2021届高考物理专题二十一交变电流及理想变压器精准培优专练

1、0 2021 届高考物理专题二十一交变电流及理想变压器精准培优专练一、考点分析1. 关于本知识点，高考中要紧是以选择题的形式考查交变电流的形成交、变电流的特点量及变 压器的工作原理。2. 注意要点：变压器联系着两个电路：原线圈电路、副线圈电路。原线圈在原线圈电路中 相当于一用电器，副线圈在副线圈电路中相当于电源。二、考题再现典例 1. (2020全国 III 卷16)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为 Q ；若该电阻接到正弦交变电源上，在一个周期内产生的热量为Q 。该电阻上电压的峰值方 正为 u ，周期为 T，如图所示。则 Q : Q 等于( )0 方 正A.1: 2B.2:1

2、C. 1 : 2 D. 2 : 1u【解析】依照题述，正弦交变电流的电压有效值为 02，而方波交流电的有效值为 u ，依照0焦耳定律和欧姆定律，Q I 2 RT U 2RT，可知在一个周期 T 内产生的热量与电压有效值的二次方成正比，Q : Q方 正u20:u 2 22 :1，选项 D 正确。【答案】D典例 2. (2021全国卷16)一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻 R 、R 和 R1 2 3的阻值分别为 3 、1 和 4 ，A 为理想交流电流表，U 为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关 S 断开时，电流表的示数为 I；当 S 闭合时，电流表的示数为 4I。该 变压器原、副

3、线圈匝数比为( )A. 2 B. 31 / 52 I n1 1 1 1 1 n n2 1 1 1 1 n 1 nn 1 n1 C. 4 D. 5I n【解析】开关断开时，电路如图甲所示，原、副线圈的电流比 ，2 1In 5In U通过 R 的电流 I ，副线圈的输出电压 U I (R R ) ，由 2 2 n 2 2 2 3 n U2 2 2n1n2n n可得原线圈两端的电压 U 5I 2，则UU IR 5I 21 1 12 23I；开关闭合时，电路如图乙所示，原、副线圈的电流比4I n ，通过 R I n 22 14In 4In U n 的电流 I ，副线圈的输出电压 U I R ，由 2

4、n 2 2 2 n U n2 2 2 2可得原线圈两端的电压 U 4I 212n12I，联立解得 3，选项 B 正确。n2【答案】B三、对点速练，则 U U 4IR 4I 21 121如图所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴 OO匀速转动。磁场的磁感应强度 B 2102 T，线 圈的面积 S0.02 m2，匝数 N400 匝，线圈总电阻 r2 ，线圈的两端经集流环和电刷50与电阻 R8 连接，与电阻 R 并联的交流电压表为理想电表，线圈的转速 n r/s。在t0 时刻，线圈平面与磁场方向平行，则下列说法正确的是( )A交流发

5、电机产生电动势随时刻的变化关系是 e8 2sin 100t(V)B交流电压表的示数为 8 VC从 t0 时刻开始线圈平面转过 30的过程中，通过电阻的电荷量约为 5.7103 CD电阻 R 上的热功率为 6.4 W【答案】C【解析】磁场的磁感应强度 B 2102 T，线圈面积 S0.02 m2，匝数 N400，线圈总50电阻 r2 ，线圈的转速 n r/s，故 100 rad/s，交流发电机产生电动势随时刻的变化关系是 eNBScos t8 2cos 100t(V)，A 项错误；交流电压表显示出的是路端电压有效值，故示数为E Rm2 Rr6.4 V，B 项错误；从 t0 时刻转过 30的过程中

6、，N通过电阻的电荷量为 q 4 2103 C5.7103 C，C 项正确；电阻 R 上的热功率Rr2 / 5 m AB2 2 1 2 EPI2R 2 2R5.12 W，D 项错误。 Rr2如图所示，理想变压器的原线圈接有频率为 f、电压为 U 的交流电，副线圈接有光敏电 阻 R （光照增强时，光敏电阻阻值减小）、用电器 R 。下列说法正确的是( )1 2AP 位置不动，当光照增强时，变压器的输入功率减小B光照强度不变，当滑动触头 P 向上滑动时，用电器消耗的功率增大C当 f 减小时，变压器的输入功率减小DP 位置不动，光照强度不变，当 U 增大时，用电器消耗的功率增大【答案】D3. 如图所示为

