高考物理一轮复习 高考AB卷 专题十一 交变电流

1 专题十一 交变电流

A卷 全国卷

交变电流的产生及描述

1．(2016·全国卷Ⅲ，21，6分)(难度★★)(多选)如图，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则(

)

A．两导线框中均会产生正弦交流电

B．两导线框中感应电流的周期都等于T

C．在t＝T8时，两导线框中产生的感应电动势相等

D．两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等

解析 当线框进入磁场过程中，根据E＝12BR2ω可得，感应电动势恒定，感应电流恒定，不是正弦式交流电，A错误，C正确；当线框进入磁场时，根据楞次定律可得，两线框中的感应电流方向为逆时针，当线框穿出磁场时，根据楞次定律可得，线框中产生的感应电流为顺时针，所以感应电流的周期和线框运动周期相等，B正确；线框N在完全进入磁场后有T4时间内穿过线框的磁通量不变化，没有感应电动势产生，即线框N在0～T4和3T4～T内有感应电动势，其余时间内没有；而线框M在整个过程中都有感应电动势，即便两导线框电阻相等，两者的电流有效值不会相同，D错误。

答案 BC

变压器 电能的输送

2.(2016·全国卷Ⅲ，19，6分)(难度★★★)(多选)如图，理想变压器原、副线圈分别接有 2 额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是(

)

A．原、副线圈匝数比为9∶1

B．原、副线圈匝数比为1∶9

C．此时a和b的电功率之比为9∶1

D．此时a和b的电功率之比为1∶9

解析 设灯泡的额定电压为U0，两灯均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U1＝9U0，副线圈两端电压为U2＝U0，故U1U2＝91，根据U1U2＝n1n2＝91，A正确，B错误；根据公式I1I2＝n2n1可得，I1I2＝19，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P＝UI可得，灯泡a和b的电功率之比为1∶9，C错误，D正确。

答案 AD

3．(2016·全国卷Ⅰ，16，6分)(难度★★★)一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4

Ω，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为( )

A．2 B．3 C．4 D．5

解析 开关断开时，电路如图甲所示，原、副线圈的电流比II2＝n2n1，通过R2的电流I2＝In1n2，副线圈的输出电压U2＝I2(R2＋R3)＝5In1n2，由U1U2＝n1n2可得原线圈两端的电压U1＝5In1n22，则U＝U1＋IR1＝5In1n22＋3I；开关闭合时，电路如图乙所示，原、副线圈的电流比4II2′＝n2n1，通过R2的电流I2′＝4In1n2，副线圈的输出电压U2′＝I2′R2＝4In1n2，由U1′U2′＝n1n2可得原线圈两端的电压U1′＝4In1n22，则U＝U1′＋4IR1＝4In1n22＋12I，联立解得n1n2＝3，选项B正确。 3

甲 乙

答案 B

4．(2014·新课标全国Ⅱ，21，6分)(难度★★★)(多选)如图，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端和c、d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，cd间的电压Ucd越大

D．将二极管短路，电流表的读数加倍

解析 设副线圈两端电压为U2，则有UabU2＝n1n2，由于二极管具有单向导电性，根据有效值定义可知，U22R×T2＝U2cdRT，则Ucd＝U22，故选项A错误；增大负载电阻，则变压器的输出功率减小，输入功率也减小，由P1＝UabI1可知，电流表读数减小，选项B正确；cd间的电压Ucd与R大小无关，选项C错误；将二极管短路，变压器的输出功率P2＝U22R＝2U2cdR，为原来的2倍，由P2＝P1＝UabI1可知，电流表的读数变为原来的2倍，选项D正确。

答案 BD

5．(2012·全国新课标卷，17，6分)(难度★★)自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1 900匝；原线圈为1 100匝，接在有效值为220 V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为2.0 kW。设此时原线圈中电流有效值为I1，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为( ) 4

A．380 V和5.3 A B．380 V和9.1 A

C．240 V和5.3 A D．240 V和9.1 A

解析 本题考查理想变压器公式，涉及电压公式及电功率公式：由理想变压器的电压公式可知U2＝n2n1U1＝380 V，由电功率公式可知，I2＝PU2＝5.3 A，I1＝n2n1I2＝9.1 V

