高考物理专题十三 交变电流.docx
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高考物理专题十三 交变电流.docx
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高考物理专题十三交变电流
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
关联考点
学业水平
素养要素
交变电流
的产生及
描述
交变电流的变化规律
2016课标Ⅲ,21,6分
感应电动势
水平3
物理观念
★★☆
正弦式交变电流的瞬时值、峰值、有效值、平均值的比较
2018课标Ⅲ,16,6分
焦耳定律
水平2
物理观念
变压器、
电能的
输送
理想变压器原理和基本关系
2016课标Ⅰ,16,6分
能量守恒
水平2
物理观念
★★★
2016课标Ⅲ,19,6分
电功率
水平3
科学思维
2014山东理综,17,6分
电流有效值
水平3
物理观念
2015课标Ⅰ,16,6分
电功率的计算
水平2
物理观念
远距离输电问题
分析解读 本专题知识是电磁感应知识的应用和延伸,因此运用电磁感应定律来理解交变电流的产生及变压器的原理是关键和核心。
交变电流的有效值、平均值、图像及变压器原理、远距离输电是高考的重点。
交流电路与工农业生产和日常生活紧密联系,所以复习时一定要注意理论与实际的结合。
【真题典例】
破考点
【考点集训】
考点一 交变电流的产生及描述
1.(2013山东理综,17,5分)(多选)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10A
B.线圈转动的角速度为50πrad/s
C.0.01s时线圈平面与磁场方向平行
D.0.02s时电阻R中电流的方向自右向左
答案 AC
2.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,如图甲所示,产生的交变电动势的图像如图乙所示,则( )
A.t=0.005s时线框的磁通量变化率为零
B.t=0.01s时线框平面与中性面重合
C.线框产生的交变电动势有效值为311V
D.线框产生的交变电动势频率为100Hz
答案 B
3.如图所示为一交流电压随时间变化的图像。
每个周期内,前三分之一周期电压按正弦规律变化,后三分之二周期电压恒定。
根据图中数据可得,此交流电压的有效值为( )
A.7.5VB.8VC.2VD.3V
答案 C
4.如图所示,在xOy直角坐标系中的第二象限有垂直坐标平面向里的匀强磁场,第四象限有垂直坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度的大小均为B。
直角扇形导线框半径为L、总电阻为R,在坐标平面内绕坐标原点O以角速度ω逆时针匀速转动。
线框从图中所示位置开始转动一周的过程中,线框内感应电流的有效值是( )
A.I=B.I=
C.I=0D.I=
答案 B
考点二 变压器、电能的输送
5.如图是原、副线圈都有中心抽头(匝数一半处)的理想变压器,原线圈通过单刀双掷开关S1与电流表连接,副线圈通过另一单刀双掷开关S2与定值电阻R0相连接,通过S1、S2可以改变原、副线圈的匝数。
现在原线圈上加一电压有效值为U的正弦交流电,当S1接a,S2接c时,电流表的示数为I,下列说法正确的是( )
A.当S1接a,S2接d时,电流为2I
B.当S1接a,S2接d时,电流为
C.当S1接b,S2接c时,电流为4I
D.当S1接b,S2接d时,电流为
答案 C
6.(2019届山东德州质检,9,4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
7.(2017湖南六校联考,19)(多选)总理在十二届五次人大会议上提出了清洁能源问题,某大型光伏电站的功率是500kW,电压为12V,送往外地时,先通过逆变器转化为220V的交流电(转化效率为80%),然后经变压器Ⅰ升压为20000V,通过总电阻为20Ω的输电线路送往某地,再经变压器Ⅱ降为220V电压供用户使用,下列说法正确的是( )
A.变压器Ⅱ的原副线圈匝数比为1000∶11
B.变压器Ⅰ的原副线圈匝数比为11∶1000
C.用户最多可使用的功率为392kW
D.用户负载越多,线路上损耗的功率越小
答案 BC
8.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Iab,cd一侧线圈的匝数较多,工作时电流为Icd,为了使电流表能正常工作,则( )
A.ab接MN、cd接PQ,Iab
C.ab接PQ、cd接MN,Iab
答案 B
炼技法
【方法集训】
方法 理想变压器动态问题的分析方法
1.(多选)如图所示,理想变压器原线圈a、b两端接正弦交变电压u,u=220sin100πt(V),电压表V接在副线圈c、d两端(不计导线电阻),则当滑动变阻器滑片向右滑动时( )
A.电压表示数不变
B.电流表A2的示数始终为0
C.若滑动变阻器的滑片不动,仅改变u,使u=220sin200πt(V),则电流表A1的示数增大
D.若滑动变阻器的滑片不动,仅改变u,使u=220sin200πt(V),则电流表A1的示数减小
答案 AC
2.(2019届山东临沂质检,6,4分)有一种调压变压器的构造如图所示。
线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,C、D之间加上输入电压,转动滑动触头P就可以调节输出电压。
