专题29+交变电流（第01期）-2019年高三物理二模、三模试题分项解析

专题29+交变电流（第01期）-2019年高三物理二模、三模试题分项解析

‎ 专题30 力电综合问题 ‎2019年高三二模、三模物理试题分项解析（I）‎ 一．选择题 ‎1. （2019高三考试大纲调研卷10）如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，原线圈输入的交流电压如图乙所示，副线圈电路接有滑动变阻器R和额定电压为12V、工作时内阻为2Ω的电动机。闭合开关，电动机正常工作，电流表示数为1A，则下列不正确的是 A. 副线圈两端电压为22V B. 电动机输出的机械功率为12W C. 通过电动机的交流电频率为100Hz D. 若电动机突然卡住不转，原线圈输入功率变大 ‎【参考答案】ABC ‎【名师解析】由乙图可知，输入电压的最大值为V，则有效值，，故A错误；输出的机械功率：，则B错误；由乙图可知，输入交变电压的周期为0.02s，则频率为，因为原副线圈交变电流频率相等，则通过电动机的交流电频率为50Hz，C错误；卡住电动机，电动机变成了纯电阻，电压不变，电流增大，输出功率增加，则原线圈输入功率增加，则D正确。故选：ABC。‎ ‎2【2019届模拟预测卷】如图所示，导体直导轨OM和PN平行且OM与x轴重合，两导轨间距为d，两导轨间垂直纸面向里的匀强磁场沿y轴方向的宽度按 的规律分布，两金属圆环固定在同一绝缘平面内，内、外圆环与两导轨接触良好，与两导轨接触良好的导体棒从OP开始始终垂直导轨沿x轴正方向以速度v做匀速运动，规定内圆环a端电势高于b端时，a、b间的电压uab为正，下列uab－x图象可能正确的是(　　)‎ ‎【参考案】D ‎【名师解析】导体棒向右匀速运动切割磁感线产生感应电动势，e＝Byv＝Bdvsinx，大环内的电流为正弦交变电流；在第一个磁场区域的前一半时间内，通过大圆环的电流为顺时针增加的，由楞次定律可判断内球内a端电势高于b端，因电流的变化率逐渐减小故内环的电动势逐渐减小，同理可知，在第一个磁场区域的后一半时间内，通过大圆环的电流为顺时针逐渐减小；则由楞次定律可知，a环内电势低于b端，因电流的变化率逐渐变大，故内环的电动势变大，故D正确。‎ ‎3.（2019辽宁沈阳郊联体期末）如图，T1、T2是监测交流高压输电参数的互感器，其中a、b是交流电压表或交流电流表。若高压输电线间的电压为220kV，T1的原、副线圈匝数比为1：100，交流电压表的示数为100V，交流电流表的示数为1A，则 A.b是交流电压表 B.T2的原、副线圈匝数比为100：1‎ C.高压线路输送的电流为1A D.高压线路输送的电功率为220kW ‎【参考答案】.A ‎【名师解析】右侧的互感器原线圈并联在高压线上，b是交流电压表，选项A正确；若高压输电线间的电压为220kV，副线圈交流电压表的示数为100V，根据变压器变压公式，T2的原、副线圈匝数比为2200：1，‎ 选项B错误；T1的原、副线圈匝数比为1：100，a是交流电流表，交流电流表的示数为1A，根据变压器变流公式，高压线路输送的电流为100A，选项C错误；高压线路输送的电功率为P=UI=220kV×100A=22000kW，选项D错误。‎ ‎4．（2019江苏天一中学调研）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比 n1∶n2＝3∶1，L1、L2为两相同灯泡，R、L、D和C分别为定值电阻、理想线圈、理想二极管和电容器，其中C＝10 μF。当原线圈两端接如图乙所示的正弦交流电压时，下列说法中正确的是(　　)‎ A．灯泡L1一定比L2暗 B．