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2018年高考物理一轮复习:选修3-2 第十一章 高考13题专项突破(十二) 变压器的综合应用题

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                                   教师备选题库
    一、单项选择题

    1.(2017·安徽皖北协作体联考)小型发电机线圈共               N 匝,可简化为矩
形线圈   abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴

OO′,线圈绕      OO′匀速转动,如图所示.用理想交流电压表测得矩形
线圈的输出电压为        U,不计线圈电阻,则穿过发电机矩形线圈的磁通量的变化率的最大值
为(  )
                                        U
    A.U                                B.N
       2U                                U
    C. N                               D. 2N
                                           ΔΦ
                               2
    解析:交流电压的最大值           Em=   U,而   Em=N  Δt ,所以磁通量的变化率的最大值
ΔΦ   Em   2U
 Δt = N = N ,C  正确.
    答案:C
    2.(2017·安徽安庆模拟)一理想变压器原、副线圈的匝数比
                                               2
n1∶n2=10∶1,原线圈通过理想电流表             A 接在  u=200   sin  100πt 
V 的正弦交流电源上,电路如图所示,则(  )
    A.电压表的读数为         20 2 V
    B.滑动变阻器的滑片向上滑动时,变压器的输入功率变小
    C.滑动变阻器的滑片向下滑动时,电流表的读数变小
    D.滑动变阻器的滑片向下滑动时,电压表的读数变小
                                         U1  n1

    解析:电压表的示数是副线圈两端的电压,U2=n2,U1=200                      V,得   U2=20  V,电压
表的示数为     20  V,A  错误;滑动变阻器的滑片向上移动,变阻器接入电路的电阻增大,电

流  I2 减小,而原、副线圈的匝数比不变,所以原线圈中的电流                      I1 减小,原线圈的输入功率

P=U1I1 减小,B    正确;滑动变阻器的滑片向下移动,变阻器接入电路的电阻减小,电流

I2 增大,原、副线圈匝数比不变,所以电流表的示数                    I1 增大,C  错误;移动滑动变阻器的
滑片,电压表的示数不变,D            错误.

    答案:B
    3.(2017·四川凉山州诊断)如图为日常生活中常见的点火装置原理图,先将                           1.5 V 直流
电压通过转换器转换为正弦交变电压                u=6sin  ωt  V,然后将其加在理想变压器的原线圈

n1 上,当副线圈     n2 两端电压达到     12 kV 以上时放电针之间空气被击穿,从而引发电火花点
燃气体.根据以上信息,下列说法正确的是(  )
                  中国现代教育网     www.30edu.com  全国最大教师交流平台


    A.原线圈两端所接交流电压表的读数为                 6 V
    B.副线圈中交流电与原线圈中交流电频率不相等
    C.要实现点火,则副线圈与原线圈的匝数比至少大于                       2×103
    D.要实现点火,则副线圈与原线圈的匝数比至少大于                       2 000
                                          6
    解析:原线圈两端所接交流电压表的读数为                   2 V=3  2 V,A  错误;变压器不改变交流
电的频率,B      错误;当副线圈两端电压的最大值至少为                 12  kV 时,此时副线圈与原线圈的
            n2  12 000
匝数比最小,n1=         6  =2 000,C  错误,D   正确.
    答案:D
    4.(2017·河南信阳、三门峡模拟)如图所示为一理想变压器,其

原线圈与副线圈的匝数比           n1∶n2=3∶1,a、b、c、d      为  4 个完全相
同的小灯泡,E       为输出电压有效值恒定的交流电源,S               为单刀双掷开
关.已知当     S 向上闭合时,b、c、d        三个小灯泡都能正常发光,则当              S 向下闭合时(  )
    A.4  个小灯泡都能正常发光
    B.4  个小灯泡都比正常发光时要暗
    C.a  能正常发光,b、c、d        比正常发光时要暗
    D.b、c、d    能正常发光,a      比正常发光时要暗
    解析:设灯泡的额定电压为            U,电源的电压      E=3U,当    S 向下闭合时,设       b、c、d  灯

泡两端的电压为       U′,灯泡中的电流为          I,则根据电流与匝数成反比可知             a 灯泡中的电流

为  I,则  a 灯泡两端的电压为       U′,则    E=4U′,所以      U′<U,灯泡两端的实际电压小于

额定电压,4     个小灯泡都比正常发光时要暗,B              正确.

