2020-2021学年第3章 交变电流与远距离输电本章综合与测试课后练习题

第3章　交变电流与远距离输电

专题强化练8　理想变压器的动态分析

一、选择题

1.(2021江苏南京中华中学高二期末,)如图所示,理想变压器的原线圈接有有效值不变的交变电压,副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡L1和L2,输电线的等效电阻为R,开始时,开关S断开。当S接通时,以下说法正确的是              (　　)

A.副线圈输出电压增大

B.通过灯泡L1的电流增大

C.电流表的示数不变

D.变压器的输入功率变大

2.(2021山东烟台高三开学考试,)如图,某理想变压器有一个原线圈和两个副线圈,原线圈接在输出电压有效值不变的正弦交流电源上,灯泡L1连接在一个副线圈上,灯泡L2与滑动变阻器R并联后接在另一个副线圈上,两灯泡都发光。A为理想交流电流表,不计连接导线的电阻。当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时              (　　)

A.电流表A的示数变大

B.灯泡L1变亮

C.灯泡L2变亮

D.灯泡L2亮度不变

3.(2020山东济南历城二中高三上期末,)如图所示,理想变压器的原线圈接有电压为U的正弦交流电源,电源输出电压的有效值恒定。R1和R2为定值电阻,R3为光敏电阻,其阻值随照射光强度的增大而减小。现增大照射光强度,则              (　　)

A.通过原线圈的电流减小

B.电源的输出功率增大

C.R1两端的电压减小

D.R2消耗的功率增大

4.(2021安徽亳州高二月考,)如图甲所示为一种自耦变压器(可视为理想变压器)的结构示意图,线圈均匀绕在圆环型铁芯上,滑动触头P处在某一位置,在B、C间接一个理想交流电压表和一个电阻R,若A、B间输入如图乙所示的交变电压,则              (　　)

A.A、B间输入电压的瞬时值表达式为u=220·sin πt (V)

B.t=1×10-2 s时,电压表的示数为零

C.滑动触头P顺时针转动时,电压表示数减小

D.滑动触头P逆时针转动时,A、B间输入功率减小

5.(2020云南曲靖高三上摸底,)如图,边长为L、匝数为N、电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO'转动,转轴OO'垂直于磁感线,在线圈外接一个含有理想变压器的电路,变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2,保持线圈以恒定角速度ω转动,下列判断正确的是              (深度解析)

A.从图示位置计时,矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBωL2 cos ωt

B.电压表V1示数等于NBωL2,电压表V2示数等于

C.当可变电阻R的滑片P向上滑动时,电压表V2的示数变大

D.当可变电阻R的滑片P向上滑动时,变压器的输入功率增大

6.(2020河北衡水武邑中学高三上月考,)如图,一理想变压器输入端接一正弦交流电源,原线圈与一可变电阻串联,副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节;在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑动触头,V是理想电压表;现进行如下操作,并保持变压器原线圈输入电流不变,则              (　　)

A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电压表读数变小

B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,副线圈两端的电压变小

C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电压表读数变大

D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,变压器输出功率变小

7.(2020四川宜宾叙州第二中学高二下月考,)(多选)如图,矩形线圈abcd与理想变压器原线圈组成闭合电路,线圈绕垂直于磁场的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.将原线圈的滑动触头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,则变压器原线圈两端电压的有效值为NBSω

8.(2020贵州贵阳高二月考,)如图甲所示,理想变压器副线圈上接有a、b两只完全相同的灯泡和一个理想二极管,原、副线圈的匝数比为3∶1,当原线圈两端输入如图乙所示的正弦交流电时,电流表的示数为1 A。若假设灯丝的电阻不随温度变化,则下列说法正确的是　              (　　)

甲

乙

A.灯泡的内阻为1 Ω

B.b灯泡消耗的平均功率为4 W

C.若二极管短路,则电流表的示数将变为1.5 A

D.将P沿顺时针缓慢转动,电流表的示数将变大

9.(2020浙江新高考高三上预测,)有一台理想变压器及所接负载如图所示,在原线圈c、d两端加上交变电流。已知b是原线圈的中心抽头,电压表和电流表均为理想交流电表,电容器的耐压值足够大。则下列说法错误的是              (　　)

A.开关S1始终接a,当滑片P向下滑动时电压表V1和V2示数均不变

B.开关S1始终接a,当滑片P向下滑动时电流表A1和A2示数均变小

C.保持滑片P的位置不变,将开关S1由a改接b,电压表V1和V2示数均变大

D.保持滑片P的位置不变,将开关S1由a改接b,电容器所带电荷量的最大值将增大

二、非选择题

10.(2020黑龙江大庆实验中学高二上月考,)理想变压器原线圈与滑动变阻器串联后接在电压有效值不变的正弦交流电源上,变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=1∶4,副线圈接“200 V、100 W”的用电器RL(设其电阻保持不变),当滑动变阻器电阻R=5 Ω时,用电器RL正常工作。则:

(1)正弦交流电源的电压的有效值U为多大?

(2)变压器ab两端的等效电阻R'为多大?

(3)通过推算说明欲使用电器RL工作时的功率不大于其额定功率,滑动变阻器滑片只能从R=5 Ω的位置向哪个方向调?

