北京专用版高考物理大一轮复习 专题十三 交变电流练习docx.docx
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北京专用版高考物理大一轮复习专题十三交变电流练习docx
专题十三 交变电流
挖命题
【考情探究】
考点
考向
5年考情
预测热度
考题示例
学业水平
关联考点
素养要素
交流电
交变电流及正弦式交变电流的产生
★★★
正弦式交变电流的图像和三角函数的表达
2017天津理综,6,6分
3
电动势、焦耳热
科学推理
最大值、瞬时值、有效值与平均值
2015四川理综,4,6分
3
科学推理
变压器、电
能的输送
电阻、感抗与容抗
★★
变压器
2017北京理综,16,6分
4
交流电的有效值
科学推理
电能的输送
传感器与
电磁振荡、
电磁波
传感器
2016北京理综,21
(1)
3
热敏电阻
科学推理
★★★
电磁振荡
电磁场和电磁波
2016北京理综,14,6分
3
电磁波和机械波的传播特性
科学推理
电磁波谱、电磁波的应用
电磁波的发射、传播和接收
2018北京理综,24
(2)
4
能量观念、
模型建构、
科学推理
2015北京理综,20,6分
3
科学推理
分析解读 近几年内对本专题的内容常有考查,考查集中在简单的概念和现象的理解上,难度较低。
主要考查考生的理解能力、提取信息能力、应用基本概念规律分析和推理计算的能力。
【真题典例】
破考点
【考点集训】
考点一 交流电
1.如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁场方向垂直的轴匀速转动产生交流电,电动势e随时间t的变化关系如图乙所示,则( )
A.该交流电的频率为100Hz
B.该交流电电动势的有效值为311V
C.t=0.01s时,穿过线框的磁通量为零
D.t=0.01s时,穿过线框的磁通量的变化率为零
答案 D
2.如图所示,交流发电机的矩形金属线圈abcd的边长ab=cd=50cm,bc=ad=30cm,匝数n=100,线圈的总电阻r=10Ω,线圈位于磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向平行。
线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F(集流环)焊接在一起,并通过电刷与阻值R=90Ω的定值电阻连接。
现使线圈绕过bc和ad边中点且垂直于磁场的转轴OO'以角速度ω=400rad/s匀速转动。
电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。
求:
(1)线圈中感应电流的最大值;
(2)线圈转动过程中电阻R的发热功率;
(3)从线圈经过图示位置开始计时,经过周期通过电阻R的电荷量。
答案
(1)3.0A
(2)405W (3)7.5×10-3C
3.电源是把其他形式能转化为电势能的装置。
我们通常使用的电源有交流、直流之分。
(1)法拉第发明了世界上第一台直流发电机——法拉第圆盘发电机。
如图1所示为其示意图,铜质圆盘竖直放置在水平向左的匀强磁场中,它可以绕水平轴在竖直平面内转动。
当两个电刷分别位于圆盘的边缘和圆心处时,在圆盘匀速转动时产生的电流是稳定的。
用导线将电刷与电阻R连接起来形成回路。
已知匀强磁场的磁感应强度大小为B,圆盘半径为a,圆盘匀速转动时的角速度为ω,发电机内阻为r1。
求电源电动势E,并判断通过电阻R的电流方向。
图1
(2)如图2所示为一个小型交流发电机的原理图,n匝矩形线圈处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,ab边、cd边分别连在两个滑环上,导体做的两个电刷分别压在滑环上。
线圈ab边的边长为L1,bc边的边长为L2,总电阻为r2。
线圈以恒定的角速度ω绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO'匀速转动。
用导线将电刷与电阻R连接起来形成回路。
回路中其他电阻不计。
请你说明发电机线圈平面转至何位置时感应电动势具有最大值Em,并推导此最大值的表达式。
图2
(3)若已知L1=2a,L2=a,求上述两个发电机分别为电阻R供电时,电阻R消耗的电功率之比。
答案
(1)圆盘产生的电动势为E=Ba
=ωa
E=Bωa2
根据右手定则可以判断:
流过电阻R的电流方向为从c到d。
(2)当线圈平面转至与磁场方向平行位置(图示位置)时,线圈中的感应电动势最大
设此时ab、cd边的线速度大小为v,
则单匝线圈时ab边产生的感应电动势为E1=BL1v
cd边产生的感应电动势为E2=BL1v
n匝线圈产生的总感应电动势为Em=n(E1+E2)=2nBL1v
由于v=ωr=ω
有Em=2nBL1ω·=nBL1L2ω
(3)第一个发电机为电阻供电时:
U1=E=
第二个发电机为电阻供电时:
U2=·Em=
==
其他方法正确同样给分
考点二 变压器、电能的输送
4.为研究电阻、电容和电感对交变电流的影响,李老师设计了一个演示实验,装置如图所示。
两个电路的电源为完全相同的交流电源。
a、b、c、d、e、f为6只完全相同的小灯泡,a、b各串联一个电阻,c、d各串联一个电容器,e、f各串联一个相同铁芯匝数不同的线圈。
电阻、电容、线圈匝数的值如图所示。
老师进行演示时,接通交流电源,进行正确的操作。
下列对实验现象的描述及分析正确的是( )
A.a、b灯相比,a灯更亮,说明串联电阻不同,对交流电的阻碍作用不同
B.c、d灯均不发光,说明电容器对交流电产生阻隔作用
C.c、d灯均能发光,但c灯更亮,说明电容越大,对交流电的阻碍作用越小
D.e、f灯均能发光,但f灯更亮,说明自感系数越大,对交流电的阻碍作用越小
答案 C
5.(2016课标Ⅲ,19,6分)(多选)如图,理想变压器原、副线圈分别接有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
答案 AD
6.如图所示,有一个电热器R,接在电压为u=311sin100πt(V)的交流电源上。
电热器工作时的电阻为100Ω,电路中的交流电表均为理想电表。
由此可知( )
A.电压表的示数为311V
