电压为U2，电流为I2＝eq \f(U2,RL)，又U1I1＝U2I2，RL∶R＝4∶1，联立得U2＝220 V，由eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)得，n2＝2 200，故C正确。
5.(多选)如图所示，理想变压器T的原线圈接在电压为U的交流电源两端，P为滑动变阻器的滑片，RT为热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，下列说法正确的是( )
A.P向左滑动时，变压器的输出电压变大
B.若P向左滑动时，RT阻值保持不变，则变压器的输入功率变大
C.若P保持不变，RT温度升高时，则灯L变暗
D.RT温度升高时，适当向右滑动P可能保持灯L亮度不变
【答案】 CD
【解析】 P向左滑动时，变压器原线圈电压和原副线圈的匝数比均不变，输出电压不变，故A错误；P向左滑动时，则滑动变阻器电阻变大，而RT阻值保持不变，所以副线圈回路总电阻增大，根据P＝eq \f(U2,R总)知变压器的输出功率减小，所以变压器的输入功率也变小，故B错误；若P保持不变，RT温度升高时，热敏电阻的阻值减小，副线圈回路总电阻减小，总电流增大，滑动变阻器的分压增大，灯L两端电压减小，灯L变暗，故C正确；RT温度升高时，热敏电阻阻值减小，适当向右滑动P，可能使灯L分压不变，从而保持灯的亮度不变，故D正确。
6.(多选) 如图所示为一台小型发电机结构示意图，线圈绕垂直匀强磁场方向的轴匀速转动，通过电刷接有一盏小灯泡。已知线圈匝数为N，内阻为r，转动的周期为T，小灯泡的电阻为9r，电压表的示数为U。从图示位置开始计时，下列说法中正确的是( )
A.从开始计时到t＝eq \f(T,4)过程中，通过灯泡的电荷量为eq \f(UT,36r)
B.从开始计时到t＝eq \f(T,2)过程中，灯泡消耗的电能为eq \f(U2T,18r)
C.线圈产生的电动势瞬时值表达式为e＝eq \r(2)Ucs eq \f(2π,T)t
D.线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为eq \f(5\r(2)UT,9Nπ)
【答案】 BD
【解析】 由题意可知U＝eq \f(9r,r＋9r)E，得E＝eq \f(10,9)U，最大感应电动势为Emax＝eq \f(10\r(2),9)U，又Em＝NBSω＝NBS·eq \f(2π,T)，得NBS＝eq \f(10\r(2)UT,2×9π)＝eq \f(5\r(2)UT,9π)，从开始计时到t＝eq \f(T,4)过程中，通过灯泡的电荷量为q＝eq \f(NΔΦ,10r)＝eq \f(NBS,10r)＝eq \f(5\r(2)UT,9π×10r)＝eq \f(\r(2)UT,18πr)，故A错误；电路中的电流为I＝eq \f(U,9r)，则从开始计时到t＝eq \f(T,2)过程中，灯泡消耗的电能为E＝I2×9r×eq \f(T,2)＝eq \f(U2,81r2)×9r×eq \f(T,2)＝eq \f(U2T,18r)，故B正确；线圈产生的电动势瞬时值表达式为e＝Emaxcs ωt＝eq \f(10\r(2),9)Ucs eq \f(2π,T)t，故C错误；线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为Φmax＝BS＝eq \f(5\r(2)UT,9Nπ)，故D正确。
7.理想变压器连接灯泡和滑动变阻器的电路如图所示，M、N端连接一个稳压交流电源，三个相同灯泡L1、L2和L3接入电路中发光，当滑动变阻器的滑片P向上移动时，下列说法正确的是( )
A.灯泡L1变亮，L2变暗 B.灯泡L1、L2都变亮
C.灯泡L2、L3都变亮 D.电源输出功率减小
【答案】 B
