新教材2024-2025学年高中物理第3章交变电流与远距离输电习题课交变电流“四值”与理想变压器的动态分析分层作业鲁科版选择性必修第二册

习题课:交变电流“四值”与志向变压器的动态分析A级必备学问基础练1.一正弦式交变电流的电压随时间变更的规律如图所示。由图可知该交变电流()A.周期为0.125sB.电压的有效值为102VC.电压的最大值为202VD.电压瞬时值的表达式为u=102sin8πtV2.一只电阻分别通过四种不同形式的电流,电流随时间变更的状况如下列各图所示,在相同时间内电阻产生热量最大的是()3.小型手摇发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO',线圈绕OO'匀速转动,如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,则发电机输出电压()A.峰值是e0 B.峰值是2e0C.有效值是22Ne0D.有效值是2Ne04.(多选)如图所示,矩形线圈abcd与志向变压器原线圈组成闭合电路。线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动,磁场只分布在bc边的左侧,磁感应强度大小为B,线圈面积为S,转动角速度为ω,匝数为N,线圈电阻不计。下列说法正确的是()A.将原线圈抽头P向上滑动时,灯泡变暗B.电容器的电容C变大时,灯泡变暗C.图示位置时,矩形线圈中瞬时感应电动势最大D.若线圈abcd转动的角速度变为2ω,则变压器原线圈电压的有效值为NBSω5.(多选)如图所示,志向变压器原、副线圈匝数之比为10∶1,原线圈两端连接正弦沟通电源U=220V,副线圈接电阻R,同时接有志向电压表和志向电流表。下列推断正确的是()A.电压表读数约为31.1VB.若仅将副线圈匝数增加到原来的2倍,则电流表的读数增大到原来的2倍C.若仅将R的阻值增加到原来的2倍,则输入功率增加到原来的2倍D.若R的阻值和副线圈匝数同时增加到原来的2倍,则输出功率增加到原来的2倍6.(多选)如图所示,电阻不计的平行金属导轨cd、ef放置在垂直纸面对外、磁感应强度B=1T的匀强磁场中,导轨间距为L=0.4m。导轨的左端接志向变压器,原线圈匝数n1=20,副线圈的匝数n2=40,垂直于导轨电阻不计的导体棒ab在水平外力的作用下在导轨上滑行,其速度随时间变更的关系式为v=5sin10πtm/s,图中沟通电压表为志向电压表,电阻R1=5Ω,R2=15Ω。则()A.志向变压器原线圈电动势的表达式e=22sin10πtVB.电压表的示数为22V,电阻R1消耗的功率为0.1WC.导体棒ab在水平外力为恒力的作用下在导轨上滑行D.志向变压器铁芯中磁通量变更率的最大值为0.1Wb/s7.如图所示,先后用不同的沟通电源给同一盏灯泡供电。第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变更,如图甲所示;其次次灯泡两端的电压变更规律如图乙所示。若图甲、乙中的U0、T所表示的电压、周期值是相等的,则第一次灯泡两端的电压有效值是U0;其次次灯泡两端的电压有效值是U0;第一次和其次次灯泡的电功率之比是。

B级关键实力提升练8.如图所示,变压器输入有效值恒定的电压,副线圈匝数可调,输出电压通过输电线输送给用户(小灯泡等用电器),R表示输电线的电阻,则()A.用电器增加时,变压器输出电压增大B.要提高用户的电压,滑动触头P应向上滑C.用电器增加时,输电线的热损耗减小D.用电器增加时,变压器的输入功率减小9.一台小型发电机产生的电动势随时间变更的正弦规律图像如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0Ω,若外接一只电阻为95.0Ω的灯泡,如图乙所示,则()A.电压表V的示数为220VB.电路中的电流方向每秒变更50次C.灯泡实际消耗的功率为484WD.发电机线圈内阻每秒产生的焦耳热为24.2J10.(多选)如图所示,10匝矩形线圈,在磁感应强度为0.4T的匀强磁场中,绕垂直磁场的轴OO'以角速度为100rad/s匀速转动,线框电阻不计,面积为0.5m2,线框通过滑环与一志向变压器的原线圈相连,副线圈接有两只灯泡L1和L2。已知变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,开关断开时L1正常发光,且电流表示数为0.01A,则()A.若从图示位置起先计时,线框中感应电动势的瞬时值为200sin100tVB.若开关S闭合,电流表示数将增大C.若开关S闭合,灯泡L1亮度将不变D.灯泡L1的额定功率为2W11.(2024湖南卷)如图所示,志向变压器原、副线圈总匝数相同,滑动触头P1初始位置在副线圈正中间,输入端接入电压有效值恒定的沟通电源。定值电阻R1的阻值为R,滑动变阻器R2的最大阻值为9R,滑片P2初始位置在最右端。志向电压表V的示数为U,志向电流表A的示数为I。下列说法正确的是()A.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,I减小,U不变B.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率增大C.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,I减小,U增大D.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率减小12.如图甲所示,志向变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=3∶1,原线圈电路中接有一量程为3A的志向沟通电流表,副线圈两端接有一志向沟通电压表和可变电阻R以及若干“6V6W”的相同灯泡。输入端交变电压u的图像如图乙所示。(1)求图甲中电压表的读数;(2)要求灯泡均正常发光,求电路中最多允许接入的灯泡个数;(3)为满意第(2)问中要求,求可变电阻R应调到的电阻值。

