2021年高考物理模拟题精练专题5.10,滑动变阻器、开关引起理想变压器动态电路（基础篇）（解析版）

时间：2021-01-19 20:10:07 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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　 2021 年高考物理 100 考点最新模拟题千题精练（选修 3-2 ）

　第五部分

　交变电流 题 专题 5.10

　滑动变阻器、开关引起的理想变压器动态电路（基础篇）

　一．选择题 1．（2020 贵州铜仁市一模）如图所示，一理想变压器的原线圈与稳定的正弦交流电源相连，副线圈与定值电阻 R 0 和均匀密绕的滑线变阻器 R 串联。若不考虑温度对 R 0 、R 阻值的影响。在将滑动头 P 自 a 匀速滑到b 的过程中

　A.原线圈输入功率变大

　B.原线圈两端电压变大 C.R 两端的电压变小

　D.R 0 消耗的电功率变小

　【参考答案】.AC 【命题意图】

　 本题以理想变压器为情景，考查对滑动变阻器滑动头滑动引起的动态变化电路分析和相关知识的理解运用，考查的核心素养是“电路分析”和科学思维能力。

　【解题思路】理想变压器原线圈输入电压恒定，根据理想变压器变压关系可知，副线圈输出电压恒定。在滑动变阻器滑动头 P 由 a 匀速滑到 b 的过程中，滑动变阻器接入电路中电阻减小，副线圈负载电阻变小，副线圈输出电流增大，副线圈电路消耗电功率增大，根据变压器输入电功率等于输出电功率可知，原线圈输入电功率变大，原线圈两端电压不变，选项 A 正确 B 错误；在滑动变阻器滑动头 P 由 a 匀速滑到 b 的过程中，滑动变阻器接入电路中电阻减小，副线圈负载电阻变小，副线圈输出电流增大，定值电阻 R0 两端电压增大，消耗的电功率变大，R 两端电压减小，选项 C 正确 BD 错误。

　【易错警示】解答此题常见错误主要有：一是对滑动变阻器滑动头 P 由 a 匀速滑到 b 的过程中引起的电阻、电流变化不能正确分析；二是对理想变压器电压关系、电功率关系理解掌握不到位；三是对副线圈电路分析不清楚。

　2．（2020 天津 12 区县重点学校联考）心电图仪是将心肌收缩产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可等效为一个不计内阻的交流电源，其电压 U 1 会随着心跳频率发生变化。如图所示，心电仪与一理想变压器的初级线圈相连接，扬声器（等效为一个定值电阻）与一滑动变阻器连接在该变压器的次级线圈。则（

　）

　A．保持滑动变阻器滑片 P 不动，当 U 1 变小时，扬声器的功率变大 B．保持滑动变阻器滑片 P 不动，当 U 1 变小时，原线圈电流 I 1 变小 C．若保持 U 1 不变，将滑动变阻器滑片 P 向右滑，扬声器获得的功率增大 D．若保持 U 1 不变，将滑动变阻器滑片 P 向右滑，副线圈的电流 I 2 增大 【参考答案】B 【名师解析】

　AB．保持滑动变阻器滑片 P 不动，当 U 1 变小时，根据变压器原副线圈的电压与匝数关系可知，次级电压U 2 减小，则扬声器的功率变小；次级电流减小，则初级电流 I 1 也减小，选项 A 错误，B 正确； CD．若保持 U 1 不变，则次级电压 U 2 不变，将滑动变阻器滑片 P 向右滑，则 R 电阻变大，次级电流 I 2 减小，则扬声器获得的功率减小，选项 CD 错误。

　3. （2020 高考模拟示范卷 1）如图所示，理想变压器原副线圈匝数比为 2∶1，原线圈接交流电 u＝20

　sin100 πt(V)，保险丝的电阻为 1 Ω，熔断电流为 2 A，电表均为理想电表．下列说法正确的有

　A. 电压表 V 的示数为 14.1 V B. 电流表 A 1 、A 2 的示数之比为 2∶1 C. 为了安全，滑动变阻器接入电路的最小阻值为 4 Ω D. 将滑动变阻器滑片向上移动，电流表 A 1 的示数减小 【参考答案】CD 【名师解析】原线圈电压有效值为 ，根据变压器原理可得 ，故电压表 V 的示数为 110V，A 错误；根据变压器原理可知，电流强度与匝数成反比，故电流表 A 1 、A 2 的示数之比为 1：2，B 错误；保险丝的电阻为 1Ω，熔断电流为 2A，为了安全，滑动变阻器接入电路的最小阻值为 ，C 错误；将滑动变阻器滑片向上移动，滑动变阻器接入电路的总电阻