7、一自耦变压器，保持电阻 R和输入电压不变，以下说法正确的是( ) A滑片 P 向 b 方向移动，滑片 Q 下移，电流表示数减小B滑片 P 不动，滑片 Q 上移，电流表示数不变C滑片 P 向 b 方向移动、滑片 Q 不动，电压表示数增大D滑片 P 不动、滑片 Q 上移或下移，电压表示数始终不变【答案】D4如图甲所示电路，已知电阻 R R R，和 R 并联的 D 是理想二极管(正向电阻可视为零，1 2 1反向电阻为无穷大)，在 A、B 之间加一个如图乙所示的交变电压(电压为正值时，U 0)。由 此可知( )A在 A、B 之间所加的交变电压的周期为 2 sB在 A、B 之间所加交变电压瞬时值表达式为

8、 u20 2sin 50t(V)C加在 R 上电压的有效值为 10 V1D加在 R 上电压的有效值为 5 10 V2【答案】D【解析】由图象可得交流电的周期 T0.02 s，故 A 错误；电压最大值为 U 20 2 V，交m2变电压的瞬时值表达式为 uU sin t20 2sin t20 2sin 100t(V)，故 B 错误；m T因为是交流电因此应该分两种情形考虑：当 A 点电位高于 B 点电位时二极管导通即 R 被短120 2路，R 电压为电源电压 V20 V；当 B 点电位高于 A 点电位时二极管截止，R 、R 串联1 2U 2 102 T U 2 202 T 102 T分压，即对 R

9、 有 T ，解得 U 5 2 V，对 R 有： T ，解得 U 1 R R 2 1 2 R R 2 R 2 21 1 2 2 23 / 55 10 V，故 C 错误 D 正确。5. 用同样的交流电分别用甲、乙两个电路给同样的灯泡供电，结果两个电路中的灯泡均能正常发光，乙图中理想变压器原、副线圈的匝数比为 5 : 3，则甲、乙两个电路中的电 功率之比为( )A. 1 : 1 B. 5 : 2C. 5 : 3 D. 25 : 9【答案】C【解析】设灯泡的额定电流为 I，则甲图中电路的功率为 P =UI，依照变流比可知，乙图中13 3原线圈中电流为 I ，乙图中的功率为 P IU5 2 5，因此甲、

10、乙两个电路中的功率之比为 5 : 3，C 项正确。6如图甲所示，一理想变压器的原副线圈匝数之比为 n : n =1 :1 22，原线圈连接正弦式交流电源，副线圈连接一个“220 V，100W”的白炽灯泡，灯泡正常发光。白炽灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。若将副线圈接上述电源，灯泡接原线圈，则灯泡的实际功率约为( )A6.25 W B. 11.6 W C. 36.3 W D. 100 W【答案】B7. 如图所示，a、b 两端接在正弦交流电源上，原副线圈回路中 A、B 电阻的阻值相同，原 副线圈匝数比为 n n ，下列说法中正确的是( )1 2AA、B 电阻的电流之比为 n n1 2BA、B 电阻的

11、电压之比为 n n1 2CA、B 电阻的功率之比为n22: n 21DA 电阻上的电压与原线圈输入电压之比为 1 : 1【答案】C8(多选)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 n n 101，b 是原线圈的中1 2心抽头，S 为单刀双掷开关，定值电阻 R 、R 均为 10 。在原线圈 c、d 两端加上如图乙所1 2示的交变电压，下列说法正确的是( )4 / 5U 1 2 nA当 S 与 a 连接后，理想电流表示数为 2.2 AB当 S 与 a 连接后，理想电压表示数为 11 VC当 S 由 a 拨到 b 后，副线圈输出电压的频率变为 25 HzD当 S 由 a 拨到 b 后，原线圈的输

12、入功率变为原先的 4 倍【答案】AD9(多选)如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，其电动势为u 220 2sin100t，交流电源电阻为 r =10 ，定值电阻 R =100 与原线圈并联，滑动变阻器 R 与副线圈串0联，滑动变阻器的最大值为 R = 30 ，已知变压器的原副线圈的匝数之比为 2 : 1，电流m表和电压表均为理想交流电流表。滑动变阻器的滑动触头由最上端下向下缓慢移动到某位置 时，开关 S 分别接 a、b，电源输出功率相等，下列说法正确的是( )A开关接 a 时，电流表的示数为 2 AB开关接 b 时，电压表的示数为 110 VC电源的输出功率相等时，滑动变阻器的阻值可能为 R = 25D副线圈消耗的功率最大时，滑动变阻器的阻值为 R = 10 【答案】AC【解析】开关接 a 时，电流表的示数为 I 1R r0n U2 A ，A 正确；依照变压比可得 U 2 1