2023年高考物理一轮复习：交变电流历年真题卷含答案解析.pdf

交变电流一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分.在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1.（2021.湖北.高考真题）如图所示，理想变压器原线圈接入电压恒定的正弦交流电，副线圈接入最大阻值为2R的滑动变阻器和阻值为火的定值电阻。在变阻器滑片从。端向b端缓慢移动的过程中（）A.电流表Ai示数减小B.电流表A2示数增大C.原线圈输入功率先增大后减小D.定值电阻H消耗的功率先减小后增大2.（2021.辽宁高考真题）如图所示，N 匝正方形闭合金属线圈abed边长为L线圈处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，绕着与磁场垂直且与线圈共面的轴。0,以角速度co匀速转动，出?边距轴。线圈中感应电动势的有效值为（）4A.NBl3a）B.史 NBfeo C.NBI（0 D.NBI?（o22 43.（2020山东高考真题）图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比 1：改=22：3,输 入 端 所 接 电 压“随时间，的变化关系如图乙所示。灯泡L 的电阻恒为15Q,额定电压为24 V。定值电阻R=10。、&=5 Q,滑动变阻器R 的最大阻值为 10Q。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为（）A.1 QB.5。C.6。D.8Q4.如图所示，匝数=100匝、面积S=10cm2的矩形闭合导线框ABC。处于磁感应强度大小8=同的匀强磁场中，线框绕垂直于磁场的轴O。,以角速度co=100rad/s匀速转动，并与一理想变压器的原线圈相连，副线圈接入一只标有“2.5V,L5W”的小灯泡，恰好正常发光，不计线框电阻。下列说法正确的是（）A.理想变压器原线圈、副线圈的匝数比为4：1B.流过线框的电流有效值为0.2AC.以图示位置为计时起点，线框中产生的感应电动势的表达式为e=5gcos（100f）VD.如果在小灯泡两端再并联一盏相同的小灯泡，则两盏灯泡都变暗5.汽车的点火装置原理如图甲所示，它能将十几伏的直流低电压变成数万伏的高电压，使。间的空气击穿而发生强烈的火花放电，其主体部分是一个在条形铁芯上套有两个线圈的变压器，两层线圈间良好绝缘。初始弹簧片P 与触点Z接触，闭合开关S 后，铁芯被磁化，吸引弹簧片P 切断电路，铁芯失去磁性,弹簧片P 与Z 接通，如此反复。工作过程中初级线圈电流波形如图乙所示，下列说法正确的是（）A.。、。间的火花放电通常出现在电路刚接通时B.初级线圈应选用较细的导线绕制C.次级线圈匝数应比初级线圈匝数少D.条形铁芯用许多薄硅钢片叠合而成可减小涡流6.如图1所示，理想变压器原线圈的。、b端接入图2 所示的交变电压，调节副线圈上的电阻箱，恰好让三只灯泡正常发光。已知三只灯泡的规格均是“4V 2W，（设灯泡电阻保持不变），电压表为理想电表，下列说法正确的是（）B.电压表示数为24VC.电阻箱阻值为6QD.增大电阻箱的阻值，电压表的示数减小7.如图所示，边长为L 的正方形单匝线圈。儿d,电阻为r,外电路的电阻为上a、的中点和的中点的连线。恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为8,若线圈从图示位置开始，以角速度绕轴。匀速转动，则以下判断正确的是（）0，*BA.图示位置线圈中的感应电动势最大为ERBZAOB.闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e=B L2a）cos cotC.线圈转动一周的过程中，电阻R 上产生的热量为。=噌 等D.线圈从图示位置转过180。的过程中，流过电阻H 的电荷量为好普R+r二、多项选择题：本题共3 小题，每小题6 分，共 18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6 分，选对但不全的得3 分，有选错的得0 分8.（2021.山东高考真题）输电能耗演示电路如图所示。左侧变压器原、副线圈匝数比为1：3,输入电压为7.5V的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r,负载R的阻值为10。开关S接1时，右侧变压器原、副线圈匝数比为2：1,R上的功率为10W；接2时，匝数比为1：2,R上的功率为P。以下判断正确的是（）C.P=45W D.P=22.5W9.