　 增大，副线圈电流强度减小，则原线圈的电流强度也减小，所以电流表 A 1 的示数减小，D 正确． 4.（2019 江西南昌三模）图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比为 n 1 ：n 2 ＝5：1，电阻 R＝20Ω，L 1 、L 2为规格相同的两只小灯泡，S 1 为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压 u 随时间 t 的变化关系如图乙所示．现将 S 1 接 1、S 2 闭合，此时 L 2 正常发光的功率为 P，下列说法正确的是（

　）

　A．输入电压 u 的表达式 u＝20 sin50πtV

　B．若 S 1 换接到 2 后，R 消耗的电功率为 0.4W C．只断开 S 2 后，L 1 、L 2 的功率均为 P/2

　D．只断开 S 2 后，原线圈的输入功率为 P/2

　【参考答案】D 【命题意图】本题考查变压器动态变化、电功率及其相关知识点。

　【解题思路】由输入电压 u 随时间 t 的变化关系图像可知，最大值 Um=20 2 V，交变电流的周期是 T=0.02s，ω＝2π/T＝100π，所以输入电压 u 的表达式应为 u＝20 sin（100πt）V，选项 A 错误；原线圈输入电压U1=20V，由变压器变压公式可副线圈输出电压为 U 2 =4V，若 S 1 换接到 2 后，R 消耗的电功率为P R =U 2 2 /R=0.8W，选项 B 错误；只断开 S 2 后，负载电阻变大为原来的 2 倍，电压不变，副线圈输出电流变小为原来的一半，L 1 、L 2 的功率均变为额定功率的四分之一，选项 C 错误；根据变压器原线圈的输入功率等于副线圈的功率，只断开 S 2 后，原线圈的输入功率为两个灯泡消耗的电功率之和，为 P/4+P/4=P/2，选项 D 正确。

　【方法归纳】对于变压器问题，一般利用变压公式和原副线圈电功率相等解答。若某个电阻接在电压不变的电路中，消耗的电功率为 P，则两个同样的电阻串联接在该电路中，每个电阻消耗的电功率为 P/4.

　5. 如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是 （）

　A. 当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，R 1 消耗的功率变大

　 B. 当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，电压表 V 示数变大 C. 当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，电流表 A 1 示数变大 D. 若闭合开关 S，则电流表 A 1 示数变大，A 2 示数变大 【参考答案】B

　 【名师解析】当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，R 的阻值变大，变压器的次级电压不变，则次级电流减小，则 R 1 消耗的功率及两端电压均变小，电压表的示数等于变压器次级电压减去 R 1 两端的电压，故电压表的示数变大，选项 A 错误，B 正确；由于当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，次级电流减小，故初级电流也减小，电流表 A 1 示数变小，选项 C 错误；若闭合开关 s，则变压器的次级电阻减小，次级电流变大，R 1 的电压变大，则电压表 V 示数减小，则 R 2 两端电压减小，安培表 A 2 读数减小；次级电流变大，则初级电流变大，则电流表 A 1 示数变大，选项 D 错误；故选 B. 【分析】滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时，接入电路中的阻值变大，因输出电压不变，则总电流变小，据欧姆定律确定各表的示数变化．

　6. 图示电路中，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个位置，观察到电流表 A1 的示数增大了 0.2A，电流表 A2 的示数增大了 0.8A。则下列说法正确的是（

　 ）

　 A. 电压表 V 1 示数增大

　B. 电压表 V 2 、V 3 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 【参考答案】D

　 【名师解析】电流表示数增，说明滑动变阻器接入电路的阻值减小，故应从 c 向 d 滑动，故 D 正确；电压表 V 1 、V 2 示数不变，故 A、B 错误；原副墙中的电流和匝数成反比，即 n 1 I 1 =n 1 I2，电流变化时，n 1 △I 1 =n 2 △I 2

　 ， 故 ,应是降压变压器，C 错误。

　【分析】本题考查变压器的工作原理和变压器电路的动态分析，意在考查考生的理解能力和推理幼变压器的考查主要是考查电压和匝数成正比电流和匝数成反比。对于动态电各问题，注意几个决定关系输入电压

