届高考物理二轮复习交变电流变压器作业浙江专用.docx

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届高考物理二轮复习交变电流变压器作业浙江专用

第18讲　交变电流　变压器

选择题（在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）

1．（2018·浙江遂昌中学模拟）一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图1甲所示。

已知发电机线圈内阻为10Ω，外接一只电阻为90Ω的灯泡，如图乙所示，则（　　）

图1

A．电压表的示数为220V

B．电路中的电流方向每秒钟改变100次

C．灯泡实际消耗的功率为484W

D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为48.4J

解析　由甲图可知交变电流的最大值为Em＝220V，故有效值E＝220V，电压表示数U＝E＝×220V＝198V，选项A错误；由甲图可知交变电流的周期T＝0.02s，则交变电流的频率为50Hz，每个周期内电流方向改变两次，故每秒内方向改变100次，选项B正确；灯泡的实际功率P＝W＝435.6W，选项C错误；发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为Q＝t＝×1J＝48.4J，选项D正确。

答案　BD

2．如图2所示，把电阻R、电感线圈L、电容器C并联，三个支路中分别接有一灯泡。

接入交流电源后，三盏灯亮度相同。

若保持交流电源的电压不变，使交变电流的频率减小，则以下判断正确的是（　　）

图2

A．与线圈L连接的灯泡L1将变暗

B．与电容器C连接的灯泡L2将变暗

C．与电阻R连接的灯泡L3将变暗

D．三盏灯泡的亮度都不会改变

解析　若保持交流电源的电压不变，使交变电流的频率减小，对电阻没有影响，而电容器对电流阻碍变大，线圈对电流阻碍作用变小。

所以灯泡L1将变亮，灯泡L2将变暗，灯泡L3亮度不变，选项B正确。

答案　B

3．（2018·浙江温州二外月考）如图3所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交变电流的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交变电流的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交变电流的说法正确的是（　　）

图3

A．交变电流b电压的有效值为V

B．在图中t＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零

C．交变电流a电压的瞬时值为u＝10sin5πt（V）

D．线圈先后两次转速之比为3∶2

解析　由图象可知Ta∶Tb＝2∶3，故ωa∶ωb＝3∶2，交变电流最大值Um＝NBSω，故Uma∶Umb＝3∶2，故Umb＝Uma＝V，所以交变电流b电压的有效值为V＝V，选项A正确；由图可知t＝0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，选项B错误；由图象可知，交变电流a电压的最大值为10V，角速度为ω＝＝5πrad/s，所以交变电流a电压的瞬时值为u＝10sin5πtV，选项C正确；由图象可知TA∶TB＝2∶3，故nA∶nB＝3∶2，选项D正确。

答案　ACD

4．（2018·浙江瓯海一中模拟）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的轴匀速转动，如图4所示，产生的感应电动势如图5所示。

则（　　）

图4　　　　　　图5

A．t＝0.015s时线框的磁通量变化率为零

B．t＝0.01s时线框平面与中性面重合

C．线框产生的交变电动势的有效值为311V

D．交变电动势的表达式e＝311sin（100πt）V

解析　由图象知t＝0.015s时，感应电动势为最大，则穿过线框的磁通量变化率最大，选项A错误；当t＝0.01s时，电动势为零，线圈平面与磁场方向垂直，位于中性面，选项B正确；线框产生的交变电动势的有效值为V，选项C错误；线圈转动的周期为0.02s，故角速度为100πrad/s，故交变电动势的表达式e＝311sin（100πt）V，选项D正确。

答案　BD

5．（2018·浙江新昌天姥中学高三周练）如图6所示，理想变压器原线圈匝数n1＝1100匝，副线圈匝数n2＝220匝，交流电源的电压u＝220sin（100πt）V，电阻R＝44Ω，电压表、电流表均为理想交流电表。

下列说法正确的是（　　）

图6

A．交变电流的频率为50Hz

B．电压表的示数为44V

C．电流表A1的示数为5A

D．电流表A2的示数为1A

解析　交变电流的周期为T＝s＝0.02s，f＝＝50Hz，选项A正确；原线圈的电压有效值为220V，根据电压与匝数成正比＝知，副线圈电压即电压表的示数为44V，则电流表A2的示数为I2＝＝1A，电流与匝数成反比，所以电流表A1的示数为I1＝×1A＝0.2A，选项B、C错误，D正确。

答案　AD

6．如图7（a）所示，一理想变压器原副线圈匝数比为1∶2，原线圈接某正弦交流电源，副线圈接“220V，100W”的灯泡，灯泡恰好正常发光，灯泡的伏安特性曲线如图（b）所示，若将副线圈接上述电源，灯泡接原线圈，再串联一个阻值为110Ω的定值电阻，则灯泡的实际功率约为（　　）

