【湘教考苑】2016届高三(人教版)一轮复习物理-第11章11.2

一、选择题(本大题共10小题,共40分.在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项是正确的,有的小题有多个选项是正确的.全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)1.矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动,对于线圈中产生的交流电()A.交流电的周期等于线圈转动周期B.交流电的频率等于线圈的转动频率的两倍C.线圈每次通过中性面,交流电改变一次方向D.线圈每次通过中性面位置,交流电达到最大值2.一交流电压为u=1002sin100πt V,由此表达式可知()A.用电压表测该电压其示数为100VB.该交流电压的周期为0.02sC.将该电压加在“100V,100W”的灯泡两端,灯泡的实际功率小于100WD.t=1/400s时,该交流电压的瞬时值为50V3.电阻为1 Ω的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电动势随时间变化的图象如图所示.现把交流电加在电阻为9 Ω的电热丝上，下列判断正确的是（）A.线圈转动的角速度ω＝100 rad/sB.在t＝0.01 s时刻，穿过线圈的磁通量最大C.电热丝两端的电压U＝1002VD.电热丝此时的发热功率P＝1 800 W4.一台发电机的结构示意图如图所示,其中N、S是永久磁铁的两个磁极,它们的表面呈半圆柱面形状.M是圆柱形铁心,铁心外套有一矩形线圈,线圈绕铁心M中心的固定转轴匀速转动.磁极与铁心之间的缝隙中形成方向沿半径的辐向磁场.若从图示位置开始计时电动势为正值,下列图象中能正确反映线圈中感应电动势e随时间t变化规律的是()5.图甲、图乙分别表示两种电压的波形,其中图甲所示电压按正弦规律变化.下列说法正确的是()A.图甲表示交流电,图乙表示直流电B.两种电压的有效值相等C.图甲所示电压的瞬时值表达式为u=311sin100πt VD.图甲所示电压经匝数比为10∶1的变压器变压后,频率变为原来的101 6.(2014·江西红色六校联考)在如图甲所示的电路中，A 1、A 2、A 3为相同的电流表，C 为电容器，电阻R 1、R 2、R 3的阻值相同，线圈L 的电阻不计.在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化规律如图乙所示，则在t 1～t 2时间内（ ）A.电流表A 1的示数比A 2的小B.电流表A 2的示数比A 3的小C.电流表A 1和A 2的示数相同D.电流表的示数都不为零7.一矩形线圈,在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动,形成如图所示的交变电动势图象,根据图象提供的信息,以下说法正确的是( )A.线圈转动的角速度为3100πrad/s B.电动势的有效值14.1VC.t=1.0×10-2s 时,线圈平面和磁场方向的夹角为30°D.t=1.5×10-2s 时,穿过线圈平面的磁通量最大 8.(2014·辽宁五校联考)如图所示,有一矩形线圈的面积为S ,匝数为N ,内阻不计,绕OO'轴在水平方向的磁感应强度为B 的匀强磁场中以角速度ω做匀速转动,从图示位置开始计时,矩形线圈通过滑环接一理想变压器,滑动触头P 上下移动时可改变输出电压,副线圈接有可调电阻R ,下列判断正确的是( )A.矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e=NBS ωcos ωtB.矩形线圈从图示位置经过ωπ2时间时,通过电流表的电荷量为0 C.当P 位置不动,R 增大时,电压表读数也增大 D.当P 位置向上移动、R 不变时,电流表读数减小9.(2014·开封联考)理想自耦变压器的原线圈接有如图甲所示的正弦式交变电压，副线圈接有可调电阻R ，触头P 与线圈始终接触良好，下列判断正确的是（ ）A.交变电源的电压u 随时间t 变化的规律是u ＝U 0 cos 100πtB.若仅将触头P 向A 端滑动，则电阻R 消耗的电功率增大C.若仅使电阻R 增大，则原线圈的输入电功率增大D.若使电阻R 增大的同时，将触头P 向B 端滑动，则通过A 处的电流一定增大10.如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度为B.电阻为R 、半径为L 、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O 轴以角速度ω匀速转动(O 轴位于磁场边界).则线框内产生的感应电流的有效值为( )A.RBL 22ωB.RBL 222ωC.RBL 422ωD.R BL 42ω二、填空与实验题(本大题共2小题,共10分.把答案填在题中的横线上或按照题目要求作答)11.(4分)(1)某同学为一城市设计路灯自动控制电路.要求路灯白天自动熄灭,晚上自动开启.请你利用所学过的有关传感器的知识在图中帮他连接好这个自动控制电路.(2)某小组用调压变压器供电测定和描绘一只标有“220V ,40W ”的白炽灯灯丝的伏安特性曲线.该变压器只有一组线圈,绕在闭合的环形铁心上,输入端接220V 交流电源的火线与零线,输出端有一个滑片P ,移动它的位置,就可以使输出电压在0~250V 之间连续变化,图中画出了调压变压器的电路图符号.实验室备有交流电压表(量程300V 、内阻约20kΩ),交流电流表(量程0.6A 、内阻约10Ω),滑动变阻器,开关,导线等实验器材.请在图中完成实验电路图.(要求在额定电压下测得的数据误差尽量小)12.(6分)如图甲、乙、丙、丁所示是四种常见的电容式传感器示意图.电容器的电容C 决定于极板正对面积S 、极板间距离d 以及极板间的电介质这几个因素.如果某一物理量变化能引起上述某个因素的变化,从而引起电容的变化,那么,通过测定电容器的电容就可以确定该物理量的变化.