2024年高考物理专题08回归基础专题训练-交变电流变压器含解析

PAGEPAGE1专题08回来基础专题训练——交变电流变压器一、单项选择题1．如图1甲，为风速仪的结构示意图。在恒定风力作用下风杯带动与其固定在一起的永磁体转动，线圈产生的电流随时间变更的关系如图乙。若发觉电流峰值Im变大了，则风速v、电流变更的周期T肯定是()图1A．v变小，T变小 B．v变小，T变大C．v变大，T变小 D．v变大，T变大【解析】选C电流峰值Im变大，则线圈两端产生的感应电动势增大，由E＝nBSω可知永磁体转动的角速度增大，故相应的风速v增大、电流的周期T减小。2.如图2所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦沟通电的图像，当调整线圈转速后，其在同一磁场中匀速转动过程中所产生正弦沟通电的图像如图线b所示。以下关于这两个正弦沟通电的说法错误的是()图2A．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零B．线圈先后两次转速之比为3∶2C．沟通电a的瞬时值为u＝10sin5πt(V)D．沟通电b电压的最大值为eq\f(20,3)V【解析】选A由题图可知，t＝0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，所以A错误；由图像可知Ta∶Tb＝2∶3，故na∶nb＝3∶2，所以B正确；由图像可知，沟通电a的最大值为10V，角速度为ω＝eq\f(2π,T)＝5πrad/s，所以沟通电a的瞬时值为u＝10sin5πt(V)，所以C正确；沟通电最大值Um＝NBSω，故Uma∶Umb＝3∶2，故Umb＝eq\f(2,3)Uma＝eq\f(20,3)V，D正确。3．在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图3甲所示。产生的交变电动势随时间变更的规律如图乙所示。则下列说法错误的是()图3A．t＝0.01s时穿过线框的磁通量最小B．该交变电动势的有效值为22VC．该交变电动势的瞬时值表达式为e＝22eq\r(2)sin(100πt)VD．电动势瞬时值为22V时，线圈平面与中性面的夹角为45°【解析】选A由题图乙可知此沟通电的周期为0.02s，且从中性面起先计时，故t＝0.01s时线框处于中性面位置，穿过线框的磁通量最大，A错误；该交变电动势的最大值是22eq\r(2)V，故有效值是22V，B正确；由e＝Emsin(ωt)＝Emsineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)t))可知C正确；将e＝22V代入e＝22eq\r(2)sin(100πt)V可得D正确。4．如图4所示，一志向变压器原、副线圈匝数分别为n1＝1000匝、n2＝200匝，原线圈中接一交变电源，交变电源电压u＝220eq\r(2)sin100πt(V)。副线圈中接一电动机，电动机线圈电阻为11Ω，电流表○eq\a\vs4\al(A2)示数为1A，电表对电路的影响忽视不计。下列说法正确的是()图4A．此沟通电的频率为100HzB．电流表eq\o\ac(○,A1)示数为0.1AC．此电动机输出功率为33WD．电压表示数为220eq\r(2)V【解析】选C正弦沟通电的瞬时值u＝Umsinωt＝220eq\r(2)sin(100πt)V，即ω＝100πrad/s，频率f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，经过变压器，频率不变，所以选项A错。原副线圈电流与匝数成反比，即eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)＝eq\f(1,5)，求得I1＝eq\f(1,5)I2＝0.2A，选项B错。电压表示数为有效值U＝eq\f(Um,\r(2))＝220V，选项D错。原副线圈电压与匝数成正比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)＝5，解得副线圈电压U2＝eq\f(1,5)U1＝44V，电动机总功率P2＝U2I2＝44W，电动机发热功率P1＝Ieq\o\al(2,2)r＝11W，电动机的输出功率P出＝P2－P1＝33W，选项C对。5．如图5甲所示为一台小型发电机构造的示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变更的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈内电阻为1.0Ω，外接灯泡的电阻为9.0Ω。则()图5A．在t＝0.01s的时刻，穿过线圈磁通量为零B．瞬时电动势的表达式为e＝6eq\r(2)sin50πtVC．电压表的示数为6VD．通过灯泡的电流为0.6A【解析】选D在t＝0.01s的时刻，电动势为0，则线圈位于中性面，穿过线圈的磁通量最大，故A错误；电动势的最大值为Em＝6eq\r(2)V，周期为0.02s，则瞬时电动势的表达式为e＝Emsineq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)t))(V)，即e＝6eq\r(2)sin100πt(V)，故B错误；电压表的示数为外电阻的电压：eq\f(RE,R＋r)＝5.4V，故C错误；通过灯泡的电流为I＝eq\f(E,R＋r)＝0.6A，故D正确。