2020版高考物理教科版大一轮复习练习：第十一章 交变电流　传感器 本章综合能力提升练 Word版含解析.pdf

本章综合能力提升练本章综合能力提升练 一、单项选择题 1.(2018·湖北省黄冈市质检)如图 1 所示， n 匝矩形闭合导线框 ABCD 处于磁感应强度大小为 B 的水平匀强磁场中，线框面积为 S，电阻不计.线框绕垂直于磁场的轴 OO以角速度 匀速 转动，并与理想变压器原线圈相连，变压器副线圈接入一只额定电压为 U 的灯泡，灯泡正常 发光.从线圈通过中性面开始计时，下列说法正确的是( ) 图 1 A.图示位置穿过线框的磁通量变化率最大 B.灯泡中的电流方向每秒改变次 2 C.线框中产生感应电动势的表达式为 enBSsin t D.变压器原、副线圈匝数之比为nBS U 答案 C 2.(2018·广东省高考第一次模拟)在如图 2 所示的电路中，理想变压器原线圈匝数 n1600 匝， 副线圈的匝数 n2120 匝，当原线圈接入 u180sin 50t(V)的正弦式交变电流时，下列判断 正确的是( ) 图 2 A.正弦式交变电流的频率为 50 Hz B.副线圈两端电压的有效值为 36 V C.当滑动变阻器滑片向 b 端滑动时，灯泡消耗的电功率一定增大 D.当滑动变阻器滑片向 a 端滑动时，滑动变阻器消耗的总电功率一定增大 答案 C 解析 正弦交流电的频率为 fHz25 Hz， A 错误 ； 原线圈两端电压的有效值为 U1 2 50 2 V90 V，根据可得副线圈两端电压的有效值为 U218 V，B 错误；当滑 180 2 2 n1 n2 U1 U2 2 动变阻器滑片向 b 端滑动时，灯泡两端的电压增大，故灯泡消耗的电功率一定增大，C 正确 ； 滑动变阻器滑片向 a 端滑动过程中， 其连入电路的电阻分为两部分， 一部分增大， 一部分减小， 所以其消耗的总功率不一定增大，D 错误. 3.(2019·河北省邢台市调研)如图 3 所示，一理想变压器的原线圈匝数 n1为 1 000 匝，所加电 压为 U220 V，串联了一个阻值为 r4 的电阻；副线圈接入电路的匝数 n2可以通过滑动 触头 Q 调节，副线圈接有电阻 R9 ；R 相当于变压器在原线圈电路中的电阻，当 n2取 n2 1 n2 2 下列哪个值时，R 消耗的功率最大( ) 图 3 A.2 000 匝 B.1 500 匝 C.600 匝 D.400 匝 答案 B 解析 变压器在原线圈电路中的等效电阻为 rR；变压器初次级电压满足：，次 n2 1 n2 2 U1 U2 n1 n2 级电流I2， 则初级电流I1， 则UI1(rr)， 解得 ： U1， I1 U2 R n2U1 n1R n2 2U1 n2 1R 9Un2 1 9n2 14n2 2 Un2 2 9n2 14n2 2 ，变压器输入功率等于输出功率：P2P1I1U1×，由数学 Un2 2 9n2 14n2 2 9Un2 1 9n2 14n2 2 9U2n2 1 9n 2 1 n2 4n22 知识可知，当4n2，即当 n21.5n11 500 匝时，变压器输出功率最大，R 上的功率最大， 9n2 1 n2 故 B 正确. 4.(2018·四川省凉山州三模)图 4 甲为一台小型发电机示意图，产生的感应电动势随时间变化 如图乙所示.已知发电机线圈的匝数为 100 匝，电阻 r2 ，外电路的小灯泡电阻恒为 R6 ，电压表、电流表均为理想电表.下列说法正确的是( ) 图 4 A.电压表的读数为 4 V B.电流表读数 0.5 A C.1 s 内流过小灯泡的电流方向改变 25 次 D.线圈在转动过程中，磁通量最大为 Wb 0.082 答案 B 解析 由题图乙可知，交流电的最大值为：Em4 V，有效值为：E4 V，根据闭2 Em 2 合电路的欧姆定律可知：UR×6 V3 V，A 错误；电流表的示数为：I E Rr 4 62 E Rr A0.5 A，B 正确；由题图乙可知，T4×102s，f 25 Hz，一个周期内电流方向 4 62 1 T 改变两次， 所以， 1 s内流过小灯泡的电流方向改变50次， C错误 ； 根据EmnBS可知， mBS Wb Wb，D 错误. Em n Em n 42 100 × 50 0.000 82 5.