专题12+交流电-备战2019高考物理专项攻关高分秘籍

专题12+交流电-备战2019高考物理专项攻关高分秘籍

交变电流的四值问题、变压器的原理及应用、远距离输电等是本章的考查重点.其中对变压器的考查在高考命题中出现频率较高，交变电流四值与变压器的综合考查、原线圈中含有用电器的变压器问题是常见的命题考向，常以选择题的形式出现,分值一般为6分。复习时,要了解交变电流的产生过程;能分析、应用交变电流的图像;理解并会计算交变电流四值；理解变压器的制约关系并会求解变压器原、副线圈中的电流、电压与电功率，会分析变压器的动态变化过程;掌握应用变压器进行远距离输电问题。‎ ‎【备考建议】‎ ‎【经典例题】‎ 考点一　交变电流的产生及变化规律 ‎【典例1】(2018·四川资阳模拟)如图(甲)所示,矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO′匀速转动,产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图(乙)所示.若外接电阻的阻值R=9 Ω,线圈的电阻r=1 Ω,则下列说法正确的是(　 　)‎ A.线圈转速为100π rad/s B.0.01 s末穿过线圈的磁通量最大 C.通过线圈的最大电流为10 A D.线圈产生的交变电流的表达式i=10sin 25πt(A)‎ ‎【典例2】(2018·武汉模拟)如图所示,一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中,并绕过ab,cd中点的轴OO′以角速度ω逆时针匀速转动.若以线圈平面与磁场夹角为零时(图示位置)为计时起点,并规定当电流自a流向b时电流方向为正.则下列四幅图中正确的是(　 　)‎ 考点二　交变电流有效值的求解 ‎【典例3】(2018·重庆校级模拟)三个相同的电阻,分别通过如图(甲)、(乙)、(丙)所示的交变电流,三个图中的I0和周期T都相同.下列说法中正确的是(　 　)‎ A.在相同时间内三个电阻发热量相等 B.在相同时间内,(甲)、(乙)发热量相等,是(丙)发热量的2倍 C.在相同时间内,(甲)、(丙)发热量相等,是(乙)发热量的 D.在相同时间内,(乙)发热量最大,(甲)次之,(丙)的发热量最小 解析:(甲)的有效值为,(乙)的有效值为I0,设(丙)的有效值为I,有I2RT= R得,I=.计算热量应用有效值,由Q=I2Rt,可知在相同时间内,(甲) (丙)发热量相等,是(乙)发热量的,故C正确.‎ 考点三　交变电流“四值”的比较和应用 ‎【典例4】(2018·辽宁辽阳模拟)如图所示,矩形线圈abcd与可变电容器C、理想电流表A组成闭合电路.线圈在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动,转动的角速度ω=100π rad/s.线圈的匝数N= 100,边长ab= 0.2 m,ad=0.4 m,电阻不计.磁感应强度大小B= T.电容器放电时间不计.下列说法正确的是(　 　)‎ A.该线圈产生的交流电动势峰值为50 V B.该线圈产生的交流电动势有效值为50 V C.电容器的耐压值至少为50 V D.电容器的电容C变大时,电流表的示数变小 解析:Em=NBSω=100××(0.2×0.4)×100π V=50 V,故A错误;E= =50 V,故B正确;电容器的耐压值为电压的最大值,至少为50 V,故C错误;电容器的电容C变大时,容抗变小,故电流表的示数变大,故D错误.‎ 考点四理想变压器的原理和基本关系 ‎【典例5】(2018·北京模拟)(多选)如图所示,理想变压器原副线圈匝数之比为4∶1.原线圈接入一电压为u=U0sin ωt的交流电源,副线圈接一个R=27.5 Ω的负载电阻.若U0=220 V,ω=100πrad/s,则下述结论正确的是(　 　)‎ A.副线圈中电压表的读数为55 V B.副线圈中输出交变电流的周期为 s C.原线圈中电流表的读数为0.5 A D.原线圈中的输入功率为110W 解析:原线圈电压有效值U1=220 V,由电压比等于匝数比可得副线圈电压有效值U2=55 V,A正确;电阻R上的电流为2 A,由原副线圈电流比等于匝数的反比,可得电流表示数为0.5 A,C正确;输入功率为P=220×0.5 W= 110 W, D错误;周期T= =0.02 s,B错误.‎ ‎【典例6】(2017·江苏苏锡常镇一模)钳形电流测量仪的结构图如图所示,其铁芯在捏紧扳手时会张开,可以在不切断被测载流导线的情况下,通过内置线圈中的电流值I和匝数n获知载流导线中的电流大小I0,则关于该钳形电流测量仪的说法正确的是(　 　)‎ A.