2019高考物理二輪復習 專項攻關高分秘籍 專題12 交流電學案.doc

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專題12 交流電 交變電流的四值問題、變壓器的原理及應用、遠距離輸電等是本章的考查重點.其中對變壓器的考查在高考命題中出現頻率較高，交變電流四值與變壓器的綜合考查、原線圈中含有用電器的變壓器問題是常見的命題考向，常以選擇題的形式出現,分值一般為6分。復習時,要了解交變電流的產生過程;能分析、應用交變電流的圖像;理解并會計算交變電流四值；理解變壓器的制約關系并會求解變壓器原、副線圈中的電流、電壓與電功率，會分析變壓器的動態(tài)變化過程;掌握應用變壓器進行遠距離輸電問題。 【備考建議】 【經典例題】 考點一　交變電流的產生及變化規(guī)律 【典例1】(2018四川資陽模擬)如圖(甲)所示,矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的中心軸OO′勻速轉動,產生的感應電動勢e隨時間t的變化曲線如圖(乙)所示.若外接電阻的阻值R=9 Ω,線圈的電阻r=1 Ω,則下列說法正確的是(　 　) A.線圈轉速為100π rad/s B.0.01 s末穿過線圈的磁通量最大 C.通過線圈的最大電流為10 A D.線圈產生的交變電流的表達式i=10sin 25πt(A) 【典例2】(2018武漢模擬)如圖所示,一矩形線圈abcd放置在勻強磁場中,并繞過ab,cd中點的軸OO′以角速度ω逆時針勻速轉動.若以線圈平面與磁場夾角為零時(圖示位置)為計時起點,并規(guī)定當電流自a流向b時電流方向為正.則下列四幅圖中正確的是(　 　) 考點二　交變電流有效值的求解 【典例3】(2018重慶校級模擬)三個相同的電阻,分別通過如圖(甲)、(乙)、(丙)所示的交變電流,三個圖中的I0和周期T都相同.下列說法中正確的是(　 　) A.在相同時間內三個電阻發(fā)熱量相等 B.在相同時間內,(甲)、(乙)發(fā)熱量相等,是(丙)發(fā)熱量的2倍 C.在相同時間內,(甲)、(丙)發(fā)熱量相等,是(乙)發(fā)熱量的 D.在相同時間內,(乙)發(fā)熱量最大,(甲)次之,(丙)的發(fā)熱量最小 解析:(甲)的有效值為,(乙)的有效值為I0,設(丙)的有效值為I,有I2RT= R得,I=.計算熱量應用有效值,由Q=I2Rt,可知在相同時間內,(甲) (丙)發(fā)熱量相等,是(乙)發(fā)熱量的,故C正確. 考點三　交變電流“四值”的比較和應用 【典例4】(2018遼寧遼陽模擬)如圖所示,矩形線圈abcd與可變電容器C、理想電流表A組成閉合電路.線圈在有界勻強磁場中繞垂直于磁場的bc邊勻速轉動,轉動的角速度ω=100π rad/s.線圈的匝數N= 100,邊長ab= 0.2 m,ad=0.4 m,電阻不計.磁感應強度大小B= T.電容器放電時間不計.下列說法正確的是(　 　) A.該線圈產生的交流電動勢峰值為50 V B.該線圈產生的交流電動勢有效值為50 V C.電容器的耐壓值至少為50 V D.電容器的電容C變大時,電流表的示數變小 解析:Em=NBSω=100(0.20.4)100π V=50 V,故A錯誤;E= =50 V,故B正確;電容器的耐壓值為電壓的最大值,至少為50 V,故C錯誤;電容器的電容C變大時,容抗變小,故電流表的示數變大,故D錯誤. 考點四理想變壓器的原理和基本關系 【典例5】(2018北京模擬)(多選)如圖所示,理想變壓器原副線圈匝數之比為4∶1.原線圈接入一電壓為u=U0sin ωt的交流電源,副線圈接一個R=27.5 Ω的負載電阻.