新教材2024-2025學(xué)年高中物理第3章交變電流與遠(yuǎn)距離輸電習(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)魯科版選擇性必修第二冊(cè)

習(xí)題課:交變電流“四值”與志向變壓器的動(dòng)態(tài)分析A級(jí)必備學(xué)問基礎(chǔ)練1.一正弦式交變電流的電壓隨時(shí)間變更的規(guī)律如圖所示。由圖可知該交變電流()A.周期為0.125sB.電壓的有效值為102VC.電壓的最大值為202VD.電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=102sin8πtV2.一只電阻分別通過四種不同形式的電流,電流隨時(shí)間變更的狀況如下列各圖所示,在相同時(shí)間內(nèi)電阻產(chǎn)生熱量最大的是()3.小型手搖發(fā)電機(jī)線圈共N匝,每匝可簡(jiǎn)化為矩形線圈abcd,磁極間的磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng),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(shì)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2e0C.有效值是22Ne0D.有效值是2Ne04.(多選)如圖所示,矩形線圈abcd與志向變壓器原線圈組成閉合電路。線圈在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的bc邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng),磁場(chǎng)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(shì)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NBSω5.(多選)如圖所示,志向變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為10∶1,原線圈兩端連接正弦溝通電源U=220V,副線圈接電阻R,同時(shí)接有志向電壓表和志向電流表。下列推斷正確的是()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6.(多選)如圖所示,電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌cd、ef放置在垂直紙面對(duì)外、磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,導(dǎo)軌間距為L(zhǎng)=0.4m。導(dǎo)軌的左端接志向變壓器,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)間變更的關(guān)系式為v=5sin10πtm/s,圖中溝通電壓表為志向電壓表,電阻R1=5Ω,R2=15Ω。則()A.志向變壓器原線圈電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式e=22sin10πtVB.電壓表的示數(shù)為22V,電阻R1消耗的功率為0.1WC.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.志向變壓器鐵芯中磁通量變更率的最大值為0.1Wb/s7.如圖所示,先后用不同的溝通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)律變更,如圖甲所示;其次次燈泡兩端的電壓變更規(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;其次次燈泡兩端的電壓有效值是U0;第一次和其次次燈泡的電功率之比是。

B級(jí)關(guān)鍵實(shí)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9.一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變更的正弦規(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變更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24.2J10.(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(chǎng)中,繞垂直磁場(chǎng)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)與一志向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.若從圖示位置起先計(jì)時(shí),線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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2W11.(2024湖南卷)如圖所示,志向變壓器原、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溝通電源。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。志向電壓表V的示數(shù)為U,志向電流表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12.如圖甲所示,志向變壓器原、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的志向溝通電流表,副線圈兩端接有一志向溝通電壓表和可變電阻R以及若干“6V6W”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);(3)為滿意第(2)問中要求,求可變電阻R應(yīng)調(diào)到的電阻值。

習(xí)題課:交變電流“四值”與志向變壓器的動(dòng)態(tài)分析1.B由圖像可知,交變電流的周期為0.250s,A錯(cuò)誤;電壓的有效值U=202V=102V,B正確;電壓的最大值為20V,C錯(cuò)誤;電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式為u=20sin8πt2.D選項(xiàng)A、B中交變電流的有效值都為2A,選項(xiàng)C中恒定電流的大小為1.5A,選項(xiàng)D中交變電流的有效值為2A,依據(jù)熱量的表達(dá)式Q=I2Rt得出選項(xiàng)D正確。3.D矩形線圈ab邊和cd邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值都為e0,所以發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)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2Ne04.AD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(duì)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(shì)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(2NBSω)2Rt=U2R5.BD由變壓器電壓關(guān)系U1U2=n1n2可得,U2=U1n2n1=220×110V=22V,電壓表的讀數(shù)為22V,A錯(cuò)誤;若僅將副線圈匝數(shù)增加到原來的2倍,U2=6.BD原線圈的電動(dòng)勢(shì)e=Blv=2sin10πtV,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;原線圈電壓有效值U1=2V,由U1U2=n1n2可知,副線圈電壓有效值U2=n2n1U1=22V,則電壓表讀數(shù)為22V,副線圈電流I2=U2R1+R2=210A,R1的功率PR1=IR127.解析第一次所加正弦溝通電壓的有效值為U1=22U0;設(shè)其次次所加溝通電壓的有效值為U2,則依據(jù)有效值的定義有U22RT=(2U0)2R·T2+U02R·T答案221028.B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;依據(jù)變壓器的變壓比可知輸出電壓U2=n2n1U1,當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向上滑時(shí),9.D電壓表的示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值,由圖像可知電動(dòng)勢(shì)的峰值Em=2202V,則其有效值E=220V,燈泡兩端電壓U=IR=ER+rR=209V,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖像可知T=0.02s,一個(gè)周期內(nèi)電流方向變更2次,可知1s內(nèi)電流方向變更100次,故B選項(xiàng)錯(cuò)誤;燈泡的實(shí)際功率P=U2R=459.8W,故C選項(xiàng)錯(cuò)誤;電流的有效值I=ER+r=210.BC變壓器的輸入電壓的最大值為:Um=NBSω=10×0.4×0.5×100V=200V,從垂直中性面位置起先計(jì)時(shí),故線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值為:U=Umcosωt=200cos100tV,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;變壓器輸入電壓的有效值為:U1=Um2=2002V=1002V,開關(guān)斷開時(shí)L1正常發(fā)光,且電流表示數(shù)為I1=0.01A,燈泡L1的額定功率等于此時(shí)變壓器的輸入功率,為P=U111.B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,依據(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I=U04R1+R2。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,依據(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U0=n2IR1+IR2,整理可得I=U0n2R1+R2,P1向下緩慢滑動(dòng)的過程中,n不斷變大,則I變小,對(duì)R2由歐姆定律可知U=IR2,可知U不斷變小,依據(jù)原、副線圈的功率相等可知R1消耗的功率P=IU1=U0n2R12.解析(1)依據(jù)圖像可得原線圈電壓的最大值U1m=