B.电流表的示数为2.2A
C.电热器的发热功率为967W
D.交流电的频率为100Hz
答案 B
7.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机通过升压变压器和降压变压器向用户供电。
已知输电线的总电阻为r,降压变压器原、副线圈的匝数比为n3∶n4=n∶1,降压变压器的副线圈两端电压如图乙所示,降压变压器的副线圈与阻值R0=22Ω的电阻组成闭合电路。
若将变压器视为理想变压器,则下列说法正确的是( )
A.发电机产生交流电的频率为0.5Hz
B.降压变压器的副线圈两端电压的瞬时值表达式u=220sin100πtV
C.通过R0电流的最大值为20A
D.输电线损失的功率为(W)
答案 BD
考点三 传感器与电磁振荡、电磁波
8.(多选)如图所示,是一个火警报警器的逻辑电路图。
Rt是热敏电阻,低温时电阻值很大,高温时电阻值很小,R是阻值较小的分压电阻。
下面有关叙述正确的是( )
A.要做到低温时电铃不响,高温时响,虚线处应接入一或门元件
B.高温时电铃接通的原因是X、P间电压变小,门元件导通
C.要提高电路的灵敏度应该将R的触头向下滑动
D.要提高电路的灵敏度也可以将R的触头向上滑动
答案 BC
9.(多选)LC电路中电容两端的电压随时间变化的关系如图所示,由图可知( )
A.在t1时刻,电路中的电流最大
B.在t2时刻,电路的磁场能最大
C.从t2时刻至t3时刻,电路的电场能不断增大
D.从t3时刻至t4时刻,电容器所带电荷量不断增大
答案 BC
10.关于电磁波,下列说法正确的是( )
A.雷达是用X光来测定物体位置的设备
B.使电磁波随各种信号而改变的技术叫做解调
C.用红外线照射时,大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光
D.周期性变化的电场可以产生周期性变化的磁场
答案 D
11.(2016天津理综,1,6分)我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星,它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。
米波雷达发射无线电波的波长在1~10m范围内,则对该无线电波的判断正确的是( )
A.米波的频率比厘米波频率高
B.和机械波一样须靠介质传播
C.同光波一样会发生反射现象
D.不可能产生干涉和衍射现象
答案 C
12.(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是( )
A.电磁波中最容易表现出衍射现象的是无线电波
B.紫外线的频率比可见光低,长时间照射可以促进钙的吸收,改善身体健康
C.X射线和γ射线的波长比较短,穿透力比较强
D.红外线的显著作用是热效应,温度较低的物体不能辐射红外线
答案 AC
炼技法
【方法集训】
方法1 交变电流的产生和电路的综合分析方法
1.(多选)将R1=10Ω、R2=20Ω的电阻串联接在正弦交流电路中,通过电阻R2的电流i随时间t变化的情况如图所示。
则( )
A.R1消耗的电功率是3.6W
B.R2两端的电压有效值是6V
C.通过R2的电流有效值是0.6A
D.R2两端的电压有效值是6V
答案 AC
2.如图所示为一交流发电机的原理示意图,其中矩形线圈abcd的边长lab=lcd=50cm,lbc=lad=20cm,匝数n=100,线圈的总电阻r=0.20Ω,线圈在磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动,角速度ω=100πrad/s。
线圈两端通过电刷E、F与阻值R=4.8Ω的定值电阻连接。
(π取3)
(1)从线圈经过中性面开始计时,写出线圈中感应电动势随时间变化的函数表达式;
(2)求此发电机在上述工作状态下的输出功率;
(3)求从线圈经过中性面开始计时,经过周期通过电阻R的电荷量。
答案
(1)e=150sin100πt(V)
(2)2.16×103W
(3)0.10C
方法2 理想变压器的动态分析方法
3.如图所示为模拟街头变压器通过降压给用户供电的示意图,变压器输入的交流电压可视为不变。
变压器输出的低压交流电通过输电线输送给用户。
定值电阻R0表示输电线的电阻,变阻器R表示用户用电器的总电阻。
若变压器为理想变压器,电表为理想电表,则在变阻器的滑片P向上移动的过程中( )
A.V2示数变小B.V1示数变大
C.A2示数变大D.A1示数变小
答案 D
4.(多选)图中为一理想变压器,其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连,P为滑动头。
现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始,沿副线圈匀速上滑,直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止。
用I1表示流过原线圈的电流,I2表示流过灯泡的电流,U2表示灯泡两端的电压,P2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值,电功率指平均值)。
下列4个图中,能够正确反映相应物理量的变化趋势的是( )
答案 BC
方法3 远距离输电的分析方法
5.(2014江苏单科,3,3分)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,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R。
变压器为理想变压器,则下列关系式中正确的是( )
A.=B.I2=
C.I1U1=RD.I1U1=I2U2
答案 D
6.(2014浙江理综,15,6分)如图所示为远距离交流输电的简化电路图。
发电厂的输出电压是U,用等效总电阻是r的两条输电线输电,输电线路中的电流是I1,其末端间的电压为U1。
在输电线与用户间连有一理想变压器,流入用户端的电流为I2。
则 ( )
A.用户端的电压为
B.输电线上的电压降为U
C.
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