(1)图甲可用来测定角度θ,当动片与定片之间的角度θ变大时,可使电容C (填“变大”“变小”或“不变”).(2)图乙可用来测定液面高度h.在导线芯的外面涂上一层绝缘物质,放入导电液体中,导线芯和导电液体构成电容器的 ,导线芯外面的绝缘物质就是 .液面高度h 变大时,可使电容C (填“变大”“变小”或“不变”).(3)图丙可以测定.它是通过改变而使电容C发生变化的.(4)图丁可以测定位移x.它是通过改变极板间的,而使电容C发生变化的.三、计算题(本大题共4小题,共50分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤.只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)13.(10分)一正弦交变电压的电压u随时间t变化的规律如图所示.(1)写出该交变电压的瞬时值表达式;(2)求出该交变电压的有效值;(3)将该交变电压接在匝数比为1∶2的理想变压器原线圈上,副线圈给R=16Ω的小灯泡供电,求灯泡消耗的功率.14.（14分）(2014·洛阳重点高中联考)三峡水利枢纽工程是流域治理开发的关键工程，是中国规模最大的水利工程.枢纽控制的流域面积为1×106 km2，占长江流域面积的56%，坝址处年平均流量Q＝4.51×1011 m3.水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面.在发电方面，三峡电站安装水轮发电机组26台，总装机容量即26台发电机组同时工作时的总发电功率P＝1.82×107kW.年平均发电量约为W＝8.40×1010kW·h，电站主要向华中、华东电网供电，以缓解这两个地区的供电紧张局面.阅读上述资料，解答下列问题(水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2).(1)请画出远距离输电的原理图并在其上用相应的符号标明相应的物理量.(2)若三峡电站上、下游水位差按H＝100 m计算，试推导三峡电站将水流的势能转化为电能的效率η的公式并计算出效率η的数值.(3)若26台发电机组全部发电，要达到年发电量的要求，每台发电机组平均年发电时间t为多少天？(4)将该电站的电能输送到华中地区，输电功率P1＝4.5×106kW，采用超高压输电，输电电压U＝500 kV，而发电机输出的电压约为U0＝18 kV，要使输电线上损耗的功率为输送电功率的5%，求发电站的升压变压器原、副线圈的匝数之比和输电线路的总电阻.15.(12分)如图是变压器电路,若变压器功率损失不计,加在原线圈上的电压U1=3300V,输出电压U2=220V,绕过铁芯的导线所接电压表示数为2V,则:(1)原副线圈匝数n1、n2分别为多少?(2)当S断开时,电流表A2的示数I2=5A,则电流表A1的示数I1多大;(3)当S闭合时,电流表A1示数如何变化?16.（14分）交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动.一小型发电机的线圈共220匝，线圈面积S＝0.05 m2，线圈转动的频率为50 Hz，线圈内感应强度B ＝2T.为了用此发电机所阻不计，磁场的磁发出的交流电带动两个标有“220 V ,11 kW”的电机正常工作，需在发电机的输出端a 、b 与电机之间接一个理想变压器，电路如图所示，求：(1)发电机的输出电压为多少？(2)变压器原、副线圈的匝数比为多少？(3)与变压器原线圈串联的交流电流表的示数为多大？参考答案1.解析:线圈转动一周,交流电周期性改变一次,所以线圈的转动周期、频率等于交流电的周期、频率.线圈通过中性面时,交流电方向改变一次,此时的感应电流为零,故A 、C 两项正确. 答案:AC2,解析:电压有效值为100V ,故用电压表测该电压其示数为100V ,A 项正确;ω=100π rad/s,则周期T=ωπ2=0.02s,B 项正确;该电压加在“100V ,100W ”的灯泡两端,灯泡恰好正常工作,C 项错;t=1/400s 代入瞬时值表达式得电压的瞬时值为100V,D 项错. 答案:AB3.解析：由题图可以看出该交变电流的周期T ＝0.02 s ，则角速度ω＝T π2＝02.02πrad/s ＝100π rad/s ，A 项错.t ＝0.01 s 时刻，电压达到最大，则此时磁通量变化率最大，磁通量为零，B 项错.电热丝两端电压为路端电压U R ＝U rR R +＝2199m U ⨯+＝902V ，故C 项错.根据电功率公式9)290(22==R U P R W ＝1 800 W ，故D 项正确. 答案：D4.解析:由题图可知发电机内部磁极与铁芯之间的缝隙中为方向沿半径的辐向磁场,所以距转轴距离相等的各点磁感应强度大小相等,根据法拉第电磁感应定律可知回路中产生大小恒定的感应电动势,A 、B 两项错误;当线圈转到竖直位置时,回路中感应电动势方向发生变化,C 项错误,D 项正确. 答案:D5.解析:交流电是电流大小和方向随时间发生变化的电流,两个图中都是交流电,A 项错;图甲是正弦交流电,图乙是锯齿形交流电,图形不同,有效值大小不相等,B 项错;对图甲的瞬时值表达式解析是正确的,C 项对;变压器不改变交流电的频率大小,D 项错. 答案:C6.解析： 由于理想变压器原线圈内的磁场均匀变化，所以副线圈产生恒定电动势，电流表A 1和A 2的示数相同，因电容器所在的支路相当于断路，电流表A 3的示数为0，选项C 正确.答案：C 7.解析:角速度ω=31002ππ=T rad/s,A 项正确;电动势的有效值E=2m E =14.1V,B 项正确;电动势的瞬时值e=20sin3100πt (V),将t = 1.0×10-2s 代入该式,解得θ=3π,这是线圈从中性面开始转过的夹角,故线圈平面和磁场方向的夹角为30°,C 项正确;t=1.5×10-2s 时,线圈平面与磁场平行,磁通量最小,D 项错.答案:ABC8.