专题06 交变电流（期中真题分类汇编，北京专用）高二物理下学期

专题06 交变电流 5大高频考点概览 考点01 交变电流的产生及变化规律 考点02 交变电流“四值”的理解和计算 考点03 理想变压器原理及应用 考点04 远距离输电 考点05 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 地 城 考点01 交变电流的产生及变化规律 一、单选题 1．（24-25高二下·北京101中学·期中）图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈内阻为10Ω，外接一只电阻为100Ω的灯泡，不计电路的其他电阻。则（　　） A．甲图中线圈位于中性面 B．该交流电的频率为100Hz C．电压的示数为22V D．1s内发电机线圈产生的焦耳热为0.4J 【答案】D 【解析】A．甲图中线圈不是位于中性面，A错误； B．由图象可知，电动势周期为0.02 s，所以频率为50 Hz， B错误； C．由图象可知：电动势的有效值为22 V，所以灯泡两端的电压为: U＝×22 V＝20V C错误； D．根据公式可得， 1s内发电机线圈产生的焦耳热为 D正确。故选D。 2．（24-25高二下·北京第五十中学·期中）如图所示，把小灯泡与教学用发电机相连接。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动，小灯泡发光。下列说法正确的是（　　） A．线圈转动的快慢程度不会影响小灯泡的亮度 B．线圈转动过程中，通过小灯泡的电流大小不随时间变化 C．线圈每转动一周，通过小灯泡的电流方向改变一次 D．当线圈平面转到中性面时，通过线圈的磁通量变化率最小 【答案】D 【解析】A．线圈转动的越快，通过线圈的磁通量变化越快，电路中电流越大，小灯泡越亮，A错误； B．线圈转动过程中，通过小灯泡的电流大小随时间周期性变化，B错误； C．线圈每转动一周，通过小灯泡的电流方向改变两次，C错误； D．当线圈平面转到中性面时，通过线圈的磁通量变化率最小，为零。D正确。故选D。 3．（24-25高二下·北京十一学校顺义学校·期中）下列所示图像中属于交变电流的有（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A．电压的方向发生周期性变化，故属于交变电流，故A错误； BCD．尽管电压或电流大小随时间周期性变化，但其方向不变，所以属于直流电，故BCD错误。故选A。 4．（24-25高二下·北京房山·期中）线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动，产生交变电流的图像如图所示，则（　　） A．该交变电流的周期为0.5s B．该交变电流的电流有效值为2A C．时，穿过线圈的磁通量为零 D．时，穿过线圈的磁通量变化最快 【答案】D 【解析】A．由图可知该交变电流的周期为0.4s，故A错误； B．该交变电流的电流有效值为 故B错误； C．，感应电流为零，此时穿过线圈的磁通量最大，故C错误； D．时，感应电流最大，根据法拉第电磁感应定律可知穿过线圈的磁通量变化最快，故D正确。故选D。 5．（24-25高二下·顺义一中·北京顺义·期中）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1所示。产生的交变电动势的图像如图2所示，则（   ） A．线框产生的交变电动势有效值约为311V B．时线框平面与中性面重合 C．时线框的磁通量变化率为零 D．线框产生的交变电动势频率为100Hz 【答案】B 【解析】A．根据正弦式交变电流有效值和峰值的关系可得，该交变电流的有效值为，故A错误； B．由图2可知时，线框产生的电动势最小为零，线框的磁通量最大，故线框平面与中性面重合，故B正确； C．由图2可知时，线框产生的电动势最大，由法拉第电磁感应定律可知线框的磁通量的变化率最大，不为零，故C错误； D．根据周期和频率的关系可得，该交变电流的频率为 故D错误。故选B。 6．（24-25高二下·北京铁路二中·期中）如图为交流发电机的示意图，N、S极间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，单匝矩形线圈ABCD绕垂直于磁场的轴沿逆时针方向匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为，外电路接有阻值的定值电阻，线圈电阻不计。下列说法正确的是（　　） A．电流变化的周期为0.01s B．电流表的示数为2A C．线圈在图示位置时，线圈磁通量的变化率 D．线圈经过图示位置，电流方向改变 【答案】C 【解析】A．由题意可知 故A错误； B．有题意可知，电压的有效值为 则电流表的示数为 故B错误； C．线圈在图示与中性面垂直的位置时，产生的电动势最大，为 根据法拉第电磁感应定律 解得 即线圈磁通量的变化率，故C正确； D．线圈经过中性面时，电流方向改变，图示位置为与中性面垂直的位置，电流方向不变，故D错误。故选C。 7．（24-25高二下·北京·日坛中学·期中）2022年11月23日由三峡集团研制的单机容量16兆瓦海上风电机组成功下线，该机组是目前全球单机容量最大、叶轮直径最大的风电机组，风力发电机简易模型如甲图所示，某兴趣小组自制了一台风力发电机，试验中叶轮带动线圈在匀强磁场中转动，产生的交流电电流随时间变化的图像如图乙所示，则下列说法中正确的是（　　） A．电流的有效值为10A B．1s内电流的方向变化10次 C．电流的瞬时值表达式为 D．线圈处于甲图所示位置时产生的电流最大 【答案】B 【解析】A．电流的有效值为，故A错误； B．一个周期内电流方向改变2次，由于周期为0.2s，故1s内电流的方向变化10次，故B正确； C．因为 则电流的瞬时值表达式为，故C错误； D．线圈处于甲图所示位置时，即中性面位置，磁通量最大，磁通量变化率最小，故产生的电流最小，故D错误。故选B。 二、多选题 8．（24-25高二下学期·北京丰台·期中）如图所示，矩形abcd在匀强磁场中匀速转动，甲图为线圈平面与磁场方向垂直的位置，图乙为其电动势e随时间t变化的图像，线圈电阻r=1Ω，定值电阻R=3Ω，下列说法正确的是（　　） A．甲图所示位置产生的感应电动势最大 B．t=0.01s时，线圈中磁通量的变化率为0 C．从0时刻起，3s内电流方向变化300次 D．t=0.01s时，图中交流电流表的示数为0，电阻R两端电压为7.5V 【答案】BC 【解析】A．甲图图示位置，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为0，则产生的感应电动势为0，故A错误； B．由图乙可知，时，线圈产生的感应电动势为0，则此时线圈中磁通量的变化率为0，故B正确； C．每经过一个周期电流方向变化2次，由图乙可知周期为0.02s，则从0时刻起，3s内电流方向变化300次，故C正确； D．电流表的示数为电流有效值，所以时，电流表的示数不为0；由图乙可知，时，线圈产生的感应电动势为0，则此时电阻R两端电压为0，故D错误。故选BC。 地 城 考点02 交变电流“四值”的理解和计算 一、单选题 1．（24-25高二下·北京九中·期中）一矩形线框在匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线框共面的轴匀速转动，线框中感应电动势随时间变化的图像如图所示，下列说法中正确的是（　　） A．感应电动势的有效值为 B．感应电动势的瞬时值表达式为 C．此交变电流的频率为0.2Hz D．时，线框平面与磁场方向平行 【答案】B 【解析】A．由题图可知，线框中感应电动势的最大值为，其有效值为 故A错误； B．由题图可知 角速度为 感应电动势瞬时值表达式为 故B正确； C． 故C错误； D．在时，，所以线圈平面与磁场方向垂直，故D错误。故选B。 2．（24-25高二下·北京第五十中学·期中）下图表示一交流电的电流随时间变化的图像，此交流电的电流有效值是（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【解析】将交流与直流通过阻值都为R的电阻，设交流电电流的有效值为I，则根据有效值的定义有 解得，故选B。 3．（24-25高二下·北京通州·期中）下图所示为一个正弦式交变电流的波形图。下列说法中正确的是（　　） A．该交流电的周期是0.25s B．该交流电的电流峰值为10A C．该交流电的电流有效值为5A D．1个周期内电流方向改变1次 【答案】C 【解析】A．图像可知该交流电的周期是0.20s，故A错误； B．图像可知该交流电的电流峰值为10A，故B错误； C．该交流电的电流有效值为，故C正确； D．图像可知1个周期内电流方向改变2次，故D错误。故选C。 4．（24-25高二下·北京育才学校·期中）有一个小型发电机，发电机内的矩形线圈匝数为100匝，电阻为0.5Ω。线圈在匀强磁场中，以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动。穿过每匝线圈的磁通量Ф随时间的变化规律如图所示，由此可知发电机电动势的瞬时值表达式为（　　） A．e=3.14sinπt（V） B．e=3.14cosπt（V） C．e=314sin100πt（V） D．e=314cos100πt（V） 【答案】D 【解析】由图可知，线圈匀速转动的周期为 角速度为 所以，该发电机感应电动势的最大值为 由图可知，时，即线圈垂直于中性面，所以感应电动势的瞬时表达式为；故选D。 5．（24-25高二下·北京清华附中朝阳学校·期中）一台小型发电机与交流电压表、小灯泡按图1所示连接，发电机产生的电动势随时间变化的规律如图2所示，发电机内阻不可忽略，交流电压表视为理想电压表。则（　　） A．交流电压表的示数为220V B．电动势的有效值为220V C．电动势表达式为 D．穿过线圈的磁通量表达式为 【答案】B 【解析】B．电动势的有效值为 选项B正确； A．因线圈有电阻，可知灯泡两端电压小于220V，即交流电压表的示数小于220V，选项A错误； C．因 可知电动势表达式为 选项C错误； D．穿过线圈的磁通量最大值 可得 磁通量表达式为 选项D错误。故选B。 6．（24-25高二下·北京八十中·期中）某发电机工作原理如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一匝数为N的矩形线圈，其面积为S，电阻为r，线圈两端外接一电阻为R的用电器和一个交流电压表，若线圈绕对称轴以角速度做匀速转动，则下列说法正确的是（　　） A．电阻两端的电压最大值为 B．交流电压表的示数为 C．线圈从图示位置转过的过程中，电阻产生的热量为 D．线圈从图示位置转过的过程中，通过电阻的电量为 【答案】C 【解析】A．图示位置，产生的交流电压最大，最大值为 由闭合电路欧姆定律可知电阻两端的电压最大值为 A错误； B．交流电压便显示的是有效值，根据交流电的有效值与最大值关系，可知电表的示数为 B错误； C．