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高考_专题十二 交变电流（试题word版）
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这是一份高考_专题十二 交变电流（试题word版），共12页。试卷主要包含了02 s等内容，欢迎下载使用。
专题十二 交变电流
高频考点
考点一 交变电流的产生与描述
基础 交变电流的产生及描述等。
重难 交变电流的图像、有效值的计算等。
限时25分钟,正答率: /7。
基础
1.(2021辽宁,5,4分)如图所示,N匝正方形闭合金属线圈abcd边长为L,线圈处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴OO'以角速度ω匀速转动,ab边距轴L4。线圈中感应电动势的有效值为( )
A.NBL2ω B.22NBL2ω
C.12NBL2ω D.24NBL2ω
答案 B
2.(2018海南单科,7,5分)(多选)如图,在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,有一面积为S的矩形单匝闭合导线框abcd,ab边与磁场方向垂直,线框的电阻为R。使线框以恒定角速度ω绕过ad、bc中点的轴旋转。下列说法正确的是( )
A.线框abcd中感应电动势的最大值是BSω
B.线框abcd中感应电动势的有效值是BSω
C.线框平面与磁场方向平行时,流经线框的电流最大
D.线框平面与磁场方向垂直时,流经线框的电流最大
答案 AC
3.(2021天津,3,5分)如图所示,闭合开关后,R=5 Ω的电阻两端的交流电压为u=502 sin 10πt V,电压表和电流表均为理想交流电表,则( )
A.该交流电周期为0.02 s
B.电压表的读数为100 V
C.电流表的读数为10 A
D.电阻的电功率为1 kW
答案 C
重难
4.(2021北京,5,3分)一正弦式交变电流的i-t图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.在t=0.4 s时电流改变方向
B.该交变电流的周期为0.5 s
C.该交变电流的表达式为i=2 cos 5πt (A)
D.该交变电流的有效值为22 A
答案 C
5.(2021浙江6月选考,5,3分)如图所示,虚线是正弦交流电的图像,实线是另一交流电的图像,它们的周期T和最大值Um相同,则实线所对应的交流电的有效值U满足( )
A.U=12Um B.U=22Um
C.U>22Um D.U<22Um
答案 D
6.(2021浙江1月选考,16,2分)(多选)发电机的示意图如图甲所示,边长为L的正方形金属框,在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO'轴转动,阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其他电阻不计,图乙中的Um为已知量。则金属框转动一周( )
甲
乙
A.框内电流方向不变
B.电动势的最大值为Um
C.流过电阻的电荷量q=2BL2R
D.电阻产生的焦耳热Q=πUmBL2R
答案 BD
7.(2021江苏,12,8分)贯彻新发展理念,我国风力发电发展迅猛,2020年我国风力发电量高达4 000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示,发电机的线圈固定,磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动。已知磁体间的磁场为匀强磁场,磁感应强度的大小为0.20 T,线圈的匝数为100、面积为0.50 m2、电阻为0.60 Ω。若磁体转动的角速度为90 rad/s,线圈中产生的感应电流为50 A,求:
(1)线圈中感应电动势的有效值E;
(2)线圈的输出功率P。
答案 (1)4502 V (2)30 kW
考点二 变压器 远距离输电
基础 变压器的电压、电流和功率关系的分析计算,变压器和交变电流的综合考查。
重难 变压器与电路的综合考查、远距离输电的计算等。
限时55分钟,正答率: /14。
基础
1.(2019江苏单科,1,3分)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10,当输入电压增加20 V时,输出电压( )
A.降低2 V B.增加2 V C.降低200 V D.增加200 V
答案 D
2.(2021广东,7,4分)某同学设计了一个充电装置,如图所示。假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电,周期为0.2 s,电压最大值为0.05 V。理想变压器原线圈接螺线管,副线圈接充电电路,原、副线圈匝数比为1∶60。下列说法正确的是( )
A.交流电的频率为10 Hz
B.副线圈两端电压最大值为3 V
C.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
答案 B
3.(2020江苏单科,2,3分)电流互感器是一种测量电路中电流的变压器,工作原理如图所示。其原线圈匝数较少,串联在电路中,副线圈匝数较多,两端接在电流表上。则电流互感器( )
A.是一种降压变压器 B.能测量直流电路的电流
C.原、副线圈电流的频率不同 D.副线圈的电流小于原线圈的电流
答案 D
4.(2017北京理综,16,6分)如图所示,理想变压器的原线圈接在u=2202 sin 100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 Ω 的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是( )
A.原线圈的输入功率为2202 W
B.电流表的读数为1 A
C.电压表的读数为1102 V
D.副线圈输出交流电的周期为50 s
答案 B