若U0=220 V,ω=100πrad/s,則下述結論正確的是(　 　) A.副線圈中電壓表的讀數為55 V B.副線圈中輸出交變電流的周期為 s C.原線圈中電流表的讀數為0.5 A D.原線圈中的輸入功率為110W 解析:原線圈電壓有效值U1=220 V,由電壓比等于匝數比可得副線圈電壓有效值U2=55 V,A正確;電阻R上的電流為2 A,由原副線圈電流比等于匝數的反比,可得電流表示數為0.5 A,C正確;輸入功率為P=2200.5 W= 110 W, D錯誤;周期T= =0.02 s,B錯誤. 【典例6】(2017江蘇蘇錫常鎮(zhèn)一模)鉗形電流測量儀的結構圖如圖所示,其鐵芯在捏緊扳手時會張開,可以在不切斷被測載流導線的情況下,通過內置線圈中的電流值I和匝數n獲知載流導線中的電流大小I0,則關于該鉗形電流測量儀的說法正確的是(　 　) A.該測量儀可測量直流電流 B.載流導線中電流大小I0= C.若鉗形部分鐵芯沒有完全閉合,測量出的電流將小于實際電流 D.若將載流導線在鐵芯上多繞幾匝,鉗形電流測量儀的示數將變小 考點五理想變壓器的動態(tài)分析 【典例7】(2018湖北黃石模擬)(多選)如圖所示為原、副線圈匝數比為n1∶ n2=10∶1的理想變壓器,b是原線圈的中心抽頭,電壓表和電流表均為理想交流電表,從某時刻開始在原線圈c,d兩端加上u1=220 sin 100πt(V)的交變電壓,則(　 　) A.當單刀雙擲開關與a連接時,電壓表的示數為22 V B.當單刀雙擲開關與a連接時,在滑動變阻器觸頭P向上移動的過程中,電壓表和電流表的示數均變小 C.當僅把單刀雙擲開關由a扳向b時,原線圈輸入功率變小 D.當單刀雙擲開關由a扳向b時,調節(jié)滑動變阻器滑片到適當位置,有可能實現調節(jié)前、后原線圈輸入功率相等 解析:當單刀雙擲開關與a連接時,根據電壓與匝數成正比且n1∶n2=10∶1可知,副線圈電壓的最大值為22 V,電壓表的示數為電壓的有效值,所以示數為 V=22 V,故A正確;當單刀雙擲開關與a連接時,輸入電壓及匝數比不變,輸出電壓不變,所以電壓表的示數不變,變阻器觸頭P向上移動,變阻器電阻變大,副線圈電流變小,電流表示數變小,故B錯誤;當僅把單刀雙擲開關由a扳向b時,原線圈匝數變小,根據=,得U2=U1,可知副線圈兩端的電壓變大,輸出功率P2=變大,輸入功率等于輸出功率,所以原線圈輸入功率變大,故C錯誤;當單刀雙擲開關由a扳向b時,輸出電壓變大,調節(jié)滑動變阻器滑片到適當位置使負載電阻變大,輸出功率P2=可能不變,輸出功率等于輸入功率,所以有可能實現調節(jié)前、后原線圈輸入功率相等,故D正確. 【典例8】(2018石家莊模擬)如圖所示電路中,變壓器為理想變壓器,a,b接在電壓有效值不變的交流電源兩端,R0為定值電阻,R為滑動變阻器.現將變阻器的滑片從一個位置滑動到另一位置,觀察到電流表A1的示數增大了0.2 A,電流表A2的示數增大了0.8 A,則下列說法正確的是(　 　) A.電壓表V1示數增大 B.電壓表V2,V3示數均增大 C.該變壓器起升壓作用 D.變阻器滑片是沿c→d的方向滑動 考點六遠距離輸電 【典例9】(2018山東濟寧質檢)圖(甲)為遠距離輸電示意圖,變壓器為理想變壓器,升壓變壓器原副線圈匝數比為1∶100,輸入電壓如圖(乙)所示,遠距離輸電線的總電阻為100 Ω.降壓變壓器右側部分為一火警報警系統(tǒng)原理圖(報警器未畫出),R1為定值電阻,R2為半導體熱敏材料制成的傳感器,當溫度升高時其阻值變小.未出現火警時,升壓變壓器的輸入功率為660 kW.下列說法中正確的是(　 　) A.遠距離輸電線路損耗的功率為90 kW B.