高考物理一轮复习 第11章 交变电流 传感器章末知识整合

高考物理一轮复习 第11章 交变电流 传感器章末知识整合
1．交变电流的分析．
(1)交变电流是由矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动而产生的，实际上，与线圈形状无关，且只要是绕垂直于磁感线的轴转动，与轴的位置也无关．
(2)由于交变电流的大小和方向、交变电压的大小和正负都随时间周期性变化，所以会引起磁场、电场的强弱和方向周期性变化．因此在研究带电粒子在电场中运动时，一定要认真进行动态的受力分析．同时还要注意因交变电压的周期性引起的结果出现多解的可能性．
2．常用思维方法．
(1)图象法：用ut 图、it 图来描述交变电流产生的过程．
(2)等效法：有效值是利用同一电阻通直流电和交流电，在相同时间内产生相同热量来定义的，这也提供了一种计算有效值的方法．
(3)理想模型：对所研究的变压器是在忽略了铜损、铁损以及漏磁条件下的理想模型，所以称为理想变压器．理想变压器输入功率等于输出功率．
(4)比例法：变压器变压、变流，但不变频率，在具体问题中涉及电压与匝数之比、电流与匝数之比，因此常用比例法计算．
交变电流规律的图象
【例❶】
(2014·肇庆二模)(双选)一线圈在磁场中转动产生的正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知( )
A ．该交流电的电压瞬时值的表达式为u ＝100sin 50πt(V )
B ．0.01 s 末线圈处于中性面的位置
C ．该交流电电压的有效值为100 2 V
D ．若将该交流电压加在阻值为R ＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为50 W
解析：由电压图象可知，电压瞬时值表达式为u ＝E m sin 2π
T t ＝100sin 50πt(V )；t ＝
0.01 s 时刻电压最大，线圈所处平面与中性面垂直；电压的有效值为U ＝E m 2
＝50 2 V ；电
阻R 消耗的电功率为P ＝U
2
R
＝50 W ．选项B 、C 错误，A 、D 正确．
答案：AD
理想变压器的应用
【例❷】 (2014·广东高考)(双选)如图所示的
电路中，P 为滑动变阻器的滑片．保持理想变压器的输入电压U 1不变，闭合开关S ，下列说法正确的是( )
A ．P 向下滑动时，灯L 变亮
B ．P 向下滑动时，变压器的输出电压不变
C ．P 向上滑动时，变压器的输入电流变小
D ．P 向上滑动时，变压器的输出功率变大
解析：根据U 1n 1＝U 2
n 2
，若输入电压U 1不变，则输出电压U 2不变，当滑片P 向下滑动时，灯
泡两端的电压不变，灯泡亮暗不变化，故选项A 错误，选项B 正确；当滑片P 向上滑动时，R 0支路电阻减小，输出端的总电阻减小，根据P ＝U 2
2
R ，输出的功率增大，因输入功率等于输
出功率，所以输入功率变大，输入电流变大，故选项C 错误，选项D 正确．
答案：BD
一、单项选择题
1．(2013·天津高考)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 这一侧线圈的匝数较少，工作时电流为I ab ，cd 这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 cd
B ．ab 接MN 、cd 接PQ ，I ab >I cd
C ．ab 接PQ 、cd 接MN ，I ab <I cd
D ．ab 接PQ 、cd 接MN ，I ab >I cd
解析：根据电流互感器原理，原线圈中电流与副线圈电流的比值等于副线圈匝数与原线圈匝数的比值，电流互感器原线圈匝数少，接高压电路；副线圈匝数多，接电流表，所以
ab 接MN 、cd 接PQ ，I ab >I cd ，选项B 正确．
答案：B
2．(2013·四川高考)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 ，通过负载的电流图象如图所示，则( )
A ．变压器输入功率约为3.9 W
B ．输出电压的最大值是110 V
C ．变压器原、副线圈的匝数比是12
D ．负载电流的函数表达式i ＝0.05sin (100πt ＋π2
) (A )
解析：通过负载的电流有效值为0.025 2 A ，变压器输入功率约为P ＝UI ＝110×0.025 2 W ＝3.9 W ，选项A 正确．变压器输出电压的最大值是110 2 V ，选项B 错误．由变压公式，变压器原、副线圈的匝数比是21，选项C 错误．负载电流的函数表达式i ＝0.05sin 100πt (A )，选项D 错误．
答案：A 3.