该测量仪可测量直流电流 B.载流导线中电流大小I0= C.若钳形部分铁芯没有完全闭合,测量出的电流将小于实际电流 D.若将载流导线在铁芯上多绕几匝,钳形电流测量仪的示数将变小 考点五理想变压器的动态分析 ‎【典例7】(2018·湖北黄石模拟)(多选)如图所示为原、副线圈匝数比为n1∶ n2=10∶1的理想变压器,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,从某时刻开始在原线圈c,d两端加上u1=220 sin 100πt(V)的交变电压,则(　 　)‎ A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为22 V B.当单刀双掷开关与a连接时,在滑动变阻器触头P向上移动的过程中,电压表和电流表的示数均变小 C.当仅把单刀双掷开关由a扳向b时,原线圈输入功率变小 D.当单刀双掷开关由a扳向b时,调节滑动变阻器滑片到适当位置,有可能实现调节前、后原线圈输入功率相等 解析:当单刀双掷开关与a连接时,根据电压与匝数成正比且n1∶n2=10∶1可知,副线圈电压的最大值为22 V,电压表的示数为电压的有效值,所以示数为 V=22 V,故A正确;当单刀双掷开关与a连接时,输入电压及匝数比不变,输出电压不变,所以电压表的示数不变,变阻器触头P向上移动,变阻器电阻变大,副线圈电流变小,电流表示数变小,故B错误;当仅把单刀双掷开关由a扳向b时,原线圈匝数变小,根据=,得U2=U1,可知副线圈两端的电压变大,输出功率P2=变大,输入功率等于输出功率,所以原线圈输入功率变大,故C错误;当单刀双掷开关由a扳向b时,输出电压变大,调节滑动变阻器滑片到适当位置使负载电阻变大,输出功率P2=可能不变,输出功率等于输入功率,所以有可能实现调节前、后原线圈输入功率相等,故D正确.‎ ‎【典例8】(2018·石家庄模拟)如图所示电路中,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位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2 A,电流表A2的示数增大了0.8 A,则下列说法正确的是(　 　)‎ A.电压表V1示数增大 B.电压表V2,V3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 考点六远距离输电 ‎【典例9】(2018·山东济宁质检)图(甲)为远距离输电示意图,变压器为理想变压器,升压变压器原副线圈匝数比为1∶100,输入电压如图(乙)所示,远距离输电线的总电阻为100 Ω.降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图(报警器未画出),R1为定值电阻,R2为半导体热敏材料制成的传感器,当温度升高时其阻值变小.未出现火警时,升压变压器的输入功率为660 kW.下列说法中正确的是(　 　)‎ A.远距离输电线路损耗的功率为90 kW B.远距离输电线路损耗的功率为180 kW C.当传感器R2所在处出现火警时,输电线上的电流变小 D.当传感器R2所在处出现火警时,R2两端的电压变大 考点七特殊变压器 ‎【典例10】(2017·广东适应性考试)如图甲所示为一理想自耦变压器，A、B端输入电压如图乙所示，A1、V1和A2、V2分别是接入原线圈和副线圈中的理想交流电流表和电压表，其示数分别用I1、U1、I2、U2表示，R为定值电阻，现将滑片P从图示位置逆时针匀速转动，在P转动过程中，电流表和电压表示数均未超过其量程，下列选项中能正确反映I1、I2、U1、U2变化规律的是(　　)‎ ‎【参考答案】AC ‎【典例11】（2016年江苏省四市联考）如图所示，在某一输电线路的起始端接入两个互感器，原副线圈的匝数比分别为100∶1和1∶100，图中a、b表示电压表或电流表，已知电压表的示数为22V，电流表的示数为1A，则 A．a为电流表，b为电压表 ‎ B．a为电压表，b为电流表 C．线路输送电功率是220 kW D．输电线路总电阻为22Ω ‎【参照答案】BC ‎ 考点八交变电流的综合问题 ‎【典例12】（2018安徽合肥三模）如图所示，为了浴室用电安全，某同学用理想变压器给浴室降压供电，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，原线圈输入交变电压u=311sinl00πt(V)，已知照明灯额定功率为44W，排气扇电动机内阻为lΩ，电流表示数为2A，各用电器均正常工作，电表均为理想表。