物理选择性必修 第二册第3章 交变电流与远距离输电本章综合与测试练习

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易错点1 对中性面的特点记忆不清
1.()(多选)如图1所示,一个面积为S的矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,穿过线圈的磁通量随时间变化如图2所示,下列说法正确的是( )
A.t1时刻线圈平面垂直于中性面
B.t2时刻ad边的速度方向跟磁感线垂直
C.t3时刻线圈平面与中性面重合
D.线圈在如图1所示位置时,电流方向改变一次
易错点2 有效值的计算方法不熟悉
2.()如图所示为某一交流电的电流-时间关系图像(前半个周期为正弦波形的12),则一个周期内该电流的有效值为( )

A.32I0B.52I0C.32I0D.52I0
易错点3 交变电流的四值混淆
3.(2020山东实验中学高二检测,)(多选)某物理兴趣小组用实验室的手摇发电机和一个理想变压器给一个灯泡供电,电路图如图,当线圈以较大的转速n匀速转动时,额定电压为U0的灯泡正常发光,电压表示数是U1。已知手摇发电机的线圈电阻是r,灯泡电阻是R,则有 ( )

A.线圈位于中性面位置时开始计时,变压器输入电压的瞬时值表达式为u=U1 sin 2πnt
B.变压器的匝数比是U1∶U0
C.电流表的示数是U02RU1
D.线圈中产生的电动势最大值是Em=2U1
易错点4 变压器的制约关系
4.(2020北京海淀高三上期末反馈题,)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,原、副线圈两端的电压分别为U1、U2,通过原、副线圈中的电流分别为I1、I2。保持n1、n2和U1不变,且闭合开关S后两灯泡均能发光,将开关S由闭合变为断开,则( )
A.U2增大B.I1减小
C.I2增大D.变压器的输入功率增大
易错点5 输电电压与输电线上的损失电压混淆
5.(2019陕西西安中学高二上期末,)发电厂发电机的输出电压为U1,发电厂至学校的输电线电阻为R,通过输电线的电流为I,学校的输入电压为U2,下列计算线路损耗功率的表达式中错误的是( )
A.U12RB.(U1-U2)2R
C.I2RD.I(U1-U2)
6.(2019重庆万州一中模拟,)(多选)在如图所示的远距离输电电路图中,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变,随着发电厂输出功率的增大,下列说法正确的有 ( )
A.升压变压器的输出电压增大
B.降压变压器的输出电压增大
C.输电线上损耗的功率增大
D.输电线上损耗的功率占总功率的比例增大
易错点6 忽略线圈的串、并联问题
7.()一理想变压器的原线圈为n1=100匝,副线圈n2=30匝,n3=20匝,一个电阻为48.4 Ω的小灯泡接在副线圈上,如图所示。当原线圈与e=2202 sin ωt (V)的交流电源连接后,变压器的输入功率是( )
A.10 WB.20 W
C.250 WD.500 W
易错点7 混淆变压器与分压器
8.()在图甲、乙两电路中,当a、b两端与e、f两端分别加上220 V的交流电压时,测得c、d间与g、h间的电压均为110 V。若分别在c、d两端与g、h两端加上110 V的交流电压,则a、b间与e、f间的电压分别为( )
A.220 V、220 VB.220 V、110 V
C.110 V、110 VD.220 V、0
思想方法练
一、等效思想(电流有效值的求解)
1.(2019贵州凯里第一中学高二上期中,)随着华为手机科技含量日益提高,现在华为手机已成为国际知名手机。最近华为推出了5G芯片,某5G芯片里有A、B两个完全相同的电阻,若A通以图甲所示的方波交变电流,B通以图乙所示的正弦交变电流,则通过这两个电阻的电流的有效值之比IA∶IB等于( )

