适用于新教材2024版高考物理一轮总复习课时规范练61

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课时规范练61
基础对点练
1.(理想变压器)(多选)(2022豫北名校联考)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,两灯泡的电阻分别为RL1=100 Ω,RL2=10 Ω,a、b两端电压的瞬时值表达式为u=220sin 100πt(V),电流表为理想电表。下列说法正确的是(　　)

A.灯泡L2两端的电压为22 V
B.电流表示数为2 A
C.灯泡L1消耗的功率为4 W
D.灯泡L2消耗的功率为44 W
答案 BC
解析 由u=220sin100πt(V)可知,a、b两端的电压有效值为U=220V,设原线圈中的电流为I1,副线圈中的电流为I2,则原线圈两端的电压U1=U-I1RL1,副线圈两端的电压为U2=I2RL2,结合理想变压器的变压规律,变流规律,解得I1=0.2A,I2=2A,B正确;U2=I2RL2=20V,A错误;灯泡L1消耗的功率PL1=RL1=4W,C正确;灯泡L2消耗的功率PL2=RL2=40W,D错误。
2.(理想变压器原副线圈关系的应用)(多选)手机无线充电器的工作原理如图所示,该装置可等效为一个理想变压器,送电线圈为原线圈,受电线圈为副线圈。当a、b间接上220 V的正弦式交变电流后,受电线圈中产生交变电流。送电线圈的匝数为n1,受电线圈的匝数为n2,且n1∶n2=5∶1。两个线圈所接电阻的阻值均为R,当该装置给手机快速充电时,手机两端的电压为5 V,充电电流为2 A,则下列判断正确的是(　　)

A.流过送电线圈与受电线圈的电流之比为5∶1
B.快速充电时,受电线圈c、d两端的输出电压为42.5 V
C.两线圈上所接电阻的阻值R=18.75 Ω
D.充电期间使用手机,易损坏电池
答案 BCD
解析 流过送电线圈与受电线圈的电流之比,A错误;已知手机两端电压U手=5V,充电电流I手=2A,Uab=220V,又Iab=I手=0.4A,Uab-IabR=5Ucd,Ucd-I手R=U手,联立解得Ucd=42.5V,R=18.75Ω,B、C正确;由于使用时手机内部的电流与电压处于不稳定状态,则此时通过受电线圈对手机充电易损坏电池,D正确。
3.(理想变压器动态分析)模拟远距离输电的部分测试电路如图所示,a、b端接电压稳定的正弦交流电源,理想变压器的原、副线圈匝数比为k且k<1,定值电阻R1
A.R2=
B.R1=
C.电阻R2消耗的功率P2=UI
D.电源的输出功率一定增大
答案 D
解析 根据变压器的原理可得=k,=k,则有U1=kU2,I1=,在原线圈电路中有U0=I1R1+U1,即U0=R1+kU2,整理可得U2=U0-I2,则有,选项A、B错误;副线圈消耗的功率为UI,选项C错误;当向上调节滑动变阻器R3的滑片时,副线圈的总电阻减小,所以回路中的电流增大,原线圈的电流增大,电源的电压不变,所以电源的输出功率一定增大,选项D正确。
4.(远距离输电、互感器)(多选)某小型发电站高压输电示意图如图所示,变压器均为理想变压器,发电机输出功率恒定,为48 kW。在输电线路上接入一个电流互感器,其原、副线圈的匝数比为1∶20,电流表的示数为1 A,输电线的总电阻为10 Ω,下列说法正确的是(　　)

A.用户端的功率为44 kW
B.升压变压器的输出电压U2=2 400 V
C.降压变压器的输入电压U3=2 000 V
D.如果用户电压为220 V,则降压变压器的原、副线圈匝数比为10∶1
答案 ABD
解析 设电流表的读数为IA,互感器的原、副线圈的匝数比为n∶n'=IA∶I2=1∶20,解得I2=20A,线路上损失的电压ΔU=I2r=20×10V=200V,线路上功率的损耗ΔP=ΔUI2=200×20W=4000W=4kW,用户端的功率为P用=P出-ΔP=48kW-4kW=44kW,故A正确;升压变压器的输出电压U2=V=2400V,故B正确;降压变压器的输入电压U3=U2-ΔU=(2400-200)V=2200V,故C错误;如果用户电压为220V,则降压变压器的原、副线圈匝数比为,故D正确。
5.(理想变压器)(多选)(2022山东潍坊一模)如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0=800、n1=100和n2=400,原线圈串联一个电阻R0=8 Ω,并接入内阻不计的正弦交流电源,其电动势的有效值为E,两个副线圈分别接电阻R1、R2,R1=1 Ω,R2=16 Ω。开关S断开时,理想电流表读数为I1=4 A;开关S闭合时,理想电流表读数为I1'。不计线圈和导线电阻,则(　　)