电容器C所带电荷量的最大值为C C．电容器C充电周期为s D．副线圈两端的电压有效值为V ‎【参考答案】C ‎【名师解析】原线圈有正弦交流电，则副线圈中也有正弦式交流电。由于L1与电阻相串联，而L2与电感器相串联，灯泡L1与L2的亮度，取决于电感和电阻的阻碍作用，本题未给条件无法判断，故A错误；电容器与二极管串联，含有电容的支路经1.0×10-2s充电后，再经过1.0×10-2s再次充电，则周期为2.0×10-2s，故C正确；由题意可知，原线圈的电压的最大值为36V，由于原、副线圈的匝数比 n1：n2=3：1，所以副线圈的电压最大值为12V，则有效值为12V，故D错误；二极管具有单向导电性，电容器两端电压的最大值为12V，所以电容器带电量的最大值为Q＝CU＝10×10-6×12C＝1.2×10-4C，故B错误。‎ ‎5.【2019随州质量检测】(多选)如图所示，MN和PQ为处于同一水平面内的两根平行的光滑金属导轨，垂直导轨放置金属棒ab与导轨接触良好。N、Q端接理想变压器的初级线圈，理想变压器的输出端有三组次级线圈，分别接有电阻元件R、电感元件L和电容元件C。在水平金属导轨之间加竖直向下的匀强磁场，若用IR、IL、Ic分别表示通过R、L和C的电流，则下列判断中正确的是(　　)‎ A．在ab棒匀速运动且ab棒上的电流已达到稳定后，IR≠0、IL≠0、IC＝0‎ B．在ab棒匀速运动且ab棒上的电流已达到稳定的，IR＝0、IL＝0、IC＝0‎ C．若ab棒在某一中心位置附近做v＝vmsin ωt的运动，则IR≠0、IL≠0、IC≠0‎ D．若ab棒匀加速运动，则IR≠0、IL≠0、IC＝0‎ ‎【参考答案】BCD ‎【名师解析】在ab棒匀速运动过程中，ab棒产生恒定的感应电动势，左边原线圈中产生恒定的电流，形成恒定的磁场，穿过右侧的三个副线圈的磁通量不变，则副线圈中没有感应电动势产生，所以IR=0、IL=0、IC=0，故A错误，B正确；若ab棒在某一中心位置附近做简谐运动，原线圈中产生正弦式交变电流，副线圈中将有感应电流产生，故IR≠0、IL≠0、IC≠0，故C正确；若ab棒匀加速运动，原线圈中感应电流均匀增大，穿过副线圈的磁通量均匀增大，副线圈中产生恒定的感应电动势，由于电容器有隔直的特性，IC=0，而电感线圈有通直的特性，IL≠0，故IR≠0、IL≠0、IC=0，故D正确。‎ ‎6．（4分）（2019江苏宿迁期末）如图所示，理想变压器的原线圈接入u＝220sin（100πt）V的交变电压，原、副线圈匝数比4：1，电阻R0＝5Ω，电阻箱R的最大阻值为100Ω，则（　　）‎ A．副线圈两端的电压有效值为55V ‎ B．副线圈中电流方向每分钟改变600次 ‎ C．当R＝50Ω时，原线圈中的电流有效值为0.25A ‎ D．当R＝5Ω时，电阻箱R消耗的电功率最大 ‎【参考答案】CD ‎【名师解析】理想变压器的原线圈接入u＝220sin（100πt）V，则有效值为220V，根据原、副线圈匝数比4：1，所以副线圈的电压为55V，故A错误；变压器不改变电流频率，故由理想变压器的原线圈接入u＝220sin（100πt）V可得，ω＝100πrad/s，故频率为50Hz，故B错误；当R＝50Ω时，副线圈中的电流为I＝＝1A，输出功率为55W，故原线圈的输出电流为0.25A，故C正确；电阻箱R消耗的电功率P＝＝＝，由数学知识解得，当R＝5Ω时P有最大值，故D正确。‎ ‎7.（2019高考仿真卷）如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,保持输入电压不变.开始时单刀双掷开关K接a;S断开时,小灯泡A发光较暗,要使小灯泡A亮度增加,下列操作可行的是(　　)‎ A.