2022年高考物理 专题10 交变电流（含解析）

2022年高考物理 专题10 交变电流（含解析）【xx高考命题预测】交变电流考点在高考命题中多以选择题的形式出现，结合历年的高考试卷分析不难发现，该考点出现频率比较高，特别受到各地的青睐。该考点不单单是局限于交流电，纵横联系知识点较多，比如前面出现的磁场磁通量的变化，恒定电流部分的串并联电路分析，甚至静电场部分的电容器等，所以综合性比较强。本考点的命题集中于两个方面，其一是线框绕垂直磁场的转轴匀速转动产生正弦交流电，需要我们正确认识线框转动过程中在中性面和与中性面垂直位置对应的磁通量和交流电的瞬时电压和电流，并且对线框面积、线框转速和交流电瞬时值有效值的关系式认识到位。其二在于变压器，交流电通过电流的互感而在副线圈输出交流电，对变压器的原理，以及以变压器为基础的远距离输电是命题的热门。对于变压器原副线圈的电压电流和电功率的关系，对于远距离输电中二极管的单向导电都是常见的考察形式，特别是二极管的出现导致交流电的有效值的变化给以足够的重视。此外电容器和自感线圈也常常结合串并联电路一起考察，需要备考中厘清相关知识。xx高考备考中，在理解描述交流电的各个物理量的基础上，针对交流电的有效值、最大值、平均值、瞬时值的计算进行强化，在此基础上结合动态电路、变压器、远距离输电和二极管单向导电，准确把握变压器原副线圈的电压电流电功率的变化，本考点命中率高，难度不高，一定不能丢分。【xx高考考点定位】 正弦交流电的有效值、极值、瞬时值的表达式以及它们之间的关系，非正弦交流电的有效值的计算仍会是本考点的着力点，备考中扎实掌握这些基础知识。以互感为原理的变压器是考察的常见形式，原副线圈的电压电流电功率关系，特别是接入二极管和传感器的情况下，整个电路的动态变化是一个热点。【考点pk】名师考点透析考点一、交流电的产生及描述【名师点睛】1. 正弦交流电：在匀强磁场中，线框绕垂直于磁场的转轴匀速转动，线框中产生的交流电即按照正弦规律变化即正弦交流电。正弦交流电的电动势最大值，其中是线框的匝数，是匀强磁场的磁感应强度，是线框面积，是线框绕转轴转动的角速度。若从线框经过中性面即线框与磁场垂直开始计时，则电动势瞬时值，而磁通量瞬时值则为，即当电动势按照正弦规律随时间变化时，磁通量按照余弦规律随时间变化。2. 正弦交流电的四值：正弦交流电的最大值即，瞬时值（从中性面开始计时），。平均值常用来计算通过电路的电荷量，即，那么通过电路的电荷量。有效值是根据热效应来定义的，如果交流电在一段时间内产生的热量与电压为电流为的直流电产生的热量相等，那么该交流电的有效电压就是有效电流就是。对正弦交流电而言，有效电压，有效电流，电路中所有电表的示数都是有效值，电功率电热的计算都是有效值，而电容器的击穿电压等则是指的最大值。考点二、变压器和远距离输电【名师点睛】1. 理想变压器：变压器有原副线圈和铁芯组成，其原理是原副线圈互感，要求原线圈必须输入交流电，这样才能产生电磁感应在副线圈感应出交流电，原副线圈磁通量变化率相同，所以有，即原副线圈电压表等于匝数比。根据能量守恒有即，所以原副线圈电流和匝数成反比即。若有多个副线圈则，电流关系则变为2. 变压器动态分析：，3. 远距离输电简化电路如下远距离输电主要经过升压变压器和降压变压器，电路分析的顺序从输入端开始：，电功率分析从用户端开始：，电流的分析同样从用户端开始：，。远距离输电时主要问题在于输电线电阻导致的电压损失，即输电线电阻。损失的电功率，要减少输电线上损失的电功率，就要减少输电线上面的电流，根据输电功率一定，采用增大输电电压来减小输电电流从而减少输电线的能量损失。【试题演练】1.【xx山西高三四校联考】如图所示，a、b间接入正弦交流电，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，所有电表均为理想电表，电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压（报警器未画出），R3为一定值电阻。当传感器R2所在处出现火情时，以下说法中正确的是 AA1的示数增大，A2的示数增大 BA1的示数增大，A2的示数减小CV1的示数减小，V2的示数减小 DV1的示数不变，V2的示数减小【答案】BD【解析】2.【xx郑州高三第一次质量预测】如图所示，一台理想变压器的原副线圈的匝数比为， 在副线圈两端接有“6 V 40 W”的电灯泡。若灯泡正常发光，则下列说法中正确的是A在原副线圈中，通过每匝线圈的磁通量时时刻刻都相同B通过原副线圈的交变电流的频率相同C变压器输入电压的最大值为240 VD变压器输人功率为40W【三年高考】 12、13、14 高考试题及其解析1.