则 A. 电压表示数为62V B. 变压器的输入功率为186W C. 排气扇输出功率为43W D. 保险丝熔断电流不得低于2A ‎【参考答案】C ‎【易错剖析】解答此题常见错误主要有：一是认为交流电压表示数为最大值，按照最大值利用变压器变压公式计算，导致错选A；二是没有按照有关电功率之间关系正确计算，导致不能得出排气扇输出功率为43W，没有选择选项C；把原副线圈电流混淆，导致错选D。‎ ‎【典例13】(2016·辽宁大连模拟)(20分)如图所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n＝100匝，总电阻r＝1.0 Ω，所围成矩形的面积S＝0.040 m2，小灯泡的电阻R＝9.0 Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nB0Scos t，其中B0为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化。求：‎ ‎(1)线圈中产生感应电动势的最大值；‎ ‎(2)小灯泡消耗的电功率；‎ ‎(3)在磁感应强度变化的0～时间内，通过小灯泡的电荷量。‎ ‎【名师解析】‎ 由①②③得：q＝n＝4×10－3 C。‎ 答案　(1)8 V　(2)2.88 W　(3)4×10－3 C ‎【走进高考】‎ ‎1.(2018·扬州市一模) (多选)电阻为1 Ω的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，线圈的电动势随时间变化的图象如图4所示。现把线圈的电动势加在电阻为9 Ω的电热丝上，则下列说法正确的是(　　)‎ 图4‎ A.线圈转动的角速度为31.4 rad/s B.如果线圈转速提高一倍，则电流发生改变 C.电热丝两端的电压U＝100 V D.电热丝的发热功率P＝1 800 W ‎2.图甲所示电压按正弦规律变化，图乙所示电压是正弦交流电的一部分，则下列说法正确的是(　　)‎ A.图乙所示的电压也是正弦交流电压 B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u＝10sin 50πt(V)‎ C.图乙所示电压的周期与图甲所示电压周期相同 D.图甲所示电压的有效值比图乙所示电压的有效值小 ‎3.如图所示，边长为L、匝数为N，电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO′转动，轴OO′垂直于磁感线，在线圈外接一含有理想变压器的电路，变压器原、副线圈的匝数分别为n1和 n2.保持线圈以恒定角速度ω转动，下列判断正确的是(　　)‎ A．两电压表的示数之比为U1∶U2＝n2∶n1‎ B．电压表的示数等于NBωL2‎ C．当滑动变阻器R的滑片P向上滑动时，电压表的示数变大 D．变压器的输入功率与输出功率之比为1∶1‎ ‎4．如图所示，一矩形线圈的面积为S，匝数为N，内阻不计，绕OO′轴在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω做匀速转动，从图示位置开始计时．矩形线圈通过滑环接一理想变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，副线圈接有可调电阻R，下列判断正确的是(　　)‎ A．矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωcos ωt B．矩形线圈从图示位置经过时间内，通过电流表的电荷量为零 C．当P位置不动，R增大时，电压表读数也增大 D．当P位置向上移动、R不变时，电流表读数变大 ‎5．(2016福建质检)手摇发电机产生的正弦交流电经变压器给灯泡L供电，其电路如图。当线圈以角速度ω匀速转动时，电压表示数为U，灯泡正常发光。已知发电机线圈的电阻为r，灯泡正常发光时的电阻为R，其它电阻可忽略，变压器原线圈与副线圈的匝数比为k，变压器可视为理想变压器。则 A．灯泡的额定电压为 ‎ B．灯泡的额定功率为 C．发电机的线圈中产生的电动势最大值为 D．从中性面开始计时，原线圈输入电压的瞬时值表达式为u＝Usinωt ‎6．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 ‎7.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 ‎8（2018年3月北京朝阳区一模）如图所示，将带铁芯的电感器L与灯泡A串联，再与另一个完全相同的灯泡B并联，接在以正弦交流信号发生器为电源的两端。