习题课:交变电流“四值”与志向变压器的动态分析1.B由图像可知,交变电流的周期为0.250s,A错误;电压的有效值U=202V=102V,B正确;电压的最大值为20V,C错误;电压瞬时值的表达式为u=20sin8πt2.D选项A、B中交变电流的有效值都为2A,选项C中恒定电流的大小为1.5A,选项D中交变电流的有效值为2A,依据热量的表达式Q=I2Rt得出选项D正确。3.D矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,所以发电机的电动势峰值为2Ne0,由于不计线圈的电阻,所以发电机的输出电压峰值为2Ne0,A、B错误;发电机有效值为2Ne04.AD在题图中将原线圈抽头P向上滑动时,原线圈的匝数变大,故输出的电压变小,灯泡变暗,选项A正确;电容器的电容C变大时,电容对电流的阻碍作用变小,故灯泡变亮,选项B错误;图示位置时,线圈的面积与磁感线方向垂直,故矩形线圈中瞬时感应电动势最小,选项C错误;若线圈abcd转动的角速度变为2ω,且线圈转动一周只有半周产生感应电压,在这半周中,电压的最大值是2NBSω,设变压器原线圈电压的有效值为U,则(2NBSω)2Rt=U2R5.BD由变压器电压关系U1U2=n1n2可得,U2=U1n2n1=220×110V=22V,电压表的读数为22V,A错误;若仅将副线圈匝数增加到原来的2倍,U2=6.BD原线圈的电动势e=Blv=2sin10πtV,选项A错误;原线圈电压有效值U1=2V,由U1U2=n1n2可知,副线圈电压有效值U2=n2n1U1=22V,则电压表读数为22V,副线圈电流I2=U2R1+R2=210A,R1的功率PR1=IR127.解析第一次所加正弦沟通电压的有效值为U1=22U0;设其次次所加沟通电压的有效值为U2,则依据有效值的定义有U22RT=(2U0)2R·T2+U02R·T答案221028.B由于变压器原、副线圈的匝数不变,而且输入电压不变,因此用电器增加不会影响输出电压,选项A错误;依据变压器的变压比可知输出电压U2=n2n1U1,当滑动触头P向上滑时,9.D电压表的示数为灯泡两端电压的有效值,由图像可知电动势的峰值Em=2202V,则其有效值E=220V,灯泡两端电压U=IR=ER+rR=209V,故A选项错误;由图像可知T=0.02s,一个周期内电流方向变更2次,可知1s内电流方向变更100次,故B选项错误;灯泡的实际功率P=U2R=459.8W,故C选项错误;电流的有效值I=ER+r=210.BC变压器的输入电压的最大值为:Um=NBSω=10×0.4×0.5×100V=200V,从垂直中性面位置起先计时,故线框中感应电动势的瞬时值为:U=Umcosωt=200cos100tV,故A错误;若开关S闭合,输出电压不变,输出端电阻减小,故输出电流增加,输入电流也增加,电流表示数将增大,故B正确;若开关S闭合,输出电压不变,灯泡L1亮度不变,故C正确;变压器输入电压的有效值为:U1=Um2=2002V=1002V,开关断开时L1正常发光,且电流表示数为I1=0.01A,灯泡L1的额定功率等于此时变压器的输入功率,为P=U111.B保持P1位置不变,由题意可知,变压器接入电路中原、副线圈的匝数比为2,若原线圈的电流为I,则副线圈的电流为2I,依据欧姆定律可得副线圈两端的电压有效值为U2=2IR1,则变压器原线圈两端的电压有效值为U1=2U2=4IR1,设输入电压有效值为U0,则U0=4IR1+IR2,可得I=U04R1+R2。P2向左缓慢滑动的过程中,R2减小,I变大,而U1=4IR1,可知变压器原线圈两端的电压有效值变大,输入电压有效值不变,则R2两端的电压不断变小,即电压表示数U变小,原线圈两端的电压、输入的电流都变大,则变压器输入功率变大,依据原、副线圈的功率相等,可知R1消耗的功率增大,故B正确,A错误。保持P2位置不变,设原、副线圈的匝数比为n,同理可得U1=n2IR1,则U0=n2IR1+IR2,整理可得I=U0n2R1+R2,P1向下缓慢滑动的过程中,n不断变大,则I变小,对R2由欧姆定律可知U=IR2,可知U不断变小,依据原、副线圈的功率相等可知R1消耗的功率P=IU1=U0n2R12.解析(1)依据图像可得原线圈电压的最大值U1m=