高考物理二轮复习十大热门考点专项突破 专题09 交变电流的综合考查练习-人教版高三全册物理试题.doc

专题09 交变电流的综合考查热点分析 “交变电流”是电磁感应现象中的一个典型应用，它与电路联系紧密，在实际生活和生产中有着广泛的应用由于高考题量的限制，全国及地方命题的试卷可能隔年命题考查，也可能年年考查主要特点如下：1题型稳定：主要考查交变电流的产生和“四值”问题，变压器及远距离输电问题，通常以选择题形式出现2突出重点，强化基础：理想变压器为级要求，是该专题中考查的重点和热点，且考查有加强的趋势3注重知识的综合考查：理综试题通常采用一题考查多个知识点的形式高考可能将交变电流的产生、图象、“四值”问题，理想变压器，电能输送等其中几个点综合在一起考查，以增强知识覆盖面经典例题一、交变电流的产生和四值例1、(2018·扬州市一模) (多选)电阻为1 的矩形线圈绕垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动，线圈的电动势随时间变化的图象如图4所示。现把线圈的电动势加在电阻为9 的电热丝上，则下列说法正确的是()图4A.线圈转动的角速度为31.4 rad/sB.如果线圈转速提高一倍，则电流发生改变C.电热丝两端的电压U100 VD.电热丝的发热功率P1 800 W【参考答案】BD例2.(2017·天津理综)(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8正弦规律变化。设线圈总电阻为 2 ，则()图8A.t0时，线圈平面平行于磁感线B.t1 s时，线圈中的电流改变方向C.t1.5 s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82 J【参考答案】AD二、理想变压器的原理和制约关系例3（2018中原名校联盟质检）如图所示为理想变压器，三个灯泡L1、L2、L3都标有“6V，6W”，L4标有“6V，12W”，若它们都能正常发光，则变压器原、副线圈匝数比n1 n2和ab间电压分别为A2 1，24V B2 l，30V C1 2，24V D12，30V【参考答案】B例4（2016全国理综III丙卷）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，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是A.原、副线圈匝数之比为9:1 B. 原、副线圈匝数之比为1:9C.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【参考答案】AD【名师解析】由于两个灯泡均能正常发光，说明两个灯泡的实际电压等于额定电压。设灯泡的额定电压为U0，则有变压器副线圈输出电压为U2=U0，原线圈输入电压为U1=U-U0 =9U0，由变压器变压公式可得，原、副线圈匝数之比为=，选项A正确B错误。设灯泡a中的电流为I1，灯泡b中的电流为I2，由变压器功率关系，9U0 I1= U0 I2，解得：I2=9 I1，a和b的电功率之比为：=1:9，选项D正确C错误。考点：考查了理想变压器，电功率的计算三、滑动变阻器、开关、光敏电阻引起的理想变压器动态电路例5(多选)(2017·杭州模拟)如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，b是原线圈中心的抽头，电压表和电流表均为理想电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1220sin 100t V，则()A当单刀双掷开关与a连接时，电压表V1的示数为22 VB当t s时，电压表V0的读数为220 VC单刀双掷开关与a连接，当滑动变阻器滑片P向上移动的过程中，电压表V1的示数增大，电流表示数变小D当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表V1和电流表的示数均变小【参考答案】BC例6(2016·四川绵阳二诊)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1n212，原线圈接电压随时间变化规律为u220 sin 100t(V)的交流电源，、是三个理想电流表，D为理想二极管，R1是滑动变阻器，定值电阻R2R3220 ，则()A电流表的示数为1.0 AB电流表的示数为2.0 AC滑动变阻器R1的滑片向下滑动时，电流表的示数将变小D滑动变阻器R1的滑片向上滑动时，变压器输入功率增大【参考答案】B例7(多选)(2017·广州模拟)如图所示，R是一个光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小。理想变压器原、副线圈的匝数比为101，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1220sin 100t(V)，则()A电压表的示数为22 VB在天逐渐变黑的过程中，电流表的示数变小C在天逐渐变黑的过程中，电流表的示数变大D在天逐渐变黑的过程中，理想变压器的输入功率变小【参考答案】BD四 