人教版高中物理选择性必修第2册 进阶突破3

第1页 共10页 第三章进阶突破

一、选择题(第1～4题为单选题，第5～8题为多选题)

1．(珠海期末)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压均为U的灯泡A和B.输入电压为5U时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是( )

A．原、副线圈匝数比为1∶4

B．原、副线圈的功率比为4∶1

C．流过灯泡A、B的电流之比为4∶1

D．灯泡A、B的额定功率之比为1∶4

【答案】D

【解析】两灯均正常发光，则A、B两端的电压均为U，原线圈两端电压U1＝5U－U＝4U，副线圈两端电压U2＝U，所以原、副线圈匝数比n1∶n2＝U1∶U2＝4∶1，故A错误；理想变压器自身不消耗能量，输入功率等于输出功率，所以原、副线圈的功率比为1∶1，故B错误；原、副线圈匝数比n1∶n2＝U1∶U2＝4∶1，则原、副线圈的电流比I1∶I2＝n2∶n1＝1∶4，故C错误；灯泡A、B的电流之比为1∶4，两灯的额定电压相同，则灯泡A、B的额定功率之比为1∶4，故D正确．

2．理想变压器连接灯泡和滑动变阻器的电路如图所示，M、N端连接一个稳压交流电源，三个灯泡L1、L2和L3接入电路中发光，当滑动变阻器的滑片P向上移动时，下列说法正确的是( )

第2页 共10页 A．灯泡L1变亮，L2变暗

B．灯泡L1、L2都变亮

C．灯泡L2、L3都变亮

D．电源输出功率减小

【答案】B

【解析】设MN两端稳压交流电源的电压有效值为U，原线圈两端的电压为U1，电流为I1，副线圈两端的电压为U2，电流为I2，原副线圈的匝数比n1∶n2＝k，灯泡的电阻都为R，根据欧姆定律，可得副线圈两端的电压为U2＝I2(R＋R并)，根据U1U2＝n1n2＝k得原线圈两端的电压为U1＝kU2＝kI2(R＋R并)，根据I1I2＝n2n1＝1k，解得I1＝1kI2，根据欧姆定律，可得L1两端的电压U′1＝I1R＝I2Rk，则稳压交流电源的电压为U＝U′1＋U1＝I2Rk＋kR＋R并，当滑动变阻器的滑片P向上移动时，其电阻减小，则R并电阻减小，所以总电阻减小，而稳压交流电源的电压U不变，所以电流I2变大，则L2变亮；原线圈的电流I1＝1kI2也增大，所以L1变亮，其两端的电压变大，所以原线圈两端的电压减小，则副线圈两端的电压减小，而L2的电压变大，所以L3与滑动变阻器并联部分的电压减小，所以L3变暗，B正确，A、C错误；因为原线圈的电流增大，稳压交流电源的电压不变，根据P＝UI1，可知电源输出功率增大，D错误．

3．如图，理想变压器的原线圈与二极管一起接在u＝2202sin(50πt)V交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的电阻，原、副线圈匝数比为2∶1.假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大，电流表为理想电表．则( )

第3页 共10页

A．副线圈的输出功率为110 W

B．原线圈的输入功率为1102 W

C．电流表的读数为1 A

D．副线圈输出的电流方向不变

【答案】A

【解析】因为原线圈上接有理想二极管，原线圈只有半个周期有电流，副线圈也只有半个周期有电流，则U1m∶U2m＝n1∶n2，所以副线圈电压的最大值U2m＝1102 V．设副线圈电压的有效值为U2，则U22RT＝U2m22R·T2，解得U2＝552 V，副线圈的输出功率P2＝U22R＝110 W，原线圈的输入功率P1＝P2＝110 W，故A正确，B错误．电流表读数I2＝U2R＝2 A，故C错误．因为原线圈上接有理想二极管，原线圈中电流方向不变，原线圈中电流增大和减小时在副线圈中产生的感应电流方向相反，副线圈输出的电流方向改变，故D错误．

4．(北京丰台区期末)如图所示，理想变压器初级线圈匝数n1＝1 210匝，次级线圈匝数n2＝121匝，电压u＝311sin(100πt)V，负载电阻R＝44 Ω.不计电表对电路的影响，下列说法正确的是( )

A．电流表读数为0.05 A

第4页 共10页 B．电压表读数为311 V

C．输入电压频率为100 Hz

D．若增大R的电阻值，变压器输入功率增大

【答案】A

【解析】由瞬时值的表达式可知，原线圈的电压最大值为311 V，所以原线圈的电压的有效值为U1＝3112 V≈220 V，所以电压表的读数约为220 V，根据变压比公式U1U2＝n1n2可得，U2＝U1n2n1＝22 V，则右侧线圈电流为I2＝U2R＝2244 A＝0.5 A，则根据公式I1I2＝n2n1，代入数据得I1＝I2n2n1＝0.05 A，故A正确，B错误．根据公式f＝1T，T＝2πω，代入数据得f＝50 Hz，故C错误．根据电功率公式P＝U2R可知，当U不变时，电阻变大，电功率变小，故若增大R的电阻值，变压器输出功率减小，又因为输入功率等于输出功率，所以变压器输入功率减小，故D错误．

5．(洛阳一模)有一个原、副线圈匝数比为10∶1的理想变压器，原线圈所接交流电源的电压瞬时值表达式为u＝3002sin(50πt) V．副线圈所接电路如图所示，灯L1、L2为均标有“20 V 10 W”字样的灯泡，当S闭合时，两灯恰好正常发光．则( )