闭合开关S B.开关K接b C.把滑动变阻器滑片向左移动 D.把滑动变阻器滑片向右移动 ‎【参考答案】BD　‎ ‎【名师解析】闭合开关S,副线圈回路电阻变小,电流变大,滑动变阻器上的分压增大,并联部分的电压变小,灯泡A变暗,选项A错误;开关K接b,输入端线圈匝数减小,则根据=可知,副线圈两端的电压增大,灯泡A中电流增大,灯泡A变亮,选项B正确;把滑动变阻器滑片向左移动,副线圈回路总电阻变大,总电流变小,灯泡A两端的电压变小,灯泡A变暗,选项C错误;把滑动变阻器滑片向右移动,副线圈回路总电阻变小,总电流变大,灯泡A两端的电压变大,灯泡A变亮,选项D正确.‎ ‎8.（2019吉林东北师大附中测试）如图，单匝矩形导线框abcd与匀强磁场乖直，线框电阻不计，线框绕与cd边重合的同定转轴以恒定角速度从图示位置开始匀速转动，理想变压器匝数比为n1：n2．开关S断开时，额定功率为P的灯泡L1正常发光，电流表示数为I，电流表内阻不计，下列说法正确的是（　　） ‎ A. 线框中产生的电流为正弦式交变电流 B. 线框从图中位置转过π/4时，感应电动势瞬时值为P/I C. 灯泡L1的额定电压等于 D. 如果闭合开关S，则电流表示数变大 ‎【参考答案】ABD ‎【解析】线框绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，线框中产生的是电流为正弦式交变电流，选项A正确；线框从中性面转动，当转动π/4时，感应电动势的瞬时值表达式为P/I·sin45°=P/I，选项B正确；原线圈两端的电压U1= P/I，由变压器变压公式，副线圈两端的电压U2= U1=，选项C错误；S闭合，副线圈电阻变小，输出功率变大，输入功率变大，由P=UI可知原线圈电流变大，即电流表示数变大，选项D正确。‎ ‎9．（2019山东名校联考）如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生正弦交变电流，线圈电阻不计。理想变压器的原、副线圈匝数之比为20:1，C为电容器，L为直流电阻不计的自感线圈，R1、R2均为定值电阻，其中R1=10，开关S开始是断开的，则以下说法中正确的是 A．线圈的转速为 B．交流电压表的示数为11 V C．电阻R1的功率等于12.1 W D．闭合开关S后，变压器副线圈中的电流没有发生变化 ‎【参考答案】AB ‎【名师解析】由可知，ω=100π，线圈的转速为n=ω/2π=，选项A正确；理想变压器原线圈输入电压U1=220V，根据变压器变压公式，U2=11V，即交流电压表的示数为11 V，选项B正确；由于变压器副线圈串联了电感L，交流电路中L有感抗，R1两端电压小于11V，电阻R1的功率小于P==12.1 W，选项C错误；闭合开关S后，电容器对交流电路构成通路，变压器副线圈中的电流增大，选项D错误。‎ ‎10．（2019湖南长沙一模）如图甲所示为一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n1 : n2=2∶1，且分别接有电阻R1和R2，R1=R2=400Ω．Ｕ为电压有效值不变的正弦交流电源，闭合开关K时，通过电阻R2‎ 的电流如图乙所示，则此时 A．用电压表测量交流电源电压约为424 V B．交流电源的输出功率90 W C．断开开关K后，通过电阻R1的电流变成原来的一半 D．R1和R2消耗的功率之比为1∶2‎ ‎【参考答案】：AB。