5.(2020课标Ⅲ,20,6分)(多选)在图甲所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原﹑副线圈的匝数比为10∶1,R1、R2、R3均为固定电阻,R2=10 Ω,R3=20 Ω,各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图乙所示。下列说法正确的是( )
甲 乙
A.所用交流电的频率为50 Hz B.电压表的示数为100 V
C.电流表的示数为1.0 A D.变压器传输的电功率为15.0 W
答案 AD
重难
6.(2022湖南,6,4分)如图,理想变压器原、副线圈总匝数相同,滑动触头P1初始位置在副线圈正中间,输入端接入电压有效值恒定的交变电源。定值电阻R1的阻值为R,滑动变阻器R2的最大阻值为9R,滑片P2初始位置在最右端。理想电压表的示数为U,理想电流表的示数为I。下列说法正确的是( )
A.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,I减小,U不变
B.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率增大
C.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,I减小,U增大
D.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率减小
答案 B
7.(2022广东惠州二模)如图,理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=1∶3,M、N接在电压有效值不变的交流电源两端。光照强度由强变弱过程,光敏电阻R的阻值由小变大,灯泡L的阻值不变,则( )
A.通过光敏电阻和灯泡的电流之比为1∶3
B.灯泡的亮度由亮变暗
C.原线圈两端的电压始终不变
D.光敏电阻两端的电压逐渐变小
答案 B
8.(2019海南单科,8,5分)(多选)如图,一理想变压器输入端接交流恒压源,输出端电路由R1、R2和R3三个电阻构成。将该变压器原、副线圈的匝数比由5∶1改为10∶1后( )
A.流经R1的电流减小到原来的14
B.R2两端的电压增加到原来的2倍
C.R3两端的电压减小到原来的12
D.电阻上总的热功率减小到原来的14
答案 CD
9.(2021河北,8,6分)(多选)如图,发电机的矩形线圈长为2L、宽为L,匝数为N,放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中。理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2,两个副线圈分别接有电阻R1和R2。当发电机线圈以角速度ω匀速转动时,理想电流表读数为I。不计线圈电阻,下列说法正确的是( )
A.通过电阻R2的电流为n1In2
B.电阻R2两端的电压为n2IR1n1
C.n0与n1的比值为2NBL2ωIR1
D.发电机的功率为2NBL2ωI(n1+n2)n0
答案 BC
10.(2021福建,3,4分)某住宅小区变压器给住户供电的电路示意图如图所示,图中R为输电线的总电阻。若变压器视为理想变压器,所有电表视为理想电表,不考虑变压器的输入电压随负载变化,则当住户使用的用电器增加时,图中各电表的示数变化情况是( )
A.A1 增大,V2不变,V3增大
B.A1增大,V2减小,V3增大
C.A2增大,V2增大,V3减小
D.A2增大,V2不变,V3减小
答案 D
11.(2021海南,9,4分)(多选)如图,理想变压器原线圈接在u=2202 sin 100πt(V)的交流电源上,副线圈匝数可通过滑片P来调节。当滑片P处于图示位置时,原、副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1,为了使图中“100 V,50 W”的灯泡能够正常发光,下列操作可行的是( )
A.仅将滑片P向上滑动
B.仅将滑片P向下滑动
C.仅在副线圈电路中并联一个阻值为20 Ω的电阻
D.仅在副线圈电路中串联一个阻值为20 Ω的电阻
答案 BD
12.(2020山东,5,3分)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=22∶3,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω,额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
甲 乙
A.1 Ω B.5 Ω C.6 Ω D.8 Ω
答案 A
13.(2021山东,9,4分)(多选)输电能耗演示电路如图所示。左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3,输入电压为7.5 V的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r,负载R的阻值为10 Ω。开关S接1时,右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1,R上的功率为10 W;接2时,匝数比为1∶2,R上的功率为P。以下判断正确的是( )
A.r=10 Ω B.r=5 Ω
C.P=45 W D.P=22.5 W
答案 BD
14.(2021湖北,6,4分)如图所示,理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电,副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻,在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中( )
A.电流表A1示数减小
B.电流表A2示数增大
C.原线圈输入功率先增大后减小
D.定值电阻R消耗的功率先减小后增大
答案 A
易混易错
1.交流电产生热量的计算 (2018课标Ⅲ,16,6分)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示。则Q方∶Q正等于( )
