【物理】2020届一轮复习人教版第23讲　交变电流作业

【物理】2020届一轮复习人教版第23讲　交变电流作业

第23讲　交变电流 A组　基础题组 ‎1.(多选)理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,以下说法中正确的是(　　)‎ A.穿过原、副线圈每一匝磁通量之比是10∶1‎ B.穿过原、副线圈每一匝磁通量的变化率相等 C.原、副线圈每一匝产生的电动势瞬时值之比为10∶1‎ D.正常工作时原、副线圈的输入、输出功率之比为1∶1‎ 答案　BD　对于理想变压器,认为无磁通量损失,因而穿过两个线圈每一匝的磁通量相同,磁通量的变化率相同,每匝线圈产生的感应电动势相等,电压与匝数成正比。理想变压器没有能量损失,故输入功率等于输出功率。‎ ‎2.矩形线圈匝数为50匝,在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图所示,则(　　)‎ A.电动势的最大值是157 V B.在t=0.1 s和t=0.3 s时,电动势最大 C.在t=0.1 s和t=0.3 s时,线圈与中性面垂直 D.t=0.4 s时,磁通量变化率达最大,其值为157 Wb/s 答案　A　由题图得,Φm=0.2 Wb、T=0.4 s,据Em=NBSω=NΦm·‎2πT,可得Em=50×0.2×‎2π‎0.4‎ V≈157 V,故A项正确。在t=0.1 s和t=0.3 s时,线圈中磁通量最大,线圈处于中性面位置,磁通量的变化率为零,感应电动势为零,故B、C错误。t=0.4 s时,线圈中磁通量为零,此时刻磁通量的变化率达最大,且此时刻ΔΦΔt=Emn=3.14 Wb/s,故D项错误。‎ ‎3.如图所示,L1、L2和L3是完全相同的灯泡,L1与电容器C串联,L2与带铁芯的线圈L串联,L3与一个定值电阻R串联。当a、b间接电压有效值为U、频率为f的正弦式交流电源时,三只灯泡的亮度相同。现在a、b间接另一正弦式交流电源,发现灯泡L1变亮、L2变暗、L3亮度不变。由此可知,另一正弦式交流电源可能是(　　)‎ A.电压有效值仍为U,而频率大于f B.电压有效值大于U,而频率大于f C.电压有效值仍为U,而频率小于f D.电压有效值小于U,而频率大于f 答案　A　当将a、b接在电压有效值为U、频率为f的正弦交流电源两极之间时,三只灯泡都发光,且亮度相同,而更换另一正弦式交流电源后,发现灯泡L1变亮、L2变暗、L3亮度不变,则说明另一正弦式交流电源的频率大,但电压值有效值仍不变,故A正确,B、C、D错误。‎ ‎4.钳形电流表的外形和结构如图甲所示。图甲中电流表的读数为0.9 A。图乙中用同一电缆线绕了3匝,则(　　)‎ A.这种电流表能测直流电流,图乙的读数为0.9 A B.这种电流表能测交变电流,图乙的读数为0.3 A C.这种电流表能测交变电流,图乙的读数为2.7 A D.这种电流表既能测直流电流,又能测交变电流,图乙的读数为2.7 A 答案　C　由于变压器工作原理是通过原线圈的电流发生变化,则原线圈产生的磁场发生变化,故穿过副线圈的磁通量发生变化,从而在副线圈中产生感应电流,故这种电流表只能测交流电流;根据输入功率和输出功率的关系有P1=P2,即U1I1=U2I2,而理想变压器原副线圈每一匝线圈的电动势相等,即U‎1‎n‎1‎=U‎2‎n‎2‎=ΔΦΔt,所以I‎1‎I‎2‎=n‎2‎n‎1‎,当n1=1,I2=0.9 A时,I‎1‎‎0.9A=n‎2‎‎1‎;当n1=3时,I‎1‎I‎2‎‎'‎=n‎2‎‎3‎,解得I2'=2.7 A,即题图乙中电流表的读数为2.7 A。故选C。‎ ‎5.(多选)在某交流电路中,有一正在工作的变压器,原、副线圈的匝数分别为n1=600匝、n2=120匝,电源的电压为U=311 sin 100πt(V),原线圈中串联一个额定电流为0.2 A的保险丝,为保证保险丝不被烧毁,则(　　)‎ A.副线圈电流的最大值不能超过1 A B.副线圈电流的有效值不能超过1 A C.无论副线圈电流有多大,保险丝总不会被烧毁 D.