‎ ‎【名师解析】由U1/U2=n1/n2，I1/I2=n2/n1得，通过R2的电流有效值I2=0.3A，通过R1的电流有效值I1=0.15A，副线圈两端的电压U2=I2R2=120V，原线圈两端电压U1=240V，而 U=U1+I1R1=300V≈424V，选项A正确；交流电源的功率P=UI1=90W，选项B正确；断开开关后，通过电阻R1的电流为0，选项C错误； R1消耗的功率P1=I12R1，R2消耗的功率P2=I22R2，P1:P2= I12: I22=1:4，选项D错误。‎ 二．计算题 ‎1．（15分）（2019江苏无锡一模）高频焊接是一种常用的焊接方法，图1是焊接的原理示意图。将半径为r=10cm的待焊接的环形金属工件放在线圈中，然后在线圈中通以高频变化电流，线圈产生垂直于工件所在平面的匀强磁场，磁感应强度B随时间t的变化规律如图2所示，t=0时刻磁场方向垂直线圈所在平面向外。工件非焊接部分单位长度上的电阻R0=1.0×10-3W×m-1，焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的9倍，焊接的缝宽非常小，不计温度变化对电阻的影响。‎ ‎（1）在图3中画出感应电流随时间变化的i-t图象（以逆时针方向电流为正），并写出必要的计算过程；‎ ‎（2）求环形金属工件中感应电流的有效值；‎ ‎（3）求t=0.30s内电流通过焊接处所产生的焦耳热．‎ ‎【名师解析】.(1) 环形金属工件电阻为R＝2πrR0＋9×2πrR0＝20πrR0＝6.28×10－3 Ω(1分)‎ 在0～T时间内的感应电动势为 E＝·πr2＝6.28 V(1分)‎ 电流为I＝＝1.0×103 A(1分)‎ 由楞次定律得到电流方向逆时针，‎ It关系图象如图所示．(2分)‎ ‎(2) 在一个周期内IRT＝I2R(3分)‎ 解得I有效＝ A＝816 A(2分)‎ ‎(3) 在t＝0.30 s内电流通过焊接处所产生的热量为Q 而R′＝9×2πrR0＝5.65 10－3 Ω(2分)‎ 解得Q＝I2R′t＝1.13 103 J(3分)‎ ‎(保留根式同样得分)‎ ‎2（2019洛阳联考）如图所示，固定的倾角为=45°、间距为L的光滑金属直杆ce和c'e'与半径为r的竖直光滑绝缘圆弧轨道abc和a'b'c'分别相切于c和c'点，两切点与对应圆心连线与竖直方向夹角也为=45°，a点和a'点分别是两圆弧竖直最高点，e点和e'点间用导线连接阻值为R的电阻，在两直杆间cc'和dd'平面区域内有与其垂直的磁场（图中未画出），磁感应强度分布B=B0sin()，式中x为沿直杆向下离开边界dd'‎ 的距离，且。现有一长度为L、电阻为R的导体棒在外力F（图中来画出）作用下，以速度v0从磁场边界dd'沿直杆向下匀速通过磁场，到达边界cc'时撤去外力F，导体棒能沿圆弧轨道恰好通过最高处aa'金属杆电阻、空气阻力不计，重力加速度为g。试求：‎ ‎（1）导体棒恰好通过圆弧轨道最高处aa'时的速度大小v；‎ ‎（2）导体棒匀速运动时的速度v0；‎ ‎（3）导体棒通过磁场过程中，导体棒上增加的内能。‎ ‎【参考答案】（1） （2） ‎ ‎（3）‎ ‎【名师解析】:‎ ‎（1）设导体棒质量为m，恰好通过圆弧轨道最高处时，有 得                                                 ‎ ‎（2）导体棒从边界到最高处过程中，由机械能守恒定律得：‎ ‎                             ‎ 解得：                                      ‎ ‎（3）导体棒匀速通过磁场区域历时                           ‎ 产生的感应电动势   ‎ 属于正弦交流电 。‎ 电流的最大值为                 ‎ 电流的有效值为                    ‎ 导体棒增加的内能                ‎