（2021河北高考真题）如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L,匝数为N,放置在磁感应强度大小为8的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为 。、勺和内，两个副线圈分别接有电阻凡和号，当发电机线圈以角速度。匀速转动时，理想电流表读数为/,不计线圈电阻，下列说法正确的是（）C.。与，的 比 值 为 等 D.发电机的功率为变*310.（2021浙江.高考真题）发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形金属框，在磁感应强度为8的匀强磁场中以恒定角速度绕。轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其它电阻不计，图乙中的为已知量。则金属框转动一周（）C.流过电阻的电荷等 D,电 阻 产 生 的 焦 耳 热 中三、非选择题：共 6 小题，共 54分，考生根据要求作答1 1.如图所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度B=0.2T,0D 4直导轨分别在。点和A点接阻值4 =30。和&=60。的定值电阻，导轨OCA的曲线方程为y=sin（m）,金属棒外长1.5m,以速度丫=5.0m/s水平向右匀速运动（匕端始终在x轴上），设金属棒始终与导轨接触良好，摩擦不计，电路中除两定值电阻外,其余电阻均不计。求：（1）金属棒在导轨上运动时阻值为曷的定值电阻的最大功率；（2）金属棒在导轨上运动时，从x=0运动到x=3.0m的过程中，外力做的功。1 2 .图（甲）为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴0。匀速转动，线圈的匝数=1 0 0 匝、电阻-1 0 Q,线圈的两端经集流环与电阻/?连接，电阻穴=4 0。，与A 并联的交流电压表为理想电表。在片0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间，按 图（乙）所示正弦规律变化。求：从?0%到与x l O 入 内通过电阻R上的电量4；（2）电路中交流电压表的示数。1 3 .如图所示，匀强磁场的磁感应强度8=正 边长L=1 0 cm的正方形线圈71乃川共1 0 0 匝，线圈总电阻r=l Q,线圈绕垂直于磁感线的轴0。匀速转动，角速度（y=2 7 t rad/s,外电路电阻E=4 Q。求：（1）转动过程中线圈中感应电动势的最大值。（2）从图示位置（线圈平面与磁感线平行）开始计时线圈中感应电动势的瞬时值表达式。（3）由图示位置转过3 0。角电路中电流的瞬时值。1 4.某发电站向远处输电的示意图如图所示，其中各部分的物理量已在图上标注,在这个电路中包括三个回路。（1）结合闭合电路的知识，分别分析三个回路中各物理量之间的关系（发电机内阻、I、2、3、4 线圈的电阻均忽略不计）.（2）若两个变压器均为理想变压器，则每个变压器中的电流、电压、功率有什么关系？1 5.2 0 2 1年7月2 0日，世界首套时速6 0 0公里高速磁浮交通系统在青岛亮相，这是当前速度最快的地面交通工具，如图甲所示。超导磁悬浮列车是通过周期性变换磁极方向而获得推进动力。其原理如下：固定在列车下端的矩形金属框随车平移，金属框与轨道平行的一边长为小 轨道区域内存在垂直于金属框平面磁场，如图乙所示磁感应强度随到M N边界的距离大小而按图丙所呈现的正弦规律变化，其最大值为与。磁场以速度匕、列车以速度岭沿相同的方向匀速行驶，且匕 为,从而产生感应电流，金属线框受到的安培力即为列车行驶的驱动力。设金属框电阻为R,轨道宽为/,求：（1）线框在运动过程中产生的感应电动势最大值；（2）如图丙所示，时刻线框左右两边恰好和磁场I两边界重合，写出线框中感应电流随时间变化的表达式；（3）从0时刻起列车匀速行驶s距离的过程中，矩形金属线框产生的焦耳热。乙d N1 6.某个小水电站发电机的输出功率为Pi=100kW,发电机的电压为Ui=250V。通过升压变压器升压后发电向远处输电，输电线的双线总电阻为R=10。，在用户端用降压变压器把电压降为U=220Vo要求输电效率（即用户得到的功率与发电机发出的功率之比）达到96%,也就是说在输电线上损失的功率控制在4kW、用户得到的功率为96kW。为此需要设计两个变压器的匝数比。请你计算：（1）升压变压器输入的电流为多少？输电线上通过的电流是多少？（2）从升压变压器的输出端到降压变压器的输入端,输电线损失的电压为多少？（3）两个变压器的匝数比各应等于多少？（4）如果用户增加用电设备（俗称“负载”）从而提高用电功率，而发电机也通过调整工作状态使5不变而输入功率增大满足了用户需求，试分析此时输电效率是提高还是减小。答案及解析1.