(2018·山东省泰安市上学期期末)如图 5，电阻 R、电容器 C 和电感线圈 L 并联后，接入输 出电压有效值、频率可调的交流电源.当电路中交流电的频率为 f 时，通过 R、C 和 L 的电流 有效值恰好相等.若将频率降低为 f， 输出电压有效值不变， 分别用 I1、 I2和 I3表示此时通过 R、 1 2 C 和 L 的电流的有效值，则( ) 图 5 A.I1I2I3 B.I1I2I3 C.I3I1I2 D.I1I2I3 答案 C 解析 将频率降低时， 通过 R 的电流不变， 电容器的容抗增大， 通过 C 的电流减小， 则有 I1I2， 电感线圈的感抗减小，通过 L 的电流增大，则有 I3I1，故 A、B、D 错误，C 正确. 6.(2018·河南省周口市期末)如图 6 所示， 一理想变压器的原线圈两端接在电压为 u220sin 2 100t V 的交流电源上，此时变压器副线圈电路中标有“44 V,220 W”的电动机恰好能正常工 作.其中 A 为理想电流表，电动机的内阻为 r2 ，则下列说法中正确的是( ) 图 6 A.该理想变压器原、副线圈的匝数比为 15 B.电流表的示数为 5 A C.该电动机正常工作时的输出功率为 170 W D.若电动机正常工作时突然被卡住，则电动机线圈的热功率为 50 W 答案 C 解析 根据 u220sin 100t V 知， 原线圈两端的电压有效值为 U1220 V， 副线圈两端的2 电压为 U244 V，则变压器原、副线圈的匝数比为 n1n2U1U251，故 A 错误；电 动机恰好能正常工作， 理想变压器的输出功率为 220 W， 输入功率为 220 W， 由 PUI 得 I11 A，即电流表的示数为 1 A，故 B 错误 ； 该电动机正常工作时的输出功率为 P出U2I2I22r 44×5 W52×2 W170 W，故 C 正确；若电动机正常工作时突然被卡住，则电动机线圈的 热功率为 P W968 W，故 D 错误. U2 2 r 442 2 7.(2018·河南省商丘市上学期期末)用电压为 U 的正弦交流电源通过甲、乙两种电路给额定电 压为 U0(正常工作时电阻为 R0)的同一小电珠供电.图 7 甲中 R 为滑动变阻器，图乙中理想变 压器的原、副线圈匝数分别为 n1、n2，若小电珠均能正常工作，则下列说法正确的是( ) 图 7 A.变压器可能是升压变压器 B.甲、乙电路消耗电功率之比为n 2 n1 C.电阻 R 与小电珠消耗功率之比为1 n1 n2 D.滑动变阻器接入电路的阻值 RR0 n1 n2 答案 C 解析 由题图甲可知， 电源电压等于变阻器两端的电压与小电珠两端的电压之和， 因此UU0， 在题图乙中根据电压与匝数成正比的关系即1， 可得 n1n2， 所以变压器是降压变压器， U U0 n1 n2 故 A 错误；由于小电珠均能正常工作，甲电路消耗的功率为 UI，乙电路消耗的功率为 U0I， 甲、乙电路消耗电功率之比为，故 B 错误；滑动变阻器消耗功率为(UU0)I，所以滑 UI U0I n1 n2 动变阻器与小电珠消耗功率之比为1，故 C 正确；题图甲中滑动变阻器与小电 UU0 I U0I n1 n2 珠串联，则有，滑动变阻器接入电路的阻值为 R，故 D UU0 R U0 R0 UU0 R 0 U0 n 1n2 R 0 n2 错误. 二、多项选择题 8.(2018·广东省惠州市第三次调研)如图 8 所示，理想变压器初级线圈接一交变电流，交变电 流的电压有效值恒定不变.副线圈接有光敏电阻 R1(其阻值随光照强度增大而减小)、R2和 R3， 则下列说法中正确的是( ) 图 8 A.只将 S1从 2 拨向 1 时，电流表示数变小 B.只将 S2从 4 拨向 3 时，电流表示数变小 C.只将 S3从闭合变为断开，电阻 R2两端电压增大 D.仅增大光照强度，原线圈的输入功率增大 答案 BD 解析 只将 S1从 2 拨向 1 时，原线圈匝数变小，根据变压比公式，输出电压变大，故输出电 流变大，输出功率变大，输入功率等于输出功率，故输入功率变大，输入电流变大，A 错误 ； 只将 S2从 4 拨向 3 时， 副线圈匝数变小， 根据变压比公式， 输出电压变小， 故输出电流变小， 输出功率变小，输入功率等于输出功率，故输入功率变小，输入电流变小，B 正确；只将 S3 从闭合变为断开，少一个支路，但电阻 R2与 R3串联的支路的电压不变，故通过电阻 R2的电 流不变，电压也不变，C 错误 ； 仅增大光照强度，副线圈负载总电阻变小，故输出电流变大， 输出功率变大，输入功率等于输出功率，故输入功率增大，D 正确. 9.