【xx天津卷】如图1所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图2中曲线a、b所示，则A两次t=0是时刻线圈平面均与中性面重合B曲线a、b对应的线圈转速之比为2：3C曲线a表示的交变电动势频率为25HzD曲线b表示的交变电动势有效值为10V2.【xx山东卷】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484WB通过原线圈的电流的有效值为0.6AC通过副线圈的电流的最大值为2.2AD变压器原、副线圈的电流匝数比3.【xx海南卷】理想变压器上接有三个完全相同的灯泡，其中一个与该变压器的原线圈串联后接入交流电源，另外两个并联后接在副线圈两端，已知三个灯泡均正常发光。该变压器原、副线圈的匝数之比为A12 B.21 C.23 D.324.【xx江苏卷】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 BI2 CI1U1I22R DI1U1I2U2【答案】 D【解析】试题分析：理想变压器原副线圈两端的电压与线圈的匝数成正比，有：，由能量守恒定律可知： 5【xx新课标全国卷】如图所示，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.UabUcd=n1n2 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6.【xx浙江卷】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想想变压器，流入用户端的电流是I2。则（ ）A.用户端的电压为I1U1/I2B.输电线上的电压降为UC.理想变压器的输入功率为I12rD.输电线路上损失的电功率为I1U7【xx四川卷】如图所示，甲是远距离的输电示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图象，则（ ）A用户用电器上交流电的频率是100HzB发电机输出交流电的电压有效值是500VC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，输电线上损失功率减小【考点定位】变压器 远距离输电 峰值和有效值 输电电流 损耗功率8.【xx福建卷】图为模拟远距离输电实验电路图，两理想变压器的匝数n1=n4n2=n3，四根模拟输电线的电阻R1、R2、R3、R4的阻值均为R，A1、A2为相同的理想交流电流表，L1、L2为相同的小灯泡，灯丝电阻RL2R，忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时（ ）A.A1、A2两表的示数相同B.L1、L2两灯泡的量度相同C.R1消耗的功率大于R3消耗的功率D.R2两端的电压小于R4两端的电压9.【xx广东卷】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不变，闭合电建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，变压器的输入电流减小D.P向上滑动时，变压器的输出功率变大1.【xx江苏卷】 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【解析】试题分析： 因为原、副线圈两端的电压与它们的匝数成正比，当向下滑动P时，相当于减少副线圈的匝数，导致副线圈两端的电压减小，流过灯泡L的电流也减小，灯泡变暗，选项A错误；增大交流电源的电压，则会使副线圈两端的电压也随之增大，灯泡变亮，选项B正确；电容器的电容越大，交流电源的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越小，灯泡就越亮，选项C正确，选项D错误【考点】变压器 电容器2.【xx广东卷】 如图，理想变压器原、副线圈匝数比n1n221， V和A均为理想电表，灯泡电阻RL6 ，AB端电压u112 sin100t （V）下列说法正确的是（）A电流频率为100 HzBV的读数为24 VCA的读数为0.5 AD变压器输入功率为6 W3.【xx四川卷】 用220 V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110 V，通过负载的电流图像如图所示，则（）A变压器输入功率约为3.9 WB输出电压的最大值是110 VC变压器原、副线圈匝数比是12D负载电流的函数表达式i0.05sin（100t） A4.