A.1∶2 B.2∶1 C.1∶2 D.2∶1
答案 D
2.变压器电路的动态分析 (2021湖南,6,4分)如图,理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2,输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源,灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中,两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是( )
A.L1先变暗后变亮,L2一直变亮
B.L1先变亮后变暗,L2一直变亮
C.L1先变暗后变亮,L2先变亮后变暗
D.L1先变亮后变暗,L2先变亮后变暗
答案 A
题型模板
题型一 变压器动态变化模型
典型模型
模型特征: 变压器匝数比不变、负载电阻变化,是最常见的动态变化模型。
1.(2020北京,9,3分)如图所示,理想变压器原线圈接在u=Um sin(ωt+φ)的交流电源上,副线圈接三个阻值相同的电阻R,不计电表内电阻影响。闭合开关S后( )
A.电流表A2的示数减小 B.电压表V1的示数减小
C.电压表V2的示数不变 D.电流表A1的示数不变
答案 A
2.(2015安徽理综,16,6分)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。现将滑动变阻器的滑片从某一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,已知各表均为理想交流电表,下列说法正确的是( )
A.电压表V1、V2示数都增大 B.滑动变阻器滑片是沿d→c方向滑动的
C.电压表V2示数不变,V3示数减小 D.该变压器是升压变压器
答案 C
变式题型
题型特征:变式1:含有二极管的类型。变式2:变压器匝数、负载电阻都可改变。
3.变式1 (2020云南镇沅一中期末)(多选)如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表A接正弦交流电源,一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b两端和c、d两端的电压分别为Uab和Ucd,则( )
A.Uab∶Ucd=n1∶n2
B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数变小
C.负载电阻的阻值越小,c、d间的电压Ucd越大
D.将二极管短路,电流表的读数加倍
答案 BD
4.变式2 (2015天津理综,6,6分)(多选)如图所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表,副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节,在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为U的正弦交流电,则( )
A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变大
B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变小
C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变大
D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变小
答案 BC
题型二 远距离输电模型
典型模型
模型特征: 讨论输电功率损失问题。
1.(2020课标Ⅱ,19,6分)(多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电,输电线上损耗的电功率为ΔP,到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用1 100 kV特高压输电,输电线上损耗的电功率变为ΔP',到达B处时电压下降了ΔU'。不考虑其他因素的影响,则 ( )
A.ΔP'=14ΔP B.ΔP'=12ΔP
C.ΔU'=14ΔU D.ΔU'=12ΔU
答案 AD
2.(2012天津理综,4,6分)通过一理想变压器,经同一线路输送相同的电功率P,原线圈的电压U保持不变,输电线路的总电阻为R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的电功率为P1。若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电功率为P2。则P1和P2/P1分别为( )
A.PRkU,1n B.PkU2R,1n
C.PRkU,1n2 D.PkU2R,1n2
答案 D
变式题型
题型特征:变式1:讨论输电电压损失问题。变式2:输电过程分析。
3.变式1 (2018江苏单科,2,3分)采用220 kV高压向远方的城市输电。当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减小为原来的14,输电电压应变为( )
A.55 kV B.110 kV C.440 kV D.880 kV
答案 C
4.变式2 (2020浙江7月选考,11,3分)如图所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100 kW,发电机的电压U1=250 V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V。已知输电线上损失的功率P线=5 kW,假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是( )
A.发电机输出的电流I1=40 A
B.输电线上的电流I线=625 A
C.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11
D.用户得到的电流I4=455 A
答案 C
