第三章交变电流解答题专项训练（有解析）-高中物理人教版选择性必修第二册
文档属性
| 名称 | 第三章交变电流解答题专项训练（有解析）-高中物理人教版选择性必修第二册 |  | |
| 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 | 2024-04-15 15:23:18 | ||
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文档简介
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第三章交变电流解答题专项训练-高中物理人教版选择性必修第二册
1．某理想变压器原、副线圈的匝数之比为．当输入电压为时，输出电压为多少？当输入电压减少时，输出电压为多少？输入电压的改变量与输出电压改变量之比为多少？
2．一台交流发电机产生的电压最大值为，给纯电阻用电器供电时输出的电流最大值为。试计算：
（1）发电机的电压有效值；
（2）发电机供给外电路的电流有效值；
（3）电路中消耗的功率。
3．如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r（在图中把导线电阻集中画为r）。那么：
（1）远距离大功率输电面临的困难是什么？
（2）输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？
4．旋转电枢式发电机的转子在正常运转时，产生的电动势瞬时值为e=220 sin314tV。如果由于某种原因，它的转速变慢，用电压表测得此时发电机两端的电压为176 V，若此时发电机正在向一盏标有“220 V、100 W”的灯泡供电，在不计发电机内电阻的情况下，试求：
（1）该灯泡的实际功率为多大？
（2）这台发电机的转速比原来正常时转速慢了几分之一？
（3）在远距离输电时，如果输送一定的功率，当输电电压为220 V时，在输电线上损失的功率为75 kW；若输电电压提高到6000V时，在输电线上损耗的功率又是多少
5．某同学制作一个简易的手摇发电机，用总长为L的导线绕制成N匝正方形线圈，将线圈放入磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴以角速度匀速转动．发电机（内阻可忽略）输出端和理想变压器原线圈相连，副线圈回路负载电阻为R，原、副线圈匝数比为，其简化示意图如图，求：
（1）发电机产生的电动势最大值；
（2）电阻R消耗的电功率P。
6．如图所示，在两正对磁极间磁感应强度大小的匀强磁场中，一匝数、面积的矩形金属线圈以转速绕与磁场垂直的转轴匀速转动，在电刷处外接一理想交流电压表，求电压表的示数U。（结果保留三位有效数字）
7．图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴按如图所示方向迅速转动，线圈的匝数，线圈的电阻，线圈的两端经集流环与电阻连接，。在时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间按图乙所示正弦规律变化。从开始，线圈转过60°时感应电流是多大？
8．如图甲所示为手摇发电机的实物模型，其工作原理可简化为如图乙所示：匀强磁场的磁感应强度大小为T，矩形线圈的总电阻为0.3Ω、匝数为50匝、面积为0.1，可绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。将这台手摇发电机接在理想变压器的原线圈上，副线圈接有规格均为“220V，110W”的灯泡，如图丙所示，现在匀速摇动发电机，使两灯泡均正常发光，已知理想变压器的原、副线圈匝数之比为，电压表为理想交流电表，其余电阻均不计。求：
（1）理想交流电压表的读数；
（2）手摇发电机匀速转动的角速度。
9．如图所示，一台理想变压器原、副线圈匝数之比。原线圈接在电压（V）的交流电源上，副线圈接R=5.5Ω的电阻。若电流表和电压表均可视为理想电表，求：
（1）电压表的示数；
（2）电流表的示数。
10．一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abed共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴以如图所示的角速度匀速转动ω，外电路电阻为R。从图示位置开始，求：