    答案:B

    5.图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比                  n1∶n2=5∶1,原线圈接正弦交变电源,

副线圈的输出电压        u 随时间   t 的变化关系如图乙所示.规格相同的三只小灯泡                   L1、L2、

L3 正常发光时的电阻均为         R=10  Ω,现将开关      S 闭合,此时     L1、L2 均正常发光,下列说法
正确的是(  )
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    A.变压器副线圈的输出电压            u 的表达式为     u=4  2sin 50πt V
                               4 2
    B.变压器原线圈的输入电流为             25  A
    C.三个灯泡的额定功率均为            1.6 W
    D.断开开关      S 后,变压器原线圈的输入功率变大
                                                     2π
    解析:由乙图可知,交流电的周期               T=0.02 s,角速度    ω=  T =100π rad/s,变压器副线
                         2
圈的输出电压的表达式          u=4   sin 100πt V,A 错误;闭合     S,L1 和 L2 均正常发光,说明灯
                                     U2  16

泡的额定电压为       4 V,灯泡的额定功率        P=  R =10 W=1.6  W,C   正确;副线圈中电流         I2=
   U                                I1  1         I2

2×R=0.8   A,设原线圈的输入电流为           I1,I2=5,解得    I1= 5 =0.16 A,B 错误;断开开关
后,副线圈两端的电压不变,副线圈中总电阻增大,变压器的输出功率减小,变压器的输

入功率减小,D       错误.

    答案:C
    6.(2017·安徽池州诊断)如图所示,ABCD          为一矩形导体框,处于

匀强磁场中,O1O1′与        O2O2′为   ABCD 的两条对称轴.开始时

ABCD  所在平面与磁场垂直,若让线框分别以角速度                   ω1、ω2 绕

O1O1′、O2O2′匀速转动,已知          AB=CD=a,AD=BC=2a,则下列
说法正确的是(  )
              ω2

    A.若   ω1= 2 时,则产生的感应电动势的峰值相等

    B.若   ω1=ω2 时,两种情况下电流最大时安培力的功率相等

    C.若   ω1=ω2 时,两种情况下电流的有效值之比               I1∶I2=2∶1
    D.因为导体框匀速转动,动能不变,而又产生了电能,所以此电磁感应现象不满足
能量守恒定律

                                         2
    解析:感应电动势的最大值            Em=BSω=2Ba   ω,若角速度不相等,则感应电动势最大
                                                            ωL2

值不相等,A      错误;电流最大时,安培力的功率              P=2BImL1·v=2BImL1·  2 =BImωS,当角
速度相等时,两种情况下电流最大时安培力的功率相等,B                         正确;只要角速度相等,两种

情况下电动势的最大值就相等,则电流的最大值、有效值就相等,C                            错误;导体框匀速转
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动,动能不变,是外力克服安培力做功,把其他形式的能转化为电能,满足能量守恒定律,

D 错误.

    答案:B
    二、多项选择题

    7.如图所示,M     为理想变压器,电表为理想电表,导线电阻忽略
不计,原线圈接稳定的正弦式交流电源.当变阻器滑片                       P 向上移动时,
读数发生变化的电表是(  )

    A.A1                               B.A2

    C.V1                               D.V2
    解析:变压器原线圈两端的电压由电源决定,副线圈两端的电压由原线圈电压和匝数

比决定,所以电压表         V1、V2  的示数均不变,滑片         P 向上移动,变阻器接入电路的电阻减
                        I1  n2

小,电流表     A2 示数增大,由I2=n1知电流表          A1 的示数也增大,A、B        正确.
    答案:AB
    8.变压器能改变交变电流的电压和电流的大小.如图所示,有一
台理想变压器原、副线圈的匝数比为                5∶1,用理想电压表和理想电流
表测量副线圈的电压和电流,R             为副线圈的负载电阻.现在原线圈
a、b  两端加上交变电压        u,其随时间变化的规律为          u=220  2sin 100πt V,则(  )
    A.副线圈中产生的交变电流频率为               100 Hz
    B.电压表的示数为        44 V
    C.若电流表示数为        0.1 A,则原线圈中的电流为          0.5 A
    D.若电流表示数为         0.1 A,则 1 min 内电阻  R 上产生的焦耳热为        264 J
                                                                      U1  n1
    解析:原、副线圈中交变电流的频率相同,ω=2πf,解得                      f=50 Hz,A  错误;U2=n2,
                      I1  n2 1