负载功率不能超过44 W 答案　BD　原线圈中串联一个额定电流为0.2 A的保险丝,则原线圈中电流的有效值I1≤0.2 A;据I1∶I2=n2∶n1可得,副线圈电流的有效值I2≤1 A,故A项错误,B项正确。副线圈电流的有效值I2>1 A时,原线圈中电流的有效值I1>0.2 A,保险丝会被烧毁,故C项错误。由题意得,原线圈两端电压有效值U1=‎311‎‎2‎ V≈220 V,据U1∶U2=n1∶n2可得,副线圈两端电压有效值U2=44 V,则负载功率P2=U2I2≤44×1 W=44 W,故D项正确。‎ ‎6.(多选)某电站用11 kV交变电压输电,输送功率一定,输电线的电阻为R。现若用变压器将电压升高到220 kV送电,下列选项正确的是(　　)‎ A.输电线上的电流增为原来的20倍 B.输电线上的电流减为原来的‎1‎‎20‎ C.输电线上损失的功率为原来的400倍 D.若要使输电线上损失功率不变,可将输电线的半径减为原来的‎1‎‎20‎ 答案　BD　根据P=UI得,I=PU,输送功率一定,输送电压变为原来的20倍,则输送电流变为原来的‎1‎‎20‎,故A错误,B正确。根据P损=I2R,因输送电流变为原来的‎1‎‎20‎,则损失的功率变为原来的‎1‎‎400‎,故C错误。输送电流变为原来的‎1‎‎20‎,根据P损=I2R,要使输电线上的功率不变,电阻变为原来的400倍,根据R=ρlS=ρlπr‎2‎,半径变为原来的‎1‎‎20‎,故D正确。‎ ‎7.如图所示,有一矩形线圈,面积为S,匝数为N,整个线圈的电阻为r,在磁感应强度为B的磁场中,线圈绕OO'轴以角速度ω匀速转动,外电阻为R,下列说法中正确的是(　　)‎ A.线圈从图示位置转90°的过程中磁通量的变化量NBS B.线圈从图示位置转90°的过程中平均感应电动势E=‎‎2NBSωπ C.线圈从图示位置转90°的过程中电阻R所产生的焦耳热Q=‎πN‎2‎B‎2‎S‎2‎Rω‎6(R+‎r)‎‎2‎ D.线圈从图示位置转90°的过程中通过电阻R的电荷量为BSω 答案　B　图示位置磁通量为Φ1=0,转过90°磁通量为Φ2=BS,ΔΦ=Φ2-Φ1=BS,故A错误;根据法拉第电磁感应定律得,平均感应电动势E=NΔΦΔt,Δt=π‎2‎ω=π‎2ω,解得E=‎2NBSωπ,故B正确;电流的有效值I=ER+r,E=‎2‎‎2‎Em,电阻R所产生的焦耳热Q=I2Rt,t=π‎2‎ω=π‎2ω,解得Q=RπωN‎2‎B‎2‎S‎2‎‎4‎‎(R+r)‎‎2‎,故C错误;平均电流I=ER+r,则电荷量q=I·Δt=ER+r·Δt=NΔΦR+r=NBSR+r,故D错误。‎ ‎8.(多选)如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2=4∶1,原线圈a、b间接一电压为u=220‎2‎ sin 100πt(V)的电源,灯泡L标有“36 V　18 W”字样,当滑动变阻器R的滑动触头处在某位置时,电流表示数为0.25 A,灯泡L刚好正常发光,则　(　　)‎ A.流经灯泡L的交变电流的频率为100 Hz B.定值电阻R0的阻值为19 Ω C.滑动变阻器R消耗的功率为36 W D.若将滑动变阻器R的滑动触头向下滑动,则灯泡L的亮度变暗 答案　BD　根据交流电的瞬时值的表达式可知,交流电的周期T=‎2π‎100π s=0.02 s,频率f=‎1‎T=50 Hz,故A错误;根据电压与匝数成正比可得副线圈的电压U2=‎1‎‎4‎U1=‎1‎‎4‎×220 V=55 V,根据电流比与匝数比成反比可得副线圈的电流I2=4I1=4×0.25 A=1 A,由于灯泡正常发光,所以其电压UL=36 V,电阻R0上的电压为19 V,所以定值电阻R0的电阻值R0=UI=‎19‎‎1‎ Ω=19 Ω,故B正确;灯泡的电流IL=PLUL=‎18‎‎36‎ A=0.5 A,所以经过滑动变阻器R的电流IR=I2-IL=0.5 A,所以滑动变阻器R消耗的功率P=ULIR=36×0.5 W=18 W,故C错误;将滑动变阻器R的滑动触头向下滑时,电路的电阻变小,总的电流增大,由于副线圈的输出电压不变,所以电阻R0的电压增大,灯泡的电压减小,所以灯泡将变暗,故D正确。