【解析】 设M、N两端稳压交流电源的电压有效值为U，原线圈两端的电压为U1，电流为I1，副线圈两端的电压为U2，电流为I2，原副线圈的匝数比n1∶n2＝k，灯泡的电阻都为R，根据欧姆定律，可得副线圈两端的电压为U2＝I2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(R＋R并))，根据eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)＝k，得原线圈两端的电压为U1＝kU2＝kI2eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(R＋R并))，根据eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)＝eq \f(1,k)，解得I1＝eq \f(1,k)I2，根据欧姆定律，可得L1两端的电压U1′＝I1R＝eq \f(I2R,k)，则稳压交流电源的电压为U＝U1′＋U1＝I2eq \b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\c1(\f(R,k)＋k\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(R＋R并))))，当滑动变阻器的滑片P向上移动时，其电阻减小，则R并电阻减小，所以总电阻减小，而稳压交流电源的电压U不变，所以电流I2变大，则L2变亮；原线圈的电流I1＝eq \f(1,k)I2也增大，所以L1变亮，其两端的电压变大，所以原线圈两端的电压减小，则副线圈两端的电压减小，而L2的电压变大，所以L3与滑动变阻器并联部分的电压减小，所以L3变暗，B正确，A、C错误；因为原线圈的电流增大，稳压交流电源的电压不变，根据P＝UI1，可知电源输出功率增大，D错误。
8.(多选)如图(a)为一交流发电机示意图，线圈abcd在匀强磁场中绕固定轴OO′沿顺时针方向匀速转动，图(b)是该发电机的电动势随时间t按余弦规律变化的图象。已知线圈电阻为2.5 Ω，定值电阻R＝10 Ω，电表均为理想交流电表。由此可以判定( )
A.电流表读数为0.8 A
B.电压表读数为10 V
C.t＝0.1 s时刻，穿过线圈的磁通量为零
D.0～0.05 s内，通过电阻R的电荷量为0.04 C
【答案】 AC
【解析】 电动势有效值为E＝eq \f(Em,\r(2))＝10 V，电流表的读数I＝eq \f(E,R＋r)＝eq \f(10,10＋2.5) A＝0.8 A，电压表读数U＝IR＝8 V，选项A正确，B错误；t＝0.1 s时刻，感应电动势最大，此时穿过线圈的磁通量为零，选项C正确；0～0.05 s内，通过电阻R的电荷量为q＝eq \f(\(E,\s\up6(－)),（R＋r）)Δt，eq \(E,\s\up6(－))＝eq \f(NBS,Δt)＝eq \f(Em,ωΔt)＝eq \f(TEm,2πΔt)，则q＝eq \f(TEm,2π（R＋r）)＝eq \f(0.2×10\r(2),2π（10＋2.5）) C＝eq \f(2\r(2),25π) C，选项D错误。
9.(多选)如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，原线圈的输入电压u随时间t变化的图象如图乙所示，D为理想二极管，R为电阻箱，当电阻箱阻值R＝11 Ω时，下列说法正确的是( )
A.原线圈的输入电压频率为50 Hz
B.电阻箱R两端电压的有效值为11 V
C.电阻箱R消耗的功率为22 W
D.若电阻箱R阻值变小，原线圈中的电流变小
【答案】 AC
【解析】 由题图乙可知，T＝0.02 s，f＝eq \f(1,T)＝eq \f(1,0.02) Hz＝50 Hz，故A正确；原线圈电压的有效值为U1＝eq \f(220\r(2),\r(2)) V＝220 V，由变压比可知，副线圈两端的电压U2＝22 V，由于二极管具有单向导电性，由电流的热效应可知，eq \f(Ueq \\al(2,R),R)T＝eq \f(Ueq \\al(2,2),R)·eq \f(T,2)，解得UR＝11eq \r(2) V，故B错误；PR＝eq \f(Ueq \\al(2,R),R)＝eq \f(（11\r(2)）2,11) W＝22 W，故C正确；若电阻箱R阻值变小，由于原线圈电压不变和变压器匝数比不变，所以副线圈的电压不变，所以副线圈中的电流变大，则原线圈中的电流变大，故D错误。
