2024人教版高中物理选择性必修第二册同步练习题--第三章 交变电流复习提升（有解析）
文档属性
| 名称 | 2024人教版高中物理选择性必修第二册同步练习题--第三章 交变电流复习提升（有解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-10-17 17:44:36 | ||
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文档简介
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2024人教版高中物理选择性必修第二册同步
第三章 交变电流
本章复习提升
易混易错练
易错点1 中性面的特点记忆不清
1.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是 ( )
A.线圈每转动一周,感应电流方向就改变一次
B.线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向不变
C.线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次
D.线圈通过中性面时,磁通量为零
易错点2 有效值的计算方法不熟悉
2.好多同学家里都有调光电灯和调速风扇,过去它们的功能是靠变压器来实现的,缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速。现在的调光电灯和调速风扇的调节功能是靠可控硅电子元件来实现的。图示为经一双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压,即可控硅电子元件能把正弦式交变电流的电压由小变大的部分截去,转动调节开关上的旋钮可以控制截去部分的多少,从而改变电灯两端的电压,那么现在电灯两端的电压为 ( )
A. B. C. D.Um
易错点3 变压器工作原理的实质理解不清
3.(2021吉林松原月考)ED型硅钢铁芯如图甲所示,其结构为三相两半拼合形成的闭合磁路,广泛应用于三相变压器、扼流圈、电抗器等电磁元件。用ED型硅钢铁芯绕制变压器,并连接成如图乙所示电路,原、副线圈绕制匝数分别为n1、n2,原线圈输入的交流电压为U1,副线圈的输出电压为U2。现将滑动变阻器滑片向下滑动,下列说法错误的是 ( )
A.U1∶U2=n1∶n2
B.灯泡亮度变暗
C.电流表示数减小
D.用相互绝缘的硅钢片叠成ED型铁芯有利于减小涡流
易错点4 不能正确分析非理想变压器问题
4.如图所示,降压变压器的变压系数是3,即原线圈匝数与副线圈的匝数之比是3。原线圈的输入电压是660 V,副线圈的电阻为0.2 Ω,这台变压器供给100盏“220 V,60 W”的电灯用电。求:
(1)空载时副线圈的端电压和输出功率;
(2)接通时副线圈的端电压;
(3)每盏灯的实际功率。
思想方法练
一、变压器问题中的等效电阻法
方法概述
设理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,负载电阻为R。我们可以将变压器与负载看为一个整体,等效为一个新的电阻R',即为a、b间的等效电阻,画出等效电路图如图(b)所示。
在图(a)中由=解得U2=U1,所以负载电阻R消耗的功率为P==。图(b)中a、b间等效电阻R'消耗的功率为P'=,根据能量守恒有P=P',解得a、b间的等效电阻为R'=R。利用这种思想解题的方法就是理想变压器等效电阻法。在很多原线圈回路含有负载的变压器问题、远距离输电的动态分析问题中,此方法都能很好地应用。
1.【多选题】如图所示为远距离输电示意图,升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2,降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4,输电线上的电阻等效为R线,输电线上损失的电压为ΔU,发电站输出的电压恒定。则下列说法中正确的是 ( )
A.如果只增加用户用电器数量,ΔU将不变
B.如果只增大R线,用户得到的电功率将减小
C.如果只增加n2,输电线上损失功率将减小
D.如果只增加n4,发电机的输出功率将增大
二、变压器问题中的等效电源法
方法概述
如图甲所示的电路,虚线框内的部分可以视为一个等效电源,设其等效电动势为E'、等效内阻为r',画出等效电路图如图乙。
甲
乙