解析:由于线框转动时两边同时切割磁感线,产生感应电流方向相同,则感应电动势为e=2NBL (21L'ω)sin(90°-ωt )=NBS ωcos ωt ,A 项正确;矩形线圈从图示位置经过ωπ2时间时,通过电流表的电荷量为q=Rφ∆,B 项错误;P 位置不动,由于线圈内阻不变,输出电压不变,电压表示数不变,C 项错误;P 位置向上移动,变压器原、副线圈匝数比减小,输出电压变大,R 不变,输出电流增大,输入电流也增大,电流表示数变大,D 项错误. 答案:A9.解析：由图甲可得交变电源的周期为T ＝0.02 s ，最大值为U 0，则电源的电压u ＝U 0 cos Tπ2t ＝U 0 cos 100πt ，选项A 正确；由2121n n U U =，若仅将触头P 向A 端滑动，即n 2增大，则副线圈的输出电压U 2增大，电阻R 消耗的电功率P ＝RU 22增大，选项B 正确；若仅使电阻R 增大，则输出电压U 2一定，输出电功率P ＝RU 22减小，原线圈的输入电功率减小，选项C 错误；若使电阻R 增大的同时，将触头P 向B 端滑动，则输出电压U2减小，输出或输入的电功率减小，通过A 处的电流I ＝1U P一定减小，选项D 错误. 答案：AB10.解析:切割磁感线产生的感应电动势为E=21BL 2ω,一个周期内有电动势的时间是4T,故根据有效值定义有(R BL ω221)2R 4T =I 2RT ,解得I=RBL 42ω.答案:D11.解析:(1)电磁铁要和直流电源、光敏电阻串联成一个回路,路灯通过衔铁和火线、零线连接,电路如答案图所示.(2)原线圈和火线、零线连接,开关应串联在火线上;左边接灯泡,电流表内接.电表读数通过调压变压器调节,不需要滑动变阻器.电路如答案图所示. 答案:(1)如图所示(2)如图所示12.解析:(1)题图甲,是通过动片的旋进和旋出来改变电极之间的相对面积使电容C 变化的.角度θ变大,电极之间的相对面积减小,故电容C 变小.(2)图乙,导线芯和导电液体相当于电容器的两个极板,导线芯外面的绝缘物质相当于电介质,液面高度h 变大时,相当于增大了两板的正对面积,使电容C 变大.(3)图丙用来测定待测压力F .压力F 的变化可引起极间距离的变化,从而改变电容C.(4)图丁是通过改变电介质插入板间的多少,即改变电介质而使电容C 发生变化的.答案:(1)变小 (2)两个极 电介质 变大 (3)待测压力F 极板间距离 (4)电介质 13.解析:(1)由题中图象知电压最大值为10V,周期为0.04s,其角频率ω=Tπ2=50π rad/s 所以瞬时值表达式为u=10sin(50πt )V . (2)有效值为U=252=m U V =7.1V .(3)副线圈输出电压U 2=12n n U 1=102V . 小灯泡的功率为P=RU 22=12.5W .答案:(1)u=10sin(50πt ) V (2)7.1V (3)12.5W 14.解析： (1)远距离输电的原理图如图所示.(2)电站能量转化的效率η＝gQHWW W ρ=机电 效率η＝100101051.4100.136********.8113310⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯×100%≈67.1%. (3)依据P ＝Wt 可知，每台发电机组平均年发电时间t ＝241082.11040.8710⨯⨯⨯=P W 天≈192.3天.(4)升压变压器原、副线圈的匝数之比UU n n 021=＝9∶250 由P 1＝UI 得I ＝9.0×103 A 又P 损＝I 2R ＝5%P 1由以上各式解得R≈2.78 Ω.答案：(1)见解析图 (2)67.1% (3)192.3天 (4)9∶250 2.78 Ω15.解析:(1)在题图中,穿过原、副线圈的磁通量变化率是相同的,在每一匝上感应出数值相同的感应电动势.电压表(绕组为1匝)示数为2V ,所以原线圈匝数:n 1=23300匝=1650匝;副线圈匝数为:n 2=2220匝=110匝. (2)断开S 时,A 2示数为5 A,根据 可得 I 1=16505110122⨯=n I n A =0.33A . (3)S 接通后,副线圈负载变大,输出功率变大,输入功率也变大,U 1不变,所以I 1变大.答案:(1)1650匝 110匝 (2)0.33A (3)变大16.解析：(1)E m ＝NBSω＝1 1002 V 输出电压的有效值为U 1＝2m E ＝1 100 V(2)根据2121n n U U得21n n ＝15 (3)根据P 入＝P 出＝2.2×104 W再根据P 入＝U 1I 1，解得I 1＝20 A 答案：(1)1 100 V (2)15 (3)20 A。

(对应学生用书第211页)[知识结构导图][导图填充]①0 ②nBSω ③nBSω ④E m 2⑤n ΔΦΔt ⑥n 1n 2 ⑦n 2n 1 ⑧P 1＝P 2 ⑨IR 线[思想方法]1．物理模型—理想变压器 2．控制变量 3．功能关系 4．等效法 [高考热点]1．理想变压器原理及动态分析 2．远距离输电问题物理模型|三种特殊的变压器模型1．自耦变压器高中物理中研究的变压器本身就是一种忽略了能量损失的理想模型，自耦变压器(又称调压器)，它只有一个线圈，其中的一部分作为另一个线圈，当交流电源接不同的端点时，它可以升压也可以降压，变压器的基本关系对自耦变压器均适用，如图11-1所示．图11-12．互感器3.双副线圈变压器计算具有两个(或两个以上)副线圈的变压器问题时，应注意三个联系：(1)电压关系：U1n1＝U2n2＝U3n3＝…(2)电流关系：n1I1＝n2I2＋n3I3＋…(3)功率关系：P1＝P2＋P3＋…(2018·珠海模拟)为了测量高电压和强电流的大小，常用到变压器的有关原理．如图11-2所示，L1和L2是输电线，甲是电压互感器，乙是电流互感器，电压表和电流表为理想交流电表．若电压互感器上下线圈的匝数比为 1 000∶1，电流互感器上下线圈的匝数比为1∶100，电压表示数为220 V，电流表示数为10 A，则下列说法正确的是()图11-2 A．两输电线间的电压为220 VB．L2中的电流为10 AC．输电线中输送的功率为2.2×108 WD．