实践应用
5.(2010浙江理综,17,3分)某水电站,用总电阻为2.5 Ω 的输电线输电给500 km外的用户,其输出电功率是3×106 kW。现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是( )
A.输电线上输送的电流大小为2.0×105 A
B.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV
C.若改用5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108 kW
D.输电线上损失的功率为ΔP=U2r,U为输电电压,r为输电线的电阻
答案 B
情境应用
简单熟悉
1.物理生活 (2022吉林一模)红旗渠是二十世纪六十年代的伟大工程,被誉为“人工天河”,红旗渠居高临下,渠线长,落差大,沿渠建电站,发电、灌溉两受益。某小型水电站远距离输电的简化电路如图所示,若发电机输出的电压随时间变化的函数关系式为u=Um sin ωt,则下列说法正确的是( )
A.用户用电器上交流电的频率为ωπ
B.发电机输出交流电的电压有效值为Um
C.输电线上的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定
D.当只有用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小
答案 D
2.物理科技 (2022云南昆明二模)如图甲所示为一台小型发电机构造示意图。磁极N、S间的磁场看成匀强磁场,磁感应强度大小为110π T,线圈共10匝,矩形线圈的面积为S。该发电机产生的感应电动势图像如图乙所示,该交流电通过自耦变压器对一定值电阻R供电,不计发电机内阻,则下列说法正确的是( )
甲 乙
A.矩形线圈面积为12 m2
B.电阻中电流方向每秒钟改变100次
C.线圈从t=0开始转过180°的过程中,电压表的读数先增大后减小
D.当变压器滑片P向上滑动时,电阻R消耗的功率减小
答案 D
复杂熟悉
3.物理科技 (2022天津二模)图1是手机无线充电器的示意图,其原理如图2所示:当送电线圈接上220 V的正弦交变电流后,会产生一个变化的磁场从而使手机中的受电线圈中产生交变电流,该电流经过其他装置转化为直流电给手机充电。该装置实际上可等效为一个无漏磁的理想变压器:送电线圈的匝数为N1,受电线圈的匝数为N2,且N1∶N2=44∶1。若手机电阻为5 Ω,则该装置给手机充电时,( )
图1 图2
A.流过送电、受电线圈的电流之比为5∶1
B.受电线圈c、d端的输出电压为5 V
C.充电时流过手机的电流为44 A
D.保持a、b端输入电压不变,若在充电时玩大型游戏(即增大手机用电功率),则受电线圈的输出电压将变大
答案 B
4.物理科技 (2022广东佛山二模)氮化镓手机充电器具有体积小、功率大、发热量少的特点,图甲是这种充电器的核心电路。交流电经前端电路和氮化镓开关管后,在a、b端获得如图乙所示的高频脉冲直流电,经理想变压器降压后在c、d端给手机充电,则正常工作时,变压器c、d输出端( )
甲 乙
A.输出的电压也是直流电压
B.输出电流的频率为2T
C.输出电流的有效值大于a、b端输入电流的有效值
D.需将输入电压转变为交流电,输出端才会有电压输出
答案 C
复杂陌生
5.物理生活 (2022四川宜宾二模)北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念。国家体育馆“鸟巢”隐藏着一座年发电量比较大的太阳能光伏发电系统,假设该发电系统的输出电压恒为250 V,通过理想变压器向远处输电,如图,所用输电线的总电阻为8 Ω,升压变压器T1原、副线圈匝数比为1∶16,下列说法正确的是( )
A.若该发电系统输送功率为1×105 W,则输电线损失的功率为5×103 W
B.若该发电系统输送功率为1×105 W,用户获得220 V电压,则降压变压器T2原、副线圈的匝数比为200∶11
C.若用户消耗功率减少,则升压变压器T1输出电压U2减小
D.若用户消耗功率增加,则用户电路两端电压U4增大
答案 A
6.物理探索 (2022福建部分地市4月诊断)(多选)某同学研究远距离输电的电路如图所示,a、b端接入电压为U0的交流电,升压变压器T1和降压变压器T2均为理想变压器,且n1n2=n4n3。已知R1=R2=R3,三个电阻消耗的功率相同,电表均为理想交流电表,则( )
A.升压变压器T1的匝数比为n1n2=14 B.电压表的示数小于U0
C.若R1短路,电流表示数将变大 D.若R3断路,电压表示数将减小
答案 BC
审题解题
1.(2020北京房山一模)图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。当变压器副线圈电压的瞬时值达到5 000 V时,就会在钢针和金属板间引发电火花,进而点燃气体,下列说法正确的是( )
甲 乙
A.电压表示数为5 V
B.变压器线圈匝数之比n2∶n1至少是1 000
C.副线圈的输出功率大于原线圈的输入功率
D.转换器输出交变电压周期为0.4 s,钢针每个周期点火一次
补充设问
审题方法
设问① 从图乙可以读到哪些信息?
解题思路
设问② 如何求得电压表的示数?
设问③ 如何确定原、副线圈的匝数比满足的条件?
设问④ 变压器在“变压”的同时,改变交流电的周期吗?钢针每个周期点火几次?
答案 B
2.(2022北京海淀练习)促进西部大开发的一个重要保障是解决能源问题,西部具有丰富的水资源。一个小型水电站的河水流量为4 m3/s,水流下落的高度为5 m。若该水电站发电机组的总效率为50%,取g=10 m/s2。求:
(1)发电机组的输出功率;
(2)设发电机组的输出电压为350 V,输电线的电阻为4 Ω,要使输电线上损耗的电功率为输出电功率的5%,在用户需要电压为220 V时,所用升压变压器和降压变压器线圈的匝数之比各是多少。
补充设问
审题方法
设问① 水电站发电的能量转换原理是什么?
设问② 你能画出从发电站到用户的输电原理图吗?
解题思路
设问③ 如何计算输电线中的电流?
设问④ 如何计算升压变压器和降压变压器线圈的匝数之比?
