2023版高考物理一輪復(fù)習(xí)第10章交流電及傳感器第2講理想變壓器電能的輸送課后限時訓(xùn)練新人教版選修3-2

PAGEPAGE2理想變壓器電能的輸送一、選擇題(此題共12小題，1～8題為單項選擇，9～12題為多項選擇)1．(2022·山東淄博一模)如下圖，一理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝5∶1，其原線圈接一交流電源，電壓u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，副線圈接一電動機(jī)，電阻為11Ω。假設(shè)電流表A2示數(shù)為1A，電表對電路的影響忽略不計，那么eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343132)(B)A．交流電的頻率為100Hz B．電動機(jī)輸出功率為33WC．電流表A1示數(shù)為5A D．變壓器原線圈的輸入功率為33W[解析]由ω＝100π＝2πf，解得f＝50Hz，A錯誤；由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)解得副線圈兩端的電壓U2＝44V，電動機(jī)的輸出功率P出＝U2I2－Ieq\o\al(2,2)R＝33W，B正確；由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，解得I1＝0.2A，C錯誤；變壓器原線圈的輸入功率P＝U1I1＝220×0.2W＝44W，D錯誤。2．(2022·江西吉水中學(xué)、崇仁一中、南城一中三校高三上學(xué)期第一次聯(lián)考)如下圖，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，b是原線圈中心的抽頭，電壓表和電流表均為理想電表，除R以外其余電阻不計。從某時刻開始在原線圈兩端加上交變電壓，其瞬時值表達(dá)式為u1＝220eq\r(2)sin100πt(V)。以下說法中正確的選項是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343133)(C)A．t＝eq\f(1,600)s時，電壓表的示數(shù)為220VB．t＝eq\f(1,60)s時，a、c兩點間電壓瞬時值為110VC．滑動變阻器滑片向上移，電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)減小D．單刀雙擲開關(guān)由a扳向b，電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)減小[解析]原線圈兩端電壓有效值為220V，由理想變壓器原、副線圈電壓之比等于匝數(shù)之比可得，副線圈兩端電壓有效值為22V，電壓表測量的是有效值，故A錯誤；t＝eq\f(1,600)s時，a、c兩點間電壓瞬時值為110eq\r(2)V，故B錯誤；滑動變阻器滑片向上移，接入電阻變大，副線圈兩端電壓由匝數(shù)比和輸入電壓決定，電壓表的示數(shù)不變，電流表示數(shù)減小，C正確；單刀雙擲開關(guān)由a扳向b，匝數(shù)比變小，匝數(shù)與電壓成正比，所以電壓表和電流表的示數(shù)均變大，故D錯誤。3．(2022·河北三市七校第二次聯(lián)考)圖示為含有理想變壓器的電路，圖中的三個燈泡L1、L2、L3都標(biāo)有“5V5W〞字樣，L4標(biāo)有“5V10W〞字樣。假設(shè)它們都能正常發(fā)光，那么原、副線圈的匝數(shù)比為eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343134)(B)A．1∶2 B．2∶1C．1∶1 D．4∶1[解析]L1、L2、L3的額定電流為I＝eq\f(P,U)＝1A，L4的額定電流為I′＝eq\f(P′,U)＝2A，四個燈泡均正常發(fā)光，原、副線圈的匝數(shù)比為eq\f(n1,n2)＝eq\f(I′,I)＝eq\f(2,1)，B正確。4．(2022·湖南師大附中、長沙市一中、長郡中學(xué)、雅禮中學(xué)四校聯(lián)考)如下圖是發(fā)電廠通過升壓變壓器進(jìn)行高壓輸電，接近用戶端時再通過降壓變壓器降壓給用戶供電的示意圖；圖中變壓器均可視為理想變壓器，圖中電表均為理想交流電表；設(shè)發(fā)電廠輸出的電壓一定，兩條輸電線總電阻用R0表示，變阻器R相當(dāng)于用戶用電器的總電阻，當(dāng)用電器增加時，相當(dāng)于R變小，那么當(dāng)用電進(jìn)入頂峰時eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343135)(C)A．