两输电线间的电阻为22 ΩC[根据变压器的工作原理有U1U2＝1 0001和I1I2＝1001，解得U1＝2.2×105 V，I1＝1 000 A，所以A、B错误；输电线中输送的功率P＝U1I1＝2.2×108 W，C正确；由于输电线路不能视为简单的纯电阻电路，不能用欧姆定律求出电阻，D错误．][突破训练]1.一自耦变压器如图11-3所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈．通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈．在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2.在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中()图11-3A．U2＞U1，U2降低B．U2＞U1，U2升高C．U2＜U1，U2降低D．U2＜U1，U2升高C[a、b间作为原线圈(匝数不变)接电压为U1的交变电流，在滑动触头由M点移动到N点的过程中，相当于副线圈的匝数变少，由变压器工作原理U 1U 2＝n 1n 2知，U 1＞U 2，且U 2降低，选项C 正确．]高考热点1|交变电流的“四值”应用1．正弦式交变电流的重要公式2. 对交变电流有效值的理解交变电流的有效值是根据电流的热效应(电流通过电阻生热)进行定义的，所以进行有效值计算时，要紧扣电流通过电阻生热(或热功率)进行计算．注意“三同”，即“相同电阻”上“相同时间”内产生“相同热量”．计算时，“相同时间”至少要取一个周期的时间．(2018·枣庄模拟)图11-4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r ＝2 Ω，外电路的小灯泡电阻恒为R ＝6 Ω，电压表、电流表均为理想电表．下列说法正确的是( )【导学号：84370486】甲乙图11-4 A．电压表的读数为4 VB．电流表读数0.5 AC．1秒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0.082πWbB[由图象可知，电动势最大值为E m＝4 2 V，所以有效值为E＝E m 2＝42 2V＝4 V，电路中电流为I＝ER＋r＝46＋2A＝0.5 A，电压表的读数为U＝IR＝0.5×6 V＝3 V，故A错误，B正确；由图象可知，周期为T＝0.04 s，所以频率为25 Hz，线圈转一圈，电流方向改变2次，所以1秒内流过小灯泡的电流方向改变50次，故C错误；由E m＝NBSω和ω＝2πf可知，Φm＝BS＝E mNω＝E mN·2πf＝42100×2π×25Wb＝0.000 82πWb，故D错误．][突破训练]2．如图11-5所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO′轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R，当线圈由图示位置转过60°的过程中，下列判断正确的是()图11-5A．电压表的读数为NBSω2(R＋r)B．通过电阻R的电荷量为q＝NBS 2(R＋r)C．电阻R所产生的焦耳热为Q＝N2B2S2ωRπ4(R＋r)2D．当线圈由图示位置转过60°时的电流为NBSω2(R＋r)B[线圈在磁场中转动产生了正弦交流电，其电动势的最大值E m＝NBSω，电动势的有效值E＝NBSω2，电压表的读数等于交流电源的路端电压，且为有效值，则U＝NBSω2(R＋r)R，A错误；求通过电阻R的电荷量要用交流电的平均电流，则q＝IΔt＝NΔΦR＋r＝N(BS－12BS)R＋r＝NBS2(R＋r)，故B正确；电阻R上产生的热量应该用有效值来计算，则电阻R产生的热量Q＝I2Rt＝[NBSω2(R＋r)]2R·π3ω＝πN2B2S2Rω6(R＋r)2，故C错误；线圈由图示位置转过60°时的电流为瞬时值，则i＝NBSωR＋rsin ωt＝NBSωR＋rsinπ3＝3NBSω2(R＋r)，故D错误．]高考热点2|与变压器相关的综合问题1．远距离高压输电的几个基本关系2．理想变压器中相关物理量间的制约关系的分析程序可表示为：(2018·固原模拟)一含有理想变压器的电路如图11-6甲所示，图中理想变压器原、副线圈匝数之比为2∶1，电阻R1和R2的阻值分别为3 Ω和1 Ω，电流表、电压表都是理想交流电表，a、b输入端输入的电流如图乙所示，下列说法正确的是()甲乙图11-6A．电流表的示数为62 AB．电压表的示数为 6 VC．0～0.04 s内，电阻R1产生的焦耳热为0.08 JD ．0.03 s 时，通过电阻R 1的瞬时电流为 6 A A [设电流表的示数为I 1，则I 21RT ＝⎝⎛⎭⎪⎫222R T 2＋(2)2R T 2，求得：I 1＝62 A ，故A 正确；由于原线圈中只有交流部分电流才能输出到副线圈中，故副线圈中电流交流部分的电流最大值为22 A ；设副线圈交流电的有效值为I 2，则：I 22RT ＝⎝ ⎛⎭⎪⎪⎫2222R T 2，求得：I 2＝24 A ，因此电压表的示数为：U ＝I 2R ＝24 V ，故B 错误；0～0.04 s 内，电阻R 1产生的焦耳热为Q 1＝I 22R 1t ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫242×3×0.04 J ＝0.015 J ，选项C 错误；0.03 s 时，通过电阻R 1的瞬时电流为0，选项D 错误．故选A.] [突破训练]3．(2017·潍坊模拟)如图11-7所示，边长为L 、匝数为N 、电阻不计的正方形线圈abcd ，在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕转轴OO ′以角速度ω匀速转动，轴OO ′垂直于磁感线，制成一台交流发电机，它与理想变压器的原线圈连接，变压器原、副线圈的匝数之比为1∶2，二极管的正向电阻为零，反向电阻无穷大，从正方形线圈处于图示位置开始计时，下列判断正确的是( )图11-7A ．