交变电流电路问题-例8(2017·高考江苏卷)某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则()A电感L1的作用是通高频B电容C2的作用是通高频C扬声器甲用于输出高频成分D扬声器乙用于输出高频成分【参考答案】BD五、变压器与电磁感应综合问题例9(2018·泸州质检)如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向在图中已经标出左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁场中，下列说法中正确的是()A当金属棒ab向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点B当金属棒ab向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点与d点等电势C当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点D当金属棒ab向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点【参考答案】BD例10(2016·辽宁大连模拟)(20分)如图所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n100匝，总电阻r1.0 ，所围成矩形的面积S0.040 m2，小灯泡的电阻R9.0 ，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为enB0Scos t，其中B0为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化。求：(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的0时间内，通过小灯泡的电荷量。【名师解析】(1)由enB0Scost可知最大值EmnB0S·8 V；(2)电路中电流的最大值Im A，I A，P灯I2R2.88 W。答案(1)8 V(2)2.88 W(3)4×103 C六、电能输送例11（2017广西五市考前联考）如图为远距离输电示意图，发电机的输出电压和输电线的电阻和理想变压器匝数均不变，且n1n2= n3n4，当用户消耗的功率增大时，下列表述正确的是A用户的总电阻增大B用户两端的电压减小CU1U2= U3U,4D用户端增加的功率等于升压变压器多输入的功率【参考答案】BC例12(2017·南昌模拟)某供电系统是由交流发电机输出电压和副线圈匝数可调的变压器组成，如图所示。图中R0表示输电线的电阻。则()A当电压表V1示数减小，而用电器负载不变时，不改变触头位置，电流表A1示数增大B当电压表V1示数减小，而用电器负载不变时，适当上移触头P，可使电流表A2示数不变C当电压表V1示数不变，而用电器负载增加时，不改变触头位置，电流表A1示数不变D当电压表V1示数不变，而用电器负载增加时，适当上移触头P，电流表A1示数一定减小【参考答案】B【名师解析】在不改变触头位置时，V1读数减小导致V2读数减小，负载电阻不变，导致I2减小，I1减小，A错误；电压关系为，减小U1同时增大n2可以使得U2不变，I2不变，B正确；U1不变，又不改变触头位置则U2不变，此时增加负载(即减小负载电阻)，I2增大，从而I1增大，C错误；根据，在U1不变时，上移触头，U2增大，此时增加负载，I2增大，从而I1增大，D错误。例13 (2018·武汉模拟)在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失有一个小型发电站，输送的电功率为P500 kW，当使用U5 kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4 800 kW·h.求：(1)输电效率和输电线的总电阻r；(2)若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么发电站应使用多高的电压向外输电？【参考答案】(1)60%20 (2)22.4 kV【名师解析】(1)输送功率P500 kW，一昼夜输送电能EPt12 000 kW·h由题知输电线上损失的电能E4 800 kW·h终点得到的电能EEE7 200 kW·h所以输电效率×100%60%输电线上的电流I100 A输电线损耗功率PrI2r其中Pr200 kW得r20 . 练兵场1.图甲所示电压按正弦规律变化，图乙所示电压是正弦交流电的一部分，则下列说法正确的是()A.图乙所示的电压也是正弦交流电压B.图甲所示电压的瞬时值表达式为u10sin 50t(V)C.图乙所示电压的周期与图甲所示电压周期相同D.图甲所示电压的有效值比图乙所示电压的有效值小2.如图6所示，一半径为L的导体圆环位于纸面内，O为圆心。环内两个圆心角为90°且关于O中心对称的扇形区域内分布有匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为B、方向相反且均与纸面垂面。导体杆OM可绕O转动，M端通过滑动触点与圆环良好接触，在圆心和圆环间连有电阻R，不计圆环和导体杆的电阻，当杆OM以恒定角速度逆时针转动时，理想电流表A的示数为()图6A. B. C. D.3(多选)图7甲为小型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OO匀速转动，线圈的匝数n100、总电阻r5 ，线圈的两端与阻值为95 的电阻R连接，交流电压表为理想电表。t0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t按图乙所示正弦规律变化。若交流发电机产生的电动势的最大值为Em，电压表的示数为U，则()图7A.Em200 V，U134 VB.Em134 V，U95 VC.通过电阻R的电流每秒内方向改变约50次D.电阻R实际消耗的功率为190 W4.