遠距離輸電線路損耗的功率為180 kW C.當傳感器R2所在處出現火警時,輸電線上的電流變小 D.當傳感器R2所在處出現火警時,R2兩端的電壓變大 考點七特殊變壓器 【典例10】(2017廣東適應性考試)如圖甲所示為一理想自耦變壓器，A、B端輸入電壓如圖乙所示，A1、V1和A2、V2分別是接入原線圈和副線圈中的理想交流電流表和電壓表，其示數分別用I1、U1、I2、U2表示，R為定值電阻，現將滑片P從圖示位置逆時針勻速轉動，在P轉動過程中，電流表和電壓表示數均未超過其量程，下列選項中能正確反映I1、I2、U1、U2變化規(guī)律的是(　　) 【參考答案】AC 【典例11】（2016年江蘇省四市聯考）如圖所示，在某一輸電線路的起始端接入兩個互感器，原副線圈的匝數比分別為100∶1和1∶100，圖中a、b表示電壓表或電流表，已知電壓表的示數為22V，電流表的示數為1A，則 A．a為電流表，b為電壓表 B．a為電壓表，b為電流表 C．線路輸送電功率是220 kW D．輸電線路總電阻為22Ω 【參照答案】BC 考點八交變電流的綜合問題 【典例12】（2018安徽合肥三模）如圖所示，為了浴室用電安全，某同學用理想變壓器給浴室降壓供電，理想變壓器原、副線圈匝數比為5∶1，原線圈輸入交變電壓u=311sinl00πt(V)，已知照明燈額定功率為44W，排氣扇電動機內阻為lΩ，電流表示數為2A，各用電器均正常工作，電表均為理想表。則 A. 電壓表示數為62V B. 變壓器的輸入功率為186W C. 排氣扇輸出功率為43W D. 保險絲熔斷電流不得低于2A 【參考答案】C 【易錯剖析】解答此題常見錯誤主要有：一是認為交流電壓表示數為最大值，按照最大值利用變壓器變壓公式計算，導致錯選A；二是沒有按照有關電功率之間關系正確計算，導致不能得出排氣扇輸出功率為43W，沒有選擇選項C；把原副線圈電流混淆，導致錯選D。 【典例13】(2016遼寧大連模擬)(20分)如圖所示，一固定的矩形導體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場。已知線圈的匝數n＝100匝，總電阻r＝1.0 Ω，所圍成矩形的面積S＝0.040 m2，小燈泡的電阻R＝9.0 Ω，磁感應強度隨時間按如圖乙所示的規(guī)律變化，線圈中產生的感應電動勢瞬時值的表達式為e＝nB0Scos t，其中B0為磁感應強度的最大值，T為磁場變化的周期，不計燈絲電阻隨溫度的變化。求： (1)線圈中產生感應電動勢的最大值； (2)小燈泡消耗的電功率； (3)在磁感應強度變化的0～時間內，通過小燈泡的電荷量。 【名師解析】 由①②③得：q＝n＝410－3 C。 答案　(1)8 V　(2)2.88 W　(3)410－3 C 【走進高考】 1.(2018揚州市一模) (多選)電阻為1 Ω的矩形線圈繞垂直于磁場方向的軸在勻強磁場中勻速轉動，線圈的電動勢隨時間變化的圖象如圖4所示?，F把線圈的電動勢加在電阻為9 Ω的電熱絲上，則下列說法正確的是(　　) 圖4 A.線圈轉動的角速度為31.4 rad/s B.如果線圈轉速提高一倍，則電流發(fā)生改變 C.電熱絲兩端的電壓U＝100 V D.電熱絲的發(fā)熱功率P＝1 800 W 2.圖甲所示電壓按正弦規(guī)律變化，圖乙所示電壓是正弦交流電的一部分，則下列說法正確的是(　　) A.圖乙所示的電壓也是正弦交流電壓 B.圖甲所示電壓的瞬時值表達式為u＝10sin 50πt(V) C.圖乙所示電壓的周期與圖甲所示電壓周期相同 D.圖甲所示電壓的有效值比圖乙所示電壓的有效值小 3.