A．电阻R＝10 Ω

B．流过R的交流电的周期为0.02 s

C．断开S后，原线圈的输入功率减小

D．断开S后，灯L1仍能正常发光

第5页 共10页 【答案】AC

【解析】原线圈所接交流电压的有效值U1＝30022 V＝300 V，根据变压比可知，副线圈两端电压U2＝U1n1·n2＝30 V，灯泡正常发光，则电阻R两端电压为10 V，流过R的电流I2＝1020×2 A＝1

A，根据欧姆定律可知R＝URI2＝10 Ω，故A正确．根据交流电源的电压瞬时值表达式可知，角速度ω＝50π rad/s，则周期T＝2πω＝0.04 s，则流过R的交变电流的周期为0.04 s，故B错误．断开S后，副线圈电阻增大，根据欧姆定律可知，电流减小，故输出功率减小，则输入功率减小，故C正确．断开S后，灯泡L1两端电压增大，不能正常发光，故D错误．

6．(辽宁普通高中质检)如图甲所示，理想变压器原副线圈的匝数比为10∶1，R1＝20 Ω、 R2＝40 Ω，电容器的电容C＝100 μF，已知电阻R1两端的正弦交流电压如图乙所示，下列说法正确的是( )

A．该交变电流的频率为50 Hz

B．原线圈输入电压的有效值为2002 V

C．电容器所带电量为4×10－3 C

D．电阻R2消耗的功率为20 W

【答案】ABD

【解析】由R1两端的正弦交流电压图像读出周期T＝0.02 s，则交变

第6页 共10页 电流的频率为f＝1T＝50

Hz，而变压器不改变交变电流的频率，则发电机的交变电流的频率也为50 Hz，故A正确；由ut图像读出变压器的输出电压的最大值为U2max＝40 V，则正弦交流电的有效值为U2＝U2max2＝202 V，根据理想变压器两端的电压比等于匝数比，有U1U2＝n1n2＝101，解得原线圈输入电压的有效值U1＝10U2＝2002 V，故B正确；电容器的作用是通交流隔直流，所以在正弦交流电路中电容器有变化的电流通过，电容器C所带电量是不断变化的，且最大电量因R3和容抗未知而无法求出，故C错误；副线圈的电路中R2与R1并联，电压相等，则其功率为PR2＝U22R2＝202240

W＝20 W，故D正确．

7．(邯郸名校期末)交流发电机的线圈绕垂直于匀强磁场的水平轴逆时针匀速转动，每秒转动10转，线圈从图示位置开始计时，电流表的示数为1 A，已知线圈匝数为500匝，线圈内阻r＝1.0 Ω，外接电阻R＝9.0 Ω，以下判断正确的是( )

A．图示时刻交变电流方向为ADCBA

B．通过线圈磁通量的最大值为 2π×10－3 Wb

C．t＝516 s时线圈磁通量的变化率 250 Wb/s

第7页 共10页 D．t＝916 s时外接电阻R所消耗的电功率为10 W

【答案】AB

【解析】由右手定则可知，图示时刻电流方向为ADCBA，故A正确．电动势的有效值E＝I(R＋r)＝1×(9.0＋1.0) V＝10 V，电动势的峰值Em

＝2E＝102 V，根据感应电动势峰值Em＝NBSω可知，通过线圈磁通量的最大值Φm＝BS＝EmNω＝Em2πnN，代入数据解得Φm＝2π×10－3 Wb，故B正确．线圈做圆周运动的角速度ω＝2πn＝20π rad/s，从图示位置开始计时，电动势的瞬时值表达式e＝Emcos ωt＝102cos(20πt) V，t＝516

s时，感应电动势瞬时值e＝10 V，此时磁通量的变化率eN＝150 Wb/s，故C错误；求电功率应用有效值，t＝916 s时外接电阻R所消耗的电功率P＝I2R＝ER＋r2R＝109＋12×9 W＝9 W，故D错误．

8．(广州天河区三模)如图，理想变压器上接有3个完全相同的灯泡，其中1个灯泡与原线圈串联，另外2个灯泡并联后接在副线圈两端．已知交流电源的电压u＝182sin(100πt) V,3个灯泡均正常发光，忽略导线电阻，则变压器( )

A．副线圈电压的频率为100 Hz

B．原线圈两端的电压为12 V

C．原、副线圈的电流比为2∶1

D．原、副线圈的匝数比为2∶1

第8页 共10页 【答案】BD

【解析】根据交流电源的电压u＝182sin(100πt) V，可知角速度ω＝100π rad/s，则频率为f＝ω2π＝50 Hz，A错误；设每只灯泡的额定电流为I，额定电压为U，因并联在副线圈两端的两只小灯泡正常发光，所以副线圈中的总电流为2I，原、副线圈电流之比为1∶2，由原、副线圈中电流之比与匝数成反比，得原、副线圈的匝数之比为n1n2＝I2I1＝21，故C错误，D正确；根据电压与匝数成正比U1U2＝n1n2，得原线圈两端电压为U1＝n1n2U2＝2U，根据闭合电路欧姆定律得交流电源电压为U′＝U＋2U＝3U，该交流电的最大值为182 V，则有效值为18 V，所以3U＝18 V，则灯泡的额定电压为6 V，原线圈两端的电压U1＝2U＝12 V，B正确．

二、非选择题

9．如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图，它的结构是一个套在轴向形永久磁铁槽中的半径为r＝0.10 m、匝数n＝20匝的线圈，磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)．在线圈所在位置磁感应强度B的大小均为B＝0.20π T，线圈的电阻为R1＝0.50

Ω，它的引出线接有R2＝9.5 Ω的小电珠L.外力推动线圈框架的P端，使线圈沿轴线做往复运动，便有电流通过小电珠．当线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示时(摩擦等损耗不计)．求：

(1)小电珠中电流的最大值；