图中A为交流电流表,V为交流电压表,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C、D两端接正弦交流电源,变压器可视为理想变压器,则下列说法正确的是( )
A.当R3不变,滑动触头P顺时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变小
B.当R3不变,滑动触头P逆时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变小
C.当P不动,滑动变阻器滑动触头向上滑动时,电流表读数变小,电压表读数变小
D.当P不动,滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电流表读数变大,电压表读数变大
答案 A
3.(多选)如图所示,电路中的变压器为理想变压器,S为单刀双掷开关。
P是滑动变阻器R的滑动触头,U1为加在原线圈两端的交变电压,I1、I2分别为原线圈和副线圈中的电流。
下列说法正确的是( )
A.保持P的位置及U1不变,S由a切换到b,则I1减小
B.保持P的位置及U1不变,S由b切换到a,则R上消耗的功率减小
C.保持U1不变,S由b切换到a,将P向上滑动,则I1增大
D.保持U1不变,S由a切换到b,将P向下滑动,则R上消耗的功率增大
答案 AC
4.(2018东北三校联考,12,4分)(多选)如图所示为一自耦变压器供电电路图,输入电压U0不变,R1和R2是两个定值电阻,L1、L2是两个灯泡,均能发光,R是滑动变阻器,电压表示数为U,电流表示数为I,电压表、电流表示数变化量的绝对值分别用ΔU、ΔI表示,两电表均为理想电表,则以下说法正确的是( )
A.副线圈中电流的频率会随滑片P的移动而改变
B.仅将滑片P向上移动,灯泡L1变亮
C.仅将滑片Q向上移动,灯泡L2变暗
D.仅将滑片Q向下移动,=R2+
答案 BC
过专题
【五年高考】
A组 基础题组
1.(2018课标Ⅲ,16,6分)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正。
该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示。
则Q方∶Q正等于( )
A.1∶B.∶1C.1∶2D.2∶1
答案 D
2.(2015四川理综,4,6分)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e0B.峰值是2e0
C.有效值是Ne0D.有效值是Ne0
答案 D
3.(2016课标Ⅰ,16,6分)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3Ω、1Ω和4Ω,
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.2B.3C.4D.5
答案 B
4.(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
5.(2016江苏单科,4,3分)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 答案 C 6.(2016课标Ⅲ,21,6分)(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=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 答案 BC 7.(2014山东理综,17,6分)(多选)如图,将额定电压为60V的用电器,通过一理想变压器接在正弦交变电源上。 闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220V和2.2A。 以下判断正确的是( ) A.变压器输入功率为484W B.通过原线圈的电流的有效值为0.6A C.通过副线圈的电流的最大值为2.2A D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶3 答案 BD B组 提升题组 1.(2018天津理综,4,6分)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。 利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电,电路如图所示,理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U,R消耗的功率为P。 若发电机线圈的转速变为原来的,则( ) A.R消耗的功率变为PB.电压表V的读数变为U C.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变 答案 B 2.(2017北京理综,16,6分)如图所示,理想变压器的原线圈接在u=220sin100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表。 下列说法正确的是( ) A.原线圈的输入功率为220W B.电流表的读数为1A C.电压表的读数为110V D.副线圈输出交流电的周期为50s 答案 B 3.(2018江苏单科,2,3分)采用220kV高压向远方的城市输电。 