专题十二 交变电流
高频考点
考点一 交变电流的产生与描述
基础 交变电流的产生及描述等。
重难 交变电流的图像、有效值的计算等。
限时25分钟,正答率: /7。
基础
1.(2021辽宁,5,4分)如图所示,N匝正方形闭合金属线圈abcd边长为L,线圈处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴OO'以角速度ω匀速转动,ab边距轴L4。线圈中感应电动势的有效值为( )
A.NBL2ω B.22NBL2ω
C.12NBL2ω D.24NBL2ω
答案 B
2.(2018海南单科,7,5分)(多选)如图,在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,有一面积为S的矩形单匝闭合导线框abcd,ab边与磁场方向垂直,线框的电阻为R。使线框以恒定角速度ω绕过ad、bc中点的轴旋转。下列说法正确的是( )
A.线框abcd中感应电动势的最大值是BSω
B.线框abcd中感应电动势的有效值是BSω
C.线框平面与磁场方向平行时,流经线框的电流最大
D.线框平面与磁场方向垂直时,流经线框的电流最大
答案 AC
3.(2021天津,3,5分)如图所示,闭合开关后,R=5 Ω的电阻两端的交流电压为u=502 sin 10πt V,电压表和电流表均为理想交流电表,则( )
A.该交流电周期为0.02 s
B.电压表的读数为100 V
C.电流表的读数为10 A
D.电阻的电功率为1 kW
答案 C
重难
4.(2021北京,5,3分)一正弦式交变电流的i-t图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.在t=0.4 s时电流改变方向
B.该交变电流的周期为0.5 s
C.该交变电流的表达式为i=2 cos 5πt (A)
D.该交变电流的有效值为22 A
答案 C
5.(2021浙江6月选考,5,3分)如图所示,虚线是正弦交流电的图像,实线是另一交流电的图像,它们的周期T和最大值Um相同,则实线所对应的交流电的有效值U满足( )
A.U=12Um B.U=22Um
C.U>22Um D.U<22Um
答案 D
6.(2021浙江1月选考,16,2分)(多选)发电机的示意图如图甲所示,边长为L的正方形金属框,在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO'轴转动,阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其他电阻不计,图乙中的Um为已知量。则金属框转动一周( )
甲
乙
A.框内电流方向不变
B.电动势的最大值为Um
C.流过电阻的电荷量q=2BL2R
D.电阻产生的焦耳热Q=πUmBL2R
答案 BD
7.(2021江苏,12,8分)贯彻新发展理念,我国风力发电发展迅猛,2020年我国风力发电量高达4 000亿千瓦时。某种风力发电机的原理如图所示,发电机的线圈固定,磁体在叶片驱动下绕线圈对称轴转动。已知磁体间的磁场为匀强磁场,磁感应强度的大小为0.20 T,线圈的匝数为100、面积为0.50 m2、电阻为0.60 Ω。若磁体转动的角速度为90 rad/s,线圈中产生的感应电流为50 A,求:
(1)线圈中感应电动势的有效值E;
(2)线圈的输出功率P。
答案 (1)4502 V (2)30 kW
考点二 变压器 远距离输电
基础 变压器的电压、电流和功率关系的分析计算,变压器和交变电流的综合考查。
重难 变压器与电路的综合考查、远距离输电的计算等。
限时55分钟,正答率: /14。
基础
1.(2019江苏单科,1,3分)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10,当输入电压增加20 V时,输出电压( )
A.降低2 V B.增加2 V C.降低200 V D.增加200 V
答案 D
2.(2021广东,7,4分)某同学设计了一个充电装置,如图所示。假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电,周期为0.2 s,电压最大值为0.05 V。理想变压器原线圈接螺线管,副线圈接充电电路,原、副线圈匝数比为1∶60。下列说法正确的是( )
A.交流电的频率为10 Hz
B.副线圈两端电压最大值为3 V
C.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
答案 B
3.(2020江苏单科,2,3分)电流互感器是一种测量电路中电流的变压器,工作原理如图所示。其原线圈匝数较少,串联在电路中,副线圈匝数较多,两端接在电流表上。则电流互感器( )
A.是一种降压变压器 B.能测量直流电路的电流
C.原、副线圈电流的频率不同 D.副线圈的电流小于原线圈的电流
答案 D
4.(2017北京理综,16,6分)如图所示,理想变压器的原线圈接在u=2202 sin 100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 Ω 的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是( )
A.原线圈的输入功率为2202 W
B.电流表的读数为1 A
C.电压表的读数为1102 V
D.副线圈输出交流电的周期为50 s
答案 B
5.(2020课标Ⅲ,20,6分)(多选)在图甲所示的交流电路中,电源电压的有效值为220 V,理想变压器原﹑副线圈的匝数比为10∶1,R1、R2、R3均为固定电阻,R2=10 Ω,R3=20 Ω,各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图乙所示。下列说法正确的是( )
甲 乙
A.所用交流电的频率为50 Hz B.电压表的示数为100 V
C.电流表的示数为1.0 A D.变压器传输的电功率为15.0 W
答案 AD
重难