交流发电机的感应电动势的瞬时值表达式为e ＝NBωL 2sin ωtB ．变压器的输入功率与输出功率之比为2∶1C ．电压表示数为NBωL 2D ．若将滑动变阻器的滑片向下滑动，电流表和电压表示数均减小 C [图示线圈位置是与中性面垂直的位置，从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBωL2cos ωt，A错．理想变压器的输入功率与输出功率相等，B错．原线圈电压的有效值U1＝22NBωL2，由U1U2＝12得U2＝2NBωL2，由于二极管的单向导电性，副线圈中只有半个周期内有电流，设电压表示数为U，根据有效值的定义得U22R×T2＝U2R×T，所以电压表的示数U＝NBωL2，C对．若滑动变阻器的滑片向下滑动，副线圈的总阻值增大，原线圈电压不变，副线圈电压也不变，电压表示数不变，由欧姆定律得副线圈中的电流变小，原线圈中的电流也变小，电流表示数变小，D错．]。

人教版高中物理第十一章电路及其应用精选试卷测试卷（解析版）一、第十一章电路及其应用选择题易错题培优（难）1．一个T形电路如图所示，电路中的电阻130R=Ω，2320R R==Ω，另有一测试电源，所提供电压恒为10V，以下说法正确的是A．若将cd端短路，ab之间的等效电阻是50ΩB．若将ab端短路，cd之间的等效电阻是40ΩC．当ab两端接上测试电源时，cd两端的电压为4VD．当cd两端接通测试电源时，ab两端的电压为6V【答案】C【解析】【分析】【详解】当cd端短路时，ab间电路的结构是：电阻23R R、并联后与1R串联，等效电阻为：23123202030402020R RR RR R⨯=+=+=Ω++，故A错误；当ab端短路时，cd之间电路结构是：电阻13R R、并联后与2R串联，等效电阻为：13213302020323020R RR RR R⨯=+=+=Ω++，故B错误；当ab两端接通测试电源时，cd两端的电压等于电阻R3两端的电压，313201043020RU E VR R==⨯=++；故C正确；当cd两端接通测试电源时，ab两端的电压等于电阻3R两端的电压，为3323201052020RU E VR R==⨯=++，故D错误；【点睛】对于电路问题，首先要明确电路的结构，并能正确应用串并联电路的规律进行分析，必要时应进行电路的简化．2．阻值相等的四个电阻、电容器C及电池(E内阻可忽略)连接成如图所示电路.开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为1Q，闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为21.Q Q与2Q的比值为()A ．25B ．12C ．35D ．23【答案】C 【解析】试题分析：根据等效电路，开关S 断开时，电容器的电压12112325+3E U R E R R =⋅⨯=，得11Q CU =；S 闭合时，211123+2E U R E R R =⋅=，22Q CU =，故112235Q U Q U ==，故选C ．【学科网考点定位】闭合电路的欧姆定律、电容器【名师点睛】此题是对闭合电路欧姆定律及电容器问题的考查；解题关键是要搞清电路的结构，画出等效电路图，搞清电容器两端的电压是哪个电阻两端的电压，然后根据Q=CU 求解电容器的带电荷量．3．一个电流表的满偏电流I g =1mA ，内阻为300Ω，要把它改装成一个量程为15V 的电压表，则应在电流表上（ ） A ．串联一个14700Ω的电阻 B ．并联一个14700Ω的电阻 C ．串联一个15000Ω的电阻 D ．并联一个15000Ω的电阻 【答案】A 【解析】 【分析】 【详解】根据电路串联分压和并联分流的特点，电流表改装成大量程的电压表需要串联一个大电阻分担多的电压；结合部分电路的欧姆定律可知()g g U I R R =+，代入数据得14700g gUR R I =-=Ω，故选A ． 【点睛】电流表串联电阻起分压作用为电压表，电压表串联电阻为总电阻减去电流表的内阻．总电阻=量程除以满偏电流，串联电阻为g gUR R I =-．4．如图是有两个量程的电压表，当使用a 、b 两个端点时，量程为0～10 V ，当使用a 、c 两个端点时，量程为0～100 V ．已知电流表的内阻R g 为500 Ω，满偏电流I g 为1 mA ，则电阻R 1、R 2的值( )A ．9500Ω；90000ΩB ．90000Ω；9500ΩC ．9500Ω；9000ΩD ．9000Ω；9500Ω 【答案】A 【解析】 【详解】 由图示电路图可知110V ()g g I R R +=， 1210()0V g g I R R R ++=，代入数据解得19500ΩR =，290000ΩR = A. 9500Ω；90000Ω与分析相符，符合题意 B. 90000Ω；9500Ω与分析不符，不符合题意 C. 9500Ω；9000Ω与分析不符，不符合题意 D. 9000Ω；9500Ω与分析不符，不符合题意5．R 1和R 2是材料相同，厚度相同，表面都为正方形的导体，但R 1的尺寸比R 2大得多，把它们分别连接在如图电路的A 、B 端，接R 1时电压表的读数为U 1，接R 2时电压表的读数为U 2，下列判断正确的是A ．R 1<R 2B ．R 1>R 2C ．U 1<U 2D ．U 1＝U 2 【答案】D 【解析】 【详解】AB ．设正方形的边长为a ，则导体的电阻L a R S ad dρρρ=== 由两导体的ρ与d 相同，则两导体电阻相等，即R 1=R 2，故AB 错误； CD ．导体接入电路中，电压表示数U=IR =Er R+R 由于电源电动势E 、内阻r 、导体电阻R 相同，则电压表示数U 相同，即U 1=U 2，故C 错误，D 正确； 故选D ．6．雷击，指打雷时电流通过人、畜、树木、建筑物等而造成杀伤或破坏，其中一种雷击形式是带电的云层与大地上某点之间发生迅猛的放电现象，叫作“直击雷”。