由欧姆定律可知回路中产生的交流电的有效值为 根据焦耳定律可知线圈从图示位置转过的过程中，电阻产生的热量为 交流电的周期为 联立解得线圈从图示位置转过的过程中，电阻产生的热量为 C正确； D．线圈从图示位置转过的过程中，磁通量的变化为 时间为 由法拉第电磁感应定律可知平均电动势为 则平均电流为 故通过电阻的电荷量为 D错误。故选C。 二、解答题 7．（24-25高二下·北京清华附中朝阳学校·期中）如图所示，交流发电机的矩形金属线圈abcd处于磁感应强度的匀强磁场中，其边长，，匝数（图中只画出1匝），线圈的总电阻，线圈可绕垂直于磁场且过bc和ad边中点的转轴以角速度匀速转动。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值的定值电阻连接。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。 (1)从线圈平面与磁场方向平行位置开始计时，写出线圈中感应电流i随时间t变化的关系式； (2)求线圈转动过程中，电阻R上的发热功率P。 【答案】(1) (2) 【解析】（1）线圈产生感应电动势的最大值 解得 根据闭合电路欧姆定律可知，线圈中感应电流的最大值 从线圈平面与磁场方向平行位置开始计时，线圈中感应电流瞬时值 解得 （2）通过电阻R的电流的有效值 电阻R上产生的发热功率 得 8．（24-25高二下·北京铁路二中·期中）如图所示，匀强磁场的磁感应强度B，边长L正方形线圈abcd共N匝，线圈电阻r，线圈绕轴匀速转动，角速度，外电路电阻R。求： (1)感应电动势最大值； (2)从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时表达式； (3)交流电压表的示数。 【答案】(1) (2) (3) 【解析】（1）线圈中产生的感应电动势的峰值为 其中 解得 （2）从图示位置开始计时，即从与中性面垂直位置开始计时 （3）电动势的有效值为 则交流电压表的示数为 9．（24-25高二下学期·北京丰台·期中）如图所示，交流发电机的矩形金属线圈处于磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中，其边长ab=cd=50cm ， bc=ad=20cm，匝数n=100（图中只画出1匝），线圈的总电阻r=10Ω，线圈可绕垂直于磁场且过bc和ad中点的转轴OO'以角速度ω=200rad/s匀速转动。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值R=90Ω的定值电阻连接。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。 (1)求线圈中感应电动势的最大值Em； (2)从线圈平面与磁场方向平行位置开始计时，写出线圈中感应电流i随时间t变 化的关系式； (3)求线圈转动过程中，电阻R上的发热功率P。 【答案】(1)100V (2)A (3)45W 【解析】（1）线圈产生感应电动势的最大值 解得 Em=100V （2）根据闭合电路欧姆定律可知，线圈中感应电流的最大值 从线圈平面与磁场方向平行位置开始计时，线圈中感应电流瞬时值 解得A （3）通过电阻R的电流的有效值 电阻R上产生的发热功率 10．（24-25高二下·北京101中学·期中）如图所示，交流发电机的矩形金属线圈，ab边和cd边的长度L1=50cm，bc边和ad边的长度L2=20cm，匝数n=100匝，线圈的总电阻r=10Ω，线圈位于磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值R=90Ω的定值电阻连接。初始状态时线圈平面与磁场方向平行，现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OOʹ以角速度ω=400rad/s匀速转动。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。 (1)从线圈经过图示位置开始计时，写出电阻R两端电压随时间变化的函数关系式； (2)从线圈经过图示位置开始计时，写出ab边所受安培力的最大值； (3)求维持线圈匀速转动1圈，所需外力做的功W（保留三位有效数字）； (4)线圈从图示位置转过90°的过程中电阻R上通过的电荷量。 【答案】(1) (2)5N (3)3.14J (4)0.005C 【解析】（1）感应电动势的最大值为 所以电阻R两端电压最大值为 则电阻R两端电压随时间变化的函数关系式为 （2）ab边所受安培力的最大值为 （3）线圈匀速转动1圈，所需外力做的功为，，， 代入数据解得 （4）线圈从图示位置转过90°的过程中电阻R上通过的电荷量为 代入数据解得 11．（24-25高二下·北京陈经纶中学·期中）如图所示，某小型交流发电机内的矩形金属线圈ABCD的面积，匝数，线圈的总电阻，线圈所处磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小。线圈通过滑环和电刷与阻值的定值电阻连接。现使线圈绕轴匀速转动，角速度为。 （1）从中性面开始计时，写出线圈中电流瞬时值的表达式； （2）求线圈转动过程中电阻R上产生的热量Q； （3）求线圈从中性面位置转过的过程中，通过电阻R的电荷量q。 【答案】（1）；（2）24300J；（3）0.01C 【解析】（1）感应电动势最大值 从中性面开始计时，线圈中电流瞬时值的表达式 （2）电流有效值 线圈转动过程中电阻R上产生的热量 （3）线圈从中性面位置转过的过程中，通过电阻R的电荷量 12．（24-25高二下·北京九中·期中）如图所示为交流发电机示意图，匝数n=100匝的矩形线圈，边长分别为10cm和20cm，内阻为5Ω，在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中绕轴以50rad/s的角速度匀速转动，线圈和外部20Ω的电阻R相连接，已知线圈绕轴转动，t=0时刻为图示位置，求： (1)交变电流感应电动势的瞬时值表达式； (2)电阻R上所消耗的电功率是多少； (3)由图示位置转过90°的过程中，通过R的电量是多少。 【答案】(1) (2)40W (3) 【解析】（1）根据瞬时值表达式 代入数据解得（V） （2）电动势的有效值为V 由闭合电路欧姆定律得 电阻R上所消耗的电功率为 （3）由图示位置转过90°的过程中，通过R上的电量为 13．（24-25高二下·北京第五十中学·期中）如图所示，为交流发电机的原理示意图。单匝矩形线圈abcd的边长ab=cd=0.5m，bc=ad=0.2m，线圈的电阻r=0.2Ω，线圈在磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，角速度。线圈两端通过电刷E、F与阻值R=4.8Ω的定值电阻连接。计算时取3。 （1）从线圈经过如图所示的中性面开始计时，写出线圈中感应电动势e随时间t变化的函数表达式； （2）求交流电流表的示数I； （3）求从线圈经过中性面开始计时，四分之一周期时间内通过电阻R的电荷量q。 【答案】（1）；（2）；（3）0.001C 【解析】（1）线圈产生感应电动势的最大值 因从中性面开始计时的，感应电动势随时间变化的表达式为 （2）根据欧姆定律，交流电流表的示数为 （3）根据法拉第电磁感应定律，通过电阻R的电荷量为 14．（24-25高二下·北京十一学校顺义学校·期中）如图所示，匀强磁场的磁感应强度B = 0.5T，边长为L=10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r =1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO´匀速转动，角速度ω = 6 rad/s，外电路电阻R = 4Ω，求： （1）转动过程中感应电动势的最大值； （2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）开始计时，写出电动势的瞬时值表达式； （3）电阻R所消耗的电功率。 【答案】（1）3V；（2）e=3cos6t（V）；（3）0.72W 【解析】（1）最大值 Em=nBL2ω=100×0.5×0.12×6V=3V （2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）开始计时，瞬时值表达式 e=3cos6t（V） （3）根据 电功率 P=I2R 联立上式可得电功率 P=0.72W 15．（24-25高二下·顺义一中·北京顺义·期中）如图所示，一小型发电机内有匝矩形线圈，线圈面积，线圈电阻可忽略不计。在外力作用下矩形线圈在匀强磁场中，以恒定的角速度。绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，发电机线圈两端与的电阻构成闭合回路。求： (1)从线圈经过图示位置开始计时，写出线圈内的电流随时间变化的函数关系式； (2)求闭合回路的发热功率； (3)从线圈经过图示位置开始计时，求经过二分之一周期时间通过线圈导线某截面的电荷量。 【答案】(1) (2) (3) 【解析】（1）电动势最大值为 电流最大值为 图示位置线圈的磁通量最大，线圈处于中性面，则线圈内的电流随时间变化的函数关系式为 （2）电流有效值为 则闭合回路的发热功率为 （3）由，， 联立可得 又 解得 16．（24-25高二下·北京延庆·期中）如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OO'按如图所示方向匀速转动，线圈的匝数n=100匝、电阻r=10Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R=90Ω，与电阻R并联的交流电压表为理想电表。在t=0时刻，线圈平面与磁场方向垂直，交流发电机产生的电动势的瞬时值e随时间t按图乙所示正弦规律变化。求： (1)线圈中感应电流的瞬时值表达式； (2)电路中交流电压表两端的电压；（取） (3)线圈由图甲所示位置转过30°的过程中，通过线圈的电量。 【答案】(1) (2) (3) 【解析】（1）由图乙可知线圈转动产生的感应电动势的最大值 线圈中电流的最大值为 线圈转动的角速度为 所以线圈中感应电流的瞬时值表达式为 （2）电路中电流的有效值为 所以交流电压表两端的电压为 代入数据解得 （3）线圈转动产生的感应电动势的最大值计算公式为 线圈由图甲所示位置转过30°的过程中，通过线圈的磁通量变化量为过线圈的磁通量变化量为 设线圈由图甲所示位置转过30°的过程中，所用时间为，则这段时间产生的平均感应电动势为 所以这段时间产生的平均电流为 则线圈由图甲所示位置转过的过程中，通过线圈的电量为 联立以上各式，代入数据解得 地 城 考点03 理想变压器原理及应用 一、单选题 1．（24-25高二下·北京陈经纶中学·期中）如图所示为模拟街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器输入的交流电压可视为不变，变压器输出的低压交流电通过输电线输送给用户，定值电阻R0表示输电线的电阻，变阻器R表示用户用电器的总电阻。