甲图中有:U1=U-I1R0①,乙图中有:U2=E'-I2r'②;设=k,则=k,=k,联立①式,得U2=-I2③,比较②、③式,得E'=,r'=。利用这种思想解题的方法就是理想变压器等效电源法。如P85第8题,也可用此方法解答。
2.(2022湖北高三阶段练习)如图所示的电路中,变压器是理想变压器,原、副线圈匝数比为k,电表是理想交流电表,R1为定值电阻,R2是电阻箱,在a、b端输入正弦交流电压,当电阻箱的阻值变化时,电压表和电流表示数变化量分别为ΔU、ΔI,则为 ( )
A.R1 B.R1 C.kR1 D.k2R1
答案与分层梯度式解析
第三章 交变电流
本章复习提升
易混易错练
1.C 感应电动势的方向即为感应电流的方向,当线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时,线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次,线圈转动一周,两次经过中性面,感应电流和感应电动势方向都要改变两次,选项C正确,A、B错误;线圈通过中性面时,磁通量最大,磁通量变化率为零,选项D错误。故选C。
错解分析 本题的易错点在于不理解中性面的概念及特点。解题时需牢记中性面的特点以及产生交变电流时线圈在不同位置对应的电流的特点,这样才能避免类似的错误。
A 设题图中交流电的电压有效值为U,将该交流电与恒定电流分别通过相同电阻R,分析一个周期内产生的热量。交流电产生的热量Q1=·,恒定电流产生的热量Q2=T,由Q1=Q2得U=,选项A正确,B、C、D错误。
错解分析 本题的易错点在于习惯性地直接用正弦式交变电流的有效值与最大值的关系解题。本题的解题关键是理解有效值的定义及体会等效替代的方法,题目中~时间段内,正弦交变电流从电压最大值到电压为零,可直接应用最大值和有效值的关系计算这一段时间内电压的有效值,然后根据交变电流有效值的定义求解一个周期的时间内电压的有效值,这样可以避免犯错。
3.A 因为穿过原线圈的磁感线并未全部穿过右侧线圈,也有穿过左侧臂的,故不满足U1∶U2=n1∶n2,选项A错误;将滑动变阻器滑片向下滑动,副线圈电路总电阻变大,副线圈电流变小,则灯泡亮度变暗,灯泡分压变小,则并联部分分压变大,R1支路电流变大,电流表示数减小,选项B、C正确;用相互绝缘的硅钢片叠成ED型铁芯有利于减小涡流,选项D正确。本题选说法错误的,故选A。
错解分析 本题的易错点在于不理解变压器的变压原理,题目中闭合铁芯多了一个臂,导致通过原线圈的磁感线只有一部分通过副线圈,而另一部分通过左侧臂,这就导致副线圈中的感应电动势只有磁感线全部通过时的一半。解此题时,明确变压器的工作原理,理解其实质,能避免错解。
4.答案 见解析
解析 (1)外电路空载时,路端电压在数值上等于电源电动势,因此可将变压器视为理想变压器。设空载时副线圈的端电压为U2。
由=,得到U2=U1=220 V
因为空载,副线圈的负载电阻R2→∞,副线圈中的电流为I2=0,输出功率P=I2U2=0
(2)接通电路后,100盏灯并联的总电阻为R外===8.07 Ω
副线圈中的电流I2'== A
副线圈的端电压U2'=I2'R外=214.68 V
(3)每盏灯的实际功率
P'=U2'= W=57.1 W
错解分析 本题的错解原因是用理想变压器规律解题,题中说“副线圈的电阻为0.2 Ω”证明此变压器为非理想变压器。求解此类问题可类比直流电路的知识,可通过两种思路求路端电压,U=E-Ir(电源电动势减去内电压),或者用部分电路欧姆定律U=IR。
思想方法练
1.BD 将降压变压器和用户视为一个等效电阻R',如图。若只增加用户用电器数量,则用户端总电阻减小,R'减小,输电线中电流增大,ΔU增大,A错误;如果只增加输电线电阻R线,R'分压减小,用户端电压减小,用户端总电阻不变,则得到的电功率减小,B正确;若只增加n2,则U2变大,R线分压增加,则输电线上损失的功率增加,C错误;若只增加n4,则用户端电压增大,功率增大,发电机的输出功率将增大,选项D正确。
2.A 解法一:设原线圈处电压为U1,电流为I1,电压表示数为U2,电流表示数为I2。根据理想变压器原、副线圈电压关系有==k,==
整理可得U1=kU2,I1=
在原线圈电路中有U0=I1R1+U1
由以上各式整理后有U2=U0-I2
则电阻箱的阻值变化后,有U2'=U0-I2'
上述两个式子相减,整理后得=
故A正确,B、C、D错误。
解法二:如图所示,将虚线框中部分视为一个等效电源,设其电动势为E'、内阻为r',根据已知结论可知E'=,r'=,表示等效电源的内阻,故=r'=,故选A。