第二节 变压器 电能的输送(对应学生用书第204页)[教材知识速填]知识点1 理想变压器1．构造和原理(如图11-2-1所示)(1)构造：图11-2-1 变压器由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成．(2)原理：电磁感应的互感现象．2．基本关系(1)电压关系：U 1U 2＝n 1n 2. (2)功率关系：P 入＝P 出．(3)电流关系：①只有一个副线圈时：I 1I 2＝n 2n 1. ②有多个副线圈时，U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋…＋U n I n .3．几种常见的变压器(1)自耦变压器——调压变压器．(2)互感器⎩⎨⎧电压互感器：把高电压变成低电压.电流互感器：把大电流变成小电流. 自耦变压器原理如图11-2-2所示：图11-2-2若AX为输入端，触头a向上移动时，副线圈匝数N2增加，输出电压升高．易错判断(1)变压器能改变交变电流的电压，不能改变交变电流的频率．(√)(2)正常工作的变压器当副线圈与用电器断开时，副线圈两端无电压．(×)(3)变压器副线圈并联更多的用电器时，原线圈输入的电流随之减小．(×)知识点2远距离输电1．输电过程(如图11-2-3所示)图11-2-32．电压损失(1)ΔU＝U－U′(2)ΔU＝IR3．功率损失(1)ΔP＝P－P′(2)ΔP＝I2R＝ΔU2 R4．输送电流(1)I＝PU(2)I＝U－U′R5．减少输电线上电能损失的方法(1)减小输电导线的电阻R线．由R线＝ρLS知，可采用加大导线的横截面积、采用电阻率小的材料做导线．(2)减小输电导线中的电流．在输电功率一定的情况下，根据P＝UI，要减小电流，必须提高输电电压．易错判断(1)增大输电导线的横截面积不利于减少输电过程中的电能损失．(×)(2)高压输电是通过减小输电电流来减少电路的发热损耗．(√)(3)在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越大．(√)[教材习题回访]考查点：变压器的原理1．(沪科版选修3－2 P75T3改编)图11-2-4为一理想变压器，其原、副线圈匝数之比n1∶n2＝4∶1，原线圈两端连接光滑导轨，副线圈与电阻R组成闭合电路．当直导线MN在匀强磁场中沿导轨向左匀速切割磁感线时，电流表的示数是10 mA，那么电流表的示数是()图11-2-4A．40 mA B．0C．10 mA D．2.5 mA[答案]B考查点：互感器的原理2．(粤教版选修3－2 P59T4改编)如图11-2-5所示，P是电压互感器，Q是电流互感器，如果两个互感器的变压比和变流比都是50，电压表的示数为220 V，电流表的示数为3 A，则输电线路中的电压和电流分别是()图11-2-5A．11 000 V150 A B．1 100 V15 AC．4.4 V16.7 A D．4.4 V0.06 A[答案]A考查点：远距离高压输电问题3．(人教版选修3－2 P50 T3改编)从发电站输出的功率为220 kW，输电线的总电阻为0.05 Ω，用110 V和11 kV两种电压输电．两种情况下输电线上由电阻造成的电压损失之比为()A．100∶1 B．1∶100C．1∶10 D．10∶1[答案]A考查点：变压器的动态分析问题4．(人教版选修3－2 P44 T5改编)如图11-2-6所示的电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器．现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是()图11-2-6A．电压表V1示数增大B．电压表V2、V3示数均增大C．该变压器起升压作用D．变阻器滑片是沿c→d的方向滑动[答案]D(对应学生用书第205页)理想变压器的基本关系[题组通关]1.如图11-2-7所示，理想变压器的原线圈接在u ＝2202sin 100πt (V)的交流电源上，副线圈接有R ＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表．下列说法正确的是( )图11-2-7A ．原线圈的输入功率为220 2 WB ．电流表的读数为1 AC ．电压表的读数为110 2 VD ．副线圈输出交流电的周期为50 sB [理想变压器原线圈两端电压的有效值为U 1＝220 V ，由U 1U 2＝n 1n 2得U 2＝n 2U 1n 1＝110 V ，即电压表的读数为110 V ，通过负载电阻的电流I 2＝U 2R ＝11055 A ＝2 A ，则副线圈的输出功率P ＝U 2I 2＝110×2 W ＝220 W ，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，为220 W ，故选项A 、C 错误．由n 1I 1＝n 2I 2得I 1＝n 2I 2n 1＝1 A ，即电流表的读数为1 A ，选项B 正确．由u＝2202sin 100πt(V)可知，角速度ω＝100π rad/s，原线圈所接交流电的周期T＝2πω＝0.02 s，副线圈输出交流电的周期不变，仍为0.02 s，选项D错误．]2．(2016·全国Ⅰ卷)一含有理想变压器的电路如图11-2-8所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，○A 为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定．当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为()图11-2-8A．2B．3C．4D．5B[设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I时，副线圈电流为kI；原线圈电流为4I时，副线圈电流为4kI.