当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减小为原来的,输电电压应变为( ) A.55kVB.110kVC.440kVD.880kV 答案 C 4.(2017天津理综,6,6分)(多选)在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属线圈,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。 设线圈总电阻为2Ω,则( ) A.t=0时,线圈平面平行于磁感线 B.t=1s时,线圈中的电流改变方向 C.t=1.5s时,线圈中的感应电动势最大 D.一个周期内,线圈产生的热量为8π2J 答案 AD 5.(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.理想变压器的输入功率为r D.输电线路上损失的电功率为I1U 答案 A 6.(2015课标Ⅰ,16,6分)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上,如图所示。 设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则( ) A.U=66V,k=B.U=22V,k= C.U=66V,k=D.U=22V,k= 答案 A 7.(2014课标Ⅱ,21,6分)(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 答案 BD C组 教师专用题组 1.(2016天津理综,5,6分)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 答案 B 2.(2016四川理综,2,6分)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,其他条件不变,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 D.通过原、副线圈电流的比值不变 答案 B 3.(2015安徽理综,16,6分)图示电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器。 现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2A,电流表A2的示数增大了0.8A,则下列说法正确的是( ) A.电压表V1示数增大 B.电压表V2、V3示数均增大 C.该变压器起升压作用 D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动 答案 D 4.(2015天津理综,6,6分)(多选)如图所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表,副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节,在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑动触头。 在原线圈上加一电压为U的正弦交流电,则( ) A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变大 B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变小 C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变大 D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变小 答案 BC 5.(2015广东理综,15,4分)图为气流加热装置的示意图,使用电阻丝加热导气管,视变压器为理想变压器,原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变,调节触头P,使输出电压有效值由220V降至110V。 调节前后( ) A.副线圈中的电流比为1∶2 B.副线圈输出功率比为2∶1 C.副线圈的接入匝数比为2∶1 D.原线圈输入功率比为1∶2 答案 C 6.(2015江苏单科,1,3分)一电器中的变压器可视为理想变压器,它将220V交变电流改变为110V。 已知变压器原线圈匝数为800,则副线圈匝数为( ) A.200B.400C.1600D.3200 答案 B 7.(2015海南单科,10,5分)(多选)如图,一理想变压器原、副线圈匝数之比为4∶1,原线圈与一可变电阻串联后,接入一正弦交流电源;副线圈电路中固定电阻的阻值为R0,负载电阻的阻值R=11R0, 是理想电压表。 现将负载电阻的阻值减小为R=5R0,保持变压器输入电流不变,此时电压表的读数为5.0V,则( ) A.此时原线圈两端电压的最大值约为34V B.此时原线圈两端电压的最大值约为24V C.原线圈两端原来的电压有效值约为68V D.原线圈两端原来的电压有效值约为48V 答案 AD 8.(2014广东理综,19,6分)(多选)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U1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 答案 BD 9.