【答案】A【解析】A B.由于原线圈所接电压恒定，匝数比恒定，故变压器副线圈的输出电压恒定，变阻器的滑片从。端向人端缓慢移动的过程中，由数学知识可知，变压器副线圈所接的电阻值逐渐增大，则由欧姆定律得”=兴可知副线圈的电流逐渐减小，由2=7可知变压器原线圈的电流力也逐渐减小，故 A 正确，B 错误；C.原线圈的输入功率为以=0/由 于 逐 渐 减 小，则原线圈的输入功率逐渐减小，故 c 错误；D.由于副线圈的电流逐渐减小，则定值电阻与变阻器右半部分并联的总电流减小，又与定值电阻并联的变阻器右半部分的电阻值减小，则由并联分流规律可知，流过定值电阻的电流逐渐减小，则由公式心=/次可知，定值电阻H 消耗的电功率逐渐减小，故 D 错误。2.【答案】B【解析】交流电的最大值和两条边到转轴的距离无关，为E,=NBSs=NB3l3因此有效值为“嗓.尸3.【答案】A【解析】输电电压的有效值为（即原线圈电压的有效值）,220近U,=-7=V=22UV根据理想变压器电压规律=可知副线圈电压有效值为U）小U,=U.=X 220V=30V2 n,1 22灯泡正常工作，根据欧姆定律可知分压为2 4 V,则通过灯泡的电流，即副线圈部分的干路电流为根据串联分压规律可知，凡和&、R构成的并联电路部分的分压为U=七 一%=30V-24V=6V通过K的电流为/,=A=0.6A1&10通过&、R的电流为I2=ZL-=1.6A 0.6A=1A此、R的分压为U=/2(&+R)解得滑动变阻器的阻值为=-Q-5 Q =lQ12-1A正确，B C D错误。4.【答案】A【解析】A.线圈产生的感应电动势的有效值为4=甯=10丫变压器原线圈、副 线 圈 的 匝 数 比 为 不%：U2=10:2.5=4:1A正确；B.根据能量守恒得/|=合=0/5AB错误；C.图示位置为中性面，所以线框中产生的感应电动势的表达式为e=10 应 sin(100z)VC错误；D.如果在小灯泡两端再并联一盏相同的小灯泡，因为副线圈电压不变，所以两只小灯泡均正常工作。D错误。5.【答案】D【解析】A.电路刚接通和刚断开时，原线圈的电流都会发生变化，都会在副线圈中产生感应电动势，而断开时，磁化的铁芯失去磁性，使穿过副线圈的磁通量变化更快，副线圈产生的感应电动势更大，更容易将空气击穿，因此。、。间的火花放电通常出现在电路刚断开时，A错误；B C.根 据?=?n2要想得到高压，次级线圈匝数更多，根据2 1可知初级线圈的电流更大，绕制时应选用较粗的导线绕制，B C错误；D.条形铁芯用许多薄硅钢片叠合而成，可减小涡流，从而减少能量损耗，D正确。6.【答案】C【解析】A.根据图2所示的图像，可知交变电压的表达式 =240coslOOm(V)A错误；B.电压表的示数应为接入的交变电压的有效值减去灯泡L两端电压的有效值,应为20VB错误；2C.三只灯泡均正常发光，可知变压器的原、副线圈匝数比/=十=7U n原副线圈电压之比n2可得副线圈输出电压L=10V电阻箱两端电压为6 V,电阻箱中的电流为1 A,因此电阻箱接入的阻值为6。，C正确；D.增大电阻箱的阻值，电路中的电流减小，灯泡L两端电压减小，电源电压不变，所以电压表示数增大，D错误。7.【答案】C【解析】A.题图位置即中性面开始，这时线圈中的感应电动势最小，为零，A错误；B.若线圈从题图位置即中性面开始转动，可知闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式 =B I?a?s i n cotB错误；C.由 丸=也%0知线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为。=。2万 TTB2C OCRK-=-co 4(7?+r)2C正确;D.线圈从题图位置转过1 8 0。的过程中，流过电阻7?的电荷量为D错误。8.【答案】B D【解析】当开关S接1时，左侧变压器次级电压5=3X7.5V=22.5V电阻R上的电压，即右侧变压器的次级电压4=屈=1 0丫电流乙=M=IAA2则右侧变压器初级电压=彳X 1 0 V =2 0 V电流 4=g x l A=0.5 A当开关S接2时，设输电电流为/,则右侧变压器的次级电流为0.5/；右侧变压h i U2-Ir 0.5/?两边电压关系可知：一=解得/=3 A则 R 上的功率 P =(0.5/)2 R =2 2.5 W9 .【答案】B C【解析】AB.由题知理想电流表读数为/,则根据欧姆定律5=尔1根据变压器电压与匝数的关系有的上合金勺 （J1 n2 U2代入数据有U o=；氐1 ,。2=:阳再由欧姆定律有U2=I2 R2可计算出h-苦1/综上可知，A 错误、B 正确；C.由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则有EEmax=NB lIoj,U（）=2 NB Lrco由选项A B 知 L/（）=-11同“_近NB A sC正确；D.