根据变压器的输入功率等于输出功率得UI－I2R1＝(kI)2(R2＋R3)4UI－(4I)2R1＝(4kI)2R2联立两式代入数据解得k＝3选项B正确．](2018·黄冈模拟)如图所示，一理想变压器的原线圈接在电压有效值为220 V的正弦式交流电源上，两副线圈匝数分别为n2＝16，n3＝144，通过理想二极管(具有单向导电性)、单刀双掷开关与一只“36V18 W”的灯泡相连(灯泡电阻不变)，当开关接1时，灯泡正常发光，则下列说法中不正确的是()A．原线圈的匝数为880B ．当开关接2时，灯泡两端电压的有效值为20 2 VC ．当开关接2时，灯泡消耗的功率约为18 WD ．当开关接2时，灯泡消耗的功率约为11 WC [由n 1n 3＝U 1U L得n 1＝880，所以选项A 正确；当开关接2时，有n 1n 2＋n 3＝U 1U ，解得U ＝40 V ，设交流电的周期为T ，由U 2R ·T 2＝U ′2R T ，可得灯泡两端电压的有效值为U ′＝20 2 V ，灯泡电阻为R ＝U 2L P L＝72 Ω，灯泡消耗的实际功率为P ＝U ′2R ＝1009 W ≈11 W ，即选项C 错误，B 、D 正确．]1．匝数比不变的情况(如图11-2-9所示)(1)U 1不变，根据U 1U 2＝n 1n 2，输入电压U 1决定输出电压U 2，可以得出不论负载电阻R 如何变化，U 2不变．图11-2-9(2)当负载电阻发生变化时，I 2变化，根据输出电流I 2决定输入电流I 1，可以判断I 1的变化．(3)I 2变化引起P 2变化，根据P 1＝P 2，可以判断P 1的变化．2．负载电阻不变的情况(如图11-2-10所示)图11-2-10(1)U 1不变，n 1n 2发生变化，U 2变化． (2)R 不变，U 2变化，I 2发生变化．(3)根据P 2＝U 22R 和P 1＝P 2，可以判断P 2变化时，P 1发生变化，U 1不变时，I 1发生变化．[多维探究]考向1 匝数比不变、负载变化的情况1．(2018·淄博模拟)如图11-2-11所示，理想变压器原、副线圈接有额定电压均为20 V 的灯泡a 和b .当输入u ＝2202sin 100πt (V)的交变电压时，两灯泡均能正常发光．设灯泡不会被烧坏，下列说法正确的是( )图11-2-11A ．原、副线圈匝数比为11∶1B ．原、副线圈中电流的频率比为11∶1C ．当滑动变阻器的滑片向下滑少许时，灯泡b 变亮D ．当滑动变阻器的滑片向下滑少许时，灯泡a 变亮[题眼点拨] “两灯泡均能正常发光”可求出原线圈两端电压．D [两灯均正常发光，则原线圈输入的电压为：U 1＝U －U 灯＝(220－20) V＝200 V ，副线圈电压：U 2＝U 灯＝20 V ，根据理想变压器变压比：n 1n 2＝U 1U 2＝20020＝101，故A错误；变压器不改变交流电的频率，即频率比为1∶1，故B错误；当滑动变阻器的滑片向下滑少许时，阻值减小，副线圈电流变大，根据n1n2＝I2I1，可知原线圈电流变大，灯泡a分担的电压变大，原线圈输入的电压变小，所以灯泡a变亮，b变暗，故C错误，D正确．]考向2匝数比改变，负载不变的情况2．(多选)如图11-2-12所示，电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2分别为原、副线圈中的电流．下列说法中正确的是()【导学号：84370476】图11-2-12A．保持U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小B．保持U1不变，S由a切换到b，则I2减小C．保持U1不变，S由b切换到a，则I1增大D．保持U1不变，S由a切换到b，则变压器的输入功率增大BC[S由b切换到a时，副线圈匝数增多，则输出电压U2增大，电流I2增大，R消耗的功率增大，由变压器功率关系可知，其输入功率也增大，故I1增大．S由a切换到b时，副线圈匝数减少，则输出电压U2减小，输出电流I2减小，所以根据P2＝I2U2，P2减小；又因P1＝P2，所以变压器输入功率减小．由以上分析可知，正确选项为B、C.]考向3负载和匝数比都变化的情况3．(多选)(2018·太原模拟)如图11-2-13所示，理想变压器的原线圈接u＝U0co100πt 的交变电流，副线圈接有可调电阻R，触头P与线圈始终接触良好，下列判断正确的是()图11-2-13A．交变电流的频率为50 HzB．若仅将触头P向A端滑动，则电阻R消耗的电功率增大C．若仅使电阻R增大，则原线圈的输入电功率增大D．若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，则通过原线圈的电流一定减小[题眼点拨]①“仅使P向A滑动”说明与R并联的副线圈匝数变多；②“仅使电阻R增大”，由P＝U2R说明变压器的输出功率变小．ABD[根据ω＝2πf可得ω＝2πf＝100π rad/s，解得f＝50 Hz，A正确；若仅将触头P向A端滑动，则副线圈匝数增大，根据U1U2＝n1n2可得副线圈输入电压增大，即R两端的电压增大，根据P＝U2R可得电阻R消耗的电功率增大，B正确；若仅使电阻R增大，R两端电压不变，根据P＝U2R可得电阻R消耗的功率减小，即副线圈消耗的功率减小，所以原线圈输入功率减小，C错误；若使电阻R增大的同时，将触头P向B端滑动，根据U1 U2＝n1n2可得副线圈两端的电压减小，根据I＝UR可得通过R的电流减小，即副线圈中的电流减小，根据公式I1I2＝n2n1，原线圈中的电流一定减小，D正确．]远距离输电1．理清三个回路图11-2-14(1)电源回路：该回路中，通过线圈1的电流I1等于发电机中的电流I机；线圈1两端的电压U1等于发电机的路端电压U机；线圈1输入的电功率P1等于发电机输出的电功率P机．(2)输送回路：I2＝I3＝I线，U2＝U3＋ΔU，P2＝ΔP＋P3.(3)用户回路：I4＝I用，U4＝U用，P4＝P用．2．抓住两个联系(1)理想的升压变压器联系了电源回路和输送回路，由理想变压器原理可得：线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是：U1U2＝n1n2，I1n1＝I2n2，P1＝P2.