（1）线圈转动过程中感应电动势的最大值；
（2）线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势的瞬时值；
（3）线圈转过120°的过程中通过R的电荷量；
（4）线圈转动一周，外力所做的功。
11．某实验兴趣小组设计并制作了一个远距离输电演示器，如图所示。
（1）观察装置并尝试描述演示步骤及实验现象。
（2）若想测出升压变压器原、副线圈的匝数比，应当如何进行实验操作？
12．如图所示是一理想变压器示意图，原线圈匝，其中一副线圈匝，两端接阻值的电阻；另一副线圈匝，两端接有额定值为“30V15W”的灯泡L。原线圈接入交变电压后，灯泡L恰能正常发光。求电阻R的电功率和原线圈中的电流。
13．无线充电技术已经逐渐应用于智能手机上，手机无线充电器的基本原理类似于变压器，由发射器和接收器组成，分别有一发射线圈和接收线圈，其简化模型如图所示。已知发射、接收线圈匝数比，AB端输入电流为。
（1）请结合模型解释手机无线充电的基本原理；
（2）求接收线圈输出电流的有效值。
14．某同学想用220V交变电流作为小型收录机的电源。他先制作了一个交变电流变直流的整流器。但是这个整流器需要用6V的交变电流电源。于是他又添置了一个的变压器，如图所示。他看到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、d引线比b、c引线粗。他不知道如何接法，也没有相应的说明书。
（1）请帮助该同学判断ad端是接220V还是6V。为什么？
（2）为了进一步探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，他又取匝数匝和匝的一个变压器重新接入电源。测量结果记录如表所示，则接电源的是端还是端？为什么？
15．如图所示，面积为、总电阻为、共100匝的矩形线圈abcd处于磁感应强度的匀强磁场中，其外接阻值的电阻，线圈以的转速绕匀速旋转。
（1）若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。
（2）画出线圈中感应电动势随时间变化的图像。
（3）求出线圈转过时，线圈中感应电动势的瞬时值。
参考答案：
1．3V，2.5V，
【详解】根据
得输出电压
当输入电压减少2V时，则输入电压为
根据
得输出电压
根据
得
2．（1）75V；（2）15A；（3）2250W
【详解】（1）发电机的电压有效值
（2）发电机供给外电路的电流有效值
（3）电路中消耗的功率
3．（1）在输电线上有功率损失和电压损失；（2）有一部分电能转化为电热而损失掉。，两个途径为①减小输电线的电阻r；②减小输电电流I，即提高输送电压U
【详解】（1）在输电线上有功率损失和电压损失；
（2）由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因，功率损失表达式
所以降低输电损耗的两个途径为：①减小输电线的电阻r；②减小输电电流I，即提高输送电压U。
4．(1)64W；(2)；(3)100W
【详解】(1)灯泡电阻为
该灯泡的实际功率为
(2)由
可得
(3)输电线上损耗的功率
可得输电电压提高到6000V时，在输电线上损耗的功率
5．（1）；（2）
【详解】（1）线框的面积为
则感应电动势为
解得
（2）感应电动势的有效值
由
电阻的功率为
解以上式得
6．
【详解】由于转速，即频率，设金属线圈产生的电动势的峰值为，则有
解得
7．1A
【详解】交流发电机产生电动势的最大值
而，，所以
由图线可知：，，所以
则
感应电流瞬时值表达式为
当时，解得
i=1A
8．（1）；（2）10rad/s
【详解】（1）由题意可知副线圈两端电压为U2=220V，根据理想变压器变压规律可得原线圈两端电压，即理想交流电压表的读数为
①
（2）副线圈中的电流为
②
根据理想变压器变流规律可得原线圈中的电流为
③
设手摇发电机匀速转动的角速度为ω，则产生的感应电动势的最大值为
④
有效值为
⑤
根据闭合电路欧姆定律可得
⑥
联立①③④⑤⑥解得
⑦
9．（1）22V；（2）0.4A
【详解】（1）原线圈接在电压（V）的交流电源上，则有效值
U1=220V
设副线圈电压的有效值为U2，则有
电压表的示数
U2=22V
（2）副线圈中电流的有效值
根据变压器原副线圈电流比关系有
所以电流表的示数
10．（1）；（2）；（3）；（4）
【详解】（1）感应电动势的最大值为