若变压器为理想变压器，电表为理想电表，当接入电路的家用电器个数增加时（　　） A．V2示数变大 B．V1示数变小 C．A1示数变大 D．A2示数变小 【答案】C 【解析】B．因为变压器输入的交流电压可视为不变，故V1示数不变，B错误； D．由于变压器的原、副线圈电压由电源和匝数比决定，因为变压器输入的交流电压可视为不变，故变压器的输出电压不变，当用户的用电器增加时，副线圈的电阻减小，故副线圈电流增大，电流表A2示数变大，D错误； C．变压器原、副线圈电流与匝数成反比，因为副线圈电流增大，所以原线圈电流增大，故电流表A1示数变大，C正确； A．因为副线圈电流增大，定值电阻R0分压变大，故电压表V2示数减小，A错误。故选C。 2．（24-25高二下·北京清华附中朝阳学校·期中）如图所示，理想变压器原线圈接电压为220V的正弦交流电，开关S接1时，原、副线圈的匝数之比为11：1，滑动变阻器接入电路的阻值为10Ω，电压表和电流表均为理想交流电表。下列说法中正确的有（　　） A．变压器输入功率与输出功率之比为11：1 B．1min内滑动变阻器上产生的热量为2400J C．仅将S从1拨到2，电流表示数增大 D．仅将滑动变阻器的滑片向下滑动，两电表示数均减小 【答案】B 【解析】A．根据理想变压器的特点可知，变压器的输入功率与输出功率相等，故A错误； B．根据原、副线圈的电压与匝数的关系有 代入数据可得 内滑动变阻器上产生的热量为 故B正确； C．若只将从1拨到2，则变大，根据原、副线圈的电压与匝数的关系可知，副线圈的电压减小，副线圈中的电流减小，原线圈中的电流减小，即电流表示数变小，故C错误； D．仅将滑动变阻器的滑片向下滑动，原、副线圈的匝数比不变，原线圈输入电压不变，则副线圈的输出电压不变，即电压表示数不变，滑动变阻器接入电路中的阻值变大，次级电流减小，则初级电流也减小，电流表的示数变小，故D错误。故选B。 3．（24-25高二下·北京九中·期中）一理想变压器原、副线圈匝数比为n1：n2=11∶5，如图甲所示，原线圈与正弦交流电源连接，副线圈接入一个10Ω的电阻。原线圈输入电压u随时间t的变化情况如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．电流表的示数为10A B．电压表的示数为100V C．变压器的输入功率为100W D．经过60s电阻产生焦耳热为1.2×105J 【答案】B 【解析】B．原线圈电压有效值为 电压表示数等于副线圈电压的有效值，为 故B正确； A．流过电阻的电流 根据电流比与匝数比的关系 解得电流表的示数为 故A错误； C．变压器的输入功率是 故C错误； D．理想变压器输入功率与输出功率相等，即 则经过60s电阻产生焦耳热为 故D错误。故选B。 4．（24-25高二下·北京第五十中学·期中）如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“6V，3W”的灯泡。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（   ） A．原线圈两端电压的有效值为 B．副线圈中电流的有效值为0.5A C．原、副线圈匝数之比为1∶4 D．原线圈的输入功率为12W 【答案】B 【解析】A．由题图知，原线圈电压最大值为，则原线圈两端电压的有效值为 故A错误； B．灯泡正常发光，由P = UI得，副线圈中电流有效值为 故B正确； C．由理想变压器电压与匝数关系可知 故C错误； D．理想变压器没有能量损失，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，则原线圈的输入功率 P1 = PL = 3W 故D错误。故选B。 5．（24-25高二下·北京八十中·期中）如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为，原线圈接在交流电源上（电源内阻不计），副线圈接一定值电阻和滑动变阻器R，电流表、电压表均为理想交流电表，电压表、的示数分别为、电流表、的示数分别为、。当滑动变阻器R的滑片P由a端向b端缓慢滑动时，下列说法中正确的是（　　） A．变小 B．变小 C．滑动变阻器R两端的电压变大 D．理想变压器的输出功率变大 【答案】D 【解析】A．由于理想变压器输入电压不变，根据理想变压器原、副线圈电压之比等于匝数比可知 解得 因此大小不变，故A错误； BCD．当滑动变阻器R的滑片P由a端向b端缓慢滑动时，接入电路的阻值变小，电路总电阻变小，由于大小不变，根据欧姆定律可得增大，由于， 因此滑动变阻器R两端的电压变小；该理想变压器的输出功率变大，由于理想变压器的输入功率等于输出功率，因此输入功率也变大，而输入电压不变，因此增大，故BC错误，D正确。故选D。 6．（24-25高二下·北京十一学校顺义学校·期中）如图所示，理想变压器原线圈两端a、b接正弦交流电源，副线圈接有定值电阻．已知电压表示数为220V，电流表示数为0.20A，定值电阻阻值为44Ω．则原、副线圈的匝数比为 A．1：5 B．5∶1 C．1：25 D．25：1 【答案】B 【解析】设输入电压为，输出电压为，原线圈电流，副线圈的电流为，根据可得，解得，根据 可得，故选项B正确，A、C、D错误． 7．（24-25高二下学期·北京丰台·期中）如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“2.5V，5W”的灯泡。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（　　） A．该交流电的频率为25Hz B．原、副线圈匝数之比为1∶4 C．副线圈两端电压的最大值为V D．原线圈的输入功率为5W 【答案】D 【解析】A．由图乙可知，该交流电的周期为 可得该交流电的频率为 故A错误； B．原线圈的两端电压的有效值为 因为灯泡正常发光，则副线圈两端电压的有效值为 根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数关系可得原、副线圈匝数之比为4:1，故B错误； C．副线圈两端电压的最大值为 故C错误； D．由题意可知，副线圈的输出功率为 由于变压器不改变功率，故原线圈的输入功率为 故D正确。故选D。 8．（24-25高二下·北京101中学·期中）如图所示，将额定电压为60V的用电器，通过一理想变压器接在频率为50HZ的正弦交变电源上，闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表（均为理想电表）的示数分别为220V和2.2A，以下判断正确的是（　　） A．变压器副线圈的输出电压频率可能变小 B．若用电器阻值增大，则电压表示数变大 C．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶3 D．通过副线圈的电流的最大值为2.2A 【答案】C 【解析】A．变压器只改变电流和电压，不改变频率，故A错误； B．变压器原副线圈的电压跟用电器的个数及负载的电阻无关，故用电器阻值增大，电压表示数不变，故B错误； C．由 故C正确； D．电流表示数是有效值，则最大值为 故D错误。故选C。 9．（24-25高二下·北京101中学·期中）电阻为R的负载接到20V直流电压上消耗的电功率是P，现用一个变压器，将电压最大值为200V的正弦交流电压接原线圈，副线圈接电阻R，则R上消耗的电功率为P/2，该变压器原副线圈的匝数比为（       ） A．20:1 B．：1 C．10:1 D．1:10 【答案】C 【解析】当电阻接在直流电路中的时候，由可得，此时的功率，当功率为时，由可得，此时电阻的电压的有效值为，变压器的输入电压的有效值为，所以变压器原、副线圈的匝数比为；故选C． 10．（24-25高二下·北京陈经纶中学·期中）如图甲所示，交流发电机的矩形金属线圈abcd的匝数n＝100，线圈的总电阻r＝5.0Ω，线圈位于匀强磁场中，且线圈平面与磁场方向平行。线圈的两端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值R＝95Ω的定值电阻连接。现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OOˊ以一定的角速度匀速转动。穿过线圈的磁通量随时间t变化的图像如图乙所示。若电路其他部分的电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。则下列说法中正确的是（　　） A．线圈匀速转动的角速度为100 B．线圈中产生感应电动势的最大值为100V C．由图甲处转过圈，电阻R上产生的热量Q＝J D．由图甲处转过圈，通过电阻R的电量q＝0.01C 【答案】D 【解析】A．图乙可知交流电周期，故角速度 故A错误； B．线圈中产生感应电动势的最大值 图乙可知 代入题中数据，联立解得 故B错误； C．电动势有效值 则甲处转过圈，电阻R上产生的热量 代入题中数据，联立解得 故C错误； D．电荷量 图甲处转过圈，磁通量变化量 联立解得 故D正确。故选D。 11．（24-25高二下·北京陈经纶中学·期中）如图所示，在匀强磁场中有一电阻忽略不计的矩形线圈，绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的正弦交流电的感应电动势e随时间t的变化如图甲所示，把该交流电输入到图乙中理想变压器的A、B两端。为热敏电阻（已知其电阻随温度升高而减小），R为定值电阻，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是（　　） A．变压器A、B两端电压的瞬时值表达式为 B．图甲中时，穿过线圈的磁通量为0 C．温度升高后，电压表与示数的比值不变 D．温度降低后，变压器的输入功率减小 【答案】D 【解析】A．根据图甲可知 ， 则 故变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为 故A错误； B．在图甲的t=0.01s时刻，e=0，此时矩形线圈平面与磁场方向垂直，磁通量最大，故B错误； C．理想变压器匝数不变，输入电压不变，则电压表V1示数不变，副线圈两端的电压U2不变。Rt处温度升高时，Rt阻值减小，则根据闭合电路欧姆定律可知副线圈回路中的电流I2减小。电压表V2测量Rt的电压，根据串并联电路规律及欧姆定律有 则电压表V2示数减小，故电压表V1示数与V2示数的比值变大，故C错误； D．理想变压器匝数不变，输入电压不变，副线圈两端的电压U2不变。Rt处温度降低时，Rt阻值变大，则变压器的输出功率为 输出功率变小。理想变压器输入功率等于输出功率，故变压器的输入功率减小，故D正确。故选D。 12．（24-25高二下·北京通州·期中）火花塞是汽油发动机点火系统的核心部件，其通过电极间隙时高压电火花点燃压缩后的燃油、空气混合气。已知汽车蓄电池电压为12V，火花塞击穿空气间隙需至少20kV电压。系统采用变压器实现升压，并通过周期性通断开关控制原线圈电流，下图为该过程原理简图，变压器可视为理想变压器。