　 决定输出电压，输出电流决定输入电流，输出功率决定输入功率。

　7．如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 10：1，b 是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，除 R 以外其余电阻不计，从某时刻开始开关扳向 a，在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为 ，下列说法中正确的是(

　 )

　 A． 时，电压表的读数为 22V B． 时，a、c 两点电压瞬时值为 110V C． 滑动变阻器滑片向上移，电压表和电流表的示数均变大 D． 单刀双掷开关由 a 扳向 b，电压表和电流表的示数均变小 【参考答案】A 【名师解析】当单刀双掷开关与 a 连接时，匝数之比为 10：1，原线圈两端有效值为 =220V，所以副线圈电压有效值为 22V，故 A 正确；t=1/600 s 时，a、c 两点电压瞬时值为 u 1 =220

　sinπ/6(V)=110 V，选项 B 错误；滑动变阻器触头向上移动的过程中，电阻增大，电压不变，电流减小，电流表的示数变小，故C 错误；当单刀双掷开关由 a 扳向 b 时，匝数之比为 5：1，输出电压增大，电压表和电流表的示数均变大，故 D 错误；故选 A。

　点睛：此题关键是掌握变压器的特点：匝数与电压成正比，与电流成反比，输入功率等于输出功率；同时做好本题要理解变压器中心抽头的作用：改变了匝数之比，从而改变了电压之比，也改变了两表的示数．

　8.如图，一理想变压器原、副线圈匝数比为 4:1，原线圈与一可变电阻串联后，接入一正弦交流电源；副线圈电路中固定电阻的阻值为 R0，负载电阻的阻值 R=11R0， 是理想电压表；现将负载电阻的阻值减小为R=5R0，保持变压器输入电流不变，此时电压表读数为 5.0V，则（

　 ）

　A. 此时原线圈两端电压的最大值约为 34V

　 B. 此时原线圈两端电压的最大值约为 24V C. 原线圈两端原来的电压有效值约为 68V

　 D. 原线圈两端原来的电压有效值约为 48V 【参考答案】D

　 【名师解析】当负载电阻的阻值减小为 R=5R 0 时，根据串联电路规律，R 两端电压为 R 0 两端电压的 5 倍，因为电压表测量 R 两端的电压，所以 ,故副线圈两端电压为 U 2 =6V，根据公式 可得此时原线圈两端电压的有效值为 U 1 =24V,所以此时原线圈两端电压的最大值约为 ,A 正确，B 错误；因为变化过程中变压器的输入电流不变，所以对于副线圈中变化前后电流也不变，则变化后电压, 变 化 前 ， , 所 以 , 根 据 公 式可得原线圈两端原来的电压有效值约为 48V，D 正确，C 错误。

　【分析】本题考查电压器的工作原理。在解决理想变压器问题时，需要掌握两个公式，电压规律公式和电流规律公式 ，还需要知道原线圈的输入功率取决于副线圈消耗的功率，理想变压器不改变交流电的频率。

　9.如图所示，理想变压器原线圈的匝数 n 1 =1500 匝，副线圈的匝数 n 2 =150 匝，R 0 、R 1 、R 2 均为定值电阻，原线圈接 u=311sin（100πt）

　V 的交流电源．起初开关 S 处于闭合状态．下列说法中正确的是（

　 ）

　A. 电压表示数为 22 V B. 当开关 S 断开后，电压表示数变小 C. 当开关 S 断开后，电流表示数变大

　D. 当开关 S 断开后，变压器的输出功率减小 【参考答案】D

　 【名师解析】原线圈接 u=311sin（100πt）

　V 的交流电源，所以原线圈电压有效值 U 1 =220V，理想变压器原线圈的匝数 n 1 =1 500 匝，副线圈的匝数 n 2 =150 匝，根据电压与匝数成正比，所以副线圈的电压 22V，因 R 1 R 2 并联再与 R 0 串联，根据欧姆定律得电压表示数小于 22V，故 A 错误； 当开关 S 断开后，副线圈总电阻增大，副线圈的电压不变，副线圈的电流减小，R 0 两端电压减小，所以电