（2）线圈从图示位置开始转动，产生的电动势的瞬时值表达式为
其中为线圈从图示位置开始转过的角度，所以当线圈平面与B成60°角时的瞬时感应电动势为
（3）线圈从图示位置转过120 的过程中，穿过线圈的磁通量的变化量为
设用时间为，根据法拉第电磁感应定律
由闭合电路欧姆定律可知该过程中电流的平均值为
由电流的定义知，流过R横截面的电量为
联立各式得
（4）由题意可知，该电路中电动势的有效值为
线圈转动一周，外力所做的功等于产生的电能
11．（1）见解析；（2）见解析
【详解】（1）演示步骤：闭合开关，观察小灯泡明亮程度。增大输入电压，观察小灯泡变化情况。打开开关，更换阻值更小的电阻，闭合开关，观察小灯泡的变化情况。
现象：增大输入电压，灯泡变亮。更换阻值更小的电阻，灯泡变亮。
（2）断开开关，将电压表V2接在升压变压器副线圈两端，闭合开关，读出两电压表示数，根据
由此可解得升压变压器原、副线圈的匝数比。
12．40W，0.25A
【详解】因灯泡L正常发光，所以
由
代入数据，可得
由
代入数据，可得
电阻R的电功率为
因为理想变压器有
即
则有
解得原线圈中的电流为
13．（1）见解析；（2）1A
【分析】对于第（1）个问题，可以参考变压器的原理，对手机无线充电的基本原理进行解释。
对于第（2）个问题，需要先求出输入电流的有效值，然后根据理想变压器原、副线圈的电流关系进行计算。
【详解】（1）手机无线充电器的原理类似于变压器，主要是利用了互感现象。交变电流流过发射线圈产生变化的磁通量，这个变化的磁通量同时也穿过接收线圈，在接收线圈中产生感应电流，该感应电流经过一定的处理后转为直流电流再给手机充电。
（2）由题意，可得AB端输入电流的有效值为
将其看成是理想变压器，根据理想变压器原、副线圈电流的关系有
可得接收线圈输出电流的有效值为
14．(1)6V，见解析；(2)，见解析
【详解】(1)由于变压器输入功率等于输出功率，采用的是降压变压器，根据可知，副线圈中的电流大，为了减小输电线上功率的损失，故副线圈电线电阻要小，故引线要粗，故ad接6V，bc接220V。
(2)理想变压器是忽略变压器的铜损、铁损与磁损的，但一些小型的变压器的损耗常常不能忽略不计；考虑到这些损耗，则变压器副线圈两端的电压要小于理论值。即
由题意得
而表中数据
则接电源的是。
15．（1）；（2）见解析；（3）
【详解】（1）线圈转动的角速度为
感应电动势的最大值为
从线圈处于中性面开始计时，则感应电动势的瞬时值表达式为
（2）交流电的最大电动势为50V，周期为
则一个周期内的电动势变化图像如图所示
（3）当时，瞬时电动势为
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第三章交变电流解答题专项训练-高中物理人教版选择性必修第二册
1．某理想变压器原、副线圈的匝数之比为．当输入电压为时，输出电压为多少？当输入电压减少时，输出电压为多少？输入电压的改变量与输出电压改变量之比为多少？
2．一台交流发电机产生的电压最大值为，给纯电阻用电器供电时输出的电流最大值为。试计算：
（1）发电机的电压有效值；
（2）发电机供给外电路的电流有效值；
（3）电路中消耗的功率。
3．如图所示，假定发电厂输出的电压为U，输送功率为P，输电线路中的电流是I，两条导线的总电阻是r（在图中把导线电阻集中画为r）。那么：
（1）远距离大功率输电面临的困难是什么？
（2）输电线上功率损失的原因是什么？功率损失的表达式是什么？降低功率损耗有哪些途径？
4．旋转电枢式发电机的转子在正常运转时，产生的电动势瞬时值为e=220 sin314tV。如果由于某种原因，它的转速变慢，用电压表测得此时发电机两端的电压为176 V，若此时发电机正在向一盏标有“220 V、100 W”的灯泡供电，在不计发电机内电阻的情况下，试求：
（1）该灯泡的实际功率为多大？
（2）这台发电机的转速比原来正常时转速慢了几分之一？
（3）在远距离输电时，如果输送一定的功率，当输电电压为220 V时，在输电线上损失的功率为75 kW；若输电电压提高到6000V时，在输电线上损耗的功率又是多少
5．某同学制作一个简易的手摇发电机，用总长为L的导线绕制成N匝正方形线圈，将线圈放入磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的轴以角速度匀速转动．发电机（内阻可忽略）输出端和理想变压器原线圈相连，副线圈回路负载电阻为R，原、副线圈匝数比为，其简化示意图如图，求：
