【創(chuàng)新設計】高中物理教科版選修3-2-對點練習-第二章-交變電流2.9

變壓器基本規(guī)律的應用1.圖2－9－6如圖2－9－6所示，Q是熔斷電流為1A的保險絲，R為用電器，抱負變壓器的原副線圈的匝數比為n1∶n2＝2∶1.原線圈的電壓為u＝220eq\r(2)sin(100πt)V．要使保險絲不熔斷，R的阻值肯定()A．不能小于55ΩB．不能大于55ΩC．不能小于77ΩD．不能大于77Ω答案A解析保險絲原理是電流熱效應，應當用電流有效值．由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得：U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(1,2)×220V＝110V，由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)得：I2＝eq\f(n1,n2)I1＝eq\f(2,1)×1A＝2A，所以Rmin＝eq\f(U,I)＝55Ω，故A正確．變壓器電路的動態(tài)問題分析2．如圖2－9－7所示，M是一小型抱負變壓器，接線柱a、b接在電壓u＝311sin(314t)V的正弦溝通電源上，變壓器右側部分為一火警報警系統原理圖，其中R2為用半導體熱敏材料制成的傳感器，電流表A2為值班室的顯示器，顯示通過R1的電流，電壓表V2顯示加在報警器上的電壓(報警器未畫出)，R3為肯定值電阻．當傳感器R2所在處消滅火警時，以下說法中正確的是()圖2－9－7A．A1的示數不變，A2的示數增大B．V1的示數不變，V2的示數減小C．V1的示數增大，V2的示數增大D．A1的示數增大，A2的示數增大答案B解析溫度上升則R2減小而報警，即輸出功率增大．3．如圖2－9－8所示，抱負變壓器原、副線圈匝數之比為1∶5,原線圈兩端的交變電壓為u＝20eq\r(2)sin100πtV．氖泡在兩端電壓達到100V時開頭發(fā)光．下列說法中正確的有()圖2－9－8A．開關接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100HzB．開關接通后，電壓表的示數為100VC．開關斷開后，電壓表的示數變大D．開關斷開后，變壓器的輸出功率不變答案AB解析變壓器不能轉變交變電流的頻率，T＝eq\f(2π,ω)＝eq\f(2π,100π)s＝0.02s，f＝eq\f(1,T)＝50Hz.由于一個周期內氖泡發(fā)光2次，故開關接通后氖泡的發(fā)光頻率為100Hz，A項正確；電壓表的示數代表有效值，U1＝eq\f(20\r(2),\r(2))V＝20V，U2＝eq\f(n2,n1)U1＝100V，B項正確；不論開關是否斷開，電壓表示數不變，C項錯誤；開關斷開后，變壓器的輸出功率減小，D項錯誤．遠距離輸電問題4．一臺發(fā)電機最大輸出功率為4000kW，電壓為4000V，經變壓器T1升壓后向遠方輸電，輸電線路總電阻R＝1kΩ，到目的地經變壓器T2降壓，負載為多個正常發(fā)光的燈泡(220V，60W)．若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機輸出功率的10%，變壓器T1和T2的耗損可忽視，發(fā)電機處于滿負荷工作狀態(tài)，則()A．T1原、副線圈電流分別為103A和20AB．T2原、副線圈電壓分別為1.8×105V和220VC．T1和T2的變壓比分別為1∶50和40∶1D．有6×104盞燈泡(220V、60W)正常發(fā)光答案ABD解析依據題意畫出輸電線路示意圖如圖所示．對升壓變壓器有P1＝U1I1，可知I1＝103A，由輸電線上消耗的功率ΔP＝Ieq\o\al(2,2)R線＝400kW，可知輸電線上電流為I2＝20A，A項正確；T1的變壓比為I2∶I1＝1∶50；依據P＝U2I2得U2＝2×105V，輸電線上電壓ΔU＝I2R線＝20000V，則副線圈輸入電壓為U3＝U2－U線＝1.8×105V，又燈泡正常發(fā)光，可知副線圈電壓U4為220V，B項正確；T2的變壓比為n3∶n4＝U3∶U4＝1.8×105∶220，C項錯誤；降壓變壓器的輸入功率等于輸出功率P3＝P4＝U3I2＝60W·n，解得n＝6×104，D項正確．