6.(2022湖南,6,4分)如图,理想变压器原、副线圈总匝数相同,滑动触头P1初始位置在副线圈正中间,输入端接入电压有效值恒定的交变电源。定值电阻R1的阻值为R,滑动变阻器R2的最大阻值为9R,滑片P2初始位置在最右端。理想电压表的示数为U,理想电流表的示数为I。下列说法正确的是( )
A.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,I减小,U不变
B.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率增大
C.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,I减小,U增大
D.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率减小
答案 B
7.(2022广东惠州二模)如图,理想变压器原、副线圈匝数之比n1∶n2=1∶3,M、N接在电压有效值不变的交流电源两端。光照强度由强变弱过程,光敏电阻R的阻值由小变大,灯泡L的阻值不变,则( )
A.通过光敏电阻和灯泡的电流之比为1∶3
B.灯泡的亮度由亮变暗
C.原线圈两端的电压始终不变
D.光敏电阻两端的电压逐渐变小
答案 B
8.(2019海南单科,8,5分)(多选)如图,一理想变压器输入端接交流恒压源,输出端电路由R1、R2和R3三个电阻构成。将该变压器原、副线圈的匝数比由5∶1改为10∶1后( )
A.流经R1的电流减小到原来的14
B.R2两端的电压增加到原来的2倍
C.R3两端的电压减小到原来的12
D.电阻上总的热功率减小到原来的14
答案 CD
9.(2021河北,8,6分)(多选)如图,发电机的矩形线圈长为2L、宽为L,匝数为N,放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中。理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2,两个副线圈分别接有电阻R1和R2。当发电机线圈以角速度ω匀速转动时,理想电流表读数为I。不计线圈电阻,下列说法正确的是( )
A.通过电阻R2的电流为n1In2
B.电阻R2两端的电压为n2IR1n1
C.n0与n1的比值为2NBL2ωIR1
D.发电机的功率为2NBL2ωI(n1+n2)n0
答案 BC
10.(2021福建,3,4分)某住宅小区变压器给住户供电的电路示意图如图所示,图中R为输电线的总电阻。若变压器视为理想变压器,所有电表视为理想电表,不考虑变压器的输入电压随负载变化,则当住户使用的用电器增加时,图中各电表的示数变化情况是( )
A.A1 增大,V2不变,V3增大
B.A1增大,V2减小,V3增大
C.A2增大,V2增大,V3减小
D.A2增大,V2不变,V3减小
答案 D
11.(2021海南,9,4分)(多选)如图,理想变压器原线圈接在u=2202 sin 100πt(V)的交流电源上,副线圈匝数可通过滑片P来调节。当滑片P处于图示位置时,原、副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1,为了使图中“100 V,50 W”的灯泡能够正常发光,下列操作可行的是( )
A.仅将滑片P向上滑动
B.仅将滑片P向下滑动
C.仅在副线圈电路中并联一个阻值为20 Ω的电阻
D.仅在副线圈电路中串联一个阻值为20 Ω的电阻
答案 BD
12.(2020山东,5,3分)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=22∶3,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω,额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
甲 乙
A.1 Ω B.5 Ω C.6 Ω D.8 Ω
答案 A
13.(2021山东,9,4分)(多选)输电能耗演示电路如图所示。左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3,输入电压为7.5 V的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r,负载R的阻值为10 Ω。开关S接1时,右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1,R上的功率为10 W;接2时,匝数比为1∶2,R上的功率为P。以下判断正确的是( )
A.r=10 Ω B.r=5 Ω
C.P=45 W D.P=22.5 W
答案 BD
14.(2021湖北,6,4分)如图所示,理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电,副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为R的定值电阻,在变阻器滑片从a端向b端缓慢移动的过程中( )
A.电流表A1示数减小
B.电流表A2示数增大
C.原线圈输入功率先增大后减小
D.定值电阻R消耗的功率先减小后增大
答案 A
易混易错
1.交流电产生热量的计算 (2018课标Ⅲ,16,6分)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示。则Q方∶Q正等于( )
A.1∶2 B.2∶1 C.1∶2 D.2∶1
答案 D
2.变压器电路的动态分析 (2021湖南,6,4分)如图,理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2,输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源,灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中,两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是( )