（1）发电机产生的电动势最大值；
（2）电阻R消耗的电功率P。
6．如图所示，在两正对磁极间磁感应强度大小的匀强磁场中，一匝数、面积的矩形金属线圈以转速绕与磁场垂直的转轴匀速转动，在电刷处外接一理想交流电压表，求电压表的示数U。（结果保留三位有效数字）
7．图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴按如图所示方向迅速转动，线圈的匝数，线圈的电阻，线圈的两端经集流环与电阻连接，。在时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间按图乙所示正弦规律变化。从开始，线圈转过60°时感应电流是多大？
8．如图甲所示为手摇发电机的实物模型，其工作原理可简化为如图乙所示：匀强磁场的磁感应强度大小为T，矩形线圈的总电阻为0.3Ω、匝数为50匝、面积为0.1，可绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。将这台手摇发电机接在理想变压器的原线圈上，副线圈接有规格均为“220V，110W”的灯泡，如图丙所示，现在匀速摇动发电机，使两灯泡均正常发光，已知理想变压器的原、副线圈匝数之比为，电压表为理想交流电表，其余电阻均不计。求：
（1）理想交流电压表的读数；
（2）手摇发电机匀速转动的角速度。
9．如图所示，一台理想变压器原、副线圈匝数之比。原线圈接在电压（V）的交流电源上，副线圈接R=5.5Ω的电阻。若电流表和电压表均可视为理想电表，求：
（1）电压表的示数；
（2）电流表的示数。
10．一个电阻为r、边长为L的正方形线圈abed共N匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴以如图所示的角速度匀速转动ω，外电路电阻为R。从图示位置开始，求：
（1）线圈转动过程中感应电动势的最大值；
（2）线圈平面与磁感线夹角为60°时的感应电动势的瞬时值；
（3）线圈转过120°的过程中通过R的电荷量；
（4）线圈转动一周，外力所做的功。
11．某实验兴趣小组设计并制作了一个远距离输电演示器，如图所示。
（1）观察装置并尝试描述演示步骤及实验现象。
（2）若想测出升压变压器原、副线圈的匝数比，应当如何进行实验操作？
12．如图所示是一理想变压器示意图，原线圈匝，其中一副线圈匝，两端接阻值的电阻；另一副线圈匝，两端接有额定值为“30V15W”的灯泡L。原线圈接入交变电压后，灯泡L恰能正常发光。求电阻R的电功率和原线圈中的电流。
13．无线充电技术已经逐渐应用于智能手机上，手机无线充电器的基本原理类似于变压器，由发射器和接收器组成，分别有一发射线圈和接收线圈，其简化模型如图所示。已知发射、接收线圈匝数比，AB端输入电流为。
（1）请结合模型解释手机无线充电的基本原理；
（2）求接收线圈输出电流的有效值。
14．某同学想用220V交变电流作为小型收录机的电源。他先制作了一个交变电流变直流的整流器。但是这个整流器需要用6V的交变电流电源。于是他又添置了一个的变压器，如图所示。他看到这个变压器上有a、b、c、d四个引出线头，且a、d引线比b、c引线粗。他不知道如何接法，也没有相应的说明书。
（1）请帮助该同学判断ad端是接220V还是6V。为什么？
（2）为了进一步探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系，他又取匝数匝和匝的一个变压器重新接入电源。测量结果记录如表所示，则接电源的是端还是端？为什么？
15．如图所示，面积为、总电阻为、共100匝的矩形线圈abcd处于磁感应强度的匀强磁场中，其外接阻值的电阻，线圈以的转速绕匀速旋转。
（1）若从线圈处于中性面开始计时，写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式。
（2）画出线圈中感应电动势随时间变化的图像。
（3）求出线圈转过时，线圈中感应电动势的瞬时值。
参考答案：
1．3V，2.5V，
【详解】根据
得输出电压
当输入电压减少2V时，则输入电压为
根据
得输出电压
根据
得
2．（1）75V；（2）15A；（3）2250W
【详解】（1）发电机的电压有效值
（2）发电机供给外电路的电流有效值
（3）电路中消耗的功率
3．（1）在输电线上有功率损失和电压损失；（2）有一部分电能转化为电热而损失掉。，两个途径为①减小输电线的电阻r；②减小输电电流I，即提高输送电压U
