2019版高考物理一轮复习高频考点强化(十)交变电流、变压器问题练习

1、高频考点强化（十）交变电流、变压器问题（45 分钟 100 分）选择题（本题共 15 小题,共 100 分。110 题为单选题,1115 题为多选题,110 题每小题 6 分,1115 题 每小题 8分）1.如图甲所示，交流发电机的矩形金属线圈abed 的匝数 n=100,线圈的总电阻 r=5.0Q,线圈位于匀强磁场中,且线圈平面与磁场方向平行。线圈的两端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值 R=95Q的定值电阻连接。现使线圈绕过 be 和 ad 边中点、且垂直于磁场的转轴00 以一定的角速度匀速转动。穿过线圈的磁通量随时间 t 变化的图象如图乙所示。若电路其他

2、部分的电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。则下列说法中正确的是（）A. 线圈匀速转动的角速度为100 rad/sB. 线圈中产生感应电动势的最大值为100 VC. 线圈中产生感应电动势的有效值为100 VD. 线圈中产生感应电流的有效值为A2zr【解析】选 0 由图知 T=n x10-2s,贝U 3=2X100 rad/s,故 A 项错误；交流发电机产生电动势的最大2n加TT机TT22值 En=nBS3,而 n=BS,3=1,所以 Em=,由-t 图线可知：m=1.0 x10-Wb,T=n x10-s 所以Em=200 V,交流发电机产生的电动势最大值为200 V,故 B 项错误；电动势的有效

3、值 E=，=100 V,故 CE100农项错误；由闭合电路的欧姆定律,电路中电流的有效值为 1= * JA=.A,故 D 项正确。2.如图所示,在同一水平面内有两根足够长的光滑水平金属导轨，间距为-3 -20 cm,电阻不计，其左端连接一阻值为 10Q的定值电阻。两导轨之间存在着磁感应强度为1 T 的匀强磁场，磁场边界虚线由多个正弦曲线的半周期衔接而成，磁场方向如图。一电阻阻值为 10Q的导体棒 AB在外力作用下以 10 m/s 的速度匀速向右运动，交流电压表和交流电流表均为理想电表，则（ ）A. 电流表的示数是AB. 电压表的示数是 2 VC.导体棒运动到图示虚线 CD 位置时，电流表示数为

4、零D.导体棒上消耗的热功率为0.1 W【解析】 选 0 回路中产生的感应电动势的最大值为E=BLv=1X20 X10-2X107=2、 V，则电动势的有效值 E= 丄 =2 V，电压表测量 R 两端的电压，则 U=人 E=1 V，电流表E2的示数为有效值，为|=人=丄A=0.1 A，故AB 项错误；电流表示数为有效值，一直为 0.1 A，故 C 项错误;2导体棒上消耗的热功率P=I R=0.01X10 W=0.1 W，D 项正确。3.（2018 赣州模拟）匝数为 100 匝的线圈通有如图所示的交变电流线圈电阻 r=0.02Q,则在 010 s 内线圈产生的焦耳热为（）yi72r=100X0.0

5、2Q=2Q;贝 U 10 s 内产生的焦耳热为 Q=I rt=（图中曲线为余弦曲线的一部分）,单匝A.80 JB.85 JC.90 JD.125 J【解析】选 B。根据有效值的定义方法可知2=I2RT,解得：l= A,总电阻为X2X10 J=85 J 。-4 -【加固训练】-5 -（2018 成都模拟）一个匝数为 100 匝，电阻为 2Q的闭合线圈处于某一磁场中,磁场方向垂直于线圈平面从某时刻起穿过线圈的磁通量按图示规律变化。则线圈中产生交变电流的有效值为B.0.6 AD.0.5 AI2一个周期内产生的热量：Q=Q+Q=2 xA.2.2QC.22Q【解析】 选 Ao 01 s 内的磁通量变化率

6、为 Ki= 10. 01Wb/s=0.01 Wb/s,则感应电动势 Ei=1 V,1泌 e1.2 s 内的磁通量变化率为Wb/s=0.05 Wb/s,则感应电动势 S=匕！ =5 V,对一个定值电阻，在1 J+ x 0.2 J=3 J,根据交流电有效值的定义：Q=|2RT，得:1= A。故选 Ao4.（2018 武汉模拟）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为m :n2= 10 : 1,a、b 两点间的电压为u=220、sin100nt（V）,R 为可变电阻,P 为额定电流为 1 A、用铅锑合金制成的保险丝。为使保险丝中的-6 -UIA.理想变压器的输入功率为B.灯泡 L 中的电流为U(R