A.L1先变暗后变亮,L2一直变亮
B.L1先变亮后变暗,L2一直变亮
C.L1先变暗后变亮,L2先变亮后变暗
D.L1先变亮后变暗,L2先变亮后变暗
答案 A
题型模板
题型一 变压器动态变化模型
典型模型
模型特征: 变压器匝数比不变、负载电阻变化,是最常见的动态变化模型。
1.(2020北京,9,3分)如图所示,理想变压器原线圈接在u=Um sin(ωt+φ)的交流电源上,副线圈接三个阻值相同的电阻R,不计电表内电阻影响。闭合开关S后( )
A.电流表A2的示数减小 B.电压表V1的示数减小
C.电压表V2的示数不变 D.电流表A1的示数不变
答案 A
2.(2015安徽理综,16,6分)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。现将滑动变阻器的滑片从某一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,已知各表均为理想交流电表,下列说法正确的是( )
A.电压表V1、V2示数都增大 B.滑动变阻器滑片是沿d→c方向滑动的
C.电压表V2示数不变,V3示数减小 D.该变压器是升压变压器
答案 C
变式题型
题型特征:变式1:含有二极管的类型。变式2:变压器匝数、负载电阻都可改变。
3.变式1 (2020云南镇沅一中期末)(多选)如图所示,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表A接正弦交流电源,一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端。假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b两端和c、d两端的电压分别为Uab和Ucd,则( )
A.Uab∶Ucd=n1∶n2
B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数变小
C.负载电阻的阻值越小,c、d间的电压Ucd越大
D.将二极管短路,电流表的读数加倍
答案 BD
4.变式2 (2015天津理综,6,6分)(多选)如图所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表,副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节,在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为U的正弦交流电,则( )
A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变大
B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变小
C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变大
D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变小
答案 BC
题型二 远距离输电模型
典型模型
模型特征: 讨论输电功率损失问题。
1.(2020课标Ⅱ,19,6分)(多选)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电,输电线上损耗的电功率为ΔP,到达B处时电压下降了ΔU。在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用1 100 kV特高压输电,输电线上损耗的电功率变为ΔP',到达B处时电压下降了ΔU'。不考虑其他因素的影响,则 ( )
A.ΔP'=14ΔP B.ΔP'=12ΔP
C.ΔU'=14ΔU D.ΔU'=12ΔU
答案 AD
2.(2012天津理综,4,6分)通过一理想变压器,经同一线路输送相同的电功率P,原线圈的电压U保持不变,输电线路的总电阻为R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的电功率为P1。若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电功率为P2。则P1和P2/P1分别为( )
A.PRkU,1n B.PkU2R,1n
C.PRkU,1n2 D.PkU2R,1n2
答案 D
变式题型
题型特征:变式1:讨论输电电压损失问题。变式2:输电过程分析。
3.变式1 (2018江苏单科,2,3分)采用220 kV高压向远方的城市输电。当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减小为原来的14,输电电压应变为( )
A.55 kV B.110 kV C.440 kV D.880 kV
答案 C
4.变式2 (2020浙江7月选考,11,3分)如图所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100 kW,发电机的电压U1=250 V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V。已知输电线上损失的功率P线=5 kW,假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是( )
A.发电机输出的电流I1=40 A
B.输电线上的电流I线=625 A
C.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11
D.用户得到的电流I4=455 A
答案 C
实践应用
5.(2010浙江理综,17,3分)某水电站,用总电阻为2.5 Ω 的输电线输电给500 km外的用户,其输出电功率是3×106 kW。现用500 kV电压输电,则下列说法正确的是( )
A.输电线上输送的电流大小为2.0×105 A