解得   U2=44 V,B  正确;I2=n1=5,若       I2=0.1 A,则  I1=0.02 A,C 错误;电阻      R 消耗的

                                  2
功率等于变压器的输出功率,所以               Q=I Rt=U2I2t=44×0.1×60 J=264 J,D   正确.
    答案:BD
    9.(2017·安徽蚌埠期末)如图甲所示的变压器电路中,理想变压器原、副线圈匝数之比
为  2∶1,ab  端输入如图乙所示的电流,副线圈电路中电阻                   R=10  Ω,电路中的电流表、电
压表都是理想电表,下列说法正确的是(  )
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                      2
    A.电流表的示数为         2  A
    B.副线圈中电流的最大值为             2 A
    C.副线圈中电流的有效值为             2 A
    D.电压表的示数为         10 V
                                          Im   T                2
    解析:电流表的示数是该交流电的有效值,(                   2)2R·2=I2R·T,解得  I=  2  A,A 正确;
原、副线圈电流比等于匝数的反比,原线圈电流的最大值为                          2 A,则副线圈电流的最大值

为  2 2 A,B 错误;副线圈电流的有效值为             2 A,C  正确;电压表的示数是副线圈电压的有

效值,U=10     2 V,D  错误.

    答案:AC
    10.(2017·河南中原学术联盟模拟)如图甲所示,M                是一个小型理想变压器,原、副线

圈匝数之比     n1∶n2=22∶5,接线柱       a、b 接上一个正弦交流电源,电压随时间变化规律如

图乙所示.变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中                         R2 为用半导体热敏材料(电阻

随温度升高而减小)制成的传感器,R1              为一定值电阻,下列说法中正确的是(  )


    A.电压表     V 的示数为    50 V

    B.当传感器      R2 所在处出现火警时,电压表           V 的示数减小

    C.当传感器      R2 所在处出现火警时,电流表           A 的示数增大

    D.当传感器      R2 所在处出现火警时,电阻          R1 的功率变大
                                                U1  n1

    解析:原线圈两端的电压有效值为               U1=220  V,由U2=n2解得副线圈两端的电压有效

值为   50 V,A   错误;当    R2 处出现火警时,R2      的电阻减小,副线圈的电流            I2 增大,R1 上的
                                                     I1 n2

电压增大,R2     上的电压减小,电压表的示数减小,B                正确;而I2=n1,I2     增大,则    I1 也增

                  2
大,C   正确;PR1=I2   R1 增大,D   正确.
    答案:BCD
    11.(2017·吉林长春普通高中质检)如图所示,理想变压器原、副
                  中国现代教育网     www.30edu.com  全国最大教师交流平台

线圈的匝数比为       1∶10,接线柱     a、b  接在电压    u=10  2sin 100πt  V 的正弦交流电源上,

R1 为定值电阻,其阻值为         100 Ω,R2  为用半导体材料制成的热敏电阻(阻值随温度升高而减
小).下列说法中正确的是(  )
           1
    A.t=600 s 时,a、b    两点间电压的瞬时值为          5 2 V
           1
    B.t=600 s 时,电压表的读数为         50 2 V

    C.在   1 min 内电阻  R1 上产生的热量为      6 000 J

    D.当   R2 的温度升高时,电压表示数变大,电流表示数变大
             1                                               1
    解析:t=600    s 时,a、b   两点间电压的瞬时值         U=10  2sin (100π×600) V=5 2 V,所
                                                             U
                                         2                    2
以  A 正确.无论何时,输入电压的最大值为                10   V,所以有效值       U1=   =10  V,根据变
                                     U1  n1   1

压器的原、副线圈的电压比等于匝数比,即U2=n2=10,得                      U2=100   V,即电压表读数为

100 V,所以   B 错误.计算热量用有效值,R1            两端的电压有效值为         100 V,所以在    1 min 内
                      U22   1002

电阻   R1 上产生的热量     Q=  R1 t= 100 ×60 J=6 000 J,所以  C 正确.当    R2 的温度升高时,

R2 的电阻减小,导致电路的总电阻减小,所以电路中的总电流将会增大,电流表测量的是
原线圈中的总电流,由于副线圈的电流增大,所以原线圈的电流表示数也要增大;由于电

源的电压不变,原、副线圈的匝数比也不变,所以电压表的示数不变,所以                                D 错误.

