2013年高考物理三轮冲刺 专题十二 交变电流课件

专题十二 交变电流高考试题考点一 交变电流的产生及描述 ★★★★1.(2013年山东理综,17,5分)图(甲)是小型交流发电机的示意图,两磁极N 、S 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场, 为交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO ′沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图(乙)所示,以下判断正确的是( )A.电流表的示数为10 AB.线圈转动的角速度为50π rad/sC.0.01 s 时线圈平面与磁场方向平行D.0.02 s 时电阻R 中电流的方向自右向左 解析:电流表的示数为交变电流的有效值I=2m I =10 A,选项A 正确;由ω=2πT 可得,线圈转动的角速度为 ω=22π210-⨯rad/s=100π rad/s,选项B 错误;0.01 s 时,电路中电流最大,即电路中磁通量的变化率最大,故该时刻通过线圈的磁通量最小,即该时刻线圈平面与磁场方向平行,选项C 正确;根据楞次定律可得,0.02 s 时电阻R 中电流的方向自左向右,选项D 错误. 答案:AC2.(2013年福建理综,15,6分)如图,实验室一台手摇交流发电机,内阻r=1.0 Ω,外接R=9.0 Ω的电阻.闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势e=102sin 10πt (V),则( )A.该交变电流的频率为10 HzB.该电动势的有效值为102 VC.外接电阻R 所消耗的电功率为10 WD.电路中理想交流电流表的示数为1.0 A解析:因e=102sin 10πt (V),故ω=10π rad/s,由ω=2πf 得f=2πω=5 Hz,选项A 错误;E m =102 V,故其有效值E=2m=10 V,选项B 错误;交流电表的示数及功率的计算均要用有效值,因此电路中的示数I=ER r+=1.0 A,选项D 正确;外接电阻R 所消耗的功率为P=I 2R=1.02×9 W=9 W,选项C 错误. 答案:D点评： 在解决交变电流产生的效果问题时,所用物理量或电表的示数均为有效值,处理电容器问题时才考虑峰值.3.(2012年北京理综,15,6分)一个小型电热器若接在输出电压为10 V 的直流电源上,消耗电功率为P;若把它接在某个正弦交流电源上,其消耗的电功率为2P.如果电热器电阻不变,则此交流电源输出电压的最大值为( ) A.5 V B.52 V C.10 V D.102 V 解析:本题考查描述交变电流的物理量.由P=2U R 得P=()210V R; 设交流电的有效值为U ′,则有2P =2U R ',联立可得U ′=52 V,根据有效值和最大值之间的关系可得U m ′=2U ′=52×2 V=10 V,选项C 正确. 答案:C4.(2012年四川理综,16,6分)如图所示,在铁芯P 上绕着两个线圈a 和b,则( )A.线圈a 输入正弦交变电流,线圈b 可输出恒定电流B.线圈a 输入恒定电流,穿过线圈b 的磁通量一定为零C.线圈b 输出的交变电流不对线圈a 的磁场造成影响D.线圈a 的磁场变化时,线圈b 中一定有电场解析:根据变压器工作原理,a 是原线圈,b 为副线圈,a 接正弦式交流电时,b 中一定输出正弦式交流电,故选项A 错误;a 中输入恒定电流,产生稳定磁场,b 中磁通量一定不为零,故选项B 错误;b 中输出的电流对a 的磁场有阻碍作用,故选项C 错误;只要穿过b 的磁通量变化,b 一定产生电磁感应,有电场,故选项D 正确. 答案:D5.(2011年四川理综,20,6分)如图所示,在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T,转轴O 1O 2垂直于磁场方向,线圈电阻为2 Ω.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过60°时的感应电流为1 A.那 么( )A.线圈消耗的电功率为4 WB.线圈中感应电流的有效值为2 AC.任意时刻线圈中的感应电动势为e=4cos2πTtD.任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ=πT sin 2πTt 解析:正弦式交变电流产生时,由题图位置开始计时,其感应电动势的瞬时值表达式为e=BS ωcos(2πTt),转过60°时,瞬时电流为1 A,得:BS ω=4 V,所以选项C 正确;感应电流的有效值I=2m I =2BS R ω⋅=2 A,所以选项B 错误;线圈消耗功率P=I 2·R=4 W,所以选项A 正确;磁通量最大值Φm =BS=42πT =2πT .所以任意时刻磁通量Φ=2πT ·sin (2πTt),所以选项D 错误. 答案:AC6.(2011年安徽理综,19,6分)如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度为B.电阻为R 、半径为L 、圆心角为45°的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O 轴以角速度ω匀速转动(O 轴位于磁场边界).