7、+ r)D.若电风扇由于机械故障被卡住，则通过原线圈的电流为【解析】选 0 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 八UUlUI220yj2巴21【解析】选 A。原线圈输入电压的有效值Ui= -V=220 V,根据电压与匝数成正比：巴，代入数据解得：U2=U=1DX220 V=22 V,原线圈的最大输入功率为Pi=UI =220X1W=220 W,输出功率等于输入功率砒222R=R=220 W,输出功率：P2=R ,解得：只=戶2=220Q=2.2Q,故 A项正5.（2018 郑州模拟）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

8、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（）C.风扇电动机 D 输出的机械功率为S-2n Rr-7 -灯泡 L 中的电流为,而电动机的输入功率为 ,故 A、B 项错误；电动机 D 的输入功率为 ,而电动机的UI线圈电阻消耗的功率为 l2r,则电动机 D 的机械功率为 H -I2r,故 C 项错误；若电风扇由于机械故障被卡住可-8 -in21/（/?+ r）视为纯电阻，两电阻并联，则根据欧姆定律变压器原理!=可知，通过原线圈的电流为 打

9、/山,故 D项正确。6.（2018 邯郸模拟）如图所示，一理想变压器原副线圈的匝数比ni:n2=4 : 1,变压器原线圈通过一理想电流表 A 接 u=220sin100nt（V）的正弦交流电，副线圈接有三个规格相同的灯泡和两个二极管，已知两二极管的正向电阻均为零，反向电阻均为无穷大，不考虑温度对灯泡电阻的影响，用交流电压表测得 a、b 端和 c、d 端的电压分别为Ub和 UCd，下列分析正确的是（）A. Uab=220 V，Ucd=55 VB. 流经 Li的电流是流经电流表的电流的 2 倍C. 若其中一个二极管被短路，电流表的示数将不变D. 若通电 1 小时，Li消耗的电能等于 L2、L3消耗

10、的电能之和【解析】选 D。根据变压器原理可知流经Li的电流是流经电流表的电流的4 倍，副线圈两端电压为原线圈两端电压的四分之一，即 55 V，但 cd 间电压不等于副线圈电压，故 A、B 项错误；若其中一个二极管被短路，副 线圈电路发生变化，原线圈电流表的示数也要发生变化，故 C 项错误；根据题意可知 丄2、L3必有一个断路，. . 2则其中一个与 Li串联，灯泡规格相同，由 W=IRt 知 D 项正确。7.（2018 九江模拟）甲、乙两个完全相同的变压器接在如图交流电路中，两负载电阻的阻值之比R甲：R乙=3： I,甲变压器原线圈上电压为U甲,副线圈上电流为I甲；乙变压器原线圈上电压为U乙，副

11、线圈上电流为 I乙,则有（）-9 -A.U甲=2乙,1甲=1乙B.U甲=3U乙,1甲=1乙C.U甲=2乙,1甲=31乙D.U甲=3U乙，1甲=31乙【解析】选 B。由图象知本题为两个变压器串联的情况，原线圈中电流处处相等，又因为是两个相同的变压 器，所以两个变压器副线圈电流相等，即 I甲=1乙,根据欧姆定律副线圈电压之比为 3 : 1,因为变压器完全相 同，所以原线圈电压之比为 3 : 1,故 U甲=3U乙，故 B 项正确，A、C、D 项错误。8.如图所示为某住宅区的应急供电系统，由交流发电机和副线圈匝数可调的理想降压变压器组成。发电机中矩形线圈所围的面积为S，匝数为 N，电阻不计，它可绕水平