(時間：60分鐘)題組一變壓器基本規(guī)律的應用1．如圖2－9－9所示，抱負變壓器的原線圈的輸入電壓u＝220sin(100πt)V，原、副線圈的匝數比為n1∶n2＝10∶1電阻R的阻值為100Ω，則1s內電阻R上產生的焦耳熱為()圖2－9－9A．484JB．242JC．2.42JD．1.21J答案D解析每個周期內只有半個周期有電流通過R.由U1∶U2＝n1∶n2，得U2＝22V，又因電流的熱效應用其電壓有效值，eq\f(U′2,R)·T＝eq\f(（\f(U2,\r(2))）2,R)·eq\f(T,2)可得U2′＝11V，由Q＝eq\f(U2′2,R)t＝eq\f(112,100)×1J＝1.21J.2．如圖2－9－10所示，抱負變壓器原、副線圈的匝數之比n1∶n2＝10∶1，輸出端電阻R＝50Ω，把原線圈接入“220V，50Hz”的正弦溝通電時(電表為抱負電表)()圖2－9－10A．當X為電流表時，若電阻R增大，則原線圈中的電流將增大B．當X為電流表時，電壓表V的示數為22VC．當X為電流表時，電流表的示數為0.44eq\r(2)AD．當X為二極管時，電壓表V的示數為11V答案B解析若使電阻R增大，副線圈中的電流變小，原線圈中的電流也變小，A項錯誤；依據公式eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，解得U2＝22V，電壓表測量的電壓為有效值，所以電壓表V的示數為22V，B項正確；當X為電流表時，電流表的示數為I2＝eq\f(U2,R)＝eq\f(22,50)A＝0.44A，C項錯誤；當X為二極管時，在一個周期內只有半個周期的時間有電流通過，此時由eq\f(U2,R)T＝eq\f(（22）2,R)·eq\f(T,2)，解得U＝11eq\r(2)V，D項錯誤．3．如圖2－9－11甲所示，抱負變壓器原、副線圈的匝數比為10∶1，R1＝20Ω，R2＝30Ω，C為電容器．已知通過R1的正弦交變電流如圖乙所示，則()圖2－9－11A．交變電流的頻率為0.02HzB．原線圈輸入電壓的最大值為200eq\r(2)VC．電阻R2的電功率約為6.67WD．通過R3的電流始終為零答案C解析周期T＝0.02s，f＝eq\f(1,T)＝50Hz，A錯；U輸出＝eq\f(Im,\r(2))×R1＝10eq\r(2)V，U輸入＝eq\f(n1,n2)U輸出＝100eq\r(2)V，輸入電壓最大值Um＝eq\r(2)U輸出＝200V，B錯；U1＝eq\f(Im,\r(2))R1＝10eq\r(2)V，U2＝U1，P2＝eq\f(Ueq\o\al(2,2),R2)＝eq\f(20,3)W≈6.67W，C對；電容器通溝通，隔直流，I3≠0，D錯．4．如圖2－9－12甲所示是某燃氣爐點火裝置的原理圖．轉換器將直流電壓轉換為圖乙所示的正弦交變電壓，并加在一抱負變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數分別為n1、n2，為溝通電壓表．當變壓器副線圈電壓的瞬時值大于5000V時，就會在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進而點燃氣體．以下推斷正確的是()圖2－9－12A．電壓表的示數等于5VB．電壓表的示數等于eq\f(5,\r(2))VC．實現點火的條件是eq\f(n2,n1)>1000D．實現點火的條件是eq\f(n2,n1)<1000答案BC解析由u－t圖像可知最大電壓值為5V，故有效值為eq\f(5,\r(2))V，溝通電壓表測量的是有效值，A錯，B對；由變壓器電壓與線圈匝數的關系可知，U2＝eq\f(n2,n1)U1＝5eq\f(n2,n1)，當變壓器副線圈電壓的瞬時值大于5000V，即5eq\f(n2,n1)>5000，所以eq\f(n2,n1)>1000，C對，D錯．5．如圖2－9－13所示，一只抱負變壓器原線圈與頻率為50Hz的正弦交變電源相連，兩個阻值均為20Ω的電阻串聯后接在副線圈的兩端，圖中的電流表、電壓表均為抱負溝通電表，原、副線圈分別為200匝和100匝，電壓表的示數為5V．則()圖2－9－13A．電流表的讀數為0.5AB．