则线框内产生的感应电流的有效值为( )A. 22BL R ωB.222BL R ωC.224BL RωD.24BL Rω解析:线框从图示位置匀速转入磁场和转出磁场的过程中线框中有感应电流,大小为I 1=22BL R ω,但有电流的时间只有14周期,由交流电有效值的定义,有效值I 为:I 2RT=21I R ·4T +0,所以I=12I =24BL R ω.故答案为D.答案:D考点二 变压器原理及动态分析 ★★★★1.(2013年广东理综,16,4分)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比n 1∶n 2=2∶1,和均为理想电表,灯泡电阻R L =6 Ω,AB 端电压u 1=122sin 100πt (V).下列说法正确的是( )A.电流频率为100 HzB.的读数为24 VC.的读数为0.5 A D.变压器输入功率为6 W解析:由输入电压u 1=122sin 100πt (V)可知,ω=100π rad/s=2πf,所以频率f=50 Hz,选项A 错误;由变压公式12n n =12U U 可得U 2=6 V,所以选项B 错误;根据欧姆定律得电流表示数I=2L U R =1 A,选项C 错误;变压器输入功率应等于输出功率,所以P=22LU R =6 W,选项D 正确. 答案:D点评： 本题考查的是变压器的规律,同时还包含了其瞬时值、有效值等常考知识点,所以应熟练掌握变压公式.输入功率与输出功率的关系及电表测量特点是准确解决这类问题的有效方法.2.(2013年天津理综,4,6分)普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要通过电流互感器来连接,图中电流互感器ab 一侧线圈的匝数较少,工作时电流为I ab ,cd 一侧线圈的匝数较多,工作时电流为I cd ,为了使电流表能正常工作,则( )A.ab 接MN 、cd 接PQ,I ab <I cdB.ab 接MN 、cd 接PQ,I ab >I cdC.ab 接PQ 、cd 接MN,I ab <I cdD.ab 接PQ 、cd 接MN,I ab >I cd解析:为使电流表正常工作,电流表应接在电流较小一侧,由12I I =21n n 可知,匝数较多的cd 端应接PQ,匝数少的ab 端接MN,这样I ab >I cd ,选项B 正确. 答案:B3.(2013年四川理综,2,6分)用220 V 的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电压是110 V,通过负载的电流图像如图所示,则( )A.变压器输入功率约为3.9 WB.输出电压的最大值是110 VC.变压器原、副线圈匝数比是1∶2D.负载电流的函数表达式i=0.05sin （100πt+π2）A解析:根据理想变压器的输入功率等于输出功率,P 入=P 出=P 负=1102W ≈3.9 W,选项A 正确;题干中变压器输出电压的数值是有效值,则最大值应是2选项B 错误;根据理想变压器的变压比关系式可得,原、副线圈匝数比12n n =12U U =21,选项C 错误;由题图可得,负载电流的函数表达式为i=I m sin （2πTt+0） A,解得i=0.05sin(100πt)A,故选项D 错误. 答案:A4.(2013年江苏卷,8,4分)如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P 处于图示位置时,灯泡L 能发光.要使灯泡变亮,可以采取的方法有( )A.向下滑动PB.增大交流电源的电压C.增大交流电源的频率D.减小电容器C 的电容解析:向下滑动P 时,副线圈的匝数变少,由变压比公式可知,副线圈两端的电压变小,灯泡变暗,选项A 错误;增大交流电源的电压,由变压比公式可知,副线圈两端的电压增大,灯泡变亮,选项B 正确;电压不变,增大交流电源的频率,电容器的容抗减小,电路中的电流变大,灯泡变亮,选项C 正确;减小电容器的电容,电容器的容抗增大,电路中电流减小,灯泡变暗,选项D 错误. 答案:BC5.(2012年重庆理综,15,6分)如图所示,理想变压器的原线圈接入u=11 0002sin 100πt(V)的交变电压,副线圈通过电阻r=6 Ω的导线对“220 V 880 W ”的电器R L 供电,该电器正常工作.由此可知( )A.原、副线圈的匝数比为50∶1B.交变电压的频率为100 HzC.副线圈中电流的有效值为4 AD.变压器的输入功率为880 W解析:R L 正常工作,由P=UI,知副线圈中的电流I=PU=4 A,所以导线所占电压U 线=I ·r=24 V,所以副线圈上输出电压U 2=244 V,所以原、副线圈匝数比12n n =12U U =11000V 244V =275061,故选项A 错误,选项C 正确;由交流电u=nBS ωsin ωt,知该交流电ω=100π,所以f=2π=50 Hz,故选项B 错误;输入功率等于输出功率,输出功率P 2=P L +P 线=P L +I 2·r=976 W,故选项D 错误. 答案:C6.(2012年山东理综,18,5分)图(甲)是某燃气炉点火装置的原理图.转换器将直流电压转换为图(乙)所示的正弦交变电压,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n 1、n 2.为交流电压表.