(2)理想的降压变压器联系了输送回路和用户回路，由理想变压器原理可得：线圈3(匝数为n 3)和线圈4(匝数为n 4)中各个量间的关系是：U 3U 4＝n 3n 4，I 3n 3＝I 4n 4，P 3＝P 4. 3．理解两个损失(1)电压损失：ΔU ＝I 线R 线．(2)功率损失：P 损＝I 2线R 线＝ΔU2R 线. 4．掌握一个守恒能量守恒关系式：P 1＝P 线损＋P 用户．[母题] 如图11-2-15为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T 的原、副线圈匝数分别为n 1、n 2，在T 的原线圈两端接入一电压u ＝U m sin ωt 的交流电源，若输送电功率为P ，输电线的总电阻为2r ，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为( )图11-2-15A ．⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 2U 2m 4rB ．⎝ ⎛⎭⎪⎫n 2n 1U 2m 4rC ．4⎝ ⎛⎭⎪⎫n 1n 22⎝ ⎛⎭⎪⎫P U m 2rD ．4⎝ ⎛⎭⎪⎫n 2n 12⎝ ⎛⎭⎪⎫P U m 2r【自主思考】(1)计算输电线上损失功率的公式是什么？ [提示] P 损＝I 22R 线．(2)公式I 2＝PU 2中，U 2是最大值，还是有效值？[提示] 有效值．C [升压变压器T 的原线圈两端电压的有效值为U 1＝U m2；由变压关系可得U 1U 2＝n 1n 2，则U 2＝n 2U m 2n 1；因为输送电功率为P ，输电线中的电流为I 2＝P U2＝2n 1P n 2U m ，则输电线上损失的电功率为ΔP ＝I 22(2r )＝4n 21P 2r n 22U 2m，故选项C 正确．][母题迁移]迁移1远距离输电与变压器的动态分析相结合1．(多选)(2018·德州模拟)如图11-2-16所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图，图中变压器均可视为理想变压器，图中电表均为理想交流电表．设发电厂输出的电压一定，两条输电线总电阻用R0表示，并且电阻不变，变阻器R相当于用户用电器的总电阻．当用电器增加时，相当于R变小，则当用电进入高峰时()【导学号：84370477】图11-2-16A．电压表V1、V2的读数均不变，电流表A2的读数增大，电流表A1的读数减小B．电压表V3、V4的读数均减小，电流表A2的读数增大，电流表A3的读数增大C．电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变D．线路损耗功率增大BCD[因为输入电压和变压器匝数比都不变，所以电压表V1、V2的读数均不变，用电高峰期，电阻减小，电流增大，根据电流与匝数成反比知电流都增大，故A错误；输电线上的电压损失增大，故电压表V3、V4的读数均减小，电流表A2的读数增大，电流表A3的读数增大，故B正确；电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变，等于输电线的电阻值，故C正确；因为输电线上的电流增大，所以线路损耗的功率增大，故D正确．故选：BCD.]迁移2远距离输电与互感器相结合2．(多选)(2018·青岛模拟)如图11-2-17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1∶10，电流表的示数为1 A，输电线的总电阻为10 Ω，则下列说法正确的是()图11-2-17A．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U2＝2 000 VC．用户获得的功率为19 kWD．将P下移，用户获得的电压将增大BC[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：I输＝101×1 A＝10 A，输电电压：U2＝PI＝20×10310V＝2 000 V，B正确；输电线上的功率损失：P损＝I2R＝102×10 W＝1 kW，用户获得的功率为：P用＝P输－P损＝20 kW－1 kW＝19 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．故选BC.]迁移3远距离输电与传感器相结合3．(多选)如图11-2-18甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100 Ω.降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R1为一定值电阻，R2为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小．电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)．未出现火警时，升压变压器的输入功率为750 kW，则下列说法中正确的有()图11-2-18A．降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50 HzB．远距离输电线路损耗功率为180 kWC．当出现火警时，电压表V的示数变小D．当出现火警时，输电线上的电流变小AC[由题图乙知交变电流的周期为0.02 s，所以频率为50 Hz，A正确；由题图乙知升压变压器输入电压有效值为250 V，根据变压比公式知升压变压器副线圈两端电压为25 000 V，所以输电线中的电流为30 A，输电线损失的电压为ΔU＝IR＝30×100 V＝3 000 V，输电线路损耗功率为ΔP ＝ΔU·I＝90 kW，B错误；当出现火警时传感器R2阻值减小，降压变压器副线圈中电流增大，输电线上电流变大，电压变大，降压变压器输入、输出电压都变小，定值电阻的分压增大，电压表V的示数变小，C正确，D错误．]。