A.5∶2B.5∶2
C.5∶2D.5∶2
二、数形结合(图形问题)
2.(2019河南郑州一中检测,)(多选)如图甲所示的电路中,理想变压器的原、副线圈匝数比为10∶1,在原线圈输入端a、b之间接入按如图乙所示的规律变化的电压。电路中电阻R1=5 Ω,R2=6 Ω,R3为定值电阻,电压表和电流表均为理想电表,开始时开关S断开。下列说法正确的是( )
A.电压表的示数约为15.56 V
B.电流表的示数约为1.41 A
C.闭合开关S后,电压表示数变大
D.闭合开关S后,电流表示数变大
三、程序法
3.(2020山东济南一中高二检测,)(多选)如图所示,自耦变压器的输出端有A、B、C三个完全相同的小灯泡,且可以认为小灯泡的电阻不受温度的影响。将正弦交流电接入自耦变压器的输入端,开始时自耦变压器的滑片P处于某一位置,开关S闭合,三个小灯泡均发光,操作过程中,小灯泡两端电压均未超过其额定值。下列说法中正确的是( )
A.将自耦变压器的滑片P向上滑动,三个灯泡将变暗
B.将自耦变压器的滑片P向上滑动,三个灯泡将变亮
C.将开关S断开,为保证A、B两灯功率不变,需将自耦变压器的滑片P向上滑动
D.将开关S断开,为保证A、B两灯功率不变,需将自耦变压器的滑片P向下滑动
4.(2020四川泸县二中高三下月考,)一含有理想变压器的电路图如图所示,交流电源输出电压的有效值不变,图中三个电阻R完全相同,电压表为理想交流电压表,当开关S断开时,电压表的示数为U0;当开关S闭合时,电压表的示数为3738U0。变压器原、副线圈的匝数比为(深度解析)
A.5B.6
C.7D.8
答案全解全析
本章复习提升
易混易错练
1.BC 由题图知,t1时刻磁通量最大,线圈平面垂直于磁感线,处于中性面,选项A错误;t2时刻磁通量为零,线圈平面垂直于中性面,感应电动势最大,故ad边的速度方向跟磁感线垂直,选项B正确;t3时刻磁通量最大,线圈平面垂直于磁感线,线圈平面与中性面重合,选项C正确;每次经过中性面位置时,电流方向发生改变,线圈在题图1所示位置时垂直于中性面,电流方向不改变,选项D错误。
2.B 设电流的有效值为I,由I2RT=I022R·T2+(2I0)2R·T4,解得I=52I0,选项B正确。
3.BC 线圈以较大的转速n匀速转动,所以ω=2πn,电压表显示的是有效值,Em=2E有=2U1,所以变压器输入电压的瞬时值表达式为u=2U1 sin 2πnt,故A错误;电压与匝数成正比,所以变压器的原、副线圈的匝数比是U1∶U0,故B正确;理想变压器的输入功率和输出功率相等,灯泡正常发光时电功率为P=U02R,所以输入功率为P'=U02R,电流表的示数是I1=P'U1=U02RU1,故C正确;由于线圈有内阻r,故线圈中产生的电动势有效值大于U1,最大值也就大于2U1,故D错误。
4.B 根据U1U2=n1n2可知U2不变,选项A错误;将开关S由闭合变为断开,则副线圈电路的电阻变大,输出电流决定输入电流,副线圈电路的电流I2减小,则I1减小,选项B正确,C错误;变压器的输出功率决定输入功率,P2=I2U2减小,则输入功率减小,选项D错误。
5.A 输电损失的功率为ΔP=I2R,所以C不符合题意;还可以应用输电线的电压降来求:ΔP=ΔU2R=(U1-U2)2R,B不符合题意;还可以用损失的电压乘以输电电流:ΔP=ΔUI=I(U1-U2),D不符合题意;故选A。
6.CD 由于发电厂的输出电压不变,升压变压器的匝数不变,所以升压变压器的输出电压不变,A错误;由于发电厂的输出功率增大,则升压变压器的输出功率增大,又知升压变压器的输出电压U2不变,根据P=UI可得输电线上的电流I线增大,输电线上的电压损失变大,则降压变压器的输入电压减小,降压变压器的输出电压减小,B错误;根据P损=I线2R,又知输电线上的电流增大,电阻不变,所以输电线上的功率损耗增大,C正确;根据P损=(PU2)2R,则有P损P=PRU22,升压变压器的输出电压U2不变,输电线上的电阻不变,所以输电线上损耗的功率占总功率的比例随着发电厂输出功率的增大而增大,D正确。
7.A 由题图可知n2与n3反接,两组线圈回路中的磁通量抵消了一部分,相当于匝数n4=10,由U1U4=n1n4得U4=22 V,所以灯泡功率P灯=U42R灯=22248.4 W=10 W,又因为理想变压器输入功率等于输出功率,所以变压器的输入功率也是10 W,选项A正确。
8.B 变压器与分压器的区别主要是原理不同,变压器的工作原理是法拉第电磁感应定律,可以把电压升高,也可以把电压降低;分压器的工作原理是串联电路的分压原理,不能升高电压。在题图甲中,由Uab=220 V,Ucd=110 V,可知nab=2ncd,所以当c、d间接110 V交流电压时,ab间电压为220 V;在题图乙中,由Uef=220 V,Ugh=110 V,可知分压器触头P在正中央,当gh间接110 V交流电压时,电流经过分压器下半部分,g点和e点电势相等,所以ef间电压等于gf间电压,即Uef=110 V。
思想方法练
1.D 根据有效值的定义,题图甲电流有效值为I02RT2+I024RT2=IA2RT,解得IA=58I0;题图乙为正弦交流电,有效值为IB=I02,所以IAIB=52,D正确,A、B、C错误。
2.AD 题图乙所示电压的有效值满足Um22R·T2=U2R·T,得U1=Um2=1102 V,由理想变压器变压规律可知,副线圈两端电压为U2=112 V,A项正确;由欧姆定律可知,副线圈中的电流为I2=U2R1+R2=2 A,由变流规律可知,原线圈中的电流为I1=210 A,B项错误;闭合开关,副线圈电路的总电阻减小,输出电压不变,输出功率增大,故理想变压器的输入功率增大,所以电流表示数增大,C项错误,D项正确。
3.AC 将滑片P向上移动时,原线圈的匝数增加,根据变压关系,得知副线圈电压减小,则流过小灯泡的电流减小,三个灯泡实际功率减小,所以都将变暗,故A正确,B错误;将开关S断开,由于副线圈的电压不变,副线圈回路中总电阻增大,电流减小,两灯的电压增大,根据功率公式P=U2R可知灯泡功率增大,为保证A、B功率不变,应降低两灯的电压,所以应减小副线圈电压,根据变压关系,应增大原线圈的匝数,故需将滑片P向上移动,故C正确,D错误。
4.B 设变压器原、副线圈匝数之比为k,当开关断开时,副线圈电压为U2=U0k,根据欧姆定律得副线圈中电流为I2=U2R=U0Rk,则原线圈中电流为I1=I2k=U0k2R,则交流电的输出电压为U=U0+I1R=U0+U0k2①;当S闭合时,电压表的示数为3738U0,则副线圈的电压为U2'=37U038k,根据欧姆定律得I2'=U2'R2=2×37U038kR=37U019Rk,则原线圈中电流为I1'=I2'k=37U019k2R,则交流电的输出电压为U=U1'+I1'R=37U038+37U019k2②;联立①②解得k=6,故B正确。
导师点睛 对于复杂问题,可将复杂的过程分为几个简单过程进行分析,这种方法就是程序法。