下列说法正确的是（　　） A．开关保持闭合，火花塞电极间能持续产生高压电火花 B．变压器原线圈导线比副线圈更粗 C．将开关连接到火花塞所在回路中，仍可通过周期性通断开关产生电火花 D．开关接通瞬间，原、副线圈电压之比不等于匝数比 【答案】B 【解析】A．开关保持闭合时，原线圈中是恒定电流，穿过副线圈的磁通量不变，副线圈不会产生感应电动势，火花塞电极间不能产生高压电火花，故A错误； B．理想变压器原副线圈功率相等，该变压器是升压变压器，原线圈电压小于副线圈电压，则原线圈电流大于副线圈电流。为了减少发热， 电流大的原线圈导线需要更粗（横截面积大，电阻小），所以原线圈导线比副线圈更粗，故B正确； C．将开关连接到火花塞所在回路中，周期性通断开关时，副线圈回路通断，原线圈回路一直有恒定电流，穿过副线圈的磁通量不变，副线圈无法产生感应高压，不能产生电火花，故C错误； D．开关接通瞬间，原线圈电流变化，穿过副线圈的磁通量变化，变压器仍可视为理想变压器，原、副线圈电压之比等于匝数比，故D错误。故选B。 13．（24-25高二下·北京育才学校·期中）如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接R=22Ω的电阻。原、副线圈的匝数比为10：1，电压表为理想电表。下列说法正确的是（　　） A．交流电的频率为100Hz B．电压表的示数约为31.1V C．原线圈电流的有效值为1A D．原线圈的输入功率为22W 【答案】D 【解析】A．交流电的频率为 故A错误；     B．电压表的读数为电压的有效值，原线圈的电压有效值为220V，根据电压与匝数成正比 可得副线圈的电压为 所以电压表的读数为22V，故B错误； CD．根据欧姆定律可得副线圈的电流的大小为 根据电流与匝数成反比 可得原线圈的电流的大小为 由输入功率和输出功率相等可得原线圈中的输入功率为 故C错误，D正确。故选D。 14．（24-25高二下·顺义一中·北京顺义·期中）如图甲所示的理想变压器，其原线圈接在输出电压如图乙所示的正弦式交流电源上，副线圈接有阻值为44Ω的负载电阻R，原、副线圈匝数之比为。电流表、电压表均为理想交流电表。下列说法中正确的是（    ） A．电流表的示数为2.5A B．原线圈的输入功率为44W C．电压表的示数约为62V D．原、副线圈交流电的频率之比为 【答案】B 【解析】C．分析图乙可知，正弦式交流电源的电动势的最大值为220V，有效值为220V，则原线圈输入电压U1=220V 根据变压比可知，副线圈输出电压 则电压表的示数为44V，故C错误； A．根据欧姆定律可知，副线圈输出电流 根据变流比可知，原线圈输入电流 故A错误； B．副线圈输出功率 根据变压器的输入功率等于输出功率可知，原线圈中输入功率也是44W，故B正确； D．变压器不改变交流电的频率，原、副线圈交流电的频率之比为，故D错误。故选B。 15．（24-25高二下·北京延庆·期中）图甲为原、副线圈匝数比的理想变压器，为定值电阻，为光敏电阻（光照越强电阻越小），为电阻不变的灯泡，电流表和电压表均为理想交流电表，变压器的原线圈两端接有按图乙所示的正弦式交变电压，下列说法正确的是（　　） A．图乙交变电压的表达式为 B．在时，示数为，示数为 C．电键闭合后，电流表示数减小 D．电键闭合后，增加的光照强度，灯泡变暗 【答案】D 【解析】A．原线圈接入如图乙所示， ，所以频率为 原线圈接入电压的最大值是 V，图乙交变电压的表达式为 A错误； B．所以原线圈接入电压的有效值是，理想变压器原、副线圈匝数比为： ， 示数为，示数加两端的电压为，B错误； C．电键闭合后，负载电阻减小，副线圈的电流增大，原线圈电流增大，电流表示数增大，故 C 错误； D．阻值随光强增大而减小，导致并联部分电阻减小，电路总电阻减小，副线圈电压不变因此总电流变大，分压变大因此灯泡电压变小，灯泡亮度变暗，D正确。故选D。 16．（24-25高二下·北京·日坛中学·期中）如图所示，电路中的变压器为理想变压器，R为滑动变阻器，U1为加在原线圈两端的交流电压，I1为原线圈中的电流，U2为副线圈两端的交流电压，I2为副线圈中的电流，P2为滑动变阻器上消耗的电功率．若U1保持不变，改变滑动变阻器滑片的位置，下列说法中正确的是 A．P2保持不变 B．U2保持不变 C．I1保持不变 D．I2保持不变 【答案】B 【解析】B、保持U1不变，根据输出电压是由输入电压和匝数比决定，可知输出电压U2不变，B选项正确；D、使滑片P滑动时，R变化，而电压U2不变，所以副线圈电流I2变化，故D错误；C、由知I2变化，则I1变化，故C错误；A、由知P2发生变化，故A错误；故选B． 二、多选题 17．（24-25高二下学期·北京丰台·期中）如图甲所示，“火灾警报系统”电路中，理想变压器原、副线圈匝数之比为20：1，原线圈接入图乙所示的电压，电压表和电流表均为理想交流电表，R0为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R1为滑动变阻器，当通过报警器的电流超过某值时，报警器将报警，下列说法正确的是（　　） A．电压表的示数为5V B．要使报警器报警的临界温度升高，可将R1的滑片P适当向上移动 C．R0处出现火情时，电压表的示数减小 D．R0处出现火情时，电流表的示数减小 【答案】AB 【解析】A．设原线圈的输入电压有效值为，根据有效值的定义，则有 解得 根据 可得副线圈输出电压为 则电压表的示数为5V，故A正确； B．将的滑片P向上移动，接入电路阻值变小，则副线圈的总电阻变小，副线圈的总电流增大，两端的电压变大，报警器的分压变小，电流也减小，能使报警器报警的临界温度升高，故B正确； CD．处出现火情时，由于原线圈的输入电压不变，则副线圈输出电压不变，即电压表的示数不变 ；由于热敏电阻的阻值减小，则副线圈电流增大，根据可知，原线圈电流增大，即电流表的示数增大，故CD错误。故选AB。 地 城 考点04 远距离输电 一、单选题 1．（24-25高二下·北京九中·期中）远距离输电线路简化如图所示，电厂输送电功率不变，变压器均可视为理想变压器，图中标示了电压和电流，其中输电线总电阻为R，则（　　） A． B．输电线损失的电功率为 C．提高输送电压，则输电线电流增大 D．电厂输送电功率为 【答案】D 【解析】A．根据变压器的原理有 升压变压器满足，则有，故A错误； B．由于U2不是R两端的电压，所以输电线损失的电功率不是，故B错误； C．因为输送功率不变，根据 可知提高输送电压U2，则输电线电流I2减小，故C错误； D．因变压器为理想变压器，所以有 故D正确。故选D。 二、多选题 2．（24-25高二下·顺义一中·北京顺义·期中）某个小水电站发电机的输出功率为100kW，发电机的电压为250V，通过升压变压器升压后向远处输电，输电线的总电阻为8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220V。要求在输电线上损失的功率控制在5kW（即用户得到的功率为95kW）。根据实际需求，某同学设计了如图所示的输电线路示意图。升压变压器、降压变压器均视为理想变压器，以下说法正确的是（    ） A．输电线上通过的电流 B．升压变压器输出的电压 C．升压变压器的匝数比 D．降压变压器的匝数比 【答案】BC 【解析】A．根据电功率公式 可得输电线上通过的电流 故A错误； B．升压变压器输出的电压 故B正确； C．根据理想变压器原副线圈电压比等于匝数比可得 故C正确； D．降压变压器输入的电压 根据 降压变压器的匝数比 故D错误。故选BC。 三、解答题 3．（24-25高二下·北京八十中·期中）如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10kW，输出电压为400V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2kV高压输电，输电线上损失了0.5kW，最后用户得到220V的电压，求: （1）升压变压器原、副线圈的匝数比； （2）输电线的总电阻R； （3）降压变压器原、副线圈的匝数比。 【答案】（1）1:5；（2）；（3）95:11 【解析】（1）升压变压器、副线圈匝数比为 （2）发电机输出功率等于升压变压器的输出功率，有 导线电阻R与输送电流和输电线上损失的电功率有关，有 输电线的总电阻 （3）设降压变压器原线圈上电压为 降压变压器原、副线圈匝数比为 4．（24-25高二下·北京育才学校·期中）一台发电机最大输出功率为4000kW，电压为4000V，经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R=1kΩ。到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡（220V、60W）。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，若变压器均为理想变压器，问： (1)T1原、副线圈电流I1、I2分别为多少？ (2)T1和T2的电压比分别为多少？ (3)最多能有多少盏灯泡（220V、60W）正常发光？ 【答案】(1)， (2)， (3) 【解析】（1）T1原线圈电流为 而副线圈的电流为 （2）T1副线圈电压为 则T1线圈的电压比为 由电压关系可知T2原线圈电压为 T2副线圈电压为灯泡的额定电压 故T2线圈的电压比为 （3）T2变压器得到的功率为 所以共有 5．（24-25高二下·北京·日坛中学·期中）某村庄较远处修建了一座小型水电站．河水的流量，落差h=3.2m。河水减少的重力势能有62.5%供给发电机、发电机的效率为90%。该水电站到用户之间需要远距离输电，如图所示。已知发电机的输出电压，用户需要的电压，两地间输电线的总电阻，输电线上损耗的功率为发电机输出功率的4%，水的密度。升压、降压变压器均可视为理想变压器。重力加速度。求： （1）发电机的输出功率； （2）输电线上通过的电流及降压变压器的输入电压； （3）升压、降压变压器上原副线圈匝数比及。 【答案】（1）；（2）12A，；（3）， 【解析】取时间的河水为研究对象，其质量 ① 河水减少的重力势能 ② 发电机的输出功率 ③ 联立①②③式，代入数据解得 （2）如图所示，因为是理想变压器，所以 则线路上损失功率 ④ ⑤ 联立④⑤式，代入数据解得 又因为 则升压变压器输出电压 输电线上损失的电压 则 （3）对于升压变压器有 对于降压变压器有 地 城 考点05 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 一、实验题 1．（24-25高二下·北京延庆·期中）在实验室中探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系时，同学们发现了以下几个问题，并展开了讨论。 (1)观察变压器的铁芯，发现它的结构和材料是（　　） A．整块硅钢铁芯 B．整块不锈钢铁芯 C．