(2018·湖南省株洲市上学期质检一)某同学在实验室中研究远距离输电.由于输电线太长，他 将每 100 米导线卷成一卷，共卷成 8 卷来代替输电线路(忽略输电线路的自感作用).第一次直 接将输电线与学生电源及用电器相连， 测得输电线上损失的功率为 P1.第二次采用如图 9 所示 的电路输电， 其中理想变压器 T1与电源相连， 其原、 副线圈的匝数比为 n1n2， 理想变压器 T2 与用电器相连，测得输电线上损失的功率为 P2.下列说法正确的是( ) 图 9 A.前后两次实验都可用于研究远距离直流输电 B.实验可以证明，减小输电电流能减小远距离输电的能量损失 C.若输送功率一定，则 P2P1n12n22 D.若输送功率一定，则 P2P1n1n2 答案 BC 解析 变压器只能改变交变电流的电压，所以第二次实验只能研究远距离交流输电，故 A 错 误；根据 PI2r 可知，减小输电电流能减小远距离输电的能量损失，故 B 正确；第一次实验 输电线上的电流 I，输电线上损失的功率 P1I2RR，第二次实验，升压变压器副线 P U1 P2 U2 1 圈上的电压 U2U1， 输电线上的电流 I， 输电线上损失的功率 P2I2RR， 所以 ： n2 n1 P U2 P2 U2 2 ，故 C 正确，D 错误. P2 P1 U2 1 U2 2 n2 1 n2 2 10.(2018·陕西省师大附中模拟)如图 10 所示，面积为 0.02 m2、内阻不计的 100 匝矩形线圈 ABCD，绕垂直于磁场的轴 OO匀速转动，转动的角速度为 100 rad/s，匀强磁场的磁感应强 度为 T.矩形线圈通过滑环与理想变压器相连，触头 P 可移动，副线圈所接电阻 R50 ， 2 2 电表均为理想交流电表.当线圈平面与磁场方向平行时开始计时.下列说法正确的是( ) 图 10 A.线圈中感应电动势的表达式为 e100cos (100t) V2 B.P 上移时，电流表示数减小 C.t0 时，电压表示数为 100 V2 D.当原、副线圈匝数比为 21 时，电阻 R 上消耗的功率为 50 W 答案 AD 解析 矩形闭合线圈 ABCD 在磁场中转动，产生的交流电压的最大值为：EmNBS100× ×0.02×100 V100 V，线圈中感应电动势的表达式为 e100cos (100t) V，故 A 2 2 22 正确；P 上移时，原线圈的匝数减小，导致副线圈电压增大，那么副线圈电流也增大，则原 线圈的电流会增大， 电流表示数增大， 故 B 错误 ； 由于正弦式交流电最大值为有效值的倍，2 所以交流电压的有效值为 U100 V，当 t0 时，电压表示数为 100 V，故 C 错误；当原、 副线圈匝数比为 21 时，电阻 R 上消耗的功率为：PR W50 W，故 D 正确. U2 R 502 50 11.(2018·山东省青岛市二模)如图 11 所示为某小型电站高压输电示意图，变压器均为理想变 压器，发电机输出功率为 20 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 110，电流表的示数为 1 A，输电线的总电阻为 10 ，则下列说法正确的是( ) 图 11 A.采用高压输电可以增大输电线中的电流 B.升压变压器的输出电压 U22 000 V C.用户获得的功率为 19 kW D.将 P 下移，用户获得的电压将增大 答案 BC 解析 根据高压输电原理，提高输电电压，输电电流减小，A 错误 ； 根据电流互感器的原理， 输电电流：I2×1 A10 A，升压变压器的输出电压：U2 V2 000 V，B 10 1 P I2 20 × 103 10 正确；输电线上的功率损失：P损I22R102×10 W1 kW，用户获得的功率为：P用PP 损20 kW1 kW19 kW，C 正确；将 P 下移，降压变压器原线圈匝数增加，根据变压器的 变压规律，副线圈的电压减小，用户获得的电压将减小，D 错误. 12. (2018·福建省漳州市期末调研)如图 12，理想变压器的原、副线圈的匝数比为 21，在原、 副线圈的回路中接入的电阻阻值均为 R， 电压表和电流表均为理想电表， a、 b 端接有电压为 220 sin 10t V 的交流电，开关 S 处于断开状态时，设电压表读数为 U，原、副线圈回路中电2 阻 R 消耗的功率之比为 k，则( ) 图 12 A.U88 V，k1 4 B.U110 V，k4 C.