B.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV
C.若改用5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108 kW
D.输电线上损失的功率为ΔP=U2r,U为输电电压,r为输电线的电阻
答案 B
情境应用
简单熟悉
1.物理生活 (2022吉林一模)红旗渠是二十世纪六十年代的伟大工程,被誉为“人工天河”,红旗渠居高临下,渠线长,落差大,沿渠建电站,发电、灌溉两受益。某小型水电站远距离输电的简化电路如图所示,若发电机输出的电压随时间变化的函数关系式为u=Um sin ωt,则下列说法正确的是( )
A.用户用电器上交流电的频率为ωπ
B.发电机输出交流电的电压有效值为Um
C.输电线上的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定
D.当只有用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小
答案 D
2.物理科技 (2022云南昆明二模)如图甲所示为一台小型发电机构造示意图。磁极N、S间的磁场看成匀强磁场,磁感应强度大小为110π T,线圈共10匝,矩形线圈的面积为S。该发电机产生的感应电动势图像如图乙所示,该交流电通过自耦变压器对一定值电阻R供电,不计发电机内阻,则下列说法正确的是( )
甲 乙
A.矩形线圈面积为12 m2
B.电阻中电流方向每秒钟改变100次
C.线圈从t=0开始转过180°的过程中,电压表的读数先增大后减小
D.当变压器滑片P向上滑动时,电阻R消耗的功率减小
答案 D
复杂熟悉
3.物理科技 (2022天津二模)图1是手机无线充电器的示意图,其原理如图2所示:当送电线圈接上220 V的正弦交变电流后,会产生一个变化的磁场从而使手机中的受电线圈中产生交变电流,该电流经过其他装置转化为直流电给手机充电。该装置实际上可等效为一个无漏磁的理想变压器:送电线圈的匝数为N1,受电线圈的匝数为N2,且N1∶N2=44∶1。若手机电阻为5 Ω,则该装置给手机充电时,( )
图1 图2
A.流过送电、受电线圈的电流之比为5∶1
B.受电线圈c、d端的输出电压为5 V
C.充电时流过手机的电流为44 A
D.保持a、b端输入电压不变,若在充电时玩大型游戏(即增大手机用电功率),则受电线圈的输出电压将变大
答案 B
4.物理科技 (2022广东佛山二模)氮化镓手机充电器具有体积小、功率大、发热量少的特点,图甲是这种充电器的核心电路。交流电经前端电路和氮化镓开关管后,在a、b端获得如图乙所示的高频脉冲直流电,经理想变压器降压后在c、d端给手机充电,则正常工作时,变压器c、d输出端( )
甲 乙
A.输出的电压也是直流电压
B.输出电流的频率为2T
C.输出电流的有效值大于a、b端输入电流的有效值
D.需将输入电压转变为交流电,输出端才会有电压输出
答案 C
复杂陌生
5.物理生活 (2022四川宜宾二模)北京奥运场馆的建设体现了“绿色奥运”的理念。国家体育馆“鸟巢”隐藏着一座年发电量比较大的太阳能光伏发电系统,假设该发电系统的输出电压恒为250 V,通过理想变压器向远处输电,如图,所用输电线的总电阻为8 Ω,升压变压器T1原、副线圈匝数比为1∶16,下列说法正确的是( )
A.若该发电系统输送功率为1×105 W,则输电线损失的功率为5×103 W
B.若该发电系统输送功率为1×105 W,用户获得220 V电压,则降压变压器T2原、副线圈的匝数比为200∶11
C.若用户消耗功率减少,则升压变压器T1输出电压U2减小
D.若用户消耗功率增加,则用户电路两端电压U4增大
答案 A
6.物理探索 (2022福建部分地市4月诊断)(多选)某同学研究远距离输电的电路如图所示,a、b端接入电压为U0的交流电,升压变压器T1和降压变压器T2均为理想变压器,且n1n2=n4n3。已知R1=R2=R3,三个电阻消耗的功率相同,电表均为理想交流电表,则( )
A.升压变压器T1的匝数比为n1n2=14 B.电压表的示数小于U0
C.若R1短路,电流表示数将变大 D.若R3断路,电压表示数将减小
答案 BC
审题解题
1.(2020北京房山一模)图甲是某燃气灶点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交流电压,并加在一理想变压器的原线圈上,变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。当变压器副线圈电压的瞬时值达到5 000 V时,就会在钢针和金属板间引发电火花,进而点燃气体,下列说法正确的是( )
甲 乙
A.电压表示数为5 V
B.变压器线圈匝数之比n2∶n1至少是1 000
C.副线圈的输出功率大于原线圈的输入功率
D.转换器输出交变电压周期为0.4 s,钢针每个周期点火一次
补充设问
审题方法
设问① 从图乙可以读到哪些信息?
解题思路
设问② 如何求得电压表的示数?
设问③ 如何确定原、副线圈的匝数比满足的条件?
设问④ 变压器在“变压”的同时,改变交流电的周期吗?钢针每个周期点火几次?
答案 B
2.(2022北京海淀练习)促进西部大开发的一个重要保障是解决能源问题,西部具有丰富的水资源。一个小型水电站的河水流量为4 m3/s,水流下落的高度为5 m。若该水电站发电机组的总效率为50%,取g=10 m/s2。求:
(1)发电机组的输出功率;
(2)设发电机组的输出电压为350 V,输电线的电阻为4 Ω,要使输电线上损耗的电功率为输出电功率的5%,在用户需要电压为220 V时,所用升压变压器和降压变压器线圈的匝数之比各是多少。
补充设问
审题方法
设问① 水电站发电的能量转换原理是什么?
设问② 你能画出从发电站到用户的输电原理图吗?
解题思路
设问③ 如何计算输电线中的电流?
设问④ 如何计算升压变压器和降压变压器线圈的匝数之比?
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