高三物理专题训练之 交变电流及理想变压器

3/32019届高三物理专题训练之交变电流及理想变压器典例1.(2019·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方；假设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正。该电阻上电压的峰值为u0,周期为T,如下图。那么Q方:Q正等于()A.B.C.1:2D.2:1典例2.(2019·全国Ⅰ卷·16)一含有理想变压器的电路如下图,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω,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、副线圈匝数比为()A.2B.3C.4D.51．如下图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＝eq\r(2)×10－2T,线圈的面积S＝0.02m2,匝数N＝400匝,线圈总电阻r＝2Ω,线圈的两端经集流环和电刷与电阻R＝8Ω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＝eq\f(50,π)r/s。在t＝0时刻,线圈平面与磁场方向平行,那么以下说法正确的选项是()A．交流发电机产生电动势随时间的变化关系是e＝8eq\r(2)sin100t(V)B．交流电压表的示数为8VC．从t＝0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5.7×10－3CD．电阻R上的热功率为6.4W2．如下图,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R1〔光照增强时,光敏电阻阻值减小〕、用电器R2。以下说法正确的选项是()A．P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D．P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3.如下图为一自耦变压器,保持电阻R′和输入电压不变,以下说法正确的选项是()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4．如图甲所示电路,电阻R1＝R2＝R,和R1并联的D是理想二极管(正向电阻可视为零,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,UAB>0)。由此可知()A．在A、B之间所加的交变电压的周期为2sB．在A、B之间所加交变电压瞬时值表达式为u＝20eq\r(2)sin50πt(V)C．加在R1上电压的有效值为10VD．加在R2上电压的有效值为5eq\r(10)V5.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,那么甲、乙两个电路中的电功率之比为()A.1:1 B.5:2 C.5:3 D.25:96．如图甲所示,一理想变压器的原副线圈匝数之比为n1:n2=1:2,原线圈连接正弦式交流电源,副线圈连接一个“220V,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。假设将副线圈接上述电源,灯泡接原线圈,那么灯泡的实际功率约为()A．6.25WB.11.6WC.36.3WD.100W7.如下图,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n1∶n2,以下说法中正确的选项是()A．A、B电阻的电流之比为n1∶n2B．A、B电阻的电压之比为n1∶n2C．A、B电阻的功率之比为D．A电阻上的电压与原线圈输入电压之比为1:18．(多项选择)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝10∶1,b是原线圈的中心抽头,S为单刀双掷开关,定值电阻R1、R2均为10Ω。在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压,以下说法正确的选项是()A．当S与a连接后,理想电流表示数为2.2AB．当S与a连接后,理想电压表示数为11VC．当S由a拨到b后,副线圈输出电压的频率变为25HzD．当S由a拨到b后,原线圈的输入功率变为原来的4倍9．(多项选择)如下图,理想变压器原线圈接在交流电源上,其电动势为,交流电源电阻为r=10Ω,定值电阻R0=100Ω与原线圈并联,滑动变阻器R与副线圈串联,滑动变阻器的最大值为Rm=30Ω,变压器的原副线圈的匝数之比为2:1,电流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,以下说法正确的选项是()A．开关接a时,电流表的示数为2AB．开关接b时,电压表的示数为110VC．电源的输出功率相等时,滑动变阻器的阻值可能为R=25ΩD．副线圈消耗的功率最大时,滑动变阻器的阻值为R=10Ω典例1.【解析】根据题述,正弦交变电流的电压有效值为,而方波交流电的有效值为u0,根据焦耳定律和欧姆定律,,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,,选项D正确。【答案】D典例2.【解析】开关断开时,电路如图甲所示,原、副线圈的电流比eq\f(I,I2)＝eq\f(n2,n1),通过R2的电流I2＝eq\f(In1,n2),副线圈的输出电压U2＝I2(R2＋R3)＝eq\f(5In1,n2),由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可得原线圈两端的电压U1＝5Ieq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))2,那么U＝U1＋IR1＝5Ieq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))2＋3I；开关闭合时,电路如图乙所示,原、副线圈的电流比eq\f(4I,I2′)＝eq\f(n2,n1),通过R2的电流I2′＝eq\f(4In1,n2),副线圈的输出电压U2′＝I2′R2＝eq\f(4In1,n2),由eq\f(U1′,U2′)＝eq\f(n1,n2)可得原线圈两端的电压U1′＝4Ieq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))2,那么U＝U1′＋4IR1＝4Ieq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))2＋12I,联立解得eq\f(n1,n2)＝3,选项B正确。【答案】B1．【答案】C【解析】磁场的磁感应强度B＝eq\r(2)×10－2T,线圈面积S＝0.02m2,匝数N＝400,线圈总电阻r＝2Ω,线圈的转速n＝eq\f(50,π)r/s,故ω＝100rad/s,交流发电机产生电动势随时间的变化关系是e＝NBSωcosωt＝8eq\r(2)cos100t(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eq\f(EmR,\r(2)R＋r)＝6.4V,B项错误；从t＝0时刻转过30°的过程中,通过电阻的电荷量为q＝eq\f(NΔΦ,R＋r)＝4eq\r(2)×10－3C≈5.7×10－3C,C项正确；电阻R上的热功率P＝I2R＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\f(Em,\r(2)),R＋r)))2·R＝5.12W,D项错误。2．【答案】D3.【答案】D4．【答案】D【解析】由图象可得交流电的周期T＝0.02s,故A错误；电压最大值为Um＝20eq\r(2)V,交变电压的瞬时值表达式为u＝Umsinωt＝20eq\r(2)sineq\f(2π,T)t＝20eq\r(2)sin100πt(V),故B错误；因为是交流电所以应该分两种情况考虑：当A点电位高于B点电位时二极管导通即R1被短路,R2电压为电源电压eq\f(20\r(2),\r(2))V＝20V；当B点电位高于A点电位时二极管截止,R1、R2串联分压,即对R1有eq\f(U12,R1)T＝eq\f(102,R1)·eq\f(T,2),解得U1＝5eq\r(2)V,对R2有：eq\f(U22,R2)T＝eq\f(202,R2)·eq\f(T,2)＋eq\f(102,R2)·eq\f(T,2),解得U2＝5eq\r(10)V,故C错误D正确。5.【答案】C【解析】设灯泡的额定电流为I,那么甲图中电路的功率为P1=UI,根据变流比可知,乙图中原线圈中电流为,乙图中的功率为,因此甲、乙两个电路中的功率之比为5:3,C项正确。6．【答案