如圖所示，邊長為L、匝數為N，電阻不計的正方形線圈abcd在磁感應強度為B的勻強磁場中繞轉軸OO′轉動，軸OO′垂直于磁感線，在線圈外接一含有理想變壓器的電路，變壓器原、副線圈的匝數分別為n1和n2.保持線圈以恒定角速度ω轉動，下列判斷正確的是(　　) A．兩電壓表的示數之比為U1∶U2＝n2∶n1 B．電壓表的示數等于NBωL2 C．當滑動變阻器R的滑片P向上滑動時，電壓表的示數變大 D．變壓器的輸入功率與輸出功率之比為1∶1 4．如圖所示，一矩形線圈的面積為S，匝數為N，內阻不計，繞OO′軸在水平方向的磁感應強度為B的勻強磁場中以角速度ω做勻速轉動，從圖示位置開始計時．矩形線圈通過滑環(huán)接一理想變壓器，滑動觸頭P上下移動時可改變輸出電壓，副線圈接有可調電阻R，下列判斷正確的是(　　) A．矩形線圈產生的感應電動勢的瞬時值表達式為e＝NBSωcos ωt B．矩形線圈從圖示位置經過時間內，通過電流表的電荷量為零 C．當P位置不動，R增大時，電壓表讀數也增大 D．當P位置向上移動、R不變時，電流表讀數變大 5．(2016福建質檢)手搖發(fā)電機產生的正弦交流電經變壓器給燈泡L供電，其電路如圖。當線圈以角速度ω勻速轉動時，電壓表示數為U，燈泡正常發(fā)光。已知發(fā)電機線圈的電阻為r，燈泡正常發(fā)光時的電阻為R，其它電阻可忽略，變壓器原線圈與副線圈的匝數比為k，變壓器可視為理想變壓器。則 A．燈泡的額定電壓為 B．燈泡的額定功率為 C．發(fā)電機的線圈中產生的電動勢最大值為 D．從中性面開始計時，原線圈輸入電壓的瞬時值表達式為u＝Usinωt 6．如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數比為10：1，b是原線圈的中心抽頭，電壓表和電流表均為理想交流電表，除R以外其余電阻不計，從某時刻開始開關扳向a，在原線圈兩端加上交變電壓，其瞬時值表達式為，下列說法中正確的是(　 　) A． 時，電壓表的讀數為22V B． 時，a、c兩點電壓瞬時值為110V C． 滑動變阻器滑片向上移，電壓表和電流表的示數均變大 D． 單刀雙擲開關由a扳向b，電壓表和電流表的示數均變小 7.如圖，一理想變壓器原、副線圈匝數比為4:1，原線圈與一可變電阻串聯后，接入一正弦交流電源；副線圈電路中固定電阻的阻值為R0，負載電阻的阻值R=11R0，是理想電壓表；現將負載電阻的阻值減小為R=5R0，保持變壓器輸入電流不變，此時電壓表讀數為5.0V，則（ ） A.此時原線圈兩端電壓的最大值約為34V B.此時原線圈兩端電壓的最大值約為24V C.原線圈兩端原來的電壓有效值約為68V D.原線圈兩端原來的電壓有效值約為48V 8（2018年3月北京朝陽區(qū)一模）如圖所示，將帶鐵芯的電感器L與燈泡A串聯，再與另一個完全相同的燈泡B并聯，接在以正弦交流信號發(fā)生器為電源的兩端。通過調節(jié)交流信號發(fā)生器上的旋鈕，可以改變輸出電壓和信號的頻率。閉合開關S，A、B兩燈均發(fā)光。關于該實驗，下列說法中正確的是 A.保持交流信號頻率不變，適當提高輸出電壓，發(fā)現A燈始終比B燈亮 B.保持輸出電壓不變，提高交流信號頻率，發(fā)現A、B燈均變亮 C.保持輸出電壓和信號頻率不變，撤去鐵芯后，發(fā)現A燈比原來亮 D.斷開開關S，發(fā)現A燈閃亮一下，然后熄滅 9.如圖所示把電阻、電感、電容并聯到某一交流電源上，三個電流表示數相同，若保持電源電壓不變，而將頻率加大，則三個電流表的示數I1、I2、I3的大小關系是（ ） A.I1＝I2＝I3 B.I1>I2>I3 C.I2>I1>I3 D.I3>I1>I2 10．如圖所示，電路中完全相同的三個燈泡L1、L2、L3分別與電阻R、電感L、電容C串聯，然后再并聯到“220 V　50 Hz”的交流電源上，三只燈泡的亮度相同．