【xx山东卷】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，A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（）图甲图乙A电流表的示数为10 AB线圈转动的角速度为50 rad/sC0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左5.【xx海南】 通过一阻值R=100的电阻的交变电流如图所示，其周期为1s。电阻两端电压的有效值为A12V B4V C15V D8V6.【xx天津理综】 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Aab接MN、cd接PQ，IabIcdCab接PQ、cd接MN，IabIcd【考点】电流互感器1.【xx 北京】 一个小型电热器若接在愉出电压为10V的直流电源上.消耗电功率为P;若把它接在某个正弦交流电源上，其消耗的电功率为。如果电热器电阻不变，则此交流电源输出电压的最大值为 （）A .5V B.5V C .10V D.10V2.【xx新课标】自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈，原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变压器的电路如图所示，其副线圈匝数可调。己知变压器线圈总匝数为1900匝；原线圈为1100匝，接在有效值为220V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时，负载R上的功率为2.0 kW。设此时原线圈中电流有效值为I，负载两端电压的有效值为U2，且变压器是理想的，则U2和I1分别约为A 380V和5.3A B380V和9.1A C240V和5.3A D240V和9.1A 【考点】变压器3.【xx 广东】某小型发电机产生的交变电动势为e=50sin100t（V），对此电动势，下列表述正确的有A.最大值是V B.频率是100HzC有效值是V D.周期是0.02s4.【xx 福建】如图，理想变压器原线圈输入电压V，副线圈电路中为定值电阻，R是滑动变阻器。和是理想交流电压表，示数分别用和表示；和是理想交流电流表，示数分别用和表示。下列说法正确的是（ ）A和表示电流的瞬间值B和表示电压的最大值C滑片P向下滑动过程中，不变、变大D滑片P向下滑动过程中，变小、变小【答案】C【解析】试题分析：电压表V1和V2分别测量的变压器原副线圈的输入、输出电压的有效值，电流表A1和A2分别测量的原、副线圈电路中电流的有效值，A、B项错误；滑动变阻器向下滑动时，接入电路的电阻变小，原副线圈输入、输出电压不变，由欧姆定律可知，副线圈电路中的电流变小，原线圈的输入功率变小，由P=IU可知，原线圈电路中的电流变小，C项正确，D项错误。【考点】本题考查变压器规律的应用，考查变压器电路的动态分析。【易错分析】本题易错误地认为滑动变阻器调节过程中原、副线圈的输入、输出电压会发生变化。5.【xx 山东】图甲是某燃气炉点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为、。为交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。以下判断正确的是A电压表的示数等于5VB电压表的示数等于C实现点火的条件是D实现点火的条件是【两年模拟】 1.【xx贵州省六校联盟高三第二次联考】如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2=10:1，b是原线圈的中心抽头，S为单刀双掷开关，定值电阻R=10 。从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压，则下列说法中正确的是（ ）u1a甲Rn1n2AVbcdS乙t/10-2 su1/V1O2220-22019题图图B当S与a连接后，t=0.01 s时理想电流表示数为零C当S由a拨到b后，原线圈的输入功率变为原来的4倍D当S由a拨到b后，副线圈输出电压的频率变为25 Hz2.【xx北京市大兴区高三第一学期期末试卷】如图甲所示，一理想变压器给一个小灯泡供电当原线圈输入如图乙所示的交变电压时，额定功率为10W的小灯泡恰好正常发光，已知灯泡的电阻为40，图中电压表为理想电表，下列说法正确的是A变压器输入电压的瞬时值表达式为B电压表的示数为220 VC变压器原、副线圈的匝数比为11:1D变压器的输入功率为110W3.【xx湖北武汉高三2月调研】如图所示是测量通电螺线管内部磁感应强度的一种装置：把一个很小的测量线圈放在待测处（测量线圈平面与螺线管轴线垂直），将线圈与可以测量电荷量的冲击电流计G串联，当将双刀双掷开关K由位置1拨到位置2时，测得通过测量线圈的电荷量为q。