12、轴 00 在磁感应强度为 B 的水平匀强磁场中以角速度3匀速转动。矩形线圈通过滑环连接降压变压器，滑动触头 P 上下移动时可改变输出电压，Ro表示输电线的电阻。以线圈平面与磁场平行时为计时起点，下列判断正确的是( )应急供电眾统A. 若发电机线圈某时刻处于图示位置，变压器原线圈的电流瞬时值为零B. 发电机线圈感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSo sin3tC. 当滑动触头 P 向下移动时，变压器原线圈两端的电压将升高D. 当用电量增加时，为使用户电压保持不变，滑动触头 P 应向上滑动【解析】选 0 当线圈与磁场平行时，感应电流最大，故 A 项错误；以线圈平面与磁场平行时为计时起点，感 应电动

13、势的瞬时值表达式为 e=NBSb cos3t，故 B 项错误；当触头 P 向下移动，只会改变副线圈的电流，从而 改变原线圈的电流，不会改变原线圈的电压，故 C 项错误；根据功率 P=UI，当电压不变，则电流增大，Ro分压增 大，为使用户电压保持不变，滑动触头 P 应向上滑动，故 D 项正确。9. 一个含有理想变压器的电路如图所示，其中 Ri、忆、R4为定值电阻，R2为滑动变阻器，电表为理想电表，uI I CCCLCCCCLC i iCTCCCCTCCC甲乙-10 -为正弦交流电源，输出电压有效值恒定，当滑片 P 从左向右滑动的过程中，下列说法正确的是()A. 电压表示数不变B. 电容器 C 所

14、带电荷量始终不变C. 电流表示数减小D.理想变压器输出功率增大U1nl【解析】选 Co设原线圈电流为 1i,原线圈的电压为 Ui=U-IiR,根据电压与匝数成正比可得：”2 旳,副线圈的电流为 12，7,根据电流与匝数成反比可得：nili= n2l2,联立各式解Unln2fn2?尺 2 + *3 + (R得:U2 (U-IiRi);I2=V!,原副线圈匝数不变，当滑片 P 从左向右滑动的过程中尺增大,所以 I2减小,11减小,而 U2是副线圈的电压,因 R1的存在,输入电压增大,输出电压有效值增大,故 A 项错 误,C 项正确；因为 12减小,R3两端的电压减小,即电容器的电压减小,由 Q=C

15、U 可知,电容器 C 所带电荷量减小/2故 B 项错误；理想变压器输出功率为P=Uli=(U-liR)li=UIi-1RI,P是关于 I1的二次函数,当 li减小,P 有可能先增大后减小，也有可能一直减小，故 D 项错误。10.某同学模拟“远距离输电”，将实验室提供的器材连接成如图所示电路,A、B 为理想变压器，灯 Li、L2相同且阻值不变。保持 A 的输入电压不变，开关 S 断开时，灯 Li正常发光，则()A. 仅闭合 S,Li变亮B. 仅闭合 S,A 的输入功率变小-11 -C. 仅将滑片 P 上移，Li变亮D. 仅将滑片 P 上移,A 的输入功率变小【解题指导】解答本题应注意以下两点：(

16、i)理想变压器的输入功率由输出功率决定,输出电压由输入电压和匝数比决定。明确远距离输电过程中的功率、电压的损失与哪些因素有关，明确整个过程中的功率、电压关系。【解析】选 D。闭合 S,则消耗功率增大，B 副线圈中电流增大，B 原线圈电流也增大，则 R 上损失的电压和功 率增大，则 B 输入电压 UBi=LA2-IR 减小，灯泡两端电压 UB2减小，故灯泡会变暗，故 A 项错误；由上分析知 A 的 输入电流增大，电压不变，根据 P=UI 知输入功率增大，故 B 项错误；仅将滑片 P 上移,A 副线圈匝数减小，则输 出电压减小,B的输入电压减小,灯泡电压也减小,故 Li变暗,消耗功率减小，则 A

17、输入功率减小，故 C 项错 误,D 项正确。11.在匀强磁场中，一个100 匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Q,则（）A. t=O 时,线圈平面平行于磁感线B. t=1 s 时，线圈中的电流改变方向C. t=1.5 s 时,线圈中的感应电动势最大D. 一个周期内，线圈产生的热量为 8n2J【解析】选 A、D。根据图象可知，在 t=0 时穿过线圈平面的磁通量为零，所以线圈平面平行于磁感线，故 A项正确；-t 图象的斜率为4-,即表示磁通量的变化率，在 0.51.5 s 之间，斜率方向”不变，表示的感应电动势方向不变