(2013·广东高考)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n 1n 2＝21，
和
均为理
想电表，灯泡电阻R L ＝6 Ω，AB 端电压u 1＝122sin 100 πt(V )．下列说法正确的是( )
A ．电流频率为100 Hz
B .的读数为24 V
C .的读数为0.5 A
D ．变压器输入功率为6 W
解析：由ω＝100π＝2πf 解得：f ＝50 Hz ，选项A 错误；AB 端电压有效值U 1＝12 V ，根据变压公式，副线圈电压U 2＝6 V ，
的读数为6 V ．由欧姆定律可得I ＝U 2
R L
＝1 A ，
的
读数为1 A ，选项B 、C 错误；由理想变压器功率关系，变压器输入功率为P ＝ I U 2＝6 W ，选项D 正确．
答案：D 4.
(2014·茂名二模)如图所示的调压器，滑动触头P 和Q 都可以调节，在输入交变电压一定的条件下，要使输出电压增大，输入电流增大，下列做法正确的是( )
A ．Q 不动，P 向下移动
B ．Q 不动，P 向上移动
C ．P 不动，Q 向下移动
D ．P 不动，Q 向上移动
解析：在输入电压不变的情况下，要增大输出电压、输入电流，由U 1U 2＝n 1n 2、I 1I 2＝n 2
n 1
得，必
须减少原线圈的匝数，才能使输出电压增大，故Q 向下移动，C 正确．
答案：C
5.
(2014·湛江二模)一个闭合矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的感应电流如图所示，由图可知( )
A．该交流电电流的有效值是5 A
B．该交流电的频率是20 Hz
C．t＝0时刻线圈平面位于中性面
D．该交流电电流的瞬时表达式为i＝5cos 100πt(A)
解析：由it图象可知，该交变电流的有效值为I＝5
2
A＝
52
2
A，选项A错误；该交
变电流的周期为0.02 s，故该交流电的频率为50 Hz，选项B错误；t＝0时刻，线圈中电流最大，穿过该闭合线圈的磁通量最小，线圈平面与中性面垂直，选项C错误；该交流电的瞬时表达式为i＝5cos 2πft(A)＝5cos 100πt(A)，选项D正确．
答案：D
6．(2013·福建高考)
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＝102sin10πt (V)，则( ) A．该交变电流的频率为10 Hz
B．该电动势的有效值为10 2 V
C．外接电阻R所消耗的电功率为10 W
D．电路中理想交流电流表的示数为1.0 A
解析：由2πf＝10π可得该交变电流的频率为f＝5 Hz，选项A错误；该电动势的最大
值为10 2 V，有效值为10 V，选项B错误；外接电阻R中电流I＝E
R＋r
＝1 A，电路中理想交流电流表的示数为1.0 A，外接电阻R所消耗的电功率为P＝I2R＝9 W，选项C错误，选项D正确．
答案：D
二、双项选择题
7.
(2014·梅州质检)将阻值为4 Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，该电源电动势e 随时间t变化的规律如图所示，下列说法正确的是( )
A ．电路中交变电流的频率为2.5 Hz
B ．通过电阻的电流为 2 A
C ．电阻消耗的电功率为2 W
D ．电阻两端的电压是4 V
解析：由图可知，交流电周期T ＝4×10－1
s 则频率f ＝1T ＝2.5 Hz ，A 对；由全电路欧
姆定律得I ＝U R 总＝42×4 A ＝22 A ，B 错；P ＝I 2
R ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫222×4 W ＝2 W ，C 对；电阻两端电压
是有效值U R ＝
42
V ＝2 2 V ，D 错．
答案：AC
8．(2013·山东高考)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．线圈绕垂直于磁场方向的水平轴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象如图乙所示，以下判断正确的是( )
A ．电流表的示数为10 A
B ．线圈转动的角速度为50π rad /s
C ．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，为10 A ，选项A 正确；由图乙可知，周期为0.02 s ，频率为f ＝50 Hz ，线圈转动的角速度为ω＝2πf ＝100π rad /s ，选项B 错误；0.01 s 时产生的感应电流为负最大，线圈平面与磁场方向平行，选项C 正确；由右手定则可判断0.02 s 时电阻R 中电流的方向自左向右，选项D 错误．
答案：AC。