图7

A．7WB．12W

C．25WD．50W

解析　由原线圈接电源，“220V，100W”的灯泡恰好正常发光，可知电源电动势的有效值为110V。

副线圈接电源，原线圈串联110Ω的定值电阻，原线圈可看做电动势为55V，内阻为110Ω的电源，做出其路端电压和电流的U－I图线，与小灯泡的伏安特性曲线相交于40V，0.18A处，则灯泡的实际功率约为P＝UI＝7.2W，选项A正确，B、C、D错误。

答案　A

7．（2018·浙江东阳模拟）图8甲中理想变压器原副线圈的匝数比为＝，电阻R＝10Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关，原线圈接正弦交变电流，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示，现将S1接1，S2闭合，此时L2正常发光，下列说法正确的是（　　）

图8

A．输入电压u的表达式为u＝20sin（50πt）V

B．只断开S2后，L1、L2均正常发光

C．只断开S2后，原线圈的输入功率将减小

D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为1.6W

解析　周期是0.02s，ω＝rad/s＝100πrad/s，所以输入电压u的表达式应为u＝20sin（100πt）V，选项A错误；只断开S2后，负载电阻变大为原来的2倍，电压不变，副线圈电流变小为原来的一半，L1、L2的功率均变为额定功率的四分之一，选项B错误；只断开S2后，L1、L2串联，电阻变大，副线圈上电流变小，由＝知原线圈电流变小，原线圈的输入功率等于副线圈的功率都减小，选项C正确；若S1换接到2后，则U2＝U1＝4V，电阻R电压有效值为4V，R消耗的电功率为＝1.6W，选项D正确。

答案　CD

8．（2018·浙江桐乡五校联考）普通的交流电表不能直接接在高压输电线上测量交流电流，通常要与电流互感器配合使用。

图9中电流互感器ab间线圈匝数较多，cd间线圈匝数较少。

下列说法正确的是（　　）

图9

A．ab接MN、cd接PQ，Iab>Icd

B．ab接PQ、cd接MN，Iab

C．在使用电流互感器时，副线圈可以不用接地

D．在使用电流互感器时，副线圈不得处于开路状态

解析　电流互感器的作用是使大电流变成小电流，根据电流与匝数成反比，原线圈的匝数小于副线圈的匝数，故ab接PQ、cd接MN，且Iab

二次开路可能产生严重后果，一是铁芯过热，甚至烧毁互感器；二是由于副线圈绕组匝数很多，会感应出危险的高电压，危及人身和设备的安全，选项D正确。

答案　BD

9．（2018·丽水选考模拟）如图10甲所示为一个小型电风扇的电路简图，其中理想变压器的原、副线圈匝数之比n1∶n2＝10∶1，接线柱a、b接上一个正弦交变电源，电压随时间变化规律如图乙所示，输出端接有额定电压均为12V的灯泡和风扇电动机，电动机线圈电阻r＝2Ω。

接通电源后，灯泡正常发光，风扇正常工作，则（　　）

图10

A．电阻R两端的电压是10V

B．通过风扇电动机的电流是6A

C．通过灯泡的交变电流频率是100Hz

D．风扇突然卡住的瞬间，灯泡变暗

解析　据题图乙可知原线圈电压的有效值为220V，周期为0.02s，故其频率为50Hz。

由于理想变压器原、副线圈的电压跟匝数成正比，故副线圈两端的电压为22V，又额定电压为12V的灯泡正常发光，故电阻R两端的电压是10V，选项A正确；风扇电动机不是纯电阻用电器，故风扇电动机线圈两端的电压小于12V，通过风扇电动机的电流小于6A，选项B错误；变压器不改变交变电流的频率，故通过灯泡的交变电流频率是50Hz，选项C错误；风扇突然卡住的瞬间，风扇电动机线圈两端的电压增大，通过风扇的电流增大，则副线圈干路电流增大，R两端的电压增大，由于原、副线圈匝数不变，故副线圈两端的电压不变，加在灯泡两端的电压减小，灯泡变暗，选项D正确。

答案　AD

10．（2018·台州选考模拟）如图11甲所示，标有“220V　40W”的灯泡和标有“20μF　300V”的电容器并联到交流电源上，

为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关。

下列判断正确的是（　　）

图11

A．t＝时刻，

的示数为零

B．灯泡恰好正常发光

C．电容器可能被击穿

D.