通过调节交流信号发生器上的旋钮，可以改变输出电压和信号的频率。闭合开关S，A、B两灯均发光。关于该实验，下列说法中正确的是 A.保持交流信号频率不变，适当提高输出电压，发现A灯始终比B灯亮 B.保持输出电压不变，提高交流信号频率，发现A、B灯均变亮 C.保持输出电压和信号频率不变，撤去铁芯后，发现A灯比原来亮 D.断开开关S，发现A灯闪亮一下，然后熄灭 ‎9.如图所示把电阻、电感、电容并联到某一交流电源上，三个电流表示数相同，若保持电源电压不变，而将频率加大，则三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系是（  ） ‎ A. I1＝I2＝I3                           ‎ B. I1>I2>I3                           ‎ C. I2>I1>I3                           ‎ D. I3>I1>I2‎ ‎10．如图所示，电路中完全相同的三个灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联，然后再并联到“220 V　50 Hz”的交流电源上，三只灯泡的亮度相同．若保持交变电压不变，将交变电流的频率增大到60 Hz，则发生的现象为(　　)‎ A．三灯亮度不变 B．三灯均变亮 C．L1不变、L2变亮、L3变暗 D．L1不变、L2变暗、L3变亮 ‎11.如图所示，匝数为N1的原线圈和匝数为N2的副线圈绕在同一闭合铁芯上，副线圈两端与电阻R相连，原线圈两端与平行金属导轨相连。两轨之间的距离为L，其电阻可不计。在虚线的左侧，存在方向与导轨所在平面垂直的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B，pq是一质量为m电阻为r与导轨垂直放置的金属杆，它可在导轨上沿与导轨平行的方向无摩擦地滑动。假设在任何同一时刻通过线圈每一匝的磁通量相同，两个线圈的电阻、铁芯中包括涡流在内的各种损耗都忽略不计，且变压器中的电磁场完全限制在变压器铁芯中。现于时刻开始施一外力，使杆从静止出发以恒定的加速度a向左运动。不考虑连接导线的自感。若已知在某时刻t时原线圈电流的大小为I1，‎ i．求此时刻外力的功率；‎ ii．此功率转化为哪些其他形式的功率或能量变化率？试分别求出它们的大小。‎ R a p q N2‎ N1‎ ‎1【参考答案】BD ‎2【参考答案】D ‎3【参考答案】D　‎ ‎4【参考答案】AD　‎ ‎【名师解析】矩形线圈产生的感应电动势最大值Em＝NBSω，由图示线圈位置可知开始计时时产生的感应电动势最大，则瞬时值表达式为e＝NBSωcos ωt，A正确．线圈从图示位置经过时间，磁通量变化量ΔΦ≠0，由q＝N可知，通过电流表的电荷量不为零，B错误．电压表的示数为U1＝不变，C错误．由＝得U2＝，当P位置向上移动时，n1变小，则U2变大，又R不变，再由P＝可知副线圈消耗的功率P2变大，则可知原线圈的输入功率P1＝P2变大，再由I1＝可知，I1变大，D正确．‎ ‎5【参考答案】AD ‎【命题意图】本题考查了交变电流的产生、闭合电路欧姆定律、电功率、变压器的规律等知识点。‎ ‎6【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u1=220 sinπ/6(V)=110V，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．‎ ‎7【参考答案】D ‎ ‎【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。‎ ‎8【参考答案】C ‎9【参考答案】D ‎ ‎【分析】交流电频率变大，电感阻碍作用变大，电流变小，电容阻碍作用变小，电流变大。‎ ‎10【参考答案】D　‎ ‎【名师解析】根据电感的特性：通低频、阻高频，当电源的频率增大时，电感对电流的感抗增大，L2变暗；根据电容器的特性：通高频，阻低频，当电源的频率增大时，电容器对电流的容抗减小，L3变亮，而电阻的亮度与频率无关，L1不变．‎ ‎11‎ 令E1、E2分别表示原、副线圈两端的电动势，并有，U1、U2分别表示原、副线圈两端的电压，I1表示副线圈中的电流，由欧姆定律，有 ‎ （5）‎ ‎ （6） ‎ 外力的功率转化为：杆的动能的变化率 （11）‎ 电阻r上消耗的功率为 （12）‎ 电阻R上消耗的功率为 （13）‎ 变压器内场能的变化率为 ‎ ‎ （14）‎