電壓表V1、V2的讀數(shù)均不變，電流表A2的讀數(shù)增大，電流表A1的讀數(shù)減小B．電壓表V3、V4的讀數(shù)均減小，電流表A2的讀數(shù)增大，電流表A3的讀數(shù)減小C．電壓表V2、V3的讀數(shù)之差與電流表A2的讀數(shù)的比值不變D．線路損耗功率不變[解析]根據(jù)題意可知，電壓表V1、V2的示數(shù)不變，當(dāng)用電進(jìn)入頂峰時，電阻R減小，電流表A3的讀數(shù)增大，電流表A2、A1的讀數(shù)都增大，R0兩端電壓增大，電壓表V3讀數(shù)減小，電壓表V4的讀數(shù)也減小，A、B均錯誤；電壓表V2、V3的讀數(shù)之差與電流表A2的讀數(shù)的比值是R0的阻值，不變，C正確；線路損耗功率ΔP＝Ieq\o\al(2,2)R0增大，D錯誤。5．(2022·四川涼山二診)如圖為日常生活中常見的點火裝置原理圖，先將1.5V直流電壓通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為正弦交變電壓u＝6sinωt(V)，然后將其加在理想變壓器的原線圈n1上，當(dāng)副線圈n2兩端電壓到達(dá)12kV以上時放電針之間空氣被擊穿，從而引發(fā)電火花點燃?xì)怏w。根據(jù)以上信息以下說法正確的選項是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343136)(D)A．原線圈兩端所接交流電壓表的讀數(shù)為6VB．副線圈中交流電與原線圈中交流電頻率不相等C．要實現(xiàn)點火，那么副線圈與原線圈的匝數(shù)比至少大于eq\r(2)×103D．要實現(xiàn)點火，那么副線圈與原線圈的匝數(shù)比至少大于2000[解析]原線圈兩端所接交流電壓表的讀數(shù)為eq\f(6,\r(2))V＝3eq\r(2)V，A錯誤；變壓器不改變交流電的頻率，B錯誤；當(dāng)副線圈兩端電壓的最大值至少為12kV時，此時副線圈與原線圈的匝數(shù)比最小，eq\f(n2,n1)＝eq\f(12000,6)＝2000，C錯誤，D正確。6．(2022·河南信陽、三門峽一模)如下圖為一理想變壓器，其原線圈與副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝3∶1，a、b、c、d為4個完全相同的小燈泡，E為輸出電壓有效值恒定的交流電源，S為單刀雙擲開關(guān)。當(dāng)S向上閉合時，b、c、d三個小燈泡都能正常發(fā)光，那么當(dāng)S向下閉合時eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343137)(B)A．4個小燈泡都能正常發(fā)光B．4個小燈泡都比正常發(fā)光時要暗C．a(chǎn)能正常發(fā)光，b、c、d比正常發(fā)光時要暗D．b、c、d能正常發(fā)光，a比正常發(fā)光時要暗[解析]設(shè)燈泡的額定電壓為U，電源的電壓E＝3U，當(dāng)S向下閉合時，設(shè)b、c、d燈泡兩端的電壓為U′，燈泡中的電流為I，那么根據(jù)電流與匝數(shù)成反比可知a燈泡中的電流為I，那么a燈泡兩端的電壓為U′，那么E＝4U′，所以U′<U，燈泡兩端的實際電壓小于額定電壓，4個小燈泡都比正常發(fā)光時要暗，B正確。7．(2022·江西南昌一模)如下圖，甲圖中變壓器為理想變壓器，其原線圈接在u＝12eq\r(2)sin100πt(V)的交流電源上，副線圈與阻值R1＝2Ω的電阻接成閉合電路，電流表為理想電流表。乙圖中阻值R2＝32Ω的電阻直接接到u＝12eq\r(2)sin100πt(V)的交流電源上，結(jié)果電阻R1與R2消耗的電功率相等，那么eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343138)(D)A．通過電阻R1的交變電流的頻率為0.02HzB．電阻R1消耗的電功率為9WC．電流表的示數(shù)為6AD．