方法点津 变压器问题是高考考查的重点和难点,通常分析思路复杂,推导过程烦琐,比一般的电路问题要难理解。但如果掌握了这两种等效方法,牢记二级结论,可以使很多问题变得清晰明了,解题步骤大大简化。
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第三章 交变电流
本章复习提升
易混易错练
易错点1 中性面的特点记忆不清
1.关于线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流,下列说法中正确的是 ( )
A.线圈每转动一周,感应电流方向就改变一次
B.线圈平面每经过中性面一次,感应电流方向就改变一次,感应电动势方向不变
C.线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次
D.线圈通过中性面时,磁通量为零
易错点2 有效值的计算方法不熟悉
2.好多同学家里都有调光电灯和调速风扇,过去它们的功能是靠变压器来实现的,缺点是成本高、体积大、效率低,且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速。现在的调光电灯和调速风扇的调节功能是靠可控硅电子元件来实现的。图示为经一双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压,即可控硅电子元件能把正弦式交变电流的电压由小变大的部分截去,转动调节开关上的旋钮可以控制截去部分的多少,从而改变电灯两端的电压,那么现在电灯两端的电压为 ( )
A. B. C. D.Um
易错点3 变压器工作原理的实质理解不清
3.(2021吉林松原月考)ED型硅钢铁芯如图甲所示,其结构为三相两半拼合形成的闭合磁路,广泛应用于三相变压器、扼流圈、电抗器等电磁元件。用ED型硅钢铁芯绕制变压器,并连接成如图乙所示电路,原、副线圈绕制匝数分别为n1、n2,原线圈输入的交流电压为U1,副线圈的输出电压为U2。现将滑动变阻器滑片向下滑动,下列说法错误的是 ( )
A.U1∶U2=n1∶n2
B.灯泡亮度变暗
C.电流表示数减小
D.用相互绝缘的硅钢片叠成ED型铁芯有利于减小涡流
易错点4 不能正确分析非理想变压器问题
4.如图所示,降压变压器的变压系数是3,即原线圈匝数与副线圈的匝数之比是3。原线圈的输入电压是660 V,副线圈的电阻为0.2 Ω,这台变压器供给100盏“220 V,60 W”的电灯用电。求:
(1)空载时副线圈的端电压和输出功率;
(2)接通时副线圈的端电压;
(3)每盏灯的实际功率。
思想方法练
一、变压器问题中的等效电阻法
方法概述
设理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,负载电阻为R。我们可以将变压器与负载看为一个整体,等效为一个新的电阻R',即为a、b间的等效电阻,画出等效电路图如图(b)所示。
在图(a)中由=解得U2=U1,所以负载电阻R消耗的功率为P==。图(b)中a、b间等效电阻R'消耗的功率为P'=,根据能量守恒有P=P',解得a、b间的等效电阻为R'=R。利用这种思想解题的方法就是理想变压器等效电阻法。在很多原线圈回路含有负载的变压器问题、远距离输电的动态分析问题中,此方法都能很好地应用。
1.【多选题】如图所示为远距离输电示意图,升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2,降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4,输电线上的电阻等效为R线,输电线上损失的电压为ΔU,发电站输出的电压恒定。则下列说法中正确的是 ( )
A.如果只增加用户用电器数量,ΔU将不变
B.如果只增大R线,用户得到的电功率将减小
C.如果只增加n2,输电线上损失功率将减小
D.如果只增加n4,发电机的输出功率将增大
二、变压器问题中的等效电源法
方法概述
如图甲所示的电路,虚线框内的部分可以视为一个等效电源,设其等效电动势为E'、等效内阻为r',画出等效电路图如图乙。
甲
乙
甲图中有:U1=U-I1R0①,乙图中有:U2=E'-I2r'②;设=k,则=k,=k,联立①式,得U2=-I2③,比较②、③式,得E'=,r'=。利用这种思想解题的方法就是理想变压器等效电源法。如P85第8题,也可用此方法解答。
