专题12 交流电-2021高考物理专项攻关高分宝典（原卷版）

这是一份专题12 交流电-2021高考物理专项攻关高分宝典（原卷版），共12页。

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】
【经典例题】
考点一 交变电流的产生及变化规律
【典例1】（2020陕西咸阳一模）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图1所示，产生的交变电动势的图象如图2所示，则（ ）
【典例2】(2018·武汉模拟)(多选)如图所示，导体棒ab两个端点分别搭接在两个竖直放置、电阻不计、半径相等的金属圆环上，圆环通过电刷与导线c、d相接．c、d两个端点接在匝数比n1∶n2＝10∶1的变压器原线圈两端，变压器副线圈接一滑动变阻器R0，匀强磁场的磁感应强度为B，方向竖直向下，导体棒ab长为L(电阻不计)，绕与ab平行的水平轴(也是两圆环的中心轴)OO′以角速度ω匀速转动．如果滑动变阻器的阻值为R时，通过电流表的电流为I，则( )
A．滑动变阻器上消耗的功率为P＝100I2R
B．变压器原线圈两端的电压U1＝10IR
C．取ab在环的最低端时t＝0，则导体棒ab中感应电流的表达式是i＝eq \r(2)Isin ωt
D．ab沿环转动过程中受到的最大安培力F＝eq \r(2)BIL
考点二 交变电流有效值的求解
【典例3】（2020江苏高考仿真模拟3）如图所示，图甲、图乙分别表示两种电流的波形，其中图甲所示的电流按正弦规律变化，下列说法正确的是
0.02
甲
0.01
t/s
i/A
O
5.0
-5.0
i/A
5.0
-5.0
图
甲
A．图甲表示交流电，图乙表示直流电
B．两种电流变化的频率相等
C．两种电流的瞬时值表达式都为A
D．两种电流的有效值相等
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
考点四 理想变压器的原理和基本关系
【典例5】 （2020年5月山东泰安二模）如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为1∶4，正弦交流电源电压为U=100V，电阻R1=10Ω，R2=20Ω，滑动变阻器R3最大阻值为40Ω，滑片P处于正中间位置，则
A.通过R1的电流为8A
B.电压表读数为400V
C.若向上移动P，电压表读数将变大
D.若向上移动P，电源输出功率将变小
【典例6】（2019湖南岳阳二模）一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在cd间接定值电阻R．在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2．在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中（ ）
A. ，降低B. ，升高
C. 变压器输入功率增大D. 变压器输入功率减小
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
【典例8】（2019山西质量检测）(多选)如图所示，R是一个光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，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两端加上交变电压，其瞬时值表达式为(V)，则( )
A．电压表的示数为V
B．在天逐渐变黑的过程中，电流表A2的示数变小
C．在天逐渐变黑的过程中，电流表A1的示数变大
D．在天逐渐变黑的过程中，理想变压器的输入功率变小
考点六远距离输电
【典例9】（2020河北唐山一模）远距离输电的原理图如图所示，升压变压器原副线圈的匝数分别为n1、 n2，输电线上的电阻为R，变压器为理想变压器。发电机功率不变，为减小输电线上功率损耗，下列方法可行的是
A．n1加倍，n2加倍
B．n1加倍，n2减半
C．n1减半，n2减半
D．n1减半，n2减半
考点七特殊变压器
【典例10】（2016·江苏卷）一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中
A．U2>U1，U2降低
B．U2>U1，U2升高
C．U2D．U2考点八交变电流的综合问题
【典例11】（2020年4月贵州模拟）老师上课时将交流发电机和变压器连接成了如下电路。忽略发电机线圈电阻，把变压器视为理想变压器，原副线圈的匝数比为1：2，线路中接入电阻R=2，发电机产生的交变电压可表示为e=6sin(10t),两灯泡正常发光，其它电阻不计，下列说法正确的是（ ）
A.图示位置线圈处于中性面，此时线圈abcd中的电流最大
B.如果线圈转动的角速度减小，则灯会变暗
C.灯泡的额定电压为12V
D.当其中一个灯烧断后，通过R的电流将减小
【典例12】如图7甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，电流表和电压表均为理想电表，R是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)，L是理想线圈，C是耐压值和电容都足够大的电容器，D是灯泡，K是单刀双掷开关．当原线圈接入如图乙所示的正弦交流电时，下列说法正确的是( )
图7
A．开关K连通1时，电压表的示数为44V
B．开关K连通1时，若光照增强，电流表的示数变小
C．开关K连通2时，灯泡D不亮
D．开关K连通2时，若光照增强，电压表的示数减小
【走进高考】
1交流发电机线圈电阻r＝1 Ω，用电器电阻R＝9 Ω，电压表示数为9 V，如图所示，那么该交流发电机( )
A．电动势的峰值为10 V
B．电动势的有效值为9 V
C．交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10eq \r(2) V
D．交流发电机线圈自中性面转过90°的过程中的平均感应电动势为eq \f(20\r(2),π) V
2.(2018·全国Ⅲ卷)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∶eq \r(2) B. eq \r(2)∶1 C. 1∶2 D. 2∶1
3.如图所示电路中，A、B间接有交变电压u＝311sin100πt(V)，电路中接有“220 V 440 W”的电暖宝、“220 V 220 W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝。下列说法正确的是( )