變壓器原、副線圈匝數(shù)比為4∶1[解析]由u＝12eq\r(2)sin100πt(V)可知：ω＝100π＝2πf，解得f＝50Hz，A錯誤；因為R1、R2消耗的功率相等，設(shè)R1兩端的電壓為U1，eq\f(U\o\al(2,1),R1)＝eq\f(U2,R2)，解得U1＝3V，由理想變壓器電壓與匝數(shù)成正比得變壓器原、副線圈匝數(shù)比為4∶1，D正確；R1上的電流I1＝eq\f(U1,R1)＝1.5A，電阻R1消耗的電功率P＝eq\f(U\o\al(2,1),R1)＝4.5W，B、C錯誤。8．(2022·湖南省五市十校高三聯(lián)考)如下圖，理想變壓器原、副線圈中分別接有電阻R1、R2，R1＝R2＝10Ω，原、副線圈的匝數(shù)之比N1∶N2＝2∶1，R2兩端電壓為10V，那么R1兩端的電壓為eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343139)(A)A．5V B．10VC．15V D．20V[解析]設(shè)R1兩端的電壓為UR1，原、副線圈回路中電流分別為I1、I2，由理想變壓器的電流關(guān)系I1∶I2＝N2∶N1，而I1＝eq\f(UR1,R1)，I2＝eq\f(U2,R2)，聯(lián)立以上三式并代入數(shù)據(jù)得UR1＝5V，所以選項A正確。9．(2022·山西運城期末)如下圖，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(\r(2),2)T，單匝矩形線圈面積S＝1m2，電阻r＝10Ω，繞垂直于磁場的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動。線圈通過電刷與一理想變壓器原線圈相接。V為理想交流電壓表，A1、A2為理想交流電流表，L1、L2為兩個完全相同的電燈泡，燈泡上標(biāo)有“20V20W〞且均正常發(fā)光，電流表A1的示數(shù)為1A。那么以下說法正確的選項是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343140)(AC)A．電流表A1、A2的示數(shù)之比為1∶2B．理想電壓表原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶2C．線圈勻速轉(zhuǎn)動的角速度ω＝100rad/sD．電壓表的示數(shù)為40eq\r(2)V[解析]變壓器副線圈兩端的電壓U2＝20V，副線圈中的電流I2＝2×eq\f(PL,UL)＝2A，所以電流表A1和A2的示數(shù)之比為1∶2。A正確；原、副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)＝eq\f(I2,I1)＝eq\f(2,1)，B錯誤；原線圈兩端的電壓為U1，那么U1＝2U2＝40V，電壓表的示數(shù)為40V，D錯誤；線圈產(chǎn)生的電動勢為E＝U1＋I(xiàn)1r＝50V，電動勢的最大值Em＝BSω，解得ω＝eq\f(Em,BS)＝eq\f(50\r(2),\f(\r(2),2)×1)rad/s＝100rad/s，C正確。10．(2022·江西名校學(xué)術(shù)聯(lián)盟第一次調(diào)研)如圖甲所示，空間中存在一水平方向的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T，一矩形線圈繞水平中心軸P勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角速度ω＝10eq\r(2)rad/s，線圈面積S＝0.3m2。匝數(shù)n＝4，現(xiàn)把甲圖產(chǎn)生的交流電加在乙圖的a線圈兩端，鐵芯上的另一線圈b與一個標(biāo)有“12V9W〞的小燈泡相連。線圈a與b的匝數(shù)之比為1∶2。甲圖中的矩形線圈從圖示位置運動開始計時，不計所有導(dǎo)線的電阻。那么eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343141)(BD)A．線圈轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e＝6eq\r(2)sin10eq\r(2)t(V)B．線圈繞P轉(zhuǎn)動時的電動勢等于繞另一平行于P軸的Q軸轉(zhuǎn)動時的電動勢C．小燈泡恰好正常發(fā)光D．