答案全解全析

第3章　交变电流与远距离输电

专题强化练8　理想变压器的动态分析

1.D　理想变压器的输出电压是由输入电压和匝数比决定的,由于输入电压和匝数比不变,所以副线圈的输出电压也不变,故A错误;当S接通后,两个灯泡并联,电路的电阻减小,副线圈中的电流变大,所以通过电阻R的电流变大,电压变大,那么并联部分的电压减小,所以通过灯泡L1的电流减小,故B错误;当S接通后,副线圈中的电流变大,由=可知原线圈的电流也变大,故C错误;由于原线圈电压不变,电流变大,故原线圈的输入功率变大,故D正确。

2.D　由于变压器原线圈的电压有效值不变,各线圈的匝数不变,所以两个副线圈的电压有效值均不变,即两个灯泡两端的电压有效值不变,灯泡亮度均不变,选项D正确,B、C错误。当滑动变阻器的滑动触头向下滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻变大,所以通过滑动变阻器的电流变小,这个副线圈中的电流变小,输出功率变小,故变压器的输入功率变小,电流表示数变小,选项A错误。

3.B　光照增强,光敏电阻R3阻值减小,副线圈的总电阻减小,副线圈的电流增大,根据理想变压器电流与匝数的关系可知,通过原线圈的电流也增大,因电源电压U不变,故电源输出功率变大,选项A错误,B正确;原线圈电流增大,则R上电压增大,因U不变,所以原线圈电压减小,因匝数比不变,所以副线圈电压减小,又因副线圈电流增大,根据欧姆定律,R1两端电压增大,R2两端电压减小,R2消耗的功率减小,选项C、D错误。

4.C　由题图乙可知输入电压瞬时值表达式为u=220 sin ωt (V),其中ω=,T=2×10-2 s,代入数据可得u=220 sin 100πt (V),故A错误;t=1×10-2 s时,电压的瞬时值为0,但交流电压表的示数为电压有效值,并不为零,故B错误;根据理想变压器中=可知,当滑动触头P顺时针转动时,n2变小,所以输出电压变小,即R两端的电压减小,故C正确;滑动触头P逆时针转动时,n2变大,所以R两端的电压增大,输入功率等于输出功率,故P入=P出=,所以滑动触头P逆时针转动时,A、B间输入功率增大,故D错误。

5.A　从线圈垂直于中性面时开始计时,矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBSω cos ωt=NBL2ω cos ωt,选项A正确;由交流电的产生可知,线圈中产生的最大电动势:Em=NBL2ω,所以电压表V1的示数等于NBL2ω,选项B错误;交流发电机内电阻不计,故变压器输入电压不变,根据理想变压器的变压比公式=,当P位置向上滑动时,对变压器副线圈上的电压没有影响,电压表V2读数不变,选项C错误;当P位置向上移动时,R增大,根据电功率公式P=,可知变压器的输出功率减小,故输入功率也减小,选项D错误。

方法技巧

　　解题关键要明确交变电流四值、理想变压器的变压比公式,注意理想变压器中,副线圈的输出电压由原线圈的输入电压决定,与副线圈的负载无关。原线圈的电流由副线圈中的电流决定,输入功率由输出功率决定。

6.D　保持Q的位置不动,将P向上滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻增大,保持变压器原线圈输入电流不变,匝数比不变,则副线圈电流不变,根据U=I2R可知电压表示数增大,R0两端电压不变,则副线圈两端的电压变大,选项A、B错误;保持P的位置不动,将Q向上滑动时,原线圈电流不变,根据=可知I2减小,根据U=I2R可知电压表示数减小,根据P=(R0+R)可知变压器输出功率变小,选项C错误,D正确。

7.AD　将原线圈的滑动触头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,线圈处于中性面,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,线圈转动产生的感应电动势的最大值是2NBSω,设变压器原线圈两端电压的有效值为U,则t=×2t,即U=NBSω,选项D正确。

8.B　由题图乙可知交流电压最大值是12 V,所以原线圈电压U1=12 V,由=,可得U2=4 V,一个周期内输入和输出的能量相等,即U1I1T=×+×T,解得R=2 Ω,选项A错误;b灯泡消耗的平均功率P===4 W,选项B正确;若二极管短路,则有U1I1'=,解得I1'= A,选项C错误;将P沿顺时针缓慢转动,副线圈匝数减小,根据电压与匝数成正比得副线圈电压减小,所以输出功率减小,根据输入功率等于输出功率得原线圈电流减小,即电流表的示数将变小,选项D错误。

9.A　开关S1始终接a,副线圈电压不变,当滑片P向下滑动时,接入电路的总电阻变大,电流变小,所以电流表的示数均变小,选项B正确;副线圈电压不变,所以电压表V1的示数不变,电压表V2测量的是滑动变阻器的电压,因为总电流变小,所以定值电阻的分压变小,所以滑动变阻器的分压变大,故V2示数变大,选项A错误;保持滑片P的位置不变,将开关S1由a改接b,副线圈电压变大,滑动变阻器的分压变大,所以电容器两端电压变大,电荷量增多,选项C、D正确。

10.答案　(1)60 V　(2)25 Ω　(3)向上调

解析　(1)设理想变压器原线圈两端的电压为U1,原线圈中的电流为I1,则有:=,I1=

正弦交流电源电压的有效值为:U=U1+I1R,代入数据解得:U=60 V

(2)ab端输入的电压为:U1=UL=×200 V=50 V

流过电流:I1=4I2=4×=4×0.5 A=2 A

则由欧姆定律可知:R'=

代入数据解得:R'= Ω=25 Ω

(3)用电器正常工作时有U2=200 V,对应的电压U1=50 V

而电源电压为U=60 V

欲使用电器RL工作时的功率不大于其额定功率,则U2≤200 V

ab端电压U1≤50 V

则滑动变阻器电阻分压U2≥10 V

故滑动变阻器电阻R≥5 Ω,所以滑片应向上调