‎ B组　提升题组 ‎1.(多选)理想变压器原线圈与正弦交变电源连接,输入电压 u随时间 t变化的规律如图所示,原、副线圈匝数比n‎1‎n‎2‎=100,副线圈只接入一个R=10 Ω的电阻,则(　　)‎ A.与电阻R并联的电压表示数为3.11 V B.流过电阻R的电流最大值为0.311 A C.变压器的输入功率为0.484 W D.一个周期内,电阻R上产生的热量为9.68×10-3 J 答案　BCD　原线圈两端电压有效值是220 V,则根据U‎1‎U‎2‎=n‎1‎n‎2‎可得副线圈两端电压有效值U2=2.2 V,电压表测的是有效值,A错;流过副线圈的电流的有效值为0.22 A,流过副线圈的电流的最大值为0.311 A,B对;变压器输入功率等于输出功率,输出功率P2=U2I2=0.484 W,C对;根据Q=I‎2‎‎2‎Rt并代入数据可得Q=9.68×10-3 J,D对。‎ ‎2.(多选)如图所示,输入端ab的输入电压既有直流成分,又有交流成分,以下说法中正确的是(L的直流电阻与R相同)(　　)‎ A.直流成分只能从L通过 B.交流成分只能从R通过 C.通过R的既有直流成分又有交流成分 D.通过L的交流成分比通过R的交流成分必定要少 答案　CD　L的直流电阻与R相同,对交流的阻碍作用要大于电阻R,通过线圈的交流成分较少,故选C、D。‎ ‎3.(多选)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为1∶10,原线圈接交流电源,理想电压表V示数为22 V,理想电流表A1示数为5 A,副线圈串联了电阻可忽略的熔断器、理想电流表A2以及虚线框内的某用电器,电路处于正常工作状态,下列说法正确的是(　　)‎ A.熔断器的熔断电流应该大于0.5 A B.原、副线圈的电流频率之比为1∶10‎ C.若虚线框内接入电容器,电容器的耐压值至少是220‎2‎ V D.若虚线框内接入电动机且正常工作,可知电动机内阻为440 Ω,电流表A2示数为0.5 A 答案　AC　电流表的读数为电流的有效值,原线圈的电流有效值为5 A,根据电流比与匝数比成反比可知,副线圈的电流有效值为0.5 A,所以熔断器的熔断电流应该大于0.5 A,A正确;变压器不会改变交流电的频率,故原、副线圈的电流频率之比为1:1,B错误;电压表的读数为电压的有效值,原线圈的电压有效值为22 V,根据电压与匝数成正比可知,副线圈的电压有效值为220 V,电容器的耐压值至少为220‎2‎ V,C正确;若接入电动机且正常工作,则由于电动机为非纯电阻电路,消耗的电能转化为内能和机械能,故内阻一定小于‎220V‎0.5A=440 Ω,电流表A2示数为0.5 A,D错误。‎ ‎4.(多选)如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数之比为10∶1,原线圈两端接入一正弦交流电源;副线圈电路中的电容器C和电阻R为负载,交流电压表和交流电流表均为理想电表,则下列说法正确的是(　　)‎ A.若电压表的示数为6 V,则输入电压的峰值为60‎2‎ V B.电流表的示数为流经电阻R的电流 C.若输入电压U=100 V,则电容器C的耐压值至少为10 V D.若输入电压的峰值保持不变,将其频率变大,则变压器的输入功率也将增大 答案　AD　电压表示数为6 V,由U‎1‎U‎2‎=n‎1‎n‎2‎,得U1=60 V,则输入电压的峰值为Um=60‎2‎ V,A项正确;在交流电路中电容器C、电阻R都工作,则电流表测得的是流经R与C的电流之和,B项错误;若输入电压U=100 V,则输入电压峰值为Um=100‎2‎ V,则输出端电压的峰值即电容器C的耐压值至少为10‎2‎ V,C项错误;若输入电压峰值保持不变,将频率变大,由电容器C对交流电的影响可知,交流电的频率变大,容抗变小,总电阻变小,由P=U‎2‎R负得输出功率将变大,则输入功率也将变大,D项正确。‎ ‎5.