2025人教版高中物理选择性必修第二册强化练习题（有解析）--第三章　交变电流复习提升

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2025人教版高中物理选择性必修第二册
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.(2024四川绵阳南山中学期中)如图甲所示,一个矩形线框abcd在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,线框内磁通量Φ随时间t变化的情况如图乙所示,则下列说法中正确的是 (　　)
　
A.t1时刻线框中的感应电动势最大
B.t3时刻线框平面与中性面重合
C.t2、t4时刻交流电方向各改变1次
D.t4、t5时刻线框中感应电流的方向相同
易错点2　混淆交变电流的“四值”
2.(2024河南南阳调研)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1,电压表和电流表均为理想电表,原线圈接在u=36 sin 100πt(V)的正弦交流电上,图中D为理想二极管(正向电阻不计,反向电阻无穷大),定值电阻R=9 Ω,则下列说法正确的是 (　　)
A.t= s时,原线圈输入电压的瞬时值为36 V
B.电压表示数为36 V
C.电流表示数为1 A
D.变压器的输入功率为 W
易错点3　变压器工作原理的实质理解不清
3.(2024山东泰安月考)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　分析变压器电路的构成出错
4.(多选题)(2024四川成都期末)如图甲所示,变压器原、副线圈的匝数比为3∶1,L1、L2、L3、L4为四个规格均为“9 V　6 W”的相同灯泡,各电表均为理想交流电表,输入端交流电压u随时间变化的图像如图乙所示,则以下说法中正确的是 (　　)
A.电压表的示数为36 V
B.电流表的示数为2 A
C.变压器副线圈两端交变电流的频率为50 Hz
D.灯泡L1不能正常发光
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。如P79第8、9、10题,P82第6题、P86第6题都能用此方法解答。
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,发电站的输出功率将增大
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P86第7题,也可用此方法解答。
2.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.B　由题图乙可知,t1、t3时刻线框中的磁通量最大,此时线框位于中性面,感应电动势最小,A错误,B正确;t2、t4时刻线框中的磁通量为零,磁通量的变化率最大,感应电动势最大,此时交流电方向不改变,C错误;t4时刻线框中感应电流最大,t5时刻感应电流为零,D错误。
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。
2.B　当t= s时,原线圈输入电压的瞬时值为u=36 sin 100π× V=18 V,故A错误;电压表示数为有效值,为U1==36 V,故B正确;副线圈两端电压有效值为U2=U1=9 V,由于二极管具有单向导电性,在交变电流的一个周期T内,只有T时间内有电流通过电阻R,由有效值的定义可得·=T,解得U2'== V,则电流表示数为I2== A,故C错误;变压器的输入功率等于输出功率,为P=U2'I2=4.5 W,故D错误。
错解分析　本题易忽略二极管的单向导电性,导致求解电流的有效值出错,进而计算功率出错。解答本题时要注意,电表示数均是有效值,求解功率也用有效值,最重要的是知道变压器的副线圈上有一半的时间没有电流,其上的电流是半波正弦式交变电流。
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.BC　灯泡电阻为R==13.5 Ω,根据理想变压器原、副线圈匝数与电压、电流的关系可得=,=,分析原线圈电路有U=U1+I1R,分析副线圈电路有U2=I2,又U==36 V,联立解得U1=27 V,I2=2 A,故A错误,B正确;由题图乙可知,变压器副线圈两端交变电流的频率为f==50 Hz,C正确;由A选项分析可知灯泡L1两端的电压为=I1R=9 V,能正常发光,故D错误。
错解分析　本题中,原线圈电路包括交流电源、灯泡L1以及原线圈,原线圈相当于用电器,起到分压作用;副线圈电路包括副线圈和三个并联的灯泡,副线圈相当于电源,提供电压。解答本题时易误将副线圈中的负载直接加载到原线圈电路,实际解答时应根据原、副线圈的匝数比将副线圈两端电压与原线圈两端电压建立关联,对两个电路分别应用闭合电路欧姆定律求解。
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',画出等效电路如图。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R'减小,输电线中电流增大,升压变压器输出电压不变,则升压变压器输出功率增大,发电站的输出功率将增大,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、电流与匝数的关系有==k,==,整理可得U1=kU2,I1=,在原线圈电路中有U0=I1R1+U1,将以上各式整理后有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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