彼此绝缘的硅钢片叠成变压器铁芯 (2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数______（填“多”或“少”） (3)实验中发现原、副线圈匝数的比值与电压之比有微小差别，出现这种情况的原因是______。 【答案】(1)C (2)少 (3)见解析 【解析】（1）为了减小涡流引起的磁损耗，变压器的结构和材料采用彼此绝缘的硅钢片叠成变压器铁芯。故选C。 （2）根据电阻定律有 导线越粗，横截面积越大，导线电阻越小，线圈中电流较大，匝数越少 （3）实验中发现原、副线圈匝数的比值与电压之比有微小差别，出现这种情况的原因是交变电流产生的磁场不可能完全局限在铁芯内，存在漏磁与铁芯、导线会产生焦耳热，存在磁损耗。 2．（24-25高二下·北京房山·期中）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，采用了如图所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“”匝。 (1)实验时，实验室有下列器材： A．可拆变压器 B．条形磁铁 C．多用电表 D．直流电源 E．交流电源 F．开关、导线若干 上述器材在本实验中不需要的有________（填器材字母代号）。 (2)若实验中，导线连接变压器原线圈“0”“2”接线柱，连接副线圈“0”“1”接线柱，当副线圈所接电表的示数为4．0V时，若变压器是理想变压器，则原线圈的电压应为_______ A．12.0V B．10.0V C．8V D．2.0V (3)若组装变压器时，该同学没有将铁芯闭合，原线圈接8.0V的学生电源，原、副线圈的匝数比为，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是_______ A．0.7V B．1.0V C．8.0V D．64.0V (4)某次实验时用匝数和的变压器，测量数据如表： 1.80 2.80 3.80 4.90 4.00 6.01 8.02 9.98 根据测量数据可判断连接电源的原线圈的匝数是________（选填“”或“”）． (5)通过分析实验数据发现，每次实验变压器副线圈输出电压总比理论值小，下列可能的原因，不正确的是________。 A．变压器线圈中有电流通过时会发热 B．原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失 C．原线圈输入电压发生变化 D．铁芯在交变磁场的作用下会发热 【答案】(1)BD (2)C (3)A (4) (5)C 【解析】（1）变压器的原理是互感，原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，不需要外界磁场，故实验中不需要条形磁铁；实验中不需要直流电源，需要低压交流电源。 故选BD。 （2）根据理想变压器的变压规律可知 则原线圈的电压为V 故选C。 （3）根据理想变压器的变压规律 可以算出副线圈的电压为V 但铁芯未闭合，存在漏磁现象，则交流电压表的实际读数应小于1V。 故选A。 （4）结合表中数据，可知总是小于的一半可知 本次实验所用变压器存在能量损失，、分别为变压器原、副线圈的电压，副线圈的匝数是，连接电源的原线圈的匝数是。 （5）A．变压器线圈中有电流通过时会发热，线圈则有直流电阻，在线圈上会产生电压降，使输出电压减小，故A正确，不符合题意； B．原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失，即有漏磁现象，由能量守恒定律可知，使输出电压减小，故B正确，不符合题意； C．原线圈输入电压发生变化，对原、副线圈电压的比值不会有影响，故C错误，符合题意； D．铁芯在交变磁场的作用下会发热，使变压器输出的电能小于输入电能，使输出的电压减小，故D正确，不符合题意。本题选择错误选项，故选C。 3．（24-25高二下·北京十一学校顺义学校·期中）(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列器材需要的有________(多选)。 A、干电池组     B、滑动变阻器 C、直流电压表     D、多用电表 E、交流学生电源 (2)如图，当右侧线圈“0”、“16”间接入9 V电压时，左侧线圈“0”、 “4”接线柱间输出电压可能是________。 A、3.1 V　　    B、2.25 V　　　C、1.7 V 【答案】BDE C 【解析】(1)[1]变压器只能使用交流电，所以不需要干电池组、直流电压表，需要滑动变阻器、多用电表、交流学生电源，故选B、D、E。 (2)[2]根据理想变压器的电压与线圈匝数关系，输出电压应该为 9×V＝2.25V 考虑漏磁等原因，应该小于该值，所以选择C。 4．（24-25高二下·北京育才学校·期中）某同学用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。 （1）该同学将原线圈接一学生电源的交流电压输出端，并使用交流电压表分别测量原、副线圈两端的电压，得到的实验数据如下表所示。 实验序号 原线圈匝数 副线圈匝数 原线圈电压（V） 副线圈电压（V） 1 400 200 4.22 2.10 2 400 800 4.22 8.36 3 400 1600 4.22 16.83 根据实验数据，得到的结论为：在误差允许的范围内，______________。 （2）该同学利用（1）问中第2组数据时的副线圈给一标有“3.8V ； 0.3A”字样的小灯泡供电，发现小灯泡并没有被烧坏。测量此时小灯泡两端的电压约为3.00V，并不是8.36V，其原因主要是_____________。 （3）可拆变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成。如图所示，原线圈接交流电源，副线圈接入小灯泡。第一次，缓缓移动铁芯横条使铁芯完全闭合；第二次，另取一块与变压器铁芯横条尺寸相同的普通铁块替换铁芯横条，重复上述实验。两次均观察到小灯泡由暗变亮。以下说法正确的是________。 A．第二次实验中小灯泡更亮些 B．用普通铁块和用铁芯横条相比，普通铁块更容易发热 C．无论用普通铁块还是用铁芯横条，流经小灯泡的电流均为交变电流 （4）如图所示的电路中，电压为的交流电源通过阻值为的定值电阻与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为、。若保持不变，将可变电阻R的阻值增大，则流经原线圈的电流________（选填“增大”“减小”或“不变”）；当可变电阻R的阻值为________时（用、和表示），可变电阻R的功率最大。 【答案】变压器原、副线圈的电压比等于匝数比 副线圈有电阻，副线圈有内压 BC/CB 减小 【解析】（1）[1] 根据实验数据，得到的结论为： 在误差允许范围内，变压器原、副线圈的电压比等于匝数比。 （2）[2]副线圈有电阻，副线圈有内压。 （3）[3] AB．铁芯横条与普通铁块都是导磁材料，铁芯闭合后，减小了漏磁现象，产生的感应电动势增大，小灯泡变亮；变压器铁芯是利用由相互绝缘的薄硅钢片平行叠压而成的，而不是采用一整块硅钢，这样设计的原因是减小涡流，提高变压器的效率，用普通铁块和用铁芯横条相比，普通铁块由于涡流更容易发热，变压器效率低一些，第一次实验中小灯泡更亮些，故A错误，B正确； C．无论用普通铁块还是用铁芯横条，副线圈中还是交变电流，流经小灯泡的电流均为交变电流，故C正确。 故选BC。 （4）[4] 在原、副线圈匝数比一定的情况下，R增大，副线圈电流I2减小，设原线圈电流为I1，根据，知流经原线圈的电流I1减小。 [5] 把变压器和R等效为一个电阻，R0当作电源内阻，则输出功率 当内外电阻相等即 时，输出功率最大，根据，得 代入，解得 5．（24-25高二下·北京通州·期中）某学生小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中采用可拆变压器，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，如图所示。 (1)除图中的器材外，下列器材中还需要的是______（填仪器前的字母） A．干电池 B．磁铁 C．低压交流电源 D．多用电表 E．直流电压表 F．直流电流表 (2)本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中用到的科学方法是______。 A．控制变量法 B．等效替代法 C．整体隔离法 (3)下列说法正确的是______。 A．为保证多用电表安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测 B．因使用低压电源，通电时可以用手接触裸露的导线和接线柱 C．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈 D．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响 (4)实验中发现原、副线圈匝数的比值与电压之比有微小差别，出现这种情况的原因是______。 【答案】(1)CD (2)A (3)AD (4)见解析 【解析】（1）变压器的工作原理是互感，电源需要低压交流电源，测量电压是交流电压，需要电压表。 故选CD。 （2）本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中研究多个物理量之间的关系，在研究其中两个物理量关系时，需要保持其它物理量一定，可知，实验中用到的科学方法是控制变量法。 故选A。 （3）A.实验中，当副线圈匝数大于原线圈匝数时，电压升高，为保证多用电表安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测，故A正确； B．当副线圈匝数大于原线圈匝数时，电压升高，为了确保安全，即使使用低压电源，通电时不能够用手接触裸露的导线和接线柱，故B错误； C．变压器的原理是互感现象的应用，是原线圈磁场的变化引起副线圈感应电流的变化，变压器正常工作后，电能并没有由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈，故C错误； D．根据电压匝数关系有 可知，保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响，故D正确。故选AD。 （4）实验中发现原、副线圈匝数的比值与电压之比有微小差别，出现这种情况的原因是实际变压器存在漏磁、铁芯发热、导线电阻损耗等能量损失，导致副线圈输出电压低于理论。 6．（24-25高二下学期·北京丰台·期中）某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，提供的实验器材有：学生电源（如图甲）、可拆变压器、交流电压表、若干导线。