已知测量线圈的匝数为N，截面积为S，测量线圈和G串联回路的总电阻为R。下列判断正确的是：A在此过程中，穿过测量线圈的磁通量的变化量B在此过程中，穿过测量线圈的磁通量的变化量C待测处的磁感应强度的大小为D待测处的磁感应强度的大小为4.【xx湖北孝感高三第二次统考】如图所示，两根等高光滑的圆弧轨道，半径为r、间距为L，轨道电阻不计在轨道顶端连有一阻值为R的电阻，整个装置处在一竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为B现有一根长度稍大于L、电阻不计的金属棒从轨道最低位置cd开始，在拉力作用下以速度v0向右沿轨道做匀速圆周运动至ab处，则该过程中A通过R的电流方向为由内向外 B通过R的电流方向为由外向内R上产生的热量为 D流过R的电量为线产生正弦交变电流I=，其有效值为I=，金属棒的时间为t=，故R上产生的热量为Q=I2Rt=（）2R=，故C是正确的；通过R的电量为q=It=t=，故D是不对的。考点：电磁感应，交流电的有效值，焦耳定律。5.【xx河北邯郸高三一模】图甲中的变压器为理想变压器，原线圈匝数n1与副线圈匝数n2之比为101，变压器的原线圈接如图乙所示的正弦式交流电，电阻R1R2R320 和电容器C连接成如图甲所示的电路。其中，电容器击穿电压为8 V，各电表均为理想交流电表，开关S处于断开状态，则（ ）A电压表的读数为10V B电流表的读数约为0.05 AC电阻R2上消耗的功率为2.5 W D若闭合开关S，电容器会被击穿6.【xx云南省部分名校（玉溪一中，昆明三中）高三第一次联考（11月）】如图所示，一理想变压器原副线圈的匝数比为12；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220 V，额定功率为22 W；原线圈电路中接有交流电压表和交流电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则AU110 V，I0.2 A BU110 V，I0.05 ACU110 V，I0.2 A DU110 V，I0.2 A7. 【xx湖南怀化高三一模】如图，是一个小型电风扇电路简图，其中理想变压器的原、副线圈的匝数比为n，原线圈接电压为U的交流电源，输出端接有一只电阻为R的灯泡L和风扇电动机D，电动机线圈电阻为r。接通电源后，电风扇正常运转，测出通过风扇电动机的电流为I，则下列说法正确的是A风扇电动机D两端的电压为B理想变压器的输入功率为C风扇电动机D输出的机械功率为D若电风扇由于机械故障被卡住，则通过原线圈的电流为功率为总功率减去热功率即，选项C对。若电风扇由于机械故障被卡住，则风扇变为纯电阻，此时副线圈电流，原线圈电流，选项D对。考点：理想变压器 交流电8.【xx广州市普通高中毕业班综合测试】图（a）中、为理想电表，理想变压器的原、副线圈匝数比n1n2201， ，变压器原线圈接上如图（b）的正弦交流电，则A示数为220V B示数为0.2A C原线圈中交流电的频率是50 Hz D通过R的电流的频率为2.5 Hz9.【xx河北唐山高三一模】如图所示，理想变压器的原副线圈匝数之比为2:1，原线圈接在 的交流电源上，副线圈一端接有R=55的负载电阻、熔断电流为1A的保险丝和一个灯泡D，电流表为理想电表。下列说法正确的是（ ）AS断开时，原线圈中电流表的读数为ABS断开时，原线圈中的输入功率为220WC副线圈中输出交流电的周期为50sDS闭合时，灯泡D正常发光，原线圈中电流表读数不会超过1.5 A10.【xx辽宁省沈阳市高三教学质量监测（一）】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，如图乙所示，产生的交变电动势随时间变化规律的图象如图甲所示，已知发电机线圈内阻为1.0，外接一只电阻为9.0的灯泡，则A电压表V的示数为20VB电路中的电流方向每秒改变5次C灯泡实际消耗的功率为36WD值电动势随时间变化的瞬时表达式为【答案】C【解析】试题分析：观察甲图可知，正弦交流电，可知有效电动势，周期，正弦交流电的方向一个周期改变2次，每秒钟为5个周期，方向改变10次，选项B错。线圈和灯泡构成闭合回路，总电阻，电流，电压表测量路端电压，读数为，选项A错。灯泡实际消耗的功率为选项C对。值电动势随时间变化的瞬时表达式为，选项D错。考点：正弦交流电1.【xx安徽省皖南八校高三第一次联考】某理想变压器原、副线圈的匝数比为443，原线圈a、b间所接电原电压按右图所示规律变化，副线圈接有负载电阻，电流表的示数为2.2 A，则下列判断正确的是A.