　 压表示数增大．故 B 错误 当开关 S 断开后，副线圈总电阻增大，副线圈的电压不变，输出功率减小，所以输入的功率减小，所以电流表示数变小，故 C 错误，D 正确； 【分析】输出电压是由输入电压和匝数比决定的，输入的功率的大小是由输出功率的大小决定的，电压与匝数成正比，电流与匝数成反比，根据理想变压器的原理分析即可． 10.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 10：1，b 是原线圈中心的抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈 c、d 两端加上交变电压，其瞬时值表达式为 u 1 =220 sin 100πt V，则（

　 ）

　A. 当单刀双掷开关与 a 连接时，电压表 V 1 的示数为 22 V B. 当 t=

　s 时，电压表 V 0 的读数为 110

　V C. 单刀双掷开关与 a 连接，当滑动变阻器滑片 P 向上移动的过程中，电压表 V 1 的示数增大，电流表示数变小 D. 当单刀双掷开关由 a 扳向 b 时，电压表 V 1 和电流表的示数均变小 【参考答案】C

　 【名师解析】原线圈两端的电压为 ，当单刀双掷开关与 a 连接时，根据电压与匝数成正比得，副线圈两端的电压为 ，电压表 的示数等于变阻器两端的电压，所以电压表 的示数小于 22V，故 A 错误； 电压表的示数为有效值，所以电压表 的读数为 220V，故 B 错误； 当滑动变阻器滑片 P 向上移动的过程中，变阻器接入电路的电阻增大，副线圈回路总电阻增大，副线圈电流减小，即电流表示数减小，定值电阻 两端电压减小，而副线圈两端电压不变，所以电压表 的示数增大，故 C 正确； 当单刀双掷开关由 a 扳向 b 时，原线圈匝数减小，根据电压与匝数成正比知副线圈两端的电压增大，副线圈电流变大，电流表读数变大，电压表 的示数变大，故 D 错误；

　 【分析】变压器的特点：匝数与电压成正比，与电流成反比，输入功率等于输出功率，结合欧姆定律分析．

　11.(多选)(2017·杭州模拟)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为 10∶1，b 是原线圈中心的抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u 1 ＝220 2sin 100πt V，则(

　)

　A．当单刀双掷开关与 a 连接时，电压表 V 1 的示数为 22 V B．当 t＝1600

　s 时，电压表 V 0 的读数为 220 V C．单刀双掷开关与 a 连接，当滑动变阻器滑片 P 向上移动的过程中，电压表 V 1 的示数增大，电流表示数变小 D．当单刀双掷开关由 a 扳向 b 时，电压表 V 1 和电流表的示数均变小 【参考答案】BC 【名师解析】

　当单刀双掷开关与 a 连接时，理想变压器原、副线圈的匝数比为 10∶1，副线圈输出电压为 U 2 ＝22 V，但电压表 V 1 示数小于 U 2 ，故 A 错误；当 t＝1600

　s 时，电压表 V 0 的读数为有效值 220 V，故 B 正确；单刀双掷开关与 a 连接，在滑动变阻器触头 P 向上移动的过程中，滑动变阻器的电阻变大，电路的总电阻变大，由于副线圈输出电压 U 2 是由变压器决定的，所以电流表示数变小，电压表 V 1 示数变大，故 C 正确；当单刀双掷开关由 a 扳向 b 时，理想变压器原、副线圈的匝数比变为 5∶1，副线圈输出电压 U 2变大，电流表和电压表 V 1 的示数均变大，故 D 错误。

　12．(2016·四川绵阳二诊)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比 n 1 ∶n 2 ＝1∶2，原线圈接电压随时间变化规律为 u＝220 2 sin 100πt(V)的交流电源， 、 、 是三个理想电流表，D 为理想二极管，R 1 是滑动变阻器，定值电阻 R 2 ＝R 3 ＝220 Ω，则(

　)

　A．电流表 的示数为 1.0 A B．电流表 的示数为 2.0 A C．滑动变阻器 R 1 的滑片向下滑动时，电流表 的示数将变小 D．滑动变阻器 R 1 的滑片向上滑动时，变压器输入功率增大 【参考答案】．B

　 【名师解析】根据理想变压器的变压比等于匝数比，易知理想变压器副线圈两端的电压为 U′＝440 V，则 I 3 ＝ U′R 3 ＝2.0 A，选项 B 正确；因为 R 2 与理想二极管串联，根据理想二极管的单向导电性，由焦耳定律可得：I 2 2 R 2 T＝I 2 3 R 2 T2 ＋0，解得 I 2 ＝ 2 A，选项 A 错误；滑动变阻器的滑片向下滑动时，其电阻值变小，因副线圈两端的电压不变，总电流变大，理想变压器的输出功率变大，输入功率变大，I 1 变大，选项 C 错误；滑动变阻器的滑片向上滑动时，其电阻值变大，因副线圈两端的电压不变，总电流变小，理想变压器的输出功率变小，输入功率变小，选项 D 错误。