18、，则电流强度方向不变，故 B 项错误；根据法拉第电磁感应定律可得E=N:,所以在t=1.5 s 时，斜率为零，则感应电动势为零，故 C 项错误；感应电动势的最大值为2TTEgEm=NBSo =NQm3=100X0.04X上V=4nV,有效值 E= =2nV,根据焦耳定律可得一个周期产生的E28TT2热量为 Q= T=X2J=8n2J,故 D 项正确。-12 -【加固训练】（多选）如图所示，边长 ab=d、bc=l的矩形线圈 abed 与阻值为 R 的电阻组成闭合回路，线圈的匝数为 n、总电阻为 r,匀强磁场的左边界 00 恰好经过 ab、cd 的中点，磁感应强度大小为 B。从图示位置开始计时，

19、线圈绕垂直于磁场的 00 轴以角速度3匀速转动，则下列说法中正确的是（-13 -A. 回路中感应电动势的瞬时表达式e=nBwdl sinwt71B. 在 t=厶时刻，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大nnn2B2a)d2l2R 2C. 从 t=0 到 t=J“丿的时间内,电阻 R 产生的焦耳热为 Q=1 门人1171nBdlD. 从 t=0 到 t=m 的时间内,通过电阻 R 的电荷量 q=j；h【解析】选 B C。由闭合电路中感应电动势的瞬时表达式e=Emsinwt,得回路中感应电动势的瞬时表达式1He=-nBwdlsinwt,故 A 项错误；在 tu 1时刻,线圈从图示位置转过 90

20、 ,此时磁场穿过线圈的磁通量最小Ff兀磁通量变化率最大，故 B 项正确；电压有效值E=J,从 t=0 到 t!时刻，电阻 R 产生的焦耳热为 Q= 兀jm，B23乎F R兀- - 2 - -X .1= 1 门人-,故 C 项正确；从 t=0 到 t=n 时刻，通过 R 的电荷量泌nBdlq=r 十二胃 I：,故D项错误。12.图甲、图乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化。下列说法正确的是( )A. 图甲表示的是交流电，图乙表示的是直流电B. 图甲所示电压的瞬时值表达式为u=220 二 sin100nt(V)C. 图甲、乙两种电压的有效值分别为220 V 和 4 V! ! L

21、-L丿一f/v0-14 -D. 图甲、乙两种电压分别给同一电阻丝供电，热功率之比是 442：1【解析】选 B D。由于两图中表示的电流方向都随时间变化,因此都为交流电，故 A 项错误；图甲所示电压的周期是 0.02 s,所以瞬时值表达式为 u=220sin100nt V,故 B 项正确；对于乙图交流电即-15 -if（43（3妙护k X0.0 仁X0.005 + 卅X0.005,解得 U=5 V,故 C 项错误；根据P可知，甲、乙两种 电压分别给同一电阻丝供电，热功率之比是 442： 1,故 D 项正确。13.如图所示,50 匝矩形闭合导线框 ABCD 处于磁感应强度大小 B= T 的水平匀强

22、磁场中，线框面积 S=0.5吊,线框电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴 00 以角速度3=200 rad/s 匀速转动，并与灯泡相连，且灯泡正常发光，灯泡正常发光电压为 220 V,熔断器允许通过的最大电流为10 A,下列说法正确的是（）A. 图示位置穿过线框的磁通量为零B. 线框中产生交变电压的有效值为500-ZVC. 变压器原、副线圈匝数之比为25： 11D. 允许变压器输出的最大功率为5 000 W【解析】选 C D。图示位置穿过线框的磁通量最大，故 A 项错误；电动势的最大值Em=NBSj =50XMX0.5X200 V=500 乙V,则交变电压的有效值为 500 V,则原副线圈的匝数比n=500 : 220=25：11,则 B 项错误,C 项正确；因为保险丝的最大电流为10 A,则最大功率 Pm=UI=500X10 W=5000 W,故 D 项正确。14.（2018 洛阳模拟）如图所示,理想变压器输入端接在电动势随时间变化、内阻为r 的交流电源上，输出端接理想电流表及阻值为 R 的负载，变压器原、副线圈匝数的比值为n1:n2,则下列说法正确的是（A. 交流电源的最大效率为50%0-16 -C.电流表的读数为v2(nR +712r)B. 该交流电源电动势的瞬时值