图乙为变压器实物图，在原线圈两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据如下表，请回答下列问题： 实验 序号 原线圈 匝数n1 副线圈 匝数n2 原线圈两 端电压U1（ V） 副线圈两 端电压U2（ V） 1 800 400 8.0 3.7 2 2.2 2 800 100 8.0 0.9 8 8.9 3 200 100 8.0 3.6 2 2.2 4 1400 100 8.0 0.5 14 16.0 (1)原线圈两端应该分别与图甲中的________________（填“a、b”或“c、d”）连接。 (2)某次实验数据记录如上表，在误差允许范围内，表中数据基本符合______规律。 (3)进一步分析发现输出电压U2比理论值偏小，你认为出现误差的可能原因是： _____________________________________________。 【答案】(1)c、d (2) (3)由于变压器不是理想变压器，存在漏磁、铁芯发热和导线发热等能量损耗 【解析】（1）在探究变压器线圈两端电压与匝数关系的实验中，原线圈两端应接入交流电，故应将原线圈两端分别与图甲中的c、d连接。 （2）根据题表中数据可得，在实验误差允许范围内，表中数据基本符合 （3）由于变压器不是理想变压器，存在漏磁、铁芯发热和导线发热等能量损耗，因此输出电压比理论值偏小。 试卷第1页，共3页 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题06 交变电流 5大高频考点概览 考点01 交变电流的产生及变化规律 考点02 交变电流“四值”的理解和计算 考点03 理想变压器原理及应用 考点04 远距离输电 考点05 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 地 城 考点01 交变电流的产生及变化规律 一、单选题 1．（24-25高二下·北京101中学·期中）图甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图乙所示，发电机线圈内阻为10Ω，外接一只电阻为100Ω的灯泡，不计电路的其他电阻。则（　　） A．甲图中线圈位于中性面 B．该交流电的频率为100Hz C．电压的示数为22V D．1s内发电机线圈产生的焦耳热为0.4J 2．（24-25高二下·北京第五十中学·期中）如图所示，把小灯泡与教学用发电机相连接。转动手柄，两个磁极之间的线圈随着转动，小灯泡发光。下列说法正确的是（　　） A．线圈转动的快慢程度不会影响小灯泡的亮度 B．线圈转动过程中，通过小灯泡的电流大小不随时间变化 C．线圈每转动一周，通过小灯泡的电流方向改变一次 D．当线圈平面转到中性面时，通过线圈的磁通量变化率最小 3．（24-25高二下·北京十一学校顺义学校·期中）下列所示图像中属于交变电流的有（　　） A． B． C． D． 4．（24-25高二下·北京房山·期中）线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动，产生交变电流的图像如图所示，则（　　） A．该交变电流的周期为0.5s B．该交变电流的电流有效值为2A C．时，穿过线圈的磁通量为零 D．时，穿过线圈的磁通量变化最快 5．（24-25高二下·顺义一中·北京顺义·期中）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1所示。产生的交变电动势的图像如图2所示，则（   ） A．线框产生的交变电动势有效值约为311V B．时线框平面与中性面重合 C．时线框的磁通量变化率为零 D．线框产生的交变电动势频率为100Hz 6．（24-25高二下·北京铁路二中·期中）如图为交流发电机的示意图，N、S极间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，单匝矩形线圈ABCD绕垂直于磁场的轴沿逆时针方向匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为，外电路接有阻值的定值电阻，线圈电阻不计。下列说法正确的是（　　） A．电流变化的周期为0.01s B．电流表的示数为2A C．线圈在图示位置时，线圈磁通量的变化率 D．线圈经过图示位置，电流方向改变 7．（24-25高二下·北京·日坛中学·期中）2022年11月23日由三峡集团研制的单机容量16兆瓦海上风电机组成功下线，该机组是目前全球单机容量最大、叶轮直径最大的风电机组，风力发电机简易模型如甲图所示，某兴趣小组自制了一台风力发电机，试验中叶轮带动线圈在匀强磁场中转动，产生的交流电电流随时间变化的图像如图乙所示，则下列说法中正确的是（　　） A．电流的有效值为10A B．1s内电流的方向变化10次 C．电流的瞬时值表达式为 D．线圈处于甲图所示位置时产生的电流最大 二、多选题 8．（24-25高二下学期·北京丰台·期中）如图所示，矩形abcd在匀强磁场中匀速转动，甲图为线圈平面与磁场方向垂直的位置，图乙为其电动势e随时间t变化的图像，线圈电阻r=1Ω，定值电阻R=3Ω，下列说法正确的是（　　） A．甲图所示位置产生的感应电动势最大 B．t=0.01s时，线圈中磁通量的变化率为0 C．从0时刻起，3s内电流方向变化300次 D．t=0.01s时，图中交流电流表的示数为0，电阻R两端电压为7.5V 地 城 考点02 交变电流“四值”的理解和计算 一、单选题 1．（24-25高二下·北京九中·期中）一矩形线框在匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线框共面的轴匀速转动，线框中感应电动势随时间变化的图像如图所示，下列说法中正确的是（　　） A．感应电动势的有效值为 B．感应电动势的瞬时值表达式为 C．此交变电流的频率为0.2Hz D．时，线框平面与磁场方向平行 2．（24-25高二下·北京第五十中学·期中）下图表示一交流电的电流随时间变化的图像，此交流电的电流有效值是（    ） A． B． C． D． 3．（24-25高二下·北京通州·期中）下图所示为一个正弦式交变电流的波形图。下列说法中正确的是（　　） A．该交流电的周期是0.25s B．该交流电的电流峰值为10A C．该交流电的电流有效值为5A D．1个周期内电流方向改变1次 4．（24-25高二下·北京育才学校·期中）有一个小型发电机，发电机内的矩形线圈匝数为100匝，电阻为0.5Ω。线圈在匀强磁场中，以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴转动。穿过每匝线圈的磁通量Ф随时间的变化规律如图所示，由此可知发电机电动势的瞬时值表达式为（　　） A．e=3.14sinπt（V） B．e=3.14cosπt（V） C．e=314sin100πt（V） D．e=314cos100πt（V） 5．（24-25高二下·北京清华附中朝阳学校·期中）一台小型发电机与交流电压表、小灯泡按图1所示连接，发电机产生的电动势随时间变化的规律如图2所示，发电机内阻不可忽略，交流电压表视为理想电压表。则（　　） A．交流电压表的示数为220V B．电动势的有效值为220V C．电动势表达式为 D．穿过线圈的磁通量表达式为 6．（24-25高二下·北京八十中·期中）某发电机工作原理如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一匝数为N的矩形线圈，其面积为S，电阻为r，线圈两端外接一电阻为R的用电器和一个交流电压表，若线圈绕对称轴以角速度做匀速转动，则下列说法正确的是（　　） A．电阻两端的电压最大值为 B．交流电压表的示数为 C．线圈从图示位置转过的过程中，电阻产生的热量为 D．线圈从图示位置转过的过程中，通过电阻的电量为 二、解答题 7．（24-25高二下·北京清华附中朝阳学校·期中）如图所示，交流发电机的矩形金属线圈abcd处于磁感应强度的匀强磁场中，其边长，，匝数（图中只画出1匝），线圈的总电阻，线圈可绕垂直于磁场且过bc和ad边中点的转轴以角速度匀速转动。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值的定值电阻连接。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。 (1)从线圈平面与磁场方向平行位置开始计时，写出线圈中感应电流i随时间t变化的关系式； (2)求线圈转动过程中，电阻R上的发热功率P。 8．（24-25高二下·北京铁路二中·期中）如图所示，匀强磁场的磁感应强度B，边长L正方形线圈abcd共N匝，线圈电阻r，线圈绕轴匀速转动，角速度，外电路电阻R。求： (1)感应电动势最大值； (2)从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时表达式； (3)交流电压表的示数。 9．（24-25高二下学期·北京丰台·期中）如图所示，交流发电机的矩形金属线圈处于磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中，其边长ab=cd=50cm ， bc=ad=20cm，匝数n=100（图中只画出1匝），线圈的总电阻r=10Ω，线圈可绕垂直于磁场且过bc和ad中点的转轴OO'以角速度ω=200rad/s匀速转动。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值R=90Ω的定值电阻连接。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。 (1)求线圈中感应电动势的最大值Em； (2)从线圈平面与磁场方向平行位置开始计时，写出线圈中感应电流i随时间t变 化的关系式； (3)求线圈转动过程中，电阻R上的发热功率P。 10．（24-25高二下·北京101中学·期中）如图所示，交流发电机的矩形金属线圈，ab边和cd边的长度L1=50cm，bc边和ad边的长度L2=20cm，匝数n=100匝，线圈的总电阻r=10Ω，线圈位于磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值R=90Ω的定值电阻连接。初始状态时线圈平面与磁场方向平行，现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OOʹ以角速度ω=400rad/s匀速转动。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。 (1)从线圈经过图示位置开始计时，写出电阻R两端电压随时间变化的函数关系式； (2)从线圈经过图示位置开始计时，写出ab边所受安培力的最大值； (3)求维持线圈匀速转动1圈，所需外力做的功W（保留三位有效数字）； (4)线圈从图示位置转过90°的过程中电阻R上通过的电荷量。 11．（24-25高二下·北京陈经纶中学·期中）如图所示，某小型交流发电机内的矩形金属线圈ABCD的面积，匝数，线圈的总电阻，线圈所处磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小。线圈通过滑环和电刷与阻值的定值电阻连接。现使线圈绕轴匀速转动，角速度为。 （1）从中性面开始计时，写出线圈中电流瞬时值的表达式； （2）求线圈转动过程中电阻R上产生的热量Q； （3）求线圈从中性面位置转过的过程中，通过电阻R的电荷量q。 12．（24-25高二下·北京九中·期中）如图所示为交流发电机示意图，匝数n=100匝的矩形线圈，边长分别为10cm和20cm，内阻为5Ω，在磁感应强度B=0.5T的匀强磁场中绕轴以50rad/s的角速度匀速转动，线圈和外部20Ω的电阻R相连接，已知线圈绕轴转动，t=0时刻为图示位置，求： (1)交变电流感应电动势的瞬时值表达式； (2)电阻R上所消耗的电功率是多少； (3)由图示位置转过90°的过程中，通过R的电量是多少。 13．（24-25高二下·北京第五十中学·期中）如图所示，为交流发电机的原理示意图。单匝矩形线圈abcd的边长ab=cd=0.5m，bc=ad=0.2m，线圈的电阻r=0.2Ω，线圈在磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，角速度。线圈两端通过电刷E、F与阻值R=4.8Ω的定值电阻连接。计算时取3。 （1）从线圈经过如图所示的中性面开始计时，写出线圈中感应电动势e随时间t变化的函数表达式； （2）求交流电流表的示数I； （3）求从线圈经过中性面开始计时，四分之一周期时间内通过电阻R的电荷量q。 14．（24-25高二下·北京十一学校顺义学校·期中）如图所示，匀强磁场的磁感应强度B = 0.5T，边长为L=10cm的正方形线圈abcd共100匝，线圈总电阻r =1Ω，线圈绕垂直于磁感线的对称轴OO´匀速转动，角速度ω = 6 rad/s，外电路电阻R = 4Ω，求： （1）转动过程中感应电动势的最大值； （2）由图示位置（线圈平面与磁感线平行）开始计时，写出电动势的瞬时值表达式； （3）电阻R所消耗的电功率。 15．（24-25高二下·顺义一中·北京顺义·期中）如图所示，一小型发电机内有匝矩形线圈，线圈面积，线圈电阻可忽略不计。在外力作用下矩形线圈在匀强磁场中，以恒定的角速度。绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，发电机线圈两端与的电阻构成闭合回路。求： (1)从线圈经过图示位置开始计时，写出线圈内的电流随时间变化的函数关系式； (2)求闭合回路的发热功率； (3)从线圈经过图示位置开始计时，求经过二分之一周期时间通过线圈导线某截面的电荷量。 16．（24-25高二下·北京延庆·期中）如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OO'按如图所示方向匀速转动，线圈的匝数n=100匝、电阻r=10Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R=90Ω，与电阻R并联的交流电压表为理想电表。在t=0时刻，线圈平面与磁场方向垂直，交流发电机产生的电动势的瞬时值e随时间t按图乙所示正弦规律变化。求： (1)线圈中感应电流的瞬时值表达式； (2)电路中交流电压表两端的电压；（取） (3)线圈由图甲所示位置转过30°的过程中，通过线圈的电量。 地 城 考点03 理想变压器原理及应用 一、单选题 1．（24-25高二下·北京陈经纶中学·期中）如图所示为模拟街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器输入的交流电压可视为不变，变压器输出的低压交流电通过输电线输送给用户，定值电阻R0表示输电线的电阻，变阻器R表示用户用电器的总电阻。若变压器为理想变压器，电表为理想电表，当接入电路的家用电器个数增加时（　　） A．V2示数变大 B．V1示数变小 C．A1示数变大 D．A2示数变小 2．（24-25高二下·北京清华附中朝阳学校·期中）如图所示，理想变压器原线圈接电压为220V的正弦交流电，开关S接1时，原、副线圈的匝数之比为11：1，滑动变阻器接入电路的阻值为10Ω，电压表和电流表均为理想交流电表。下列说法中正确的有（　　） A．变压器输入功率与输出功率之比为11：1 B．1min内滑动变阻器上产生的热量为2400J C．仅将S从1拨到2，电流表示数增大 D．仅将滑动变阻器的滑片向下滑动，两电表示数均减小 3．（24-25高二下·北京九中·期中）一理想变压器原、副线圈匝数比为n1：n2=11∶5，如图甲所示，原线圈与正弦交流电源连接，副线圈接入一个10Ω的电阻。原线圈输入电压u随时间t的变化情况如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．电流表的示数为10A B．电压表的示数为100V C．变压器的输入功率为100W D．经过60s电阻产生焦耳热为1.2×105J 4．（24-25高二下·北京第五十中学·期中）如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“6V，3W”的灯泡。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（   ） A．原线圈两端电压的有效值为 B．副线圈中电流的有效值为0.5A C．原、副线圈匝数之比为1∶4 D．原线圈的输入功率为12W 5．（24-25高二下·北京八十中·期中）如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为，原线圈接在交流电源上（电源内阻不计），副线圈接一定值电阻和滑动变阻器R，电流表、电压表均为理想交流电表，电压表、的示数分别为、电流表、的示数分别为、。当滑动变阻器R的滑片P由a端向b端缓慢滑动时，下列说法中正确的是（　　） A．变小 B．变小 C．滑动变阻器R两端的电压变大 D．理想变压器的输出功率变大 6．（24-25高二下·北京十一学校顺义学校·期中）如图所示，理想变压器原线圈两端a、b接正弦交流电源，副线圈接有定值电阻．已知电压表示数为220V，电流表示数为0.20A，定值电阻阻值为44Ω．则原、副线圈的匝数比为 A．1：5 B．5∶1 C．1：25 D．25：1 7．（24-25高二下学期·北京丰台·期中）如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“2.5V，5W”的灯泡。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（　　） A．该交流电的频率为25Hz B．原、副线圈匝数之比为1∶4 C．副线圈两端电压的最大值为V D．原线圈的输入功率为5W 8．（24-25高二下·北京101中学·期中）如图所示，将额定电压为60V的用电器，通过一理想变压器接在频率为50HZ的正弦交变电源上，闭合开关S后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表（均为理想电表）的示数分别为220V和2.2A，以下判断正确的是（　　） A．变压器副线圈的输出电压频率可能变小 B．若用电器阻值增大，则电压表示数变大 C．变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶3 D．通过副线圈的电流的最大值为2.2A 9．（24-25高二下·北京101中学·期中）电阻为R的负载接到20V直流电压上消耗的电功率是P，现用一个变压器，将电压最大值为200V的正弦交流电压接原线圈，副线圈接电阻R，则R上消耗的电功率为P/2，该变压器原副线圈的匝数比为（       ） A．20:1 B．：1 C．10:1 D．1:10 10．（24-25高二下·北京陈经纶中学·期中）如图甲所示，交流发电机的矩形金属线圈abcd的匝数n＝100，线圈的总电阻r＝5.0Ω，线圈位于匀强磁场中，且线圈平面与磁场方向平行。线圈的两端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F（集流环）焊接在一起，并通过电刷与阻值R＝95Ω的定值电阻连接。现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OOˊ以一定的角速度匀速转动。穿过线圈的磁通量随时间t变化的图像如图乙所示。若电路其他部分的电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。则下列说法中正确的是（　　） A．线圈匀速转动的角速度为100 B．线圈中产生感应电动势的最大值为100V C．由图甲处转过圈，电阻R上产生的热量Q＝J D．由图甲处转过圈，通过电阻R的电量q＝0.01C 11．（24-25高二下·北京陈经纶中学·期中）如图所示，在匀强磁场中有一电阻忽略不计的矩形线圈，绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的正弦交流电的感应电动势e随时间t的变化如图甲所示，把该交流电输入到图乙中理想变压器的A、B两端。为热敏电阻（已知其电阻随温度升高而减小），R为定值电阻，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是（　　） A．变压器A、B两端电压的瞬时值表达式为 B．图甲中时，穿过线圈的磁通量为0 C．温度升高后，电压表与示数的比值不变 D．温度降低后，变压器的输入功率减小 12．（24-25高二下·北京通州·期中）火花塞是汽油发动机点火系统的核心部件，其通过电极间隙时高压电火花点燃压缩后的燃油、空气混合气。已知汽车蓄电池电压为12V，火花塞击穿空气间隙需至少20kV电压。系统采用变压器实现升压，并通过周期性通断开关控制原线圈电流，下图为该过程原理简图，变压器可视为理想变压器。下列说法正确的是（　　） A．开关保持闭合，火花塞电极间能持续产生高压电火花 B．变压器原线圈导线比副线圈更粗 C．将开关连接到火花塞所在回路中，仍可通过周期性通断开关产生电火花 D．开关接通瞬间，原、副线圈电压之比不等于匝数比 13．（24-25高二下·北京育才学校·期中）如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接R=22Ω的电阻。原、副线圈的匝数比为10：1，电压表为理想电表。下列说法正确的是（　　） A．交流电的频率为100Hz B．电压表的示数约为31.1V C．原线圈电流的有效值为1A D．原线圈的输入功率为22W 14．（24-25高二下·顺义一中·北京顺义·期中）如图甲所示的理想变压器，其原线圈接在输出电压如图乙所示的正弦式交流电源上，副线圈接有阻值为44Ω的负载电阻R，原、副线圈匝数之比为。电流表、电压表均为理想交流电表。下列说法中正确的是（    ） A．电流表的示数为2.5A B．原线圈的输入功率为44W C．电压表的示数约为62V D．原、副线圈交流电的频率之比为 15．（24-25高二下·北京延庆·期中）图甲为原、副线圈匝数比的理想变压器，为定值电阻，为光敏电阻（光照越强电阻越小），为电阻不变的灯泡，电流表和电压表均为理想交流电表，变压器的原线圈两端接有按图乙所示的正弦式交变电压，下列说法正确的是（　　） A．