的示数保持110V不变

解析　

的示数应是电压的有效值220V，选项A、D错误；电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压，灯泡正常发光，选项B正确；电压的峰值Um＝220V≈

311V，大于电容器的额定电压，故有可能被击穿，选项C正确。

答案　BC

11．（2018·浙江秀州中学高三月考）一自耦变压器如图12所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈，通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈。

在a、b间输入u＝220sin（100πt）V交变电压，滑动触头处于图示M位置时，灯泡L能正常发光。

下列说法正确的是（　　）

图12

A．交流电源的频率变为100Hz时，可使灯泡变亮

B．减小电容器C的电容，可使灯泡变亮

C．将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，电压表示数变小且小于220V

D．将滑动触头从N点逆时针旋转到M点的过程中，电压表示数变大且大于220V

解析　在a、b间输入电压u＝220sin（100πt）V，可知交变电流的频率为50Hz，当交流电源的频率变为100Hz时，由于电容器对交变电流的阻碍作用减小，故可使灯泡变亮，选项A正确；减小电容器C的电容，则对交变电流的阻碍作用增大，使灯泡变暗，选项B错误；根据变压器原理＝，知自耦变压器的原线圈匝数大于副线圈匝数时，输出电压小于220V，将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，自耦变压器的副线圈匝数减小，电压表示数变小，选项C正确，D错误。

答案　AC

12．远距离输电装置如图13所示，升压变压器和降压变压器均是理想变压器，输电线等效电阻为R。

下列说法正确的是（　　）

图13

A．当开关由a改接为b时，电压表读数变大

B．当开关由a改接为b时，电流表读数变大

C．闭合开关后，电压表读数变大

D．闭合开关后，电流表读数变大

解析　当开关由a改接为b时，升压变压器的原线圈匝数增加，副线圈匝数不变，所以输送电压变小，降压变压器的输入电压和输出电压均变小，电压表读数变小，选项A错误；当开关由a改接为b时，输送电压变小，升压变压器的输出功率变小，电源的输入功率P1＝I1U1也变小，则通过升压变压器原线圈的电流I1变小，即电流表读数变小，选项B错误；闭合开关后，负载电阻减小，输电电流增大，则线路损失电压增大，降压变压器的输入电压和输出电压均变小，电压表读数变小，选项C错误；闭合开关后，输电电流增大，则通过原线圈中的电流增大，电流表读数变大，选项D正确。

答案　D

13．（2018·浙江台州路桥中学模拟）如图14甲所示的电路中，变压器原、副线圈匝数比为2∶1，L1、L2、L3是规格均为“10V　5W”的相同灯泡，各电表均为理想交流电表。

闭合开关S后，该变压器cd输入端交变电压u的图象如图乙。

以下说法正确的是（　　）

图14

A．ab输入端电压的瞬时值表达式为Uab＝20sin100πt（V）

B．ab输入端输入功率Pab＝15W

C．电流表的示数为1A，且三只灯泡均正常发光

D．若断开开关S，电压表V的示数将变小

解析　由cd输入端交变电压最大值为20V，有效值是U＝20V，副线圈电压为U′＝×U＝10V，所以副线圈两只灯泡均能正常发光。

灯泡的额定电流I0＝＝A＝0.5A；电流表的读数为I2＝2I0＝1A，原线圈电流为I1＝×I2＝0.5A，所以原线圈的灯泡也能正常发光，ab输入端电压有效值为Uab＝U＋UL3＝20V＋10V＝30V；输入端电压的瞬时值表达式为uab＝30sin100πt（V），选项A错误，C正确；三个灯泡都正常发光，所以ab输入端输入功率Pab＝3×5W＝15W，选项B正确；若将S断开，则副线圈上的输出电流将减小，所以原线圈的输入电流也减小，则流过灯泡L3的电流减小，L3两端的电压减小，所以原线圈上的电压增大，即电压表V读数将变大，选项D错误。

答案　BC

14．某大型光伏电站的功率是500kW，电压为12V，送往外地时，先通过逆变器（作用是将直流电压转变为高频的高压交流电）转化为220V的交流电（转化效率为80%），然后经变压器Ⅰ升压为20000V，通过总电阻为R＝20Ω的输电线路送往某地，再经变压器Ⅱ降为220V，电压供用户使用，如图15所示，下列说法正确的是（　　）

图15

A．变压器Ⅱ的原、副线圈匝数比为1000∶11

B．变压器Ⅰ的原、副线圈匝数比为11∶1000

C．用户最多可使用的功率为392kW

D．用户负载越多，线路上损耗的功率越小

解析　直流电转变为交流电后的功率为

P＝500×0.8kW＝400kW

根据＝可得＝＝

电线上损失的电压为

ΔU＝I2R＝R＝×20V＝400V

则U3＝U2－ΔU＝20000V－400V＝19600V

由＝

得＝＝，选项A错误，B正确；

回路中损失的功率为ΔP＝IR＝R＝×20kW＝8kW，所以用户得到的功率为P用＝P－P损＝400kW－8kW＝392kW，选项C正确；根据电路中输入功率等于输出功率可知当用户负载越多，线路上损耗的功率越大，选项D错误。

答案　BC