当变压器副线圈电压的瞬时值大于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.以下判断正确的是( )A.电压表的示数等于5 VB.2V C.实现点火的条件是21n n >1 000D.实现点火的条件是21n n <1 000 解析:电压表V 测量变压器原线圈的输入电压,其示数为交流电的有效值,则U 1=12m U =52V,选项B 正确,A 错误;点火要求副线圈的输出电压大于5 000 V,由变压器原理12U U =12n n ,可得U 2=21n n U 1m >5 000 V,所以21n n > 1 000,选项C 正确,D 错误. 答案:BC7.(2011年广东理综,19,6分)图(甲)左侧的调压装置可视为理想变压器,负载电路中R=55 Ω,、为理想电流表和电压表,若原线圈接入如图(乙)所示的正弦交变电压,电压表的示数为110 V,下列表述正确的是( )A.电流表的示数为2 AB.原、副线圈匝数比为1∶2C.电压表的示数为电压的有效值D.原线圈中交变电压的频率为100 Hz 解析:I=UR=2 A,选项A 正确;原、副线圈匝数比n 1∶n 2=U 1∶U 2=2∶1,选项B 错误;电压表的示数为电压的有效值,选项C 正确;由u t 图像得T=0.02 s,故频率为50 Hz,选项D 错误. 答案:AC考点三 远距离输电问题 ★★★1.(2012年天津理综,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P 1,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P 2,则P 1和21P P 分别为( )A.PR kU ,1nB.2P kU ⎛⎫⎪⎝⎭ R,1nC.PR kU ,21n D.2P kU ⎛⎫⎪⎝⎭R,21n 解析:原线圈的电压为U,副线圈与原线圈的匝数比为k,则副线圈的电压为kU,输电线路中的电流为P kU ,所以线路损耗的电功率P 1=2P kU ⎛⎫⎪⎝⎭R,故线路损耗的电功率与21k 成正比,即若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,输电线路损耗的电功率将变为原来的21n ,选项D 正确. 答案:D2.(2010年浙江理综,17,6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 AB.输电线上由电阻造成的损失电压为15 kVC.若改用5 kV电压输电,则输电线上损失的功率为9×108 kWD.输电线上损失的功率为ΔP=U2/r,U为输电电压,r为输电线的电阻解析:当U=500 kV时,输电线上输送的电流I=PU=95310510⨯⨯A=6×103 A,而U损=Ir=15 kV,选项A错,B对.当U=5 kV时,P耗=2PU⎛⎫⎪⎝⎭r=293310510⎛⎫⨯⎪⨯⎝⎭×2.5 W=9×108kW,大于总的输出功率,不合理,选项C错.ΔP=2Ur中,U应为输电线上损耗的电压,而不是输电电压,选项D错.答案:B点评：对远距离输电问题,要注意输电电压和输电线上损耗的电压的区别.3.(2010年江苏卷,7,4分)在如图所示的远距离输电电路图中,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变,随着发电厂输出功率的增大,下列说法中正确的有( )A.升压变压器的输出电压增大B.降压变压器的输出电压增大C.输电线上损耗的功率增大D.输电线上损耗的功率占总功率的比例增大解析:对升压(或降压)变压器而言,由变压器电压比U1∶U2=n1∶n2知,输入电压不变,匝数不变,输出电压不变,故选项A错误;由P=UI知,U不变,P增大,故I增大,使得输电线上的电压损耗ΔU=I2R线增大,功率损耗ΔP=22I R线增大,所以降压变压器上的输入电压减小,输出电压减小,所以选项B错误,C正确;因为输电线上损耗的功率占总功率的比例为1PP∆=221I RP线=211121P nRU nP⎛⎫⋅⎪⎝⎭线=2112212Pn RU n线∝P1,所以随发电厂输出功率变大,该值变大,选项D正确. 答案:CD4.(2009年山东理综,19,4分)某小型水电站的电能输送示意图如下,发电机的输出电压为200 V,输电线总电阻为r,升压变压器原副线圈匝数分别为n1、n2.降压变压器原副线圈匝数分别为n3、n4(变压器均为理想变压器).要使额定电压为220 V的用电器正常工作,则( )A.21nn>34nnB.21nn<34nnC.升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压D.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 解析:根据变压器工作原理可知12n n =2200U ,34n n =3220U ,由于输电线上损失一部分电压,升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压,有U 2>U 3,所以21n n >34n n ,选项A 正确,B 、C 不正确.升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率加上输电线损失功率,选项D 正确. 答案:AD。