2.(2022湖北高三阶段练习)如图所示的电路中,变压器是理想变压器,原、副线圈匝数比为k,电表是理想交流电表,R1为定值电阻,R2是电阻箱,在a、b端输入正弦交流电压,当电阻箱的阻值变化时,电压表和电流表示数变化量分别为ΔU、ΔI,则为 ( )
A.R1 B.R1 C.kR1 D.k2R1
答案与分层梯度式解析
第三章 交变电流
本章复习提升
易混易错练
1.C 感应电动势的方向即为感应电流的方向,当线圈在匀强磁场中转动产生交变电流时,线圈平面每经过中性面一次,感应电流和感应电动势方向都要改变一次,线圈转动一周,两次经过中性面,感应电流和感应电动势方向都要改变两次,选项C正确,A、B错误;线圈通过中性面时,磁通量最大,磁通量变化率为零,选项D错误。故选C。
错解分析 本题的易错点在于不理解中性面的概念及特点。解题时需牢记中性面的特点以及产生交变电流时线圈在不同位置对应的电流的特点,这样才能避免类似的错误。
A 设题图中交流电的电压有效值为U,将该交流电与恒定电流分别通过相同电阻R,分析一个周期内产生的热量。交流电产生的热量Q1=·,恒定电流产生的热量Q2=T,由Q1=Q2得U=,选项A正确,B、C、D错误。
错解分析 本题的易错点在于习惯性地直接用正弦式交变电流的有效值与最大值的关系解题。本题的解题关键是理解有效值的定义及体会等效替代的方法,题目中~时间段内,正弦交变电流从电压最大值到电压为零,可直接应用最大值和有效值的关系计算这一段时间内电压的有效值,然后根据交变电流有效值的定义求解一个周期的时间内电压的有效值,这样可以避免犯错。
3.A 因为穿过原线圈的磁感线并未全部穿过右侧线圈,也有穿过左侧臂的,故不满足U1∶U2=n1∶n2,选项A错误;将滑动变阻器滑片向下滑动,副线圈电路总电阻变大,副线圈电流变小,则灯泡亮度变暗,灯泡分压变小,则并联部分分压变大,R1支路电流变大,电流表示数减小,选项B、C正确;用相互绝缘的硅钢片叠成ED型铁芯有利于减小涡流,选项D正确。本题选说法错误的,故选A。
错解分析 本题的易错点在于不理解变压器的变压原理,题目中闭合铁芯多了一个臂,导致通过原线圈的磁感线只有一部分通过副线圈,而另一部分通过左侧臂,这就导致副线圈中的感应电动势只有磁感线全部通过时的一半。解此题时,明确变压器的工作原理,理解其实质,能避免错解。
4.答案 见解析
解析 (1)外电路空载时,路端电压在数值上等于电源电动势,因此可将变压器视为理想变压器。设空载时副线圈的端电压为U2。
由=,得到U2=U1=220 V
因为空载,副线圈的负载电阻R2→∞,副线圈中的电流为I2=0,输出功率P=I2U2=0
(2)接通电路后,100盏灯并联的总电阻为R外===8.07 Ω
副线圈中的电流I2'== A
副线圈的端电压U2'=I2'R外=214.68 V
(3)每盏灯的实际功率
P'=U2'= W=57.1 W
错解分析 本题的错解原因是用理想变压器规律解题,题中说“副线圈的电阻为0.2 Ω”证明此变压器为非理想变压器。求解此类问题可类比直流电路的知识,可通过两种思路求路端电压,U=E-Ir(电源电动势减去内电压),或者用部分电路欧姆定律U=IR。
思想方法练
1.BD 将降压变压器和用户视为一个等效电阻R',如图。若只增加用户用电器数量,则用户端总电阻减小,R'减小,输电线中电流增大,ΔU增大,A错误;如果只增加输电线电阻R线,R'分压减小,用户端电压减小,用户端总电阻不变,则得到的电功率减小,B正确;若只增加n2,则U2变大,R线分压增加,则输电线上损失的功率增加,C错误;若只增加n4,则用户端电压增大,功率增大,发电机的输出功率将增大,选项D正确。
2.A 解法一:设原线圈处电压为U1,电流为I1,电压表示数为U2,电流表示数为I2。根据理想变压器原、副线圈电压关系有==k,==
整理可得U1=kU2,I1=
在原线圈电路中有U0=I1R1+U1
由以上各式整理后有U2=U0-I2
则电阻箱的阻值变化后,有U2'=U0-I2'
上述两个式子相减,整理后得=
故A正确,B、C、D错误。
解法二:如图所示,将虚线框中部分视为一个等效电源,设其电动势为E'、内阻为r',根据已知结论可知E'=,r'=,表示等效电源的内阻,故=r'=,故选A。
方法点津 变压器问题是高考考查的重点和难点,通常分析思路复杂,推导过程烦琐,比一般的电路问题要难理解。但如果掌握了这两种等效方法,牢记二级结论,可以使很多问题变得清晰明了,解题步骤大大简化。
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