如图所示,三个灯泡是相同的,额定功率足够大,直流电源E1内阻可以忽略,交流电源E2的电动势有效值与E1相等,自感线圈电阻不计,‎ 当开关S接点A时,三灯亮度相同,当开关S接点B时(　　)‎ A.甲、乙、丙三灯亮度相同 B.甲灯变亮,丙灯不亮 C.甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮 D.乙灯变亮,丙灯不亮 答案　D　当开关S接A点时,三个相同的灯泡亮度相同,说明通过三个灯泡的电流大小相等,三个支路对所加频率的交流电的阻碍作用相同。当开关S接B点时,由于所加的是直流电,含电阻支路的阻碍作用不变,含电感线圈支路的阻碍作用减小(线圈有“阻交流,通直流”的作用),含电容器支路的阻碍作用变为无穷大(电容有“通交流,阻直流”的作用)。所以甲灯亮度不变,乙灯变亮、丙灯不亮。‎ ‎6.(多选)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,b是原线圈的中心接头,电压表和电流表均为理想电表,除滑动变阻器电阻R、定值电阻R0以外的其余电阻不计,从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压,其瞬时值表达式为u1=220‎2‎ sin 100πt (V)。下列说法中正确的是(　　)‎ A.t=‎1‎‎600‎ s时刻,c、d两点间的电压瞬时值为110‎2‎ V B.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为22‎2‎ V C.单刀双掷开关与a连接,在滑动变阻器滑片P向上移动的过程中,电压表和电流表的示数均变小 D.当单刀双掷开关由a扳向b时,电压表和电流表的示数均变大 答案　AD　由c、d两点间的电压瞬时值表达式u1=220‎2‎ sin 100πt (V),当t=‎1‎‎600‎ s时,u1=220‎2‎ sin π‎6‎(V)=110‎2‎ V,A对;由U‎1‎U‎2‎=n‎1‎n‎2‎得U2=U‎1‎n‎2‎n‎1‎=220×‎1‎‎10‎ V=22 V,B错误;单刀双掷开关与a连接,滑片P向上移动时,电压表示数变大,C错误。当单刀双掷开关由a扳向b时,原线圈匝数变少,由U‎1‎U‎2‎=n‎1‎n‎2‎可知副线圈输出总电压变大,根据闭合电路欧姆定律,副线圈的电流变大,电压表测量滑动变阻器两端的电压,所以电压表读数变大,所以D正确。‎ ‎7.(多选)如图甲为远距离输电示意图,变压器均为理想变压器,升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100,其输入电压如图乙所示,远距离输电线的总电阻为100 Ω。降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R1为一定值电阻,R2为用半导体热敏材料制成的传感器,当温度升高时其阻值变小。电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)。未出现火警时,升压变压器的输入功率为750 kW,则下列说法中正确的有(　　)‎ A.降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50 Hz B.远距离输电线路损耗功率为180 kW C.当出现火警时,电压表V的示数变小 D.当出现火警时,输电线上的电流变小 答案　AC　由题图乙知交变电流的周期为0.02 s,所以频率为50 Hz,A正确;由题图乙知升压变压器输入电压有效值为250 V,根据变压比公式知升压变压器副线圈两端电压为25 000 V,所以输电线中的电流为30 A,输电线损失的电压为ΔU=IR=30×100 V=3 000 V,输电线路损耗功率为ΔP=ΔU·I=90 kW,B错误;当出现火警时传感器R2阻值减小,降压变压器副线圈中电流增大,输电线上电流变大,输电线损失的电压变大,降压变压器输入、输出电压都变小,定值电阻的分压增大,电压表V的示数变小,C正确,D错误。‎