流過電阻的交變電流的頻率為100HzC．交變電源的輸出電壓的最大值為20eq\r(2)VD．交變電源的輸出功率為2.5W答案CD解析依據歐姆定律可得副線圈中的電流I2＝eq\f(U2,R)＝0.25A，依據抱負變壓器原、副線圈中的電流與匝數的關系eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，可解得I1＝0.125A，A錯誤；抱負變壓器原、副線圈中的交變電流的頻率相同，都為50Hz，B錯誤；副線圈輸出電壓的有效值為10V，依據正弦交變電流的最大值和有效值的關系可得其最大值應為U2m＝10eq\r(2)V，原、副線圈電壓比為eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，可得交變電源輸出電壓的最大值為U1m＝20eq\r(2)V，C正確；對于抱負變壓器，交變電源的輸出功率等于變壓器副線圈負載消耗的功率，P＝2×eq\f(52,20)W＝2.5W，故D正確．題組二變壓器電路的動態(tài)分析圖2－9－146．如圖2－9－14所示電路中的變壓器為抱負變壓器，S為單刀雙擲開關．P是滑動變阻器R的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的交變電壓，I1、I2分別為原線圈和副線圈中的電流．下列說法正確的是()A．保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則R上消耗的功率減小B．保持P的位置及U1不變，S由a切換到b，則I2減小C．保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則I1增大D．保持U1不變，S接在b端，將P向上滑動，則I1減小答案BC解析保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則副線圈匝數增加，輸出電壓增大，輸出功率增大，則輸入功率隨之增大，故A錯，C對；S由a切換到b，副線圈匝數減小，輸出電壓減小，則輸出電流減小，B對；只是將P上滑，R減小，I2增大，由I1＝eq\f(n2I2,n1)可知I1增大，則D錯．圖2－9－157．如圖2－9－15所示為一抱負變壓器，K為單刀雙擲開關，P為滑動變阻器的滑動觸頭，U1為加在原線圈的電壓，則()A．保持U1及P的位置不變，K由a合到b時，I1將增大B．保持P的位置及U1不變，K由b合到a時，R消耗功率將減小C．保持U1不變，K合在a處，使P上滑，I1將增大D．保持P的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大答案ABD解析K由a合到b時，n1減小而U1不變，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知副線圈上電壓U2增大，負載R的電流I2增大，P2增大，又由于P1＝P2＝U1I1，故I1增大，A項正確．同理K由b合到a時，P2減小，B項正確；P上滑時，負載電阻R增大，而U1、U2均不變，由I2＝eq\f(U2,R)可知I2減小，又由于n1、n2均不變，由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知I1將減小，故C項錯誤；當U1增大時，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知U2也增大，I2＝eq\f(U2,R)增大，再由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知I1增大，故D項正確．8．如圖2－9－16所示，為探究抱負變壓器原、副線圈電壓、電流的關系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦溝通電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分別接了抱負溝通電壓表V1、V2和抱負溝通電流表A1、A2，導線電阻不計．當開關S閉合后()圖2－9－16A．A1示數變大，A1與A2示數的比值不變B．A1示數變大，A1與A2示數的比值變大C．