（2018广东湛江调研）将u=220sin100tV的电压输入如图所示的理想变压器的原线圈，原副线圈的匝数比为n1n2=551，R=10，则下列说法正确的是A该交流电的频率为100HzB闭合开关S后，电流表的读数为0.22AC闭合开关S后，电阻消耗的电功率为1.6WD断开开关S后，电流表的读数为0.22A5(2017·云南统测)如图所示，将理想变压器原线圈接入电压随时间变化规律为u220sin 100t(V)的交流电源上，在副线圈两端并联接入规格为“22 V,22 W”的灯泡10个，灯泡均正常发光。除灯泡外的电阻均不计，下列说法正确的是()A变压器原、副线圈匝数比为101B电流表示数为1 AC电流表示数为10 AD副线圈中电流的频率为5 Hz6(多选)(2017·济宁模拟)如图甲所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为111，R1 ，原线圈允许通过电流的最大值为1 A，副线圈ab两端电压随时间变化图像如图乙所示。则下列说法正确的是()A原线圈输入电压的有效值为242 VB原线圈两端交变电压的频率为550 HzC副线圈中电流的最大值为11 AD为保证电路安全工作，滑动变阻器R的阻值不得小于1 7(2016·河南郑州二检)一理想变压器原、副线圈匝数比为n1n2101。原线圈输入正弦交变电压如图所示，副线圈接入一阻值为22 的电阻。下列说法正确的是()A电阻中交变电流的方向每秒改变100次B原线圈中电流的有效值是0.14 AC与电阻并联的交流电压表示数是22 VD1 min内电阻产生的热量是2.64×103 J8如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为n1n241，原线圈a、b间接一电压为u220sin 100t(V)的电源，灯泡L标有“36 V18 W”字样，当滑动变阻器R的滑动触头处在某位置时，电流表示数为0.25 A，灯泡L刚好正常发光，则()A流经灯泡L的交变电流的频率为100 HzB定值电阻R0的阻值为19 C滑动变阻器R消耗的功率为36 WD若将滑动变阻器R的滑动触头向下滑动，则灯泡L的亮度变暗9(2016·辽宁五校联考)图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1n251，电阻R20 ，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示。现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是()A输入电压u的表达式u20 sin 50t(V)B只断开S2后，L1、L2均正常发光C只断开S2后，原线圈的输入功率减小D若将S1换接到2，R消耗的电功率为0.8 W10(2016·江苏南京三校高三联考)如图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比为1011，L是自感系数较大的线圈，在变压器的原线圈两端加上如图乙所示的交变电压时，灯泡正常发光，则下列说法中正确的是()A图乙所示电压的瞬时值表达式为u200 sin 100 t(V)B变压器副线圈两端的电压为220 VC若仅将变阻器的滑片P向下滑动，灯泡将变亮D若仅图乙中交变电压的周期变大，灯泡将变暗11(2016·辽宁大连模拟)(20分)如图所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n100匝，总电阻r1.0 ，所围成矩形的面积S0.040 m2，小灯泡的电阻R9.0 ，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为enB0Scos t，其中B0为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化。求：(1)线圈中产生感应电动势的最大值；(2)小灯泡消耗的电功率；(3)在磁感应强度变化的0时间内，通过小灯泡的电荷量。12如图所示，边长为L、匝数为N，电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO转动，轴OO垂直于磁感线，在线圈外接一含有理想变压器的电路，变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2.保持线圈以恒定角速度转动，下列判断正确的是()A两电压表的示数之比为U1U2n2n1B电压表的示数等于NBL2C当滑动变阻器R的滑片P向上滑动时，电压表的示数变大D变压器的输入功率与输出功率之比为1113如图所示，一矩形线圈的面积为S，匝数为N，内阻不计，绕OO轴在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度做匀速转动，从图示位置开始计时矩形线圈通过滑环接一理想变压器，滑动触头P上下移动时可改变输出电压，副线圈接有可调电阻R，下列判断正确的是()A矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为eNBScos tB矩形线圈从图示位置经过时间内，通过电流表的电荷量为零C当P位置不动，R增大时，电压表读数也增大D当P位置向上移动、R不变时，电流表读数变大14(2016福建质检)手摇发电机产生的正弦交流电经变压器给灯泡L供电，其电路如图。当线圈以角速度匀速转动时，电压表示数为U，灯泡正常发光。已知发电机线圈的电阻为r，灯泡正常发光时的电阻为R，其它电阻可忽略，变压器原线圈与副线圈的匝数比为k，变压器可视为理想变压器。则A灯泡的额定电压为 B灯泡的额定功率为C发电机的线圈中产生的电动势最大值为D从中性面开始计时，原线圈输入电压的瞬时值表达式为uUsint15(2017·山西质量监测)某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机通过升压变压器T1和降压变压器T2向R011 的纯电阻用电器供电。