答案 B

B卷 地方卷

交变电流的产生及描述

1．(2015·四川理综，4，6分)(难度★★)小型手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动，如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，则发电机输出电压( )

A．峰值是e0 B．峰值是2e0

C．有效值是22Ne0 D．有效值是2Ne0

解析 矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，所以发电机的电动势峰值为2Ne0，A、B错误；由于不计线圈的电阻，所以发电机的输出电压峰值为2Ne0，故有效值为2Ne02＝2Ne0，故D正确。

答案 D

2．(2014·江苏单科，7，4分)(难度★★)(多选)如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，过了几分钟，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有( ) 5

A．增加线圈的匝数 B．提高交流电源的频率

C．将金属杯换为瓷杯 D．取走线圈中的铁芯

解析 该装置的工作原理是，线圈内变化的电流产生变化的磁场，从而使金属杯体内产生涡流，再把电能转化为内能，使杯内的水发热。交流电源的频率一定时，线圈产生的磁场越强，杯体内磁通量变化就越快，产生的涡流就越大，增加线圈的匝数会使线圈产生的磁场增强，而取走线圈中的铁芯会使线圈产生的磁场减弱，故A正确、D错误；交流电源的频率增大，杯体内磁通量变化加快，产生的涡流增大，故B正确；瓷为绝缘材料，不能产生涡流，故C错误。

答案 AB

3．(2014·天津理综，7，6分)(难度★★★)(多选)如图1所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图2中曲线a，b所示，则(

)

A．两次t＝0时刻线圈平面均与中性面重合

B．曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3

C．曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz

D．曲线b表示的交变电动势有效值为10 V

解析 线圈经过中性面时不切割磁感线，此时感应电动势为零，选项A正确；由图可知曲线a、b的周期之比为2∶3，则对应的线圈转速之比为3∶2，选项B错误；曲线a的周期为Ta＝4×10－2 s，其频率为fa＝1Ta＝25 Hz，选项C正确；曲线a、b表示的交变电流的峰值之比为EmaEmb＝ωaωb＝32，又Ema＝15 V，Emb＝10 V，Ub＝22Emb＝52 V，选项D错误。

答案 AC

4．(2013·海南单科，3，3分)(难度★★)通过一阻值R＝100 Ω的电阻的交变电流如图所示，其周期为1 s。电阻两端电压的有效值为( ) 6

A．12 V B．410 V

C．15 V D．85 V

解析 由有效值定义可得U2R×1 s＝(0.1 A)2×R×0.4 s×2＋(0.2 A)2×R×0.1 s×2，其中R＝100 Ω，

可得U＝410 V，B正确。

答案 B

变压器 电能的输送

5.(2016·江苏单科，4，3分)(难度★★)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点顺时针转到N点的过程中( )

A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高

C．U2

解析 由U1U2＝n1n2，n1>n2知U2

答案 C

6．(2016·四川理综，2，6分)(难度★★★)如图所示，接在家庭电路上的理想降压变压器给小灯泡L供电，如果将原、副线圈减少相同匝数，其它条件不变，则( )

A．小灯泡变亮

B．小灯泡变暗

C．原、副线圈两端电压的比值不变 7 D．通过原、副线圈电流的比值不变

解析 原、副线圈减去相同的匝数n后，有n1′n2′＝n1－nn2－n，可以得出，n1n2－n1′n2′＝n（n2－n1）n2（n2－n）<0，则说明n1′n2′的比值变大，由n1′n2′＝U1U2′＝I2′I1′知，选项C、D错误；由n1n2＝U1U2和n1′n2′＝U1U2′知，U2′

答案 B

7．(2016·天津理综，5，6分)(难度★★)如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是(

)

A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大

B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大

C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大

D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大

解析 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小；原线圈中的电流也变大，电流表A1示数变大，选项D错误。

答案 B

8．(2015·福建理综，15，6分)(难度★★★)图为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsin ωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其它因素的影响，则输电线上损失的电功率为( )