图乙交变电压的表达式为 B．在时，示数为，示数为 C．电键闭合后，电流表示数减小 D．电键闭合后，增加的光照强度，灯泡变暗 16．（24-25高二下·北京·日坛中学·期中）如图所示，电路中的变压器为理想变压器，R为滑动变阻器，U1为加在原线圈两端的交流电压，I1为原线圈中的电流，U2为副线圈两端的交流电压，I2为副线圈中的电流，P2为滑动变阻器上消耗的电功率．若U1保持不变，改变滑动变阻器滑片的位置，下列说法中正确的是 A．P2保持不变 B．U2保持不变 C．I1保持不变 D．I2保持不变 二、多选题 17．（24-25高二下学期·北京丰台·期中）如图甲所示，“火灾警报系统”电路中，理想变压器原、副线圈匝数之比为20：1，原线圈接入图乙所示的电压，电压表和电流表均为理想交流电表，R0为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R1为滑动变阻器，当通过报警器的电流超过某值时，报警器将报警，下列说法正确的是（　　） A．电压表的示数为5V B．要使报警器报警的临界温度升高，可将R1的滑片P适当向上移动 C．R0处出现火情时，电压表的示数减小 D．R0处出现火情时，电流表的示数减小 地 城 考点04 远距离输电 一、单选题 1．（24-25高二下·北京九中·期中）远距离输电线路简化如图所示，电厂输送电功率不变，变压器均可视为理想变压器，图中标示了电压和电流，其中输电线总电阻为R，则（　　） A． B．输电线损失的电功率为 C．提高输送电压，则输电线电流增大 D．电厂输送电功率为 二、多选题 2．（24-25高二下·顺义一中·北京顺义·期中）某个小水电站发电机的输出功率为100kW，发电机的电压为250V，通过升压变压器升压后向远处输电，输电线的总电阻为8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220V。要求在输电线上损失的功率控制在5kW（即用户得到的功率为95kW）。根据实际需求，某同学设计了如图所示的输电线路示意图。升压变压器、降压变压器均视为理想变压器，以下说法正确的是（    ） A．输电线上通过的电流 B．升压变压器输出的电压 C．升压变压器的匝数比 D．降压变压器的匝数比 三、解答题 3．（24-25高二下·北京八十中·期中）如图所示，某小型水电站发电机的输出功率为10kW，输出电压为400V，向距离较远的用户供电，为了减少电能损失，使用2kV高压输电，输电线上损失了0.5kW，最后用户得到220V的电压，求: （1）升压变压器原、副线圈的匝数比； （2）输电线的总电阻R； （3）降压变压器原、副线圈的匝数比。 4．（24-25高二下·北京育才学校·期中）一台发电机最大输出功率为4000kW，电压为4000V，经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R=1kΩ。到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡（220V、60W）。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，若变压器均为理想变压器，问： (1)T1原、副线圈电流I1、I2分别为多少？ (2)T1和T2的电压比分别为多少？ (3)最多能有多少盏灯泡（220V、60W）正常发光？ 5．（24-25高二下·北京·日坛中学·期中）某村庄较远处修建了一座小型水电站．河水的流量，落差h=3.2m。河水减少的重力势能有62.5%供给发电机、发电机的效率为90%。该水电站到用户之间需要远距离输电，如图所示。已知发电机的输出电压，用户需要的电压，两地间输电线的总电阻，输电线上损耗的功率为发电机输出功率的4%，水的密度。升压、降压变压器均可视为理想变压器。重力加速度。求： （1）发电机的输出功率； （2）输电线上通过的电流及降压变压器的输入电压； （3）升压、降压变压器上原副线圈匝数比及。 地 城 考点05 实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 一、实验题 1．（24-25高二下·北京延庆·期中）在实验室中探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系时，同学们发现了以下几个问题，并展开了讨论。 (1)观察变压器的铁芯，发现它的结构和材料是（　　） A．整块硅钢铁芯 B．整块不锈钢铁芯 C．彼此绝缘的硅钢片叠成变压器铁芯 (2)观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数______（填“多”或“少”） (3)实验中发现原、副线圈匝数的比值与电压之比有微小差别，出现这种情况的原因是______。 2．（24-25高二下·北京房山·期中）在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，采用了如图所示的可拆式变压器进行研究，图中各接线柱对应的数字表示倍率为“”匝。 (1)实验时，实验室有下列器材： A．可拆变压器 B．条形磁铁 C．多用电表 D．直流电源 E．交流电源 F．开关、导线若干 上述器材在本实验中不需要的有________（填器材字母代号）。 (2)若实验中，导线连接变压器原线圈“0”“2”接线柱，连接副线圈“0”“1”接线柱，当副线圈所接电表的示数为4．0V时，若变压器是理想变压器，则原线圈的电压应为_______ A．12.0V B．10.0V C．8V D．2.0V (3)若组装变压器时，该同学没有将铁芯闭合，原线圈接8.0V的学生电源，原、副线圈的匝数比为，副线圈两端接交流电压表，则交流电压表的实际读数可能是_______ A．0.7V B．1.0V C．8.0V D．64.0V (4)某次实验时用匝数和的变压器，测量数据如表： 1.80 2.80 3.80 4.90 4.00 6.01 8.02 9.98 根据测量数据可判断连接电源的原线圈的匝数是________（选填“”或“”）． (5)通过分析实验数据发现，每次实验变压器副线圈输出电压总比理论值小，下列可能的原因，不正确的是________。 A．变压器线圈中有电流通过时会发热 B．原线圈中电流产生的磁场能在向副线圈转移过程中有损失 C．原线圈输入电压发生变化 D．铁芯在交变磁场的作用下会发热 3．（24-25高二下·北京十一学校顺义学校·期中）(1)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”的实验中，下列器材需要的有________(多选)。 A、干电池组     B、滑动变阻器 C、直流电压表     D、多用电表 E、交流学生电源 (2)如图，当右侧线圈“0”、“16”间接入9 V电压时，左侧线圈“0”、 “4”接线柱间输出电压可能是________。 A、3.1 V　　    B、2.25 V　　　C、1.7 V 4．（24-25高二下·北京育才学校·期中）某同学用可拆变压器探究“变压器原、副线圈电压与匝数的关系”。 （1）该同学将原线圈接一学生电源的交流电压输出端，并使用交流电压表分别测量原、副线圈两端的电压，得到的实验数据如下表所示。 实验序号 原线圈匝数 副线圈匝数 原线圈电压（V） 副线圈电压（V） 1 400 200 4.22 2.10 2 400 800 4.22 8.36 3 400 1600 4.22 16.83 根据实验数据，得到的结论为：在误差允许的范围内，______________。 （2）该同学利用（1）问中第2组数据时的副线圈给一标有“3.8V ； 0.3A”字样的小灯泡供电，发现小灯泡并没有被烧坏。测量此时小灯泡两端的电压约为3.00V，并不是8.36V，其原因主要是_____________。 （3）可拆变压器铁芯是由相互绝缘的薄硅钢片叠压而成。如图所示，原线圈接交流电源，副线圈接入小灯泡。第一次，缓缓移动铁芯横条使铁芯完全闭合；第二次，另取一块与变压器铁芯横条尺寸相同的普通铁块替换铁芯横条，重复上述实验。两次均观察到小灯泡由暗变亮。以下说法正确的是________。 A．第二次实验中小灯泡更亮些 B．用普通铁块和用铁芯横条相比，普通铁块更容易发热 C．无论用普通铁块还是用铁芯横条，流经小灯泡的电流均为交变电流 （4）如图所示的电路中，电压为的交流电源通过阻值为的定值电阻与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原、副线圈的匝数分别为、。若保持不变，将可变电阻R的阻值增大，则流经原线圈的电流________（选填“增大”“减小”或“不变”）；当可变电阻R的阻值为________时（用、和表示），可变电阻R的功率最大。 5．（24-25高二下·北京通州·期中）某学生小组在探究变压器原、副线圈电压和匝数关系的实验中采用可拆变压器，将原、副线圈套在铁芯A的两臂上，铁芯B安装在铁芯A上形成闭合铁芯，如图所示。 (1)除图中的器材外，下列器材中还需要的是______（填仪器前的字母） A．干电池 B．磁铁 C．低压交流电源 D．多用电表 E．直流电压表 F．直流电流表 (2)本实验要通过改变原、副线圈匝数，探究原、副线圈的电压比与匝数比的关系，实验中用到的科学方法是______。 A．控制变量法 B．等效替代法 C．整体隔离法 (3)下列说法正确的是______。 A．为保证多用电表安全，使用交流电压挡测电压时，先用最大量程挡试测 B．因使用低压电源，通电时可以用手接触裸露的导线和接线柱 C．变压器正常工作后，电能由原线圈通过铁芯导电输送到副线圈 D．保持原线圈电压及匝数不变，可改变副线圈的匝数，研究副线圈的匝数对输出电压的影响 (4)实验中发现原、副线圈匝数的比值与电压之比有微小差别，出现这种情况的原因是______。 6．（24-25高二下学期·北京丰台·期中）某物理小组欲探究变压器线圈两端电压与匝数的关系，提供的实验器材有：学生电源（如图甲）、可拆变压器、交流电压表、若干导线。图乙为变压器实物图，在原线圈两端加上电压，用电压表分别测量原、副线圈两端的电压，测量数据如下表，请回答下列问题： 实验 序号 原线圈 匝数n1 副线圈 匝数n2 原线圈两 端电压U1（ V） 副线圈两 端电压U2（ V） 1 800 400 8.0 3.7 2 2.2 2 800 100 8.0 0.9 8 8.9 3 200 100 8.0 3.6 2 2.2 4 1400 100 8.0 0.5 14 16.0 (1)原线圈两端应该分别与图甲中的________________（填“a、b”或“c、d”）连接。 (2)某次实验数据记录如上表，在误差允许范围内，表中数据基本符合______规律。 (3)进一步分析发现输出电压U2比理论值偏小，你认为出现误差的可能原因是： _____________________________________________。 试卷第1页，共3页 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $