2020年高考物理一轮复习《交变电流变压器问题》练习

高频考点强化(十)交变电流、变压器问题

(45分钟100分)

选择题(本题共15小题,共100分。1～10题为单选题,11～15题为多选题,1～10题每小题6分,11～15题每小题8分)

1.如图甲所示,交流发电机的矩形金属线圈abcd的匝数n=100,线圈的总电阻r=5.0 Ω,线圈位于匀强磁场中,且线圈平面与磁场方向平行。线圈的两端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F(集流环)焊接在一起,并通过电刷与阻值R=95 Ω的定值电阻连接。现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OO′以一定的角速度匀速转动。穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的图象如图乙所示。若电路其他部分的电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。则下列说法中正确的是( )

A.线圈匀速转动的角速度为100 rad/s

B.线圈中产生感应电动势的最大值为100 V

C.线圈中产生感应电动势的有效值为100 V

D.线圈中产生感应电流的有效值为 A

【解析】选D。由图知T=π×10-2 s,则ω==2×100 rad/s,故A项错误;交流发电机产生电动势的最大值E m=nBSω,而Φm=BS,ω=,所以E m=,由Φ-t图线可知:Φm=1.0×10-2 Wb,T=π×10-2s 所以E m=200 V,交流发电机产生的电动势最大值为200 V,故B项错误;电动势的有效值E==100 V,故C

项错误;由闭合电路的欧姆定律,电路中电流的有效值为I== A= A,故D项正确。

2.如图所示,在同一水平面内有两根足够长的光滑水平金属导轨,间距为

20 cm,电阻不计,其左端连接一阻值为10 Ω的定值电阻。两导轨之间存在着磁感应强度为1 T的匀强磁场,磁场边界虚线由多个正弦曲线的半周期衔接而成,磁场方向如图。一电阻阻值为10 Ω的导体棒AB 在外力作用下以10 m/s的速度匀速向右运动,交流电压表和交流电流表均为理想电表,则( )

A.电流表的示数是 A

B.电压表的示数是2 V

C.导体棒运动到图示虚线CD位置时,电流表示数为零

D.导体棒上消耗的热功率为0.1 W

【解析】选D。回路中产生的感应电动势的最大值为E m=BLv=1×20×10-2×

10 V=2 V,则电动势的有效值E==2 V,电压表测量R两端的电压,则U=E=1 V,电流表

的示数为有效值,为I== A=0.1 A,故A、B项错误;电流表示数为有效值,一直为0.1 A,故C项错误;导体棒上消耗的热功率P=I2R=0.01×10 W=0.1 W,D项正确。

3.(2018·赣州模拟)匝数为100匝的线圈通有如图所示的交变电流(图中曲线为余弦曲线的一部分),单匝线圈电阻r=0.02 Ω,则在0～10 s内线圈产生的焦耳热为 ( )

A.80 J

B.85 J

C.90 J

D.125 J

【解析】选B。根据有效值的定义方法可知:R×+22×R×=I2RT,解得:I= A,总电阻为

r=100×0.02Ω=2 Ω;则10 s内产生的焦耳热为Q=I2rt= ×2×10 J=85 J。

【加固训练】

(2018·成都模拟)一个匝数为100匝,电阻为2 Ω的闭合线圈处于某一磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,从某时刻起穿过线圈的磁通量按图示规律变化。则线圈中产生交变电流的有效值为( )

A. A

B.0.6 A

C. A

D.0.5 A

【解析】选A。0～1 s内的磁通量变化率为K1= Wb/s=0.01 Wb/s,则感应电动势E1==1 V,1～

1.2 s内的磁通量变化率为K2= Wb/s=0.05 Wb/s,则感应电动势E2==5 V,对一个定值电阻,在一个周期内产生的热量:Q=Q1+Q2=×

1 J+×0.

2 J=

3 J,根据交流电有效值的定义:Q=I2RT,得:I= A。故选A。

4.(2018·武汉模拟)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2= 10∶1,a、b两点间的电压为

u=220sin100πt(V),R为可变电阻,P为额定电流为1 A、用铅锑合金制成的保险丝。为使保险丝中的电流不超过1 A,可变电阻R连入电路的最小阻值是( )

A.2.2 Ω

B.2Ω

C.22 Ω

D.22Ω

【解析】选A。原线圈输入电压的有效值U1= V=220 V,根据电压与匝数成正比:=,代入数据解得:U2=U1=×220 V=22 V,原线圈的最大输入功率为P1=U1I=220×1 W=220 W,输出功率等于输入功率

P2=P1=220 W,输出功率:P2=,解得:R==Ω=2.2 Ω,故A项正确,B、C、D项错误。

5.(2018·郑州模拟)如图所示为一个小型电风扇的电路简图,其中理想变压器的原、副线圈的匝数比为n,原线圈接电压为U的交流电源,输出端接有一只电阻为R的灯泡L和交流电风扇电动机D,电动机线圈电阻为r。接通电源后,电风扇正常运转,测出通过风扇电动机的电流为I,则下列说法正确的是( )

A.理想变压器的输入功率为

B.灯泡L中的电流为

C.风扇电动机D输出的机械功率为(I-)

D.若电风扇由于机械故障被卡住,则通过原线圈的电流为

【解析】选D。理想变压器的原、副线圈的匝数比为n,原线圈接电压为U的交流电源,则输出端电压为,灯泡L中的电流为,而电动机的输入功率为,故A、B项错误;电动机D的输入功率为,而电动机的线圈电阻消耗的功率为I2r,则电动机D的机械功率为-I2r,故C项错误;若电风扇由于机械故障被卡住可

视为纯电阻,两电阻并联,则根据欧姆定律变压器原理=可知,通过原线圈的电流为,故D 项正确。

6.(2018·邯郸模拟)如图所示,一理想变压器原副线圈的匝数比n1∶n2=4∶1,变压器原线圈通过一理想电流表A接u=220sin100πt(V)的正弦交流电,副线圈接有三个规格相同的灯泡和两个二极管,已知两二极管的正向电阻均为零,反向电阻均为无穷大,不考虑温度对灯泡电阻的影响,用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为U ab和U cd,下列分析正确的是()

A.U ab=220 V,U cd=55 V

B.流经L1的电流是流经电流表的电流的2倍

C.若其中一个二极管被短路,电流表的示数将不变

D.若通电1小时,L1消耗的电能等于L2、L3消耗的电能之和

【解析】选D。根据变压器原理可知流经L1的电流是流经电流表的电流的4倍,副线圈两端电压为原线圈两端电压的四分之一,即55 V,但cd间电压不等于副线圈电压,故A、B项错误;若其中一个二极管被短路,副线圈电路发生变化,原线圈电流表的示数也要发生变化,故C项错误;根据题意可知,L2、L3必有一个断路,

则其中一个与L1串联,灯泡规格相同,由W=I2Rt知D项正确。

7.(2018·九江模拟)甲、乙两个完全相同的变压器接在如图交流电路中,两负载电阻的阻值之比R甲∶R乙=3∶1,甲变压器原线圈上电压为U甲,副线圈上电流为

I甲;乙变压器原线圈上电压为U乙,副线圈上电流为I乙,则有( )

A.U甲=U乙,I甲=I乙

B.U甲=3U乙,I甲=I乙

C.U甲=U乙,I甲=3I乙