由于变压器为理想变压器则有Po=Pl+尸 2=UI+U1I2=FR1+U2 I2代入选项A B C 公式有Po=丘NBI3M（婿&+温%I哂由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则发电机的功率为P o,D错误。1 0 .【答案】BD【解析】A.当线框转动时，框内电流方向每经过中性面一次都要变化一次，则选项A 错误；B.由图乙可知，电动势的最大值为Um,选项B 正确；C.线圈转过半周，则流过电阻的电荷量为4=7 加=加=竺=迦R R R则金属框转过一周流过电阻的电荷量为q =2 q =RD.因 为=乃金属框转过一周电阻产生的焦耳热c u(酒)2 2万_ 亚盟2R R co R选项D正确。1 1.【答案】(1)w；1.5 x 1 0-2 J【解析】(1)金属棒匀速运动，位移为x =W金属棒在两导轨间的感应电动势为e =8/=s i n玄V)当户1.5 m时，感应电动势达到最大，最大值为Em=LW阻值为&的定值电阻的最大功率为”=与解得综$w(2)两电阻的并联值为R#=古 抵A|十 K-)外力做功等于回路产生的焦耳热，即w倒M%V解得 W =1.5 x 1 0-2 J1 2.【答案】(l)0.0 8 C；(2)8 0后V【解析】(1)线圈产生的平均感应电动势为左=詈平均感应电流为7 =勺流过电阻R上的电量为q =7加联立可得4 =普从 牙0%到与*10%内，磁通量从正向的2 x l O Wb变为反向的2 x l(y2 Wb,故磁通量的变化量为=2 x 2 x l O-2 Wb =4 x l(y2 Wb代入数据解得9=0 O 8 C(2)由乙图可知，线圈转动周期为7 =2万x l O-2 s27r感应电动势的最大值为Em=nB Sco=-=2 0 0 V有效值为七=卷=1 0 0垃V电路中交流电压表的示数为0=急/=8。加丫1 3.【答案】2；(2)e=2 0 c o s 2 7 i r (V)；(3)半A【解析】(1)设转动过程中线圈中感应电动势的最大值为反“则E,=NB I(0=0 0 x x 0.12x 2 T V =2 亚V7 t(2)从图示位置开始计时线圈中感应电动势的瞬时值表达式为户与0 5次=20 c o s 2 m(V)(3)由图示位置转过3 0。角时线圈中的感应电动势的瞬时值d =2 0 c o s 3(yV=V则电路中电流的瞬时值为i =，二=AR+r 5答：(1)转动过程中线圈中感应电动势的最大值为2&V;(2)从图示位置(线圈平面与磁感线平行)开始计时线圈中感应电动势的瞬时值表达式为e=2&c o s 2加(V );(3)由图示位置转过3 0。角电路中电流的瞬时值为。A。1 4.【答案】(1)见解析；(2)见解析【解析】(1)第一个回路：P=UI第二个回路：lh=bU+U3,PznA P+PsMXR 线+P3,h=h第三个回路：P4=U“4(2)#=M 夕=中、P 1=P 2；华=泉，=詈 P s=P 4.5 m 1 2 nl%鼠 m1 5.【答案】(1)E m=2 5 o/(V 1-V 2);(2)i =2即(7%)S i n 将；叽;(3)R a八2段尸(匕-匕)晨R匕【解析】(1)因w匕，金属框相对于磁场向相反的方向运动，当线框切割磁感线的边到达磁感应强度最大位置处时有Em=2Bo/(VT2)(2)由题意，得 B=B“sinet又T=二 匕 一 岭得&=红二吨-%)T d电流的最大值为/m=2即一 叩R电 流 的 顺 时 值 为即 pJsinM耳士)R a(3)可知，该电流为正弦式交变电流，其有效值为/=爰列车匀速行驶,距离经历时间为，=V2故矩形金属线框产生的焦耳热为。=放得口二2垃广(匕一岭)sRV216.【答案】(l)400A,20A；(2)200V；(3)1：20,240：11；(4)见详解【解析】(1)由解得升压变压器输入的电流为L=今=嗤A=400 A由输电线上损失的功率埠=小式解得输电线上通过的电流是/尸后=需A=20 A 从升压变压器的输出端到降压变压器的输入端，输电线损失的电压为4 =4氏=20 x10V=200V(3)由4=5人解得L=A=96000A=4800A由6=；220Uq%480011可得凸_=Zi=ii240n4 I3 20 11n240U3=-U4=x 220V=4800V%11由 S M+q解得 U2=4800V+200V=5000V凡=4=250 _可得U2 5000 20(4)用户增加用电设备提高用电功率，则电路中的电流增大；而发电机也通过调整工作状态使Ui不变，由变压器原理可知，S也不变，则输电损耗的效率/?/?I、R7 7 =U2I2 u2可知损耗的效率增大，则输电效率减小