【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修2：第3章習(xí)題課交變電流“四值”與理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析分層作業(yè)課件

第3章習(xí)題課:交變電流“四值”與理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析123456789101112A級必備知識基礎(chǔ)練1.一正弦式交變電流的電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示。由圖可知該交變電流(

)A.周期為0.125sB解析

由圖像可知,交變電流的周期為0.250

s,A錯(cuò)誤;電壓的有效值

V,

B正確;電壓的最大值為20

V,C錯(cuò)誤;電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=20sin8πt

V,D錯(cuò)誤。1234567891011122.一只電阻分別通過四種不同形式的電流,電流隨時(shí)間變化的情況如下列各圖所示,在相同時(shí)間內(nèi)電阻產(chǎn)生熱量最大的是(

)D123456789101112解析

選項(xiàng)A、B中交變電流的有效值都為

A,選項(xiàng)C中恒定電流的大小為1.5

A,選項(xiàng)D中交變電流的有效值為2

A,根據(jù)熱量的表達(dá)式Q=I2Rt得出選項(xiàng)D正確。1234567891011123.小型手搖發(fā)電機(jī)線圈共N匝,每匝可簡化為矩形線圈abcd,磁極間的磁場視為勻強(qiáng)磁場,方向垂直于線圈中心軸OO',線圈繞OO'勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖所示。矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值都為e0,不計(jì)線圈電阻,則發(fā)電機(jī)輸出電壓(

)A.峰值是e0

B.峰值是2e0D123456789101112解析

矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值都為e0,所以發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢峰值為2Ne0,由于不計(jì)線圈的電阻,所以發(fā)電機(jī)的輸出電壓峰值為2Ne0,A、B錯(cuò)誤;發(fā)電機(jī)有效值為

Ne0,故C錯(cuò)誤,D正確。1234567891011124.(多選)如圖所示,矩形線圈abcd與理想變壓器原線圈組成閉合電路。線圈在有界勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的bc邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng),磁場只分布在bc邊的左側(cè),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,線圈面積為S,轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為ω,匝數(shù)為N,線圈電阻不計(jì)。下列說法正確的是(

)A.將原線圈抽頭P向上滑動(dòng)時(shí),燈泡變暗B.電容器的電容C變大時(shí),燈泡變暗C.圖示位置時(shí),矩形線圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢最大D.若線圈abcd轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)?ω,則變壓器原線圈電壓的有效值為NBSωAD123456789101112解析

在題圖中將原線圈抽頭P向上滑動(dòng)時(shí),原線圈的匝數(shù)變大,故輸出的電壓變小,燈泡變暗,選項(xiàng)A正確;電容器的電容C變大時(shí),電容對電流的阻礙作用變小,故燈泡變亮,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;圖示位置時(shí),線圈的面積與磁感線方向垂直,故矩形線圈中瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢最小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若線圈abcd轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度變?yōu)?ω,且線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周只有半周產(chǎn)生感應(yīng)電壓,在這半周中,電壓的最大值是2NBSω,設(shè)變壓器原線圈電壓的有效值為U,則

,即U=NBSω,選項(xiàng)D正確。1234567891011125.(多選)如圖所示,理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為10∶1,原線圈兩端連接正弦交流電源U=220V,副線圈接電阻R,同時(shí)接有理想電壓表和理想電流表。下列判斷正確的是(

)A.電壓表讀數(shù)約為31.1VB.若僅將副線圈匝數(shù)增加到原來的2倍,則電流表的讀數(shù)增大到原來的2倍C.若僅將R的阻值增加到原來的2倍,則輸入功率增加到原來的2倍D.若R的阻值和副線圈匝數(shù)同時(shí)增加到原來的2倍,則輸出功率增加到原來的2倍BD1234567891011121234567891011126.(多選)如圖所示,電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌cd、ef放置在垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T的勻強(qiáng)磁場中,導(dǎo)軌間距為L=0.4m。導(dǎo)軌的左端接理想變壓器,原線圈匝數(shù)n1=20,副線圈的匝數(shù)n2=40,垂直于導(dǎo)軌電阻不計(jì)的導(dǎo)體棒ab在水平外力的作用下在導(dǎo)軌上滑行,其速度隨時(shí)間變化的關(guān)系式為v=5sin10πtm/s,圖中交流電壓表為理想電壓表,電阻R1=5Ω,R2=15Ω。則(

)C.導(dǎo)體棒ab在水平外力為恒力的作用下在導(dǎo)軌上滑行D.理想變壓器鐵芯中磁通量變化率的最大值為0.1Wb/sBD1234567891011121234567891011127.如圖所示,先后用不同的交流電源給同一盞燈泡供電。第一次燈泡兩端的電壓隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化,如圖甲所示;第二次燈泡兩端的電壓變化規(guī)律如圖乙所示。若圖甲、乙中的U0、T所表示的電壓、周期值是相等的,則第一次燈泡兩端的電壓有效值是

