专题12 交流电-2021高考物理专项攻关高分宝典（原卷版）

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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．U2