小燈泡不能正常發(fā)光[解析]線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與線圈的形狀和轉(zhuǎn)軸的位置無關(guān)，與線圈匝數(shù)、面積、磁感應(yīng)強(qiáng)度、線圈轉(zhuǎn)動的角速度和計時的起點位置有關(guān)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e＝nBSωcosωt，故e＝6eq\r(2)cos10eq\r(2)t(V)，故A選項錯誤，B選項正確；不計導(dǎo)線的電阻，加在a線圈兩端的電壓有效值為6V，而這里鐵芯不閉合，a、b線圈的磁通量應(yīng)是a線圈的大于b線圈的，故有u1＝naeq\f(ΔΦa,Δt)>u2＝nbeq\f(ΔΦb,Δt)，得u2<12V，小燈泡不能正常發(fā)光，故C選項錯誤，D選項正確。11．(2022·河南省鄭州市第一次質(zhì)量檢測)如下圖為一個小型電風(fēng)扇的電路簡圖，其中理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為n∶1，原線圈接電壓為U的交流電源，輸出端接有一只電阻為R的燈泡L和交流風(fēng)扇電動機(jī)D，電動機(jī)線圈電阻為r。接通電源后，電風(fēng)扇正常運轉(zhuǎn)，測出通過副線圈的電流為I，那么以下說法正確的選項是eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343142)(AD)A．理想變壓器的輸入功率為eq\f(UI,n)B．風(fēng)扇電動機(jī)D中的電流為eq\f(U,nr)C．風(fēng)扇電動機(jī)D輸出的機(jī)械功率為eq\f(U,n)(I－eq\f(U,nR))D．假設(shè)電風(fēng)扇由于機(jī)械故障被卡住，那么通過原線圈的電流為eq\f(UR＋r,n2Rr)[解析]根據(jù)原、副線圈電流與匝數(shù)成反比可知原線圈中電流為I1＝eq\f(I,n)，根據(jù)P＝UI可知理想變壓器輸入功率P1＝UI1＝eq\f(UI,n)，A正確；根據(jù)原、副線圈電壓與匝數(shù)成正比可知副線圈兩端電壓U2＝eq\f(U,n)，風(fēng)扇電動機(jī)D是非純電阻元件，故風(fēng)扇電動機(jī)中電流I22＝I－eq\f(U2,R)＝I－eq\f(U,nR)≠eq\f(U,nr)，B錯誤；風(fēng)扇電動機(jī)輸出機(jī)械功率為P22＝U2I22－Ieq\o\al(2,22)r，C錯誤；假設(shè)電風(fēng)扇被卡住，那么電風(fēng)扇只是一個純電阻r，副線圈電路電阻為R2＝eq\f(Rr,R＋r)，原、副線圈的功率相等，有eq\f(U\o\al(2,2),R2)＝I11U，解得I11＝eq\f(UR＋r,n2Rr)，D正確。12．(2022·湖北武漢武昌區(qū)元月調(diào)研)如圖為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器T1的原、副線圈匝數(shù)之比為n1∶n2＝1∶10，在T1的原線圈兩端接入一正弦交流電，輸電線的總電阻為2r＝2Ω，降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)之比為n3∶n4＝10∶1，假設(shè)T2的“用電設(shè)備〞兩端的電壓為U4＝200V且“用電設(shè)備〞消耗的電功率為10kW，不考慮其他因素的影響，那么eq\x(導(dǎo)學(xué)號51343143)(ABC)A．T1的副線圈兩端電壓的最大值為2022eq\r(2)VB．T2的原線圈兩端的電壓為2000VC．輸電線上損失的電功率為50WD．T1的原線圈輸入的電功率為10.1kW[解析]eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)，解得U3＝2000V，“用電設(shè)備〞中的電流I4＝eq\f(P,U4)＝eq\f(10kW,200)＝50A，輸電線上的電流I2＝I3＝eq\f(I4,10)＝5A，輸電線上損失的電壓為ΔU＝I2·2r＝10V，升壓變壓器副線圈兩端的電壓U2＝U3＋ΔU＝2022V，T1的副線圈兩端電壓的最大值為2022eq\r(2)V，A、B正確；輸電線上損失的電功率ΔP＝Ieq\o\al(2,2)·2r＝50W，C正確；T1的原線圈輸入的電功率為P′＝P＋ΔP＝10000W＋50W＝10050W，D錯誤。二、非選擇題13．發(fā)電機(jī)的端電壓為220V，輸出電功率為44kW，輸電導(dǎo)線