A.E=32 V B.E=36 V
C.I1'=3.2 A D.I1'=3.6 A
答案 BD
解析 开关S断开时,电流表读数为I1=4A,且n0=800、n1=100,由得I0=0.5A,由,U1=I1R1=4V,可得U0=32V,故E=I0R0+U0=36V,A错误,B正确;开关S闭合时,由输出功率等于输入功率,可知P原=P副1+P副2,得U0'I0'=U1'I1'+U2'I2',即U0'=,由,得U1'=3.6V,故I1'==3.6A,C错误,D正确。
6.(理想变压器的动态分析)如图所示,变压器为理想变压器,电流表A1内阻不可忽略,其余的均为理想的电流表和电压表。a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动电阻器。将滑动变阻器的滑片沿c→d的方向滑动时,则下列说法正确的是(　　)

A.电压表V1、V2示数不变,V3示数变小
B.电压表V1、V2示数变小,V3示数变大
C.电流表A1、A2的示数都变大
D.电流表A1的示数变小,A2的示数变大
答案 C
解析 当滑片沿c→d滑动时,R连入电路的阻值变小,右边回路的等效电阻R右变小,根据欧姆定律(对原线圈回路)得I1=,故I1变大,所以A1示数变大,根据知I2变大,A2示数变大,D错误,C正确;V1示数U1=Uab-I1RA1,故V1示数变小,因,所以V2示数U2变小,V3示数U3=U2-I2R0,故V3示数变小,A、B错误。
素养综合练
7.图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1,电阻R=20 Ω,L1、L2为规格相同的两只小灯泡,S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦式交变电源,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(　　)

A.只断开S2后,原线圈的输入功率增大
B.输入电压u的表达式u=20sin 50πt(V)
C.若S1换接到2,原线圈的输入功率为1.6 W
D.若S1换接到2,R消耗的电功率为0.8 W
答案 D
解析 只断开S2后,负载电阻变为原来的2倍,副线圈电压不变,则副线圈的功率变小,即原线圈的输入功率变小,A错误;由题图乙知周期T=0.02s,ω=rad/s=100πrad/s,所以输入电压u的表达式应为u=20sin100πt(V),B错误;若S1换接到2,由,U1==20V,得电阻R电压有效值为4V,R消耗的电功率为P2=W=0.8W,而变压器两端的功率相等,则输入功率也为0.8W,C错误,D正确。
8.(多选)如图所示,变压器为理想变压器,副线圈中三个电阻的阻值大小关系为R1=R2=2r=2 Ω,电流表为理想交流电表,原线圈输入正弦式交变电流e=220sin 100πt(V),开关S断开时,电阻r消耗的电功率为100 W。下列说法正确的是(　　)

A.通过电阻r的电流方向每秒钟变化100次
B.开关S闭合前后,电流表的示数之比为2∶3
C.开关S闭合前后,电阻R1两端的电压之比为2∶3
D.变压器原、副线圈的匝数之比为22∶3
答案 ABD
解析 交变电流的频率为f==50Hz,知通过电阻r的电流方向每秒钟变化100次,A正确;开关S闭合之前,副线圈电路中电阻为3Ω,电流I2=,开关S闭合之后,副线圈电路中电阻2Ω,电流I2'=,开关S闭合前后副线圈中电流比为2∶3,根据得原线圈的电流I1=I2,可知开关S闭合前后,电流表的示数之比和副线圈的电流之比相同,是2∶3,B正确;开关S闭合之前,通过电阻R1的电流IR1=I2=,开关S闭合之后,通过电阻R1的电流IR1'=I2'=,开关S闭合前后,通过电阻R1的电流之比为4∶3,两端电压之比也为4∶3,C错误;开关S断开时,电阻r消耗的电功率为100W,可知副线圈中电流I2==10A,副线圈两端电压有效值U2=I2(R1+r)=30V,变压器原线圈两端电压有效值U1=220V,则变压器原、副线圈的匝数之比为,D正确。
9.如图所示,一个理想变压器原线圈的匝数为50,副线圈的匝数为100,原线圈两端接在光滑的水平平行导轨上,导轨间距为0.4 m。导轨上有一长度略大于导轨间距且垂直于导轨的导体棒,导轨与导体棒的电阻忽略不计,副线圈回路中电阻R1=5 Ω,R2=15 Ω,图中交流电压表为理想电压表。导轨所在空间有垂直于导轨平面向下、磁感应强度大小为1 T的匀强磁场。导体棒在水平外力的作用下运动,其速度随时间变化的关系式为v=5sin 10πt(m/s),则下列说法正确的是(　　)

A.R1的功率为0.2 W
B.电压表的示数为5 V
C.水平外力为恒力
D.变压器铁芯中磁通量变化率的最大值为0.04 Wb/s
答案 D
解析 导体棒切割磁感线产生感应电动势,由法拉第电磁感应定律可得E=BLv,代入数据得E=2sin10πt(V)。则原线圈两端电压的有效值为U1=V,原、副线圈的电压与匝数成正比,则,解得U2=2V,选项B错误;由欧姆定律可得副线圈回路中的电流为I2=A=A,则定值电阻R1的电功率为P1=R1=2×5W=0.1W,选项A错误;由导体棒的速度公式可知导体棒的运动为往复运动,则外力不可能为恒力,选项C错误;由以上计算可知,感应电动势的最大值为Em=2V,则由法拉第电磁感应定律E=n,得磁通量变化率最大值为Wb/s=0.04Wb/s,选项D正确。