10.(多选)如图所示，交流发电机的线圈绕垂直于匀强磁场的水平轴逆时针匀速转动，每秒转动10转，线圈从图示位置开始计时，电流表的示数为1 A，已知线圈匝数为500匝，线圈内阻r＝1.0 Ω，外接电阻R＝9.0 Ω，以下判断正确的是( )
A.图示时刻交变电流方向为ADCBA
B.通过线圈磁通量的最大值为eq \f(\r(2),π)×10－3 Wb
C.t＝eq \f(5,16) s时线圈磁通量的变化率为eq \f(\r(2),50) Wb/s
D.t＝eq \f(9,16) s时外接电阻R所消耗的电功率为10 W
【答案】 AB
【解析】 由右手定则可知，图示时刻电流方向为ADCBA，故A正确；电动势的有效值E＝I(R＋r)＝1×(9.0＋1.0)V＝10 V，电动势的峰值Em ＝eq \r(2)E＝10eq \r(2) V，感应电动势峰值Em＝NBSω，通过线圈磁通量的最大值Φm＝BS＝eq \f(Em,Nω)＝eq \f(Em,2πnN)，代入数据解得Φm＝eq \f(\r(2),π)×10－3 Wb，故B正确；线圈做圆周运动的角速度ω＝2πn＝20π rad/s，从图示位置开始计时，电动势的瞬时值表达式e＝Emsin(ωt＋90°)＝Emcs ωt＝10eq \r(2)cs(20πt )V，t＝eq \f(5,16) s 时，感应电动势瞬时值e＝10 V，此时磁通量的变化率eq \f(e,N)＝eq \f(1,50) Wb/s，故C错误；t＝eq \f(9,16) s时外接电阻R所消耗的电功率P＝I2R＝eq \f(E,R＋r)2R＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(10,9.0＋1.0)))2×9 W＝9 W，故D错误。
11.如图所示，T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器(均视为理想变压器)，T1的原、副线圈匝数比为1∶1 000，、是交流电压表或交流电流表，其中交流电压表两端的电压为10 V，高压线路输送的电功率是2.2×103 kW、电压是22 kV，则( )
A.是交流电压表
B.T2的原、副线圈匝数比为1 000∶1
C.通过交流电流表的电流为0. 1 A
D.绕制T1原线圈的导线应比副线圈的细
【答案】 C
【解析】 T1是电流互感器，是交流电流表，T2是电压互感器，是交流电压表，故A错误；对T2，根据变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系eq \f(n1,n2)＝eq \f(U1,U2)＝eq \f(22×1 000,10)＝eq \f(2 200,1)，故B错误；对T1，原线圈的电流I1＝eq \f(P,U)＝eq \f(2.2×103,22) A＝100 A，eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，解得I2＝0.1 A，故C正确；T1原线圈的电流大于副线圈的电流，故绕制T1原线圈的导线应比副线圈的粗，故D错误。
12.小明分别按图甲和乙电路探究远距离输电的输电损耗，将长导线卷成相同的两卷A、B来模拟输电线路，忽略导线的自感作用。其中T1为理想升压变压器，T2为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡的电压相等，两次实验中( )
A.都接直流电源
B.A两端的电压相等
C.A损耗的功率相等
D.图甲中A的电流较大
【答案】 D
【解析】 由于变压器只能改变交变电流，因此题图乙中不可能接直流电源，故A错误；设灯泡的电压为U0，电流为I0，A、B的阻值为R，则题图甲电路中电流为I0，A两端电压为I0R，损耗的功率为Ieq \\al(2,0)R，题图乙中降压变压器的匝数比为eq \f(n3,n4)>1，则流过A的电流I3＝eq \f(n4,n3)· I0