　13．如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为 n 1 ∶n 2 ＝4∶1，原线圈 a、b 间接一电压为 u＝220 2sin 100πt(V)的电源，灯泡 L 标有“36 V 18 W”字样，当滑动变阻器 R 的滑动触头处在某位置时，电流表示数为 0.25 A，灯泡 L 刚好正常发光，则(

　)

　 A．流经灯泡 L 的交变电流的频率为 100 Hz B．定值电阻 R 0 的阻值为 19 Ω C．滑动变阻器 R 消耗的功率为 36 W D．若将滑动变阻器 R 的滑动触头向下滑动，则灯泡 L 的亮度变暗 【参考答案】．BD

　【名师解析】由 ω＝2πf 得 100π rad/s＝2πf，解得 f＝50 Hz，A 错误；U 2 ＝ n 2n 1 U 1 ＝55 V，I 2 ＝n 1n 2 I 1 ＝1 A，R 0 两端的电压 U 0 ＝55 V－36 V＝19 V，R 0 ＝ U 0I 2＝ 191 Ω＝19 Ω，B 正确．I R ＝I 2 －I L ＝1 A－0.5 A＝0.5 A，R上消耗的功率 P R ＝I R U＝0.5×36 W＝18 W，C 错误．滑动变阻器 R 的滑动触头向下滑动时，L 两端的电压减小，由 P L ＝ U2LR L 得 P L 减小，灯泡 L 变暗，D 正确． 14．(2016·辽宁五校联考)图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比 n 1 ∶n 2 ＝5∶1，电阻 R＝20 Ω，L 1 、L2 为规格相同的两只小灯泡，S 1 为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源，输入电压 u 随时间 t 的变化关系如图乙所示。现将 S 1 接 1、S 2 闭合，此时 L 2 正常发光。下列说法正确的是(

　)

　 A．输入电压 u 的表达式 u＝20 2 sin 50πt(V) B．只断开 S 2 后，L 1 、L 2 均正常发光 C．只断开 S 2 后，原线圈的输入功率减小 D．若将 S 1 换接到 2，R 消耗的电功率为 0.8 W 【参考答案】．CD

　【名师解析】交变电流的瞬时表达式 u＝U m sin ωt，由图乙可以看出 U m ＝20 2 V，周期 T＝0.02 s，ω＝ 2πT＝100πrad/s，即 u＝20 2 sin 100πt(V)，A 项错误；根据题中条件 S 1 接 1，S 2 闭合 L 2 正常发光，可以推出能使灯 L 2 正常发光的额定电压为 4 V，如果 S 1 接 1，断开 S 2 ，则每个灯泡两端电压为 2 V，B 错误；理想变压器输入功率由输出功率决定，而输出功率 P 出 ＝ U2R 0 ，在输出电压不变的情况下，负载电阻 R 0增大，输出功率减小，C 正确；当 S 1 接 2 时，U＝4 V，R＝20 Ω，代入 P 出 ＝ U2R得 0.8 W，D 正确。

　15．(2016·江苏南京三校高三联考)如图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比为 10∶11，L 是自感系数较大的线圈，在变压器的原线圈两端加上如图乙所示的交变电压时，灯泡正常发光，则下列说法中正确的是(

　)

　A．图乙所示电压的瞬时值表达式为 u＝200 sin 100 πt(V) B．变压器副线圈两端的电压为 220 V C．若仅将变阻器的滑片 P 向下滑动，灯泡将变亮 D．若仅图乙中交变电压的周期变大，灯泡将变暗 【参考答案】．AD

　【名师解析】由图可知，交流电的最大值为 200 V，周期为 0.02 s；故交流电的表达式为 u＝200 sin 100 πt(V)；A 项正确；变压器两端的电压为有效值，故电压为 110 2 V，B 项错误；灯泡与 R 并联，仅滑动 P时灯泡的亮度不变，C 项错误；若将周期增大，则电感的阻碍作用增强，则灯泡将变暗，D 项正确。