【详解】（1）在输电线上有功率损失和电压损失；
（2）由于输电线有电阻，当有电流流过输电线时，有一部分电能转化为电热而损失掉了，这是输电线上功率损失的主要原因，功率损失表达式
所以降低输电损耗的两个途径为：①减小输电线的电阻r；②减小输电电流I，即提高输送电压U。
4．(1)64W；(2)；(3)100W
【详解】(1)灯泡电阻为
该灯泡的实际功率为
(2)由
可得
(3)输电线上损耗的功率
可得输电电压提高到6000V时，在输电线上损耗的功率
5．（1）；（2）
【详解】（1）线框的面积为
则感应电动势为
解得
（2）感应电动势的有效值
由
电阻的功率为
解以上式得
6．
【详解】由于转速，即频率，设金属线圈产生的电动势的峰值为，则有
解得
7．1A
【详解】交流发电机产生电动势的最大值
而，，所以
由图线可知：，，所以
则
感应电流瞬时值表达式为
当时，解得
i=1A
8．（1）；（2）10rad/s
【详解】（1）由题意可知副线圈两端电压为U2=220V，根据理想变压器变压规律可得原线圈两端电压，即理想交流电压表的读数为
①
（2）副线圈中的电流为
②
根据理想变压器变流规律可得原线圈中的电流为
③
设手摇发电机匀速转动的角速度为ω，则产生的感应电动势的最大值为
④
有效值为
⑤
根据闭合电路欧姆定律可得
⑥
联立①③④⑤⑥解得
⑦
9．（1）22V；（2）0.4A
【详解】（1）原线圈接在电压（V）的交流电源上，则有效值
U1=220V
设副线圈电压的有效值为U2，则有
电压表的示数
U2=22V
（2）副线圈中电流的有效值
根据变压器原副线圈电流比关系有
所以电流表的示数
10．（1）；（2）；（3）；（4）
【详解】（1）感应电动势的最大值为
（2）线圈从图示位置开始转动，产生的电动势的瞬时值表达式为
其中为线圈从图示位置开始转过的角度，所以当线圈平面与B成60°角时的瞬时感应电动势为
（3）线圈从图示位置转过120 的过程中，穿过线圈的磁通量的变化量为
设用时间为，根据法拉第电磁感应定律
由闭合电路欧姆定律可知该过程中电流的平均值为
由电流的定义知，流过R横截面的电量为
联立各式得
（4）由题意可知，该电路中电动势的有效值为
线圈转动一周，外力所做的功等于产生的电能
11．（1）见解析；（2）见解析
【详解】（1）演示步骤：闭合开关，观察小灯泡明亮程度。增大输入电压，观察小灯泡变化情况。打开开关，更换阻值更小的电阻，闭合开关，观察小灯泡的变化情况。
现象：增大输入电压，灯泡变亮。更换阻值更小的电阻，灯泡变亮。
（2）断开开关，将电压表V2接在升压变压器副线圈两端，闭合开关，读出两电压表示数，根据
由此可解得升压变压器原、副线圈的匝数比。
12．40W，0.25A
【详解】因灯泡L正常发光，所以
由
代入数据，可得
由
代入数据，可得
电阻R的电功率为
因为理想变压器有
即
则有
解得原线圈中的电流为
13．（1）见解析；（2）1A
【分析】对于第（1）个问题，可以参考变压器的原理，对手机无线充电的基本原理进行解释。
对于第（2）个问题，需要先求出输入电流的有效值，然后根据理想变压器原、副线圈的电流关系进行计算。
【详解】（1）手机无线充电器的原理类似于变压器，主要是利用了互感现象。交变电流流过发射线圈产生变化的磁通量，这个变化的磁通量同时也穿过接收线圈，在接收线圈中产生感应电流，该感应电流经过一定的处理后转为直流电流再给手机充电。
（2）由题意，可得AB端输入电流的有效值为
将其看成是理想变压器，根据理想变压器原、副线圈电流的关系有
可得接收线圈输出电流的有效值为
14．(1)6V，见解析；(2)，见解析
【详解】(1)由于变压器输入功率等于输出功率，采用的是降压变压器，根据可知，副线圈中的电流大，为了减小输电线上功率的损失，故副线圈电线电阻要小，故引线要粗，故ad接6V，bc接220V。
(2)理想变压器是忽略变压器的铜损、铁损与磁损的，但一些小型的变压器的损耗常常不能忽略不计；考虑到这些损耗，则变压器副线圈两端的电压要小于理论值。即
由题意得
而表中数据
则接电源的是。
15．（1）；（2）见解析；（3）
【详解】（1）线圈转动的角速度为
感应电动势的最大值为
从线圈处于中性面开始计时，则感应电动势的瞬时值表达式为
（2）交流电的最大电动势为50V，周期为
则一个周期内的电动势变化图像如图所示
（3）当时，瞬时电动势为
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