已知输电线的总电阻R10 ，T2的原、副线圈匝数比为41，用电器两端的电压为u220sin 100t(V)，将T1、T2均视为理想变压器。下列说法正确的是()A降压变压器的输入功率为4 400 WB升压变压器中电流的频率为100 HzC输电线消耗的功率为500 WD当用电器的电阻减小时，输电线消耗的功率减小16(2014·四川高考)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100 HzB发电机输出交流电的电压有效值是500 VC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17(2016·山西太原高三二模)图甲是远距离输电线路的示意图，图乙是发电机输出电压随时间变化的图象，则()A发电机输出交流电压的有效值约为500 VB用户用电器上交变电流的频率是100 HzC输电线的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定D当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大18.有一台内阻为1的发电机，供给一个学校照明用电，如图所示，升压变压器匝数比为14，降压变压器的匝数比为41，输电线的总电阻R=4，全校共22个班，每班有“220 V，40 W”的灯6盏，若保证全部电灯正常发光，则：(1)发电机输出功率多大？(2)发电机电动势多大？(3)输电效率是多少？(4)若使用灯数减半并正常发光，则发电机输出功率是否减半？1.【参考答案】D2【参考答案】A3【参考答案】AD【名师解析】交流发电机产生的电动势的最大值EmnBS，而mBS，由t图线可知m2.0×102 Wb，T2×102 s，所以100 rad/s，Em200 V，电动势的有效值E100 V，由闭合电路的欧姆定律，可知电路中电流的有效值I A，电压表的示数为UIR134 V，故选项A正确，B错误；由题图乙可知，周期T2×102 s，频率f16，故通过电阻R的电流每秒内方向改变约32次，选项C错误；电阻R消耗的功率为PI2R190 W，故选项D正确。4.【参考答案】C5【参考答案】B【名师解析】由原线圈电压瞬时值表达式可知，原线圈输入电压有效值为220 V，交变电流的频率f50 Hz，D项错；副线圈上灯泡正常发光，说明副线圈输出电压有效值为22 V，由理想变压器变压规律可知，10，A项错；由灯泡电功率PUI可知，通过每只灯泡的电流为1 A，故副线圈输出电流为10 A，由理想变压器变流规律可知，10，所以原线圈中电流的有效值为1 A，B项正确，C项错。6【参考答案】AC7【参考答案】AC【名师解析】由交变电流电压图象可知其频率f50 Hz，而交变电流的方向在每个周期内改变两次，故A项正确；由图象可知，原线圈中正弦交变电流电压最大值为220 V，所以有效值为220 V，由理想变压器变压规律可知，副线圈两端电压有效值U2U122 V，所以电压表示数为22 V，C项正确；由欧姆定律可知，通过电阻的电流I21 A。由理想变压器的变流规律可知，I10.1 A，B错误；由焦耳定律可知，电阻在1 min内产生的热量QIRt1.32×103 J，D项错误。8【参考答案】BD9【参考答案】CD【名师解析】交变电流的瞬时表达式uUmsin t，由图乙可以看出Um20 V，周期T0.02 s，100rad/s，即u20 sin 100t(V)，A项错误；根据题中条件S1接1，S2闭合L2正常发光，可以推出能使灯L2正常发光的额定电压为4 V，如果S1接1，断开S2，则每个灯泡两端电压为2 V，B错误；理想变压器输入功率由输出功率决定，而输出功率P出，在输出电压不变的情况下，负载电阻R0增大，输出功率减小，C正确；当S1接2时，U4 V，R20 ，代入P出得0.8 W，D正确。10【参考答案】AD11 (3)n·Sq·t；由得：qn4×103 C。答案(1)8 V(2)2.88 W(3)4×103 C12【参考答案】D13【参考答案】AD14【参考答案】AD【命题意图】本题考查了交变电流的产生、闭合电路欧姆定律、电功率、变压器的规律等知识点。【解题思路】由变压公式可知，变压器副线圈输出电压为U2=.灯泡正常发光，说明灯泡的额定电压为，选项A正确。灯泡的额定功率为P= =，选项B错误。设发电机的线圈中产生的电动势最大值为Em，有效值为E=Em/ ，由闭合电路欧姆定律，E=U+Ir，IU=，联立解得：Em=，选项C错误。从中性面开始计时，原线圈输入电压的瞬时值表达式为uUsint，选项D正确。15【参考答案】A16【参考答案】D17【参考答案】AD【名师解析】由正弦交流电最大值和有效值的关系可知，发电机输出交流电压的有效值约为500 V，选项A正确。正弦交流电的周期为0.02s，频率为50Hz，用户用电器上交变电流的频率是50 Hz，选项B错误。输电线的电流由降压变压器原、副线圈的匝数比和用户用电器的总电阻决定，选项C错误。当用户用电器的总电阻减小时，降压变压器输出电流增大，输电线上电流增大，输电线上损失的功率增大，选项D正确。18【名师解析】（1）对降压变压器：U2'I2=U3I3=nP灯=22×6×40W=5280W 而U2'=4·U3=4×220 V=880 V 所以对升压变压器：U1I1=U2I2=I22R+U2'I2=62×4 W+5 280W=5 424W 所以P出=5 424W（3）=×100%=97% （4）电灯减少一半时，n'P灯=2 640 W 所以P出'=n'P灯+I2'2R=2640+32×4 W=2 676 W 发电机的输出功率减少一半还要多 。因为输电线上电流减少一半，输电线上损失的电功率减少为原来的1/4。