(2014四川理综,1,6分)如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图像,则( ) A.用户用电器上交流电的频率是100Hz B.发电机输出交流电的电压有效值是500V C.输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定 D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小 答案 D 10.(2013江苏单科,8,4分)(多选)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 答案 BC 11.(2013福建理综,15,6分)如图,实验室一台手摇交流发电机,内阻r=1.0Ω,外接R=9.0Ω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=10sin10πt(V),则( ) A.该交变电流的频率为10Hz B.该电动势的有效值为10V C.外接电阻R所消耗的电功率为10W D.电路中理想交流电流表 的示数为1.0A 答案 D 12.(2013四川理综,2,6分)用220V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110V,通过负载的电流图像如图所示,则( ) A.变压器输入功率约为3.9W B.输出电压的最大值是110V C.变压器原、副线圈匝数比是1∶2 D.负载电流的函数表达式i=0.05sin(100πt+)(A) 答案 A 【三年模拟】 时间: 45分钟 分值: 84分 选择题(每小题6分,共84分) 1.(2018山西太原一模)(多选)图1中,单匝矩形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直磁场的轴转动。 改变线圈的转速,穿过该线圈的磁通量随时间分别按图2中图线甲、乙的规律变化。 设线圈的电阻为1.0Ω,则( ) A.图线甲对应线圈在t=0时产生的感应电动势最大 B.图线甲、乙对应的线圈在t=2.0s时,线圈平面均平行于磁感线 C.图线甲、乙对应的线圈转速之比为5∶4 D.图线甲对应的线圈中交变电流的峰值为2.5πA 答案 BC 2.(2018东北三校联考,9)(多选)如图所示,面积为S、匝数为N、电阻为r的正方形导线框与阻值为R的电阻构成闭合回路,理想交流电压表并联在电阻R的两端。 线框在磁感应强度为B的匀强磁场中,以与电路连接的一边所在直线为轴垂直于磁场以角速度ω匀速转动,不计其他电阻,则下列说法正确的是( ) A.若从图示位置开始计时,线框中感应电动势的瞬时值为e=NBSωsinωt B.线框通过中性面前后,流过电阻R的电流方向将发生改变,1秒钟内流过电阻R的电流方向改变次 C.线框从图示位置转过60°的过程中,通过电阻R的电荷量为 D.电压表的示数跟线框转动的角速度ω大小无关 答案 ABC 3.(2019届山东聊城质检,5)(多选)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1=10匝、n2=100匝,副线圈接有R=1000Ω的电阻,原线圈与电阻不计的导线圈构成闭合回路,其中圆形区域的面积为S=m2。 在该圆形区域内有按如图乙所示的正弦规律变化的磁场垂直穿过,不计电流表内阻,下列说法正确的是( ) A.导线圈的电动势为20V B.导线圈的电动势为10V C.负载电阻R的电流为A D.电流表的示数为A 答案 BD 4.(2018河北石家庄质检)如图所示,理想变压器三个线圈的匝数之比n1∶n2∶n3=10∶5∶1,其中匝数为n1的原线圈接到220V的交流电源上,匝数为n2和n3的两个副线圈分别与电阻R2、R3组成闭合回路。 已知通过电阻R3的电流I3=2A,电阻R2=110Ω,则通过电阻R2的电流I2和通过原线圈的电流I1分别是( ) A.10A,12AB.10A,20A C.1A,0.7AD.1A,3A 答案 C 5.(2017山西大学附中模块诊断)阻值为50Ω、匝数为311的闭合矩形线圈,在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,产生的感应电动势如图乙所示。 则可以判断( ) A.t=0时刻线圈应转到图甲所示的位置 B.线圈的角速度为50rad/s C.穿过线圈的磁通量的最大值为Wb D.线圈转一周所产生的热量为968J 答案 C 6.(2019届山东济南联考)如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电,接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图(图中变压器均可视为理想变压器,图中电表均为理想交流电表)。 设发电厂输出的电压一定,两条输电线总电阻用R0表示,变阻器R相当于用户用电器的总电阻。 当用电器增加时,相当于R变小,则当用电进入高峰时( ) A.电压表V1、V2的读数均不变,电流表A2的读数增大,电流表A1的读数减小 B.电压表V3、V1的读数均减小,电流表A2的读数增大,电流表A3的读数减小 C.电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变 D
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- 高考物理专题十三 交变电流 高考 物理 专题 十三 电流