6．如图6甲所示，一志向变压器给一个小灯泡供电。当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率为10W的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为40Ω，图中电压表为志向电表，下列说法正确的是()图6A．变压器输入电压的瞬时值表达式为u＝220eq\r(2)sinπt(V)B．电压表的示数为220VC．变压器原、副线圈的匝数比为11∶1D．变压器的输入功率为110W【解析】选C对比正弦交变电压的瞬时值表达式u＝Umsinωt可知变压器输入电压的瞬时值表达式为u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，选项A错误。电压表测的是副线圈两端的电压，其大小等于灯泡两端的电压，由P＝eq\f(U\o\al(2,2),R)可知U2＝20V，选项B错误。由原副线圈电压比与匝数比的关系知原、副线圈的匝数比为U1∶U2＝11∶1，选项C正确。变压器的输入功率等于副线圈的输出功率，即灯泡的额定功率10W，选项D错误。7．如图7甲所示，志向变压器原、副线圈的匝数比是50∶1，b是原线圈的中心抽头，图中电表均为志向的沟通电表，定值电阻R＝10Ω，其余电阻不计。从某时刻起先经c、d两端给原线圈加上如图乙所示的交变电压。则下列说法正确的是()图7A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为2.2VB．当单刀双掷开关与a连接且t＝0.01s时，电流表的示数为零C．当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率变大D．当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率变为25Hz【解析】选C由图像可知，电压的最大值为220eq\r(2)V，沟通电的周期为2×10－2s，所以沟通电的频率为f＝eq\f(1,T)＝50Hz，沟通电的有效值为220V，依据电压与匝数成正比可知，当单刀双掷开关与a连接时，副线圈的电压为4.4V，电流表示数为电流的有效值，不随时间的变更而变更，所以电流表的示数为0.44A，所以A、B错误。当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的匝数变小，所以副线圈输出的电压要变大，电阻R上消耗的功率变大，原线圈的输入功率也要变大，所以C正确。变压器不会变更电流的频率，所以副线圈输出电压的频率仍为50Hz，所以D错误。8．如图8甲所示的电路中，志向变压器原、副线圈匝数比为10∶1，图中电表均为志向电表，R、L和D分别是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)、电感线圈和灯泡。原线圈接入如图乙所示的正弦沟通电压u，下列说法正确的是()图8A．电压u的频率为100HzB．电压表的示数为22eq\r(2)VC．有光照耀R时，电流表的示数变大D．抽出L中的铁芯，D变暗【解析】选C原线圈接入题图乙所示的电源电压，T＝0.02s，所以频率为f＝eq\f(1,T)＝50Hz，故A错误；原线圈接入电压的最大值是220eq\r(2)V，所以原线圈接入电压的有效值是U＝220V，志向变压器原、副线圈匝数比为10∶1，所以副线圈电压是22V，所以电压表的示数为22V，故B错误；有光照耀R时，R阻值随光强增大而减小，依据P＝eq\f(U2,R总)，得副线圈输出功率增大，所以原线圈输入功率增大，所以电流表的示数变大，故C正确；抽出L中的铁芯，电感线圈自感系数减小，电感线圈对电流的阻碍减小，所以D变亮，故D错误。9．如图9所示，导体棒ab两个端点分别搭接在两个竖直放置、电阻不计、半径相等的金属圆环上，圆环通过电刷与导线c、d相接。c、d两个端点接在匝数比n1∶n2＝10∶1的变压器原线圈两端，变压器副线圈接一滑动变阻器R0。匀强磁场的磁感应强度为B，方向竖直向下，导体棒ab长为L(电阻不计)，绕与ab平行的水平轴(也是两圆环的中心轴)OO′以角速度ω匀速转动。假如滑动变阻器的阻值为R时，通过电流表的电流为I1，则()图9A．滑动变阻器上消耗的功率为P＝100Ieq\o\al(2,1)RB．变压器原线圈两端的电压U1＝10I1RC．取ab在环的最低端时t＝0，则导体棒ab中感应电流的表达式是i＝eq\r(2)I1sinωtD．ab沿环转动过程中受到的最大安培力F＝BI1【解析】选A志向变压器的电流与匝数成反比，由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)得I2＝10I1，变阻器上消耗的功率为P＝Ieq\o\al(2,2)R＝(10I1)2R＝100Ieq\o\al(2,1)R，故A正确；副线圈的电压为U2＝I2R＝10I1R，依据志向变压器的电压与匝数成正比可知，变压器原线圈两端的电压U1＝100I1R，故B错误；ab在最低点时，ab棒与磁场垂直，此时的感应电动势最大，感应电流最大，所以棒ab中感应电流的表达式应为i＝eq\r(2)I1cosωt，故C错误；ab在最低点时，ab棒与磁场垂直，此时的感应电动势最大，感应电流最大，最大值为eq\r(2)I1，此时的安培力也是最大的，最大安培力为F＝eq\r(2)BI1L，故D错误。10．