    答案:AC
    12.(2017·山东泰安模拟)如图,在理想变压器原副线圈的回路中分别接有三个阻值相

同的电阻    R1、R2、R3.A、B   两端接在输出电压恒为          U 的正弦交流发电机上,此时三个电阻
消耗的功率相同,则(  )


    A.变压器原、副线圈的匝数比为              2∶1
    B.变压器原、副线圈的匝数比为              1∶3
                         U

    C.电阻    R1 两端的电压为3

    D.电阻    R1 中的电流等于     R2 和 R3 中的电流之和
    解析:三个电阻消耗的功率相同,说明通过三个灯泡的电流相同,设原线圈的电流为
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                                                n1 I2  2
I,则副线圈的电流为         2I,变压器原、副线圈的匝数比为n2=I1=1,A                正确,B、D     错误;
                                                                        U

设电阻上的电压为        U1,原线圈两端的电压为          2U1,则   U=3U1,电阻    R1 两端的电压为3,
C 正确.
    答案:AC
    三、非选择题

    13.一些材料的电阻随温度的升高而变化.如图甲是由某金属材料制成的电阻                                R 随摄
氏温度   t 变化的图象,若用该电阻与电池(电动势                E=1.5   V,内阻不计)、电流表(量程为           5 
mA,内阻不计)、电阻箱          R′串联起来,连接成如图乙所示的电路,用该电阻做测温探头,
把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简单的“金属电阻温度计”.


    (1)电流刻度较大处对应的温度刻度________(选填“较大”或“较小”);
    (2)若电阻箱阻值     R′=150 Ω,当电流为        5 mA 时对应的温度数值为________℃.
    解析:(1)由题图甲可知,温度升高,电阻阻值增大,电路中电流减小,因此电流刻度
较大处对应的温度刻度较小.

    (2)电流为   5 mA 时,电路总电阻为        300 Ω,电阻箱阻值      R′=150 Ω,则    R=150 Ω,由

题图甲得对应的温度为          50 ℃.

    答案:(1)较小 (2)50

    14.如图所示,一热敏电阻         RT 放在控温容器      M 内;A   为毫安表,
量程   6 mA,内阻为数十欧姆;E         为直流电源,电动势约为           3 V,内

阻很小;R     为电阻箱,最大阻值为          999.9 Ω,S 为开关.已知      RT 在

95 ℃时的阻值为      150 Ω,在   20 ℃时的阻值约为       550 Ω.现要求在降

温过程中测量在       20 ℃~95 ℃之间的多个温度下          RT 的阻值.
    (1)在图中画出连线,完成实验原理电路图.
    (2)完成下列实验步骤中的填空:
    a.依照实验原理电路图连线.

    b.调节控温容器       M 内的温度,使得       RT 的温度为    95 ℃.
    c.将电阻箱调到适当的阻值,以保证仪器安全.

    d.闭合开关,调节电阻箱,记录电流表的示数                   I0,并记录________.

    e.将  RT 的温度降为     T1(20    ℃<T1<95       ℃);调节电阻箱,使得电流表的读数
                  中国现代教育网     www.30edu.com  全国最大教师交流平台

________,记录
________________________________________________________________________.

    f.温度为    T1 时热敏电阻的电阻值        RT=________.

    g.逐步降低     T1 的数值,直到     20 ℃为止;在每一温度下重复步骤              e、f.
    解析:(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大,因此电阻箱应与热敏电
阻串联.

    (2)本实验原理是当电路的两种状态的电流相等时,外电路的总电阻相等.

    95 ℃和  T1 时对应的电路的电阻相等,有            150 Ω+R0=RT+R1,即    RT=R0-R1+150 Ω.
    答案:(1)实验原理电路图如图所示


    (2)d.电阻箱的读数     R0

    e.仍为   I0 电阻箱的读数       R1

    f.R0-R1+150 Ω
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