当开关闭合时，电流表的示数会减小 D.当开关闭合时，电压表的读数会减小 答案 AD 解析 由 2，原线圈回路中电阻 R 消耗的功率 P1I12R，副线圈回路中电阻 R 消 I2 I1 U1 U2 n1 n2 耗的功率 P2I22R，则有 k ，副线圈的电流 I2 ，原线圈回路中 I1 I2，原 P1 P2 I2 1 I2 2 1 4 U R 1 2 U 2R 线圈回路中电阻 R 的电压 URI1R ，a、b 端电压有效值为 U有220 V，由题意可 U 2 Um 2 知输入电压有效值为 2202U ，解得 U88 V，故 A 正确，B 错误；当开关闭合时，副 U 2 线圈总电阻 RI1， U R 1 2 U 2R 原线圈回路中电阻 R 两端的电压 URI1R ·， 由题意可知输入电压有效值为 2202U U 2 R R ·，解得 U88 V，故 C 错误，D 正确. U 2 R R 13.(2018·湖南省常德市一模)如图 13 甲所示，一交流发电机向远距离的理想变压器输电，输 电线等效电阻 R12 ，变压器匝数比 n1n221，发电机输出的交变电压随时间的变化 图像如图乙所示，理想交流电压表示数为 5 V，则( ) 图 13 A.通过 R2的交变电流频率为 50 Hz B.图像上对应的 0.01 s 时刻，发电机中的线圈与中性面垂直 C.R2两端的电压为 10 V D.发电机输出功率为 12.5 W 答案 AC 解析 理想变压器不改变交流电的频率， 故通过 R2的交变电流的频率为 f Hz50 Hz， 1 0.02 A 正确；图像上对应的 0.01 s 时刻，交流电压为零，此时通过发电机中的线圈的磁通量最大， 磁通量变化率最小为零，发电机中的线圈刚好与中性面重合，B 错误；发电机输出电压的有 效值为 U V25 V，故原线圈两端电压为 U1UUR120 V，根据公式可得 252 2 U1 U2 n1 n2 副线圈两端电压，即 R2两端电压为 U2U110 V，C 正确；通过 R1的电流 I12.5 A， n2 n1 5 R1 由 ，得副线圈中电流 I2I15 A，发电机输出功率为电阻 R1消耗的电功率与副线圈 I1 I2 n2 n1 n1 n2 中消耗的电功率之和， 故发电机输出功率为 P W5×10 W12.5 W50 W62.5 W， D 52 2 错误. 14. (2019·福建省龙岩市模拟)如图 14 所示，MN、PQ 是两条在水平面内、平行放置的金属导 轨，导轨的右端接理想变压器的原线圈，变压器的副线圈与阻值为 R 的电阻组成闭合回路， 变压器的原副线圈匝数之比 n1n2 k，导轨宽度为 L.质量为 m 的导体棒 ab 垂直 MN、PQ 放在导轨上，在水平外力作用下做往复运动，其速度随时间变化的规律是 vvmsin(t)，范 2 T 围足够大的匀强磁场垂直于轨道平面，磁感应强度为 B，导轨、导体棒、导线电阻不计，电 流表为理想交流电表.则下列说法中正确的是( ) 图 14 A.导体棒两端的最大电压为 BLvm B.电阻 R 上的电压为 2BLv m 2k C.电流表的示数为BLv m k2R D.导体棒克服安培力做功的功率为B 2L2v2 m 2k2R 答案 ABD 解析 根据题意，电动势的瞬时值表达式为：eBLvmsin(t)，则最大电动势为：EmBLvm， 2 T 故选项 A 正确； 由于最大电动势为：EmBLvm，则电动势的有效值为：E，则有k，则 U2 Em 2 E U2 n1 n2 ，故选项 B 正确； 2BLv m 2k 副线圈电流为：I2，再根据 k，则电流表读数为 I1 ，故 U2 R 2BLv m 2kR I2 I1 n1 n2 I2 k 2BLv m 2k2R 选项 C 错误 ； 根据能量守恒， 导体棒克服安培力做功的功率等于电阻 R 的热功率， 故 P U2 2 R ，故选项 D 正确. B2L2v2 m 2k2R