如图10所示，T为志向变压器，副线圈回路中的输电线ab和cd的电阻不行忽视，其余输电线电阻可不计，则当开关S闭合时()图10A．沟通电压表V3的示数变小B．沟通电压表V2和V3的示数肯定都变小C．沟通电流表A1、A2和A3的示数肯定变大D．只有A1的示数变大【解析】选A由原、副线圈的电压跟匝数成正比可知副线圈两端的电压不变，即V2的示数不变。开关S闭合时，副线圈电路的总电阻减小，流过副线圈的总电流增大，即电流表A2的示数增大，由原、副线圈的电流跟匝数成反比可知原线圈两端的电流增大，即A1的示数变大。由于输电线ab、cd的电阻不行以忽视，所以A3所在支路两端的电压减小，A3、V3的示数减小。二、多项选择题11．如图11所示，T为志向变压器，A1、A2为志向沟通电流表，V1、V2为志向沟通电压表，R1、R2为定值电阻，R3为光敏电阻(光照增加，电阻减小)，原线圈两端接恒压正弦沟通电源，当光照增加时()图11A．电压表V1示数变小B．电压表V2示数变大C．电流表A1示数变大D．电流表A2示数变大【解析】选CD变压器的输入电压肯定，则输出电压不变，电压表V1的示数不变，A选项错；当入射光增加时，光敏电阻R3的阻值减小，变压器的负载总阻值减小，则由P出＝eq\f(U2,R总)＝I2R总，可知，变压器的输出功率增加了，电流表A2的示数变大了，D选项正确；再由P入＝P出知，电流表A1的示数变大，C选项对；变压器的输出电压不变，而R1两端的电压增加了，则电压表V2的示数变小，B选项错。12．图12甲为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，降压变压器原、副线圈匝数比为100∶1，远距离输电线的总电阻为100Ω。若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为750kW。下列说法中正确的有()图12A.用户端沟通电的频率为50HzB.用户端电压为250VC.输电线中的电流为30AD.输电线路损耗功率为180kW【解析】选AC由题图乙知沟通电的周期为0.02s，故频率为50Hz，所以A正确；升压变压器原线圈电压U1＝250V，依据变压规律得副线圈电压U2＝25000V，又输入功率为750kW，输电线中电流I＝eq\f(P,U2)＝30A，故C正确；输电线上损耗电压U＝IR＝3000V，降压变压器原线圈电压U3＝U2－U＝22000V，依据变压规律可得：用户端电压U4＝220V，故B错误；输电线损耗的功率P′＝I2R＝90kW，故D错误。13．图13甲为志向变压器的示意图，其原、副线圈的匝数比为4∶1，电压表和电流表均为志向电表。若发电机向原线圈输入图乙所示的正弦沟通电，图中Rt为NTC型热敏电阻(阻值随温度上升而变小)，R1为定值电阻。下列说法中正确的是()图13A．沟通电压u的表达式u＝36eq\r(2)sin100πt(V)B．变压器原、副线圈中的电流之比为4∶1C．t＝0.01s时，发电机中线圈平面与磁场平行D．Rt温度上升时，电压表的示数不变，电流表的示数变大【解析】选AD原线圈接题图乙所示的正弦沟通电，由图知最大电压为36eq\r(2)V，周期为0.02s，故u＝36eq\r(2)sin100πt(V)，故A正确。依据公式eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，变压器原、副线圈中的电流之比eq\f(I1,I2)＝eq\f(1,4)，故B错误。t＝0.01s时，代入A选项中电压瞬时表达式，则有电压值为零，则发电机中线圈与磁场垂直，故C错误。t处温度上升时，阻值减小，电流表的示数变大，但不会影响输入电压值，故D正确。14．一自耦调压变压器(可看做志向变压器)的电路如图14甲所示，移动滑动触头P可变更副线圈匝数。已知变压器线圈总匝数为1900匝；原线圈为1100匝，接在如图乙所示的沟通电源上，电压表为志向电表。则()图14A．沟通电源电压瞬时值的表达式为u＝220sin100πtVB．P向上移动时，电压表的最大示数为380VC．P向下移动时，原、副线圈的电流之比减小D．P向下移动时，变压器的输入功率变大【解析】选BC由题图乙结合沟通电瞬时值表达式u＝Umsinωt可得沟通电源电压瞬时值的表达式为u＝220eq\r(2)sin100πtV，A错误；P向上移动时，电压表的示数为有效值，当副线圈匝数达到1900时，副线圈两端的电压最大，由变压器原副线圈电压比跟线圈匝数成正比的关系可知副线圈两端最大电压为380V，即电压表的最大示数为380V，B正确；P向下移动时，副线圈匝数削减，由变压器原副线圈电流比跟线圈匝数成反比的关系可知C正确；P向下移动时，由P＝eq\f(U2,R)可知副线圈的输出功率减小，故原线圈的输入功率也减小，D错误。15.如图15所示，志向变压器原、副线圈的匝数比为k，输出端接一个沟通电动机，电动机线圈的电阻为R。将原线圈接在电压为u＝Umsinωt的正弦沟通电源上，电动机的输入功率为P0，电动机带动半径为r的转轮以角速度ω匀速转动，将质量为m的物体匀速提升，若不计电动机的机械损耗，则以下推断正确的是()图15A．物体上升的速度v＝rωB．变压器输入功率kP0C．原线圈中的电流为eq\f(\r(2)P0,Um)D．电动机的输出功率为P0－eq\f(U\o\al(2,m),2k2R)【解析】选AC物体上升的速度大小等于转轮的线速度大小，故A正确。变压器的输出功率和输入的功率相等，变压器的输出功率等于电动机的输入功率，所以变压器输入的功率大小为P0，所以B