V2示數變小，V1與V2示數的比值變大D．V2示數不變，V1與V2示數的比值不變答案AD解析電源電壓有效值不變，所以V1示數不變，原、副線圈的電壓之比等于匝數之比，匝數之比不變，故V2示數不變，V1與V2示數的比值也不變，所以C錯誤，D正確；當開關S閉合后，副線圈電路中的電阻減小，由于電壓不變，所以副線圈電路中的電流增大，A2的示數增大，原、副線圈的電流之比等于匝數反比，匝數之比不變，A1與A2示數的比值不變，A1的示數也增大，所以A正確，B錯誤．9．如圖2－9－17所示，一抱負變壓器原線圈接入一溝通電源，副線圈電路中R1、R2、R3和R4均為固定電阻，開關S是閉合的.eq\a\vs4\al(○V1)和eq\a\vs4\al(○V2)為抱負溝通電壓表，讀數分別為U1和U2；eq\a\vs4\al(○A1)、eq\a\vs4\al(○A2)和eq\a\vs4\al(○A3)為抱負溝通電流表，讀數分別為I1、I2和I3.現斷開S，U1數值不變，下列推斷中正確的是()圖2－9－17A．U2變小、I3變小B．U2不變、I3變大C．I1變小、I2變小D．I1變大、I2變大答案BC解析由U2＝eq\f(n2,n1)U1得U1不變，U2就不變；S斷開，R總增大，U2不變，則I2變小，由I1＝eq\f(n2,n1)I2得I1也變??；I2變小，加在R1兩端的電壓變小，由UR3＝U2－UR1，得UR3增大，所以I3變大．10．為保證用戶電壓穩(wěn)定在220V，變電所需適時進行調壓，圖2－9－18甲為變壓器示意圖．保持輸入電壓u1不變，當滑動接頭P上下移動時可轉變輸出電壓．某次檢測得到用戶電壓u2隨時間t變化的曲線如圖乙所示．以下正確的是()圖2－9－18A．u2＝190eq\r(2)sin(50πt)VB．u2＝190eq\r(2)sin(100πt)VC．為使用戶電壓穩(wěn)定在220V，應將P適當下移D．為使用戶電壓穩(wěn)定在220V，應將P適當上移答案BD解析由電壓u2隨時間t變化的曲線可知，用戶電壓的最大值是190eq\r(2)V，周期是2×10－2s，所以u2＝190eq\r(2)sin(100πt)V，A錯誤，B正確；依據eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)，n1減小，U2增大，因此為使用戶電壓穩(wěn)定在220V，應將P適當上移，C錯誤，D正確．11．調壓變壓器就是一種自耦變壓器，它的構造如圖2－9－19所示．線圈AB繞在一個圓環(huán)形的鐵芯上，CD之間加上輸入電壓，轉動滑動觸頭P就可以調整輸出電壓，圖中eq\a\vs4\al(○A)為溝通電流表，eq\a\vs4\al(○V)為溝通電壓表，R1、R2為定值電阻，R3為滑動變阻器，CD兩端接恒壓溝通電源，變壓器可視為抱負變壓器，以下說法正確的是()圖2－9－19A．當滑動觸頭P逆時針轉動時，電流表讀數變大，電壓表讀數變大B．當滑動觸頭P逆時針轉動時，電流表讀數變小，電壓表讀數變大C．當滑動變阻器滑動觸頭向下滑動時，電流表讀數變小，電壓表讀數變大D．當滑動變阻器滑動觸頭向下滑動時，電流表讀數變大，電壓表讀數變小答案AD解析當滑動觸頭P逆時針轉動時，相當于增加了副線圈的匝數，而原線圈匝數保持不變，依據eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知，輸出電壓增大，其它因素不變時，電壓表讀數變大，電流表讀數變大．當線圈匝數不變化而將滑動變阻器滑動觸頭向下滑動時，輸出電壓不變，總電阻減小，則總電流增大，R1兩端電壓增大，R2兩端電壓減小，流過R2的電流減小，因此，流過R3的電流增大，電流表示數變大．題組三遠距離輸電問題12．中國已投產運行的1000kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程．假設甲、乙兩地原接受500kV的超高壓輸電，輸電線上損耗的電功率為P.在保持輸送電功率和輸電線電阻都不變的條件下，現改用1000kV特高壓輸電，若不考慮其他因素的影響，則輸電線上損耗的電功率將變?yōu)?)A.eq\f(P,4)B.eq\f(P,2)C．2PD．4P答案A解析由P＝UI可知當輸出電壓由500