2020年高考物理《交变电流与远距离输电》专项练习及答案解析

高考物理交变电流与远距离输电专项练习1.如图所示为一个经双向可控硅调节后加在电灯上的电压，正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，则现在电灯上电压的有效值为()A. Um B. C. D. 【答案】D【解析】设电灯的阻值为R，正弦交流电压的有效值与峰值的关系是U，由于一个周期内半个周期有交流电压，一周期内交流电产生的热量为Qt，设交流电压的有效值为U，由电流热效应得QT，所以该交流电压的有效值U，选项D正确2.交流发电机线圈电阻r1 ，用电器电阻R9 ，电压表示数为9 V，如图所示，那么该交流发电机()A电动势的峰值为10 VB电动势的有效值为9 VC交流发电机线圈通过中性面时电动势的瞬时值为10 VD交流发电机线圈自中性面转过90的过程中的平均感应电动势为 V【答案】D【解析】电压表示数等于路端电压，电路中的电流为I A1 A，电动势的有效值为：EI(Rr)1(19) V10 V，所以电动势的最大值为EmE10 V，故A、B错误；线圈通过中性面时最大，但0，故e0，C错误；线圈从中性面转过90过程中，BS，t，则n，由于EmnBS，所以 V，D正确。3.(2018全国卷)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. 1 C. 12 D. 21【答案】D【解析】对于方波交流电源，电压的有效值和最大值相等，即u方u0，在周期T内产生的热量为Q方T，对于正弦交流电源，电压的有效值u正，在周期T内产生的热量为Q正T，整理可得Q方Q正21，选项D正确4.如图所示电路中，A、B间接有交变电压u311sin100t(V)，电路中接有“220 V440 W”的电暖宝、“220 V220 W”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311 VB电路要正常工作，保险丝的额定电流不能小于3 AC电暖宝发热功率是抽油烟机发热功率的2倍D1 min内抽油烟机消耗的电能为1.32104 J【答案】D【解析】由u311sin100t(V)可知，交变电压的有效值为220 V，故交流电压表的示数为220 V，选项A错误；已知两用电器的额定电压和额定功率，根据并联电路电流规律及PUI可知，I干 A A3 A，故保险丝的额定电流应不小于3 A，选项B错误；因抽油烟机功率包括热功率及机械功率，故电暖宝发热功率大于抽油烟机发热功率的2倍，选项C错误；根据WPt可得1 min内抽油烟机消耗的电能为1.32104 J，选项D正确。5.在如图甲所示电路中，D为理想二极管(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)R130 ，R260 ，R310 .在MN间加上如图乙所示的交变电压时，R3两端电压表的读数大约是()A. 3 V B. 3.5 V C. 4 V D. 5 V【答案】B【解析】在00.01 s内，二极管导通，R3两端电压为U3Um4 V，在0.010.02 s内，二极管截止，R3两端电压为U3Um3 V根据交流电有效值的定义得：T，U3.5 V，B正确6.(多选)如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生正弦交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是()A在图中t0时刻穿过线圈的磁通量均为零B线圈先后两次转速之比为32C交流电a的瞬时值为u10sin5t (V)D交流电b的最大值为 V【答案】BCD【解析】由题图可知，t0时刻线圈均在中性面，穿过线圈的磁通量最大，A错误；由题图可知TaTb23，故nanb32，B正确；由题图可知，C正确；交流电最大值UmNBS，故UmaUmb32，故UmbUma V，D正确。7.(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表达式为eNBSsin tB. 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大小无关【答案】ABC【解析】从图示位置开始计时，即从线框处于中性面位置开始计时，感应电动势瞬时值表达式eNBSsin t，选项A正确；线框通过中性面前后，流过电阻R的电流方向发生改变，每转1周电流方向改变2次，1秒钟内线框转动圈数为，故流过电阻R的电流方向改变2次，选项B正确；线框从图示位置转过60的过程中，通过电阻R的电荷量qIttN，而BSBS，故q，选项C正确；电压表的示数U，而E，故U，选项D错误8.