U0;第二次燈泡兩端的電壓有效值是

U0;第一次和第二次燈泡的電功率之比是

。

1∶5123456789101112123456789101112B級關(guān)鍵能力提升練8.如圖所示,變壓器輸入有效值恒定的電壓,副線圈匝數(shù)可調(diào),輸出電壓通過輸電線輸送給用戶(小燈泡等用電器),R表示輸電線的電阻,則(

)A.用電器增加時(shí),變壓器輸出電壓增大B.要提高用戶的電壓,滑動(dòng)觸頭P應(yīng)向上滑C.用電器增加時(shí),輸電線的熱損耗減小D.用電器增加時(shí),變壓器的輸入功率減小B123456789101112解析

由于變壓器原、副線圈的匝數(shù)不變,而且輸入電壓不變,因此用電器增加不會(huì)影響輸出電壓,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)變壓器的變壓比可知輸出電壓

,當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向上滑時(shí),n2增大,所以輸出電壓增大,用戶的電壓增大,選項(xiàng)B正確;由于用電器是并聯(lián)的,因此用電器增加時(shí)總電阻變小,輸出電壓不變,總電流增大,故輸電線的熱損耗增大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;用電器增加時(shí)總電阻變小,總電流增大,變壓器輸出功率增大,所以輸入功率增大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。1234567891011129.一臺小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖像如圖甲所示。已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0Ω,若外接一只電阻為95.0Ω的燈泡,如圖乙所示,則(

)A.電壓表V的示數(shù)為220VB.電路中的電流方向每秒改變50次C.燈泡實(shí)際消耗的功率為484WD.發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒產(chǎn)生的焦耳熱為24.2JD12345678910111212345678910111210.(多選)如圖所示,10匝矩形線圈,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4T的勻強(qiáng)磁場中,繞垂直磁場的軸OO'以角速度為100rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線框電阻不計(jì),面積為0.5m2,線框通過滑環(huán)與一理想變壓器的原線圈相連,副線圈接有兩只燈泡L1和L2。已知變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1,開關(guān)斷開時(shí)L1正常發(fā)光,且電流表示數(shù)為0.01A,則(

)A.若從圖示位置開始計(jì)時(shí),線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為200sin100tVB.若開關(guān)S閉合,電流表示數(shù)將增大C.若開關(guān)S閉合,燈泡L1亮度將不變D.燈泡L1的額定功率為2WBD123456789101112解析

變壓器的輸入電壓的最大值為:Um=NBSω=10×0.4×0.5×100

V=200

V,從垂直中性面位置開始計(jì)時(shí),故線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為:U=Umcos

ωt=200cos

100t

V,故A錯(cuò)誤;若開關(guān)S閉合,輸出電壓不變,輸出端電阻減小,故輸出電流增加,輸入電流也增加,電流表示數(shù)將增大,故B正確;若開關(guān)S閉合,輸出電壓不變,燈泡L1亮度不變,故C正確;變壓器輸入電壓12345678910111211.(2022湖南卷)如圖所示,理想變壓器原、副線圈總匝數(shù)相同,滑動(dòng)觸頭P1初始位置在副線圈正中間,輸入端接入電壓有效值恒定的交流電源。定值電阻R1的阻值為R,滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值為9R,滑片P2初始位置在最右端。理想電壓表V的示數(shù)為U,理想電流表A的示數(shù)為I。下列說法正確的是(

)A.保持P1位置不變,P2向左緩慢滑動(dòng)的過程中,I減小,U不變B.保持P1位置不變,P2向左緩慢滑動(dòng)的過程中,R1消耗的功率增大C.保持P2位置不變,P1向下緩慢滑動(dòng)的過程中,I減小,U增大D.保持P2位置不變,P1向下緩慢滑動(dòng)的過程中,R1消耗的功率減小B123456789101112解析

保持P1位置不變,由題意可知,變壓器接入電路中原、副線圈的匝數(shù)比為2,若原線圈的電流為I,則副線圈的電流為2I,根據(jù)歐姆定律可得副線圈兩端的電壓有效值為U2=2IR1,則變壓器原線圈兩端的電壓有效值為U1=2U2=4IR1,設(shè)輸入電壓有效值為U0,則U0=4IR1+IR2,可得

。P2向左緩慢滑動(dòng)的過程中,R2減小,I變大,而U1=4IR1,可知變壓器原線圈兩端的電壓有效值變大,輸入電壓有效值不變,則R2兩端的電壓不斷變小,即電壓表示數(shù)U變小,原線圈兩端的電壓、輸入的電流都變大,則變壓器輸入功率變大,根據(jù)原、副線圈的功率相等,可知R1消耗的功率增大,故B正確,A錯(cuò)誤。保持P2位置不變,設(shè)原、副線圈的匝數(shù)比為n,同理可得U1=n2IR1,則12345678910111212345678910111212.如圖甲所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=3∶1,原線圈電路中接有一量程為3A的理想交流電流表,副線圈兩端接有一理想交流電壓表和可變電阻R以及若干“6V

6W”的相同燈泡。輸入端交變電壓u的圖像如圖乙所示。(1)求圖甲中電壓表的讀數(shù);(2)要求燈泡均正常發(fā)光,求電路中最多允許接入的燈泡個(gè)數(shù)