A．交流电压表的示数为311 V
B．电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3eq \r(2) A
C．电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍
D．1 min内抽油烟机消耗的电能为1.32×104 J
4.在如图甲所示电路中，D为理想二极管(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)．R1＝30 Ω，R2＝60 Ω，R3＝10 Ω.在MN间加上如图乙所示的交变电压时，R3两端电压表的读数大约是( )
A. 3 V B. 3.5 V C. 4 V D. 5 V
5.(多选)如图所示，面积为S、匝数为N、电阻为r的正方形导线框与阻值为R的电阻构成闭合回路，理想交流电压表并联在电阻R的两端．线框在磁感应强度为B的匀强磁场中，以与电路连接的一边所在直线为轴垂直于磁场以角速度ω匀速转动，不计其他电阻，则下列说法正确的是( )
A. 若从图示位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBSωsin ωt
B. 线框通过中性面前后，流过电阻R的电流方向将发生改变，1秒钟内流过电阻R的电流方向改变eq \f(ω,π)次
C. 线框从图示位置转过60°的过程中，通过电阻R的电荷量为eq \f(NBS,2(R＋r))
D. 电压表的示数跟线框转动的角速度ω大小无关
6．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＝NBSωcs ωt
B．矩形线圈从图示位置经过eq \f(π,2ω)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
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
8．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
9.如图甲所示，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＝nBmSeq \f(2π,T)cseq \f(2π,T)t，其中Bm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～eq \f(T,4)时间内，通过小灯泡的电荷量。
10.如图所示，理想变压器有两个副线圈，L1、L2是两盏规格为“8 V 10 W”的灯泡，L3、L4是两盏规格为“6 V 12 W”的灯泡，当变压器的输入电压为U1＝220 V时，四盏灯泡恰好都能正常发光，如果原线圈的匝数n1＝1 100匝，求：
(1)副线圈的匝数n2、n3.
(2)电流表的读数．
11.三峡水利枢纽工程是长江流域治理开发的关键工程，是中国规模最大的水利工程。枢纽控制的流域面积为1×106 km2，占长江流域面积的56%，坝址处年平均流量Q＝4.51×1011 m3。水利枢纽的主要任务包括防洪、发电、航运三方面。在发电方面，三峡电站安装水轮发电机组26台，总装机容量即26台发电机组同时工作时的总发电功率P＝1.82×107 kW。年平均发电量约为W＝8.40×1010 kW·h，电站主要向华中、华东电网供电，以缓解这两个地区供电紧张的局面。阅读上述资料，解答下列问题。(水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2)
(1)请画出远距离输电的原理图并在其上用相应的符号标明相应的物理量；
(2)若三峡电站上、下游水位差按H＝100 m计算，试推导三峡电站将水流的势能转化为电能的效率η的公式并计算出效率η的数值；
(3)若26台发电机组全部发电，要达到年发电量的要求，每台发电机组平均年发电时间t为多少天？
(4)将该电站的电能输送到华中地区，输电功率P1＝4.5×106 kW，采用超高压输电，输电电压U＝500 kV，而发电机输出的电压约为U0＝18 kV，要使输电线上损耗的功率为输送电功率的5%，求发电站的升压变压器原、副线圈的匝数之比和输电线路的总电阻。
12.(2019·四川资阳模拟)如图所示，匀强磁场的磁感应强度B＝eq \f(\r(2),5π) T．单匝矩形线圈面积S＝1 m2，电阻不计，绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动．线圈通过电刷与一理想变压器原线圈相接，Ⓐ为交流电流表．调整副线圈的滑动触头P，当变压器原、副线圈匝数比为1∶2时，副线圈电路中标有“36 V,36 W”的灯泡正常发光．以下判断正确的是( )
A．电流表的示数为1 A
B．矩形线圈产生电动势的最大值为18 V
C．从矩形线圈转到中性面开始计时，矩形线圈电动势随时间变化的规律为e＝18eq \r(2)sin (90πt) V
D．若矩形线圈转速增大，为使灯泡仍能正常发光，应将P适当下移
13.(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
14.(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 QUOTE 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110 QUOTE W
15.如图所示，某发电机输出功率是100 kW，输出电压是250 V，从发电机到用户间的输电线总电阻为8 Ω，要使输电线上的功率损失为5%，而用户得到的电压正好为220 V，求升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比分别是( )
A．16∶1 190∶11 B．1∶16 11∶190
C．1∶16 190∶11 D．16∶1 11∶190
16..如图是用直流发电机为保温室中电热器供电的电路图,直流发电机的电动势为250 V,内阻为0.50 Ω,输电线电阻R1=R2=1.0 Ω。保温室中装有若干只完全相同的电热器用来调节室温,每只电热器的额定电压为200 V,额定功率为1 000 W,其他电阻不计,也不考虑电热器电阻随温度的变化。求:
(1)为使电热器能正常工作,应接入多少个电热器;
(2)在电热器正常工作状态下,直流发电机对保温室供热的效率;
(3)保温室内的电热器可能消耗的最大电功率。
A. t=0.005s时线框的磁通量变化率为零
B. t=0.01s时线框平面与中性面重合
C. 线框产生的交变电动势有效值为300V
D. 线框产生的交变电动势频率为100Hz