《2025年高中同步单元滚动强化卷高中物理选择性必修第二册人教版》

12. (6分)小姚同学做了“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验，请回答以下问题：
(1)本实验中需要测量电压，则在如图9所示的器材中，应（填字母）。
A. 选图甲中的器材
B. 选图乙中的器材
C. 都可以选
D. 都不能选
(2)小姚在做本实验时，选择的原线圈为100匝，副线圈为200匝。他将原线圈接入学生电源中的交流电压“6V”挡位，用合适的电表测量出副线圈的电压为13.0V，则下列叙述可能符合实际情况的一项是（填字母）。
A. 变压器的铁芯没有闭合
B. 一定是电压的测量出了问题
C. 副线圈的实际匝数与标注的“200”不符，应该小于200匝
D. 学生电源实际输出电压大于标注的“6V”AD

答案： 12.解析:
(1)题图甲是多用电表，而题图乙是电压表，需要测量交变电压，因此选用题图甲中的器材，则A正确，B、C、D错误。
(2)根据理想变压器的原、副线圈的电压与其匝数关系式$\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{n_{1}}{n_{2}}$，计算可得$U_{2} = 12V$，若变压器的铁芯没有闭合，则得出副线圈的电压为$0$，故A错误;若是电压的测量出了问题，应该是小于$12V$，不应该大于$12V$，故B错误;副线圈实际匝数与标注的$200$匝不符，若小于$200$匝，由公式$\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{n_{1}}{n_{2}}$可知，副线圈的电压小于$12.0V$，故C错误;若学生电源实际输出电压大于标注的$6V$，由公式$\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{n_{1}}{n_{2}}$可知，副线圈的电压可能为$13.0V$，故D正确。
答案:
(1)A　
(2)D

13. (9分)某同学想用220V交流电作为小型收录机的电源。他先制作了一个交流变直流的整流器，但是这个整流器需要用6V的交流电源，于是他又添置了一台“220V/6V”的变压器，如图10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。
(1)他不知道如何去接，也没有相应的说明书。请你帮他判断正确的接法：a、d端接（填“220V”或“6V”）。
(2)这台“220V/6V”的理想变压器接6V的线圈是300匝，则接220V的线圈是匝。11000
(3)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Nₐ=80匝和Nᵦ=160匝的一个变压器重新接在电源上，测量结果记录如下表，则接电源的是（填“Nₐ”或“Nᵦ”）

答案： 13.解析:
(1)因为变压器输入功率等于输出功率，采用的是降压变压器，根据$P = UI$可以知道，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，由公式$R = \rho\frac{l}{S}$，故引线要粗，故$a$、$d$端接$6V$。
(2)根据变压器工作原理知$\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{N_{1}}{N_{2}}$，若理想变压器接$6V$的线圈是$300$匝，则接$220V$的线圈是$11000$匝。
(3)根据变压器工作原理知$\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{N_{1}}{N_{2}}$，本题采用的是降压变压器，所以接电源的应该是匝数多的线圈，所以接电源的是$N_{b}$。
答案:
(1)$6V$　
(2)$11000$　
(3)$N_{b}$

14. (10分)随着全世界可利用能源的减少和环境污染的形势日趋严峻，不少发电站开发了风力发电，如图11所示是风力发电机的外观图，发电的原理是叶轮旋转带动磁场中的线圈旋转，产生交变电流，当叶轮转速在20rad/s左右时，通过齿轮箱将使线圈转速稳定到1500rad/s，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴转动，线圈的匝数n=100匝，所围成矩形的面积S=0.04m²，在线圈所在空间内存在磁场B=2×10⁻²T。以线圈与磁感线垂直时为计时起点，求：
(1)线圈中产生的感应电动势的表达式；
(2)在转过π/2的时间内，线圈中产生的平均感应电动势。

答案： 14.解析:
(1)由题意可知线圈运动的角速度为$\omega = 2\pi×1500rad/s = 3000\pi rad/s$，线圈与磁感线垂直时即为中性面，所以线圈从中性面开始计时，感应电动势的表达式为$e = nBS\omega\sin\omega t$，代入已知数据可得$e = 240\pi\sin3000\pi t(V)$。
(2)线圈在转过$\frac{\pi}{2}$时，根据法拉第电磁感应定律可知线圈中产生的平均感应电动势为$E = n\frac{\Delta\Phi}{\Delta t} = \frac{nBS}{\frac{T}{4}} = \frac{4nBS}{\frac{2\pi}{\omega}} = \frac{2nBS\omega}{\pi}$，代入数据可解得$E = 480V$。
答案:
(1)$e = 240\pi\sin3000\pi t(V)$　
(2)$480V$