若保持交變電壓不變，將交變電流的頻率增大到60 Hz，則發(fā)生的現象為(　　) A．三燈亮度不變 B．三燈均變亮 C．L1不變、L2變亮、L3變暗 D．L1不變、L2變暗、L3變亮 11.如圖所示，匝數為N1的原線圈和匝數為N2的副線圈繞在同一閉合鐵芯上，副線圈兩端與電阻R相連，原線圈兩端與平行金屬導軌相連。兩軌之間的距離為L，其電阻可不計。在虛線的左側，存在方向與導軌所在平面垂直的勻強磁場，磁場的磁感應強度大小為B，pq是一質量為m電阻為r與導軌垂直放置的金屬桿，它可在導軌上沿與導軌平行的方向無摩擦地滑動。假設在任何同一時刻通過線圈每一匝的磁通量相同，兩個線圈的電阻、鐵芯中包括渦流在內的各種損耗都忽略不計，且變壓器中的電磁場完全限制在變壓器鐵芯中。現于時刻開始施一外力，使桿從靜止出發(fā)以恒定的加速度a向左運動。不考慮連接導線的自感。若已知在某時刻t時原線圈電流的大小為I1， i．求此時刻外力的功率； ii．此功率轉化為哪些其他形式的功率或能量變化率？試分別求出它們的大小。 R a p q N2 N1 1【參考答案】BD 2【參考答案】D 3【參考答案】D　 4【參考答案】AD　 【名師解析】矩形線圈產生的感應電動勢最大值Em＝NBSω，由圖示線圈位置可知開始計時時產生的感應電動勢最大，則瞬時值表達式為e＝NBSωcos ωt，A正確．線圈從圖示位置經過時間，磁通量變化量ΔΦ≠0，由q＝N可知，通過電流表的電荷量不為零，B錯誤．電壓表的示數為U1＝不變，C錯誤．由＝得U2＝，當P位置向上移動時，n1變小，則U2變大，又R不變，再由P＝可知副線圈消耗的功率P2變大，則可知原線圈的輸入功率P1＝P2變大，再由I1＝可知，I1變大，D正確． 5【參考答案】AD 【命題意圖】本題考查了交變電流的產生、閉合電路歐姆定律、電功率、變壓器的規(guī)律等知識點。 6【參考答案】A 【名師解析】當單刀雙擲開關與a連接時，匝數之比為10：1，原線圈兩端有效值為=220V，所以副線圈電壓有效值為22V，故A正確；t=1/600 s 時，a、c兩點電壓瞬時值為u1=220 sinπ/6(V)=110V，選項B錯誤；滑動變阻器觸頭向上移動的過程中，電阻增大，電壓不變，電流減小，電流表的示數變小，故C錯誤；當單刀雙擲開關由a扳向b時，匝數之比為5：1，輸出電壓增大，電壓表和電流表的示數均變大，故D錯誤；故選A。 點睛：此題關鍵是掌握變壓器的特點：匝數與電壓成正比，與電流成反比，輸入功率等于輸出功率；同時做好本題要理解變壓器中心抽頭的作用：改變了匝數之比，從而改變了電壓之比，也改變了兩表的示數． 7【參考答案】D 【分析】本題考查電壓器的工作原理。在解決理想變壓器問題時，需要掌握兩個公式，電壓規(guī)律公式和電流規(guī)律公式，還需要知道原線圈的輸入功率取決于副線圈消耗的功率，理想變壓器不改變交流電的頻率。 8【參考答案】C 9【參考答案】D 【分析】交流電頻率變大，電感阻礙作用變大，電流變小，電容阻礙作用變小，電流變大。 10【參考答案】D　 【名師解析】根據電感的特性：通低頻、阻高頻，當電源的頻率增大時，電感對電流的感抗增大，L2變暗；根據電容器的特性：通高頻，阻低頻，當電源的頻率增大時，電容器對電流的容抗減小，L3變亮，而電阻的亮度與頻率無關，L1不變． 11 令E1、E2分別表示原、副線圈兩端的電動勢，并有，U1、U2分別表示原、副線圈兩端的電壓，I1表示副線圈中的電流，由歐姆定律，有 （5） （6） 外力的功率轉化為：桿的動能的變化率 （11） 電阻r上消耗的功率為 （12） 電阻R上消耗的功率為 （13） 變壓器內場能的變化率為 （14）