副线圈两端输出的电压为15VB.原线圈中的电流为0.15 AC变压器的输入、输出功率之比为443D原线圈两端电压的瞬时值表达式为u220sin100t（V）2.【xx河南省焦作市高三期末】在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如图甲所示。产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示。则下列说法正确的是At0.01s时穿过线框的磁通量最小B该交变电动势的有效值为11VC该交变电动势的瞬时值表达式为e22cos（100t）VD电动势瞬时值为22V时，线圈平面与中性面的夹角为45【考点】正弦交流电3.【xx江苏省苏北三市（徐州、淮安、宿迁）高三调研考试、山东省临沂市高三一模】如图所示电路中，电源电压u=31lsinl00t（V），A、B间接有“220V，440W”的电暖宝、“220V，220W”的抽油烟机、交流电压表及保险丝。下列说法正确的是A交流电压表的示数为311V B电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3AC电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍D1min抽油烟机消耗的电能为l.32104J4.【xx上海市嘉定区高三下学期第二次模拟】在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路。t1、t2时刻线圈分别转到图（a）、（b）所示的位置，下列说法中正确的是（ ）（A）t1时刻电阻中的电流最大，方向从左向右（B）t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左（C）t2时刻电阻中的电流最大，方向从左向右（D）t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左5.【xx辽宁省五校协作体高三联考】如图所示，有一矩形线圈的面积为S，匝数为N内阻不计，绕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，滑动接头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e=NBScostB. 矩形线圈从图示位置经过/2时间时，通过电流表的电荷量为0C. 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，电流表读数减小【考点】变压器【一年原创】xx原创试题及其解析1.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P （B）滑动变阻器滑片向下滑动（C）减小交流电源的频率 （D）增大电容器C的电容【考点】变压器2.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P B滑动变阻器滑片向上滑动C减小交流电源的频率 D增大电容器C的电容【考点】理想变压器 电容器3.如图所示的电路中，有一自耦变压器，左侧并联一只理想电压表V1后接在稳定的交流电源上；右侧串联灯泡L和滑动变阻器R，R上并联一只理想电压表V2。下列说法中正确的是（ ）A.若F不动，滑片P向下滑动时，V1示数变大，V2示数变小B.若F不动，滑片P向下滑动时，灯泡消耗的功率变小C.若P不动，滑片F向下移动时，V1、V2的示数均变小D.若P不动，滑片F向下移动时，灯泡消耗的功率变大4.如图所示的变压器，接如图甲所示的交流电时，灯泡正常发光，电容器能正常工作，现将电源换成如图乙所示的交流电，则（ ）A.由于乙交变电流的周期变短，电流变化的比第一次快，产生的感应电动势比第一次大，因此灯泡比第一次亮B.由于乙的频率比甲的大，因此电容器有可能被击穿C.无论接甲，还是接乙电源，若滑动触头P向上移动，灯泡都变暗D.若将原线圈n1的匝数增加，灯泡消耗的功率将变小5.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为，原线圈接入的交流电，下列说法正确的是A图中电压表的示数为6220 V B通过R1的电流的频率为100 HzC若减小R2，则原线圈中电流I1增大 D若增大R2，则R3消耗的电功率减小C、若减小R2，则副线圈总电阻减小，则副线圈电流增大，可知原线圈电流也增大，故C正确；D、若增大R2，则副线圈总电阻增大，总电流减小，所以R1两端电压变小，则R3两端电压变大，根据可知，R3消耗的电功率变大，故D错误 【考点】：变压器；动态电路问题。