如图甲所示，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enBmScost，其中Bm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。【答案】(1)8.0 V(2)2.88 W(3)4.0103 C【解析】(1)由图象知，线圈中产生的交变电流的周期T3.14102 s，所以EmnBmS8.0 V。(2)电流的最大值Im0.80 A，有效值I A，小灯泡消耗的电功率PI2R2.88 W。(3)在0时间内，电动势的平均值，平均电流，流过灯泡的电荷量Qt4.0103 C。9.如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴以角速度匀速转动(O轴位于磁场边界)，则线框内产生的感应电流的有效值为()A. B. C. D.【答案】D【解析】交变电流的有效值是根据电流的热效应得出的，线框全部进入磁场中后，因磁通量不变，故没有感应电流产生，所以只有线框进入和穿出磁场的过程中有感应电流。设线框转动周期为T，而线框转动一周只有的时间内有感应电流，根据有效值的概念，有2RI2RT，解得I，选项D正确。10.如图甲所示，标有“220 V40 W”的灯泡和标有“20 F300 V”的电容器并联到交流电源上，为交流电压表，交流电源的输出电压如图乙所示，闭合开关下列判断正确的是()A. t时刻，的示数为零 B. 灯泡恰好正常发光C. 电容器不可能被击穿 D. 的示数保持110 V不变【答案】B【解析】：的示数应是电压的有效值220 V，故选项A、D错误；电压的有效值恰好等于灯泡的额定电压，灯泡正常发光，选项B正确；电压的峰值Um220 V311 V，大于电容器的耐压值，故电容器有可能被击穿，选项C错误11.(多选)如图所示为两个互感器，在图中圆圈内a、b表示理想交流电表，已知电压比为1001，电流比为101，交流电压表的示数为220 V，交流电流表的示数为10 A，则()Aa为交流电流表，b为交流电压表Ba为交流电压表，b为交流电流表C线路的输送电功率是2200 WD线路的输送电功率是2.2106 W【答案】BD【解析】电压互感器是测电压的，应并联在电线之间，电流互感器是测电流的，应串联在电线上，由题图可知a为交流电压表，b为交流电流表，A错误，B正确；因电压互感器电压比为1001，电流互感器电流比为101，由交流电压表的示数为220 V得电线间的电压为22000 V，由交流电流表的示数为10 A得电线上的电流为100 A，所以线路的输送电功率PUI2.2106 W，C错误，D正确。12.(多选)如图所示，有一矩形线圈，面积为S，匝数为N，内阻为r，绕垂直磁感线的对称轴OO以角速度匀速转动，从图示位置转90的过程中，下列说法正确的是()A. 通过电阻R的电荷量QB. 通过电阻R的电荷量QC. 外力做功的平均功率PD. 从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为eNBSsin t【答案】BC【解析】从图示位置转90的过程中，磁通量变化BS，通过电阻R的电荷量QIttN，选项A错误、B正确；矩形线圈绕垂直磁感线的对称轴OO以角速度匀速转动，产生的感应电动势最大值EmNBS，感应电流的有效值为I，外力做功的平均功率PEII2(Rr)，选项C正确；从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为eNBSsin(t)，选项D错误13. (多选)如图所示是通过变压器给用户供电的示意图，变压器的输入电压是电网电压，基本稳定，输出电压通过输电线输送给用户输电线的电阻用R0表示，用变阻器的电阻R表示用户用电器的总电阻，当变阻器的滑动触头P向上移动时，以下说法正确的是()A. 相当于增加用电器的个数 B. V1的示数随V2示数的增大而增大C. A1的示数随A2示数的减小而减小 D. 变压器的输入功率减小【答案】CD【解析】当变阻器的滑动触头P向上移动时，用电器的总电阻增大，相当于并联的用电器数目减少，A错误，D正确；同时变压器的输入功率减小，由于电网电压U不变，所以两个电压表的示数不变，B错误；由于变压器的输出功率决定输入功率，所以A1的示数随A2示数的减小而减小，C正确14如图所示，理想变压器原、副线圈回路中的输电线的电阻忽略不计。当S闭合时()A电流表A1的读数变大，电流表A2的读数变小B电流表A1的读数变大，电流表A2的读数变大C电流表A1的读数变小，电流表A2的读数变小D电流表A1的读数变小，电流表A2的读数变大【答案】B【解析】将开关S闭合，负载总电阻变小，由线圈匝数和输入端电压不变可知输出端电压不变，由欧姆定律可知输出端电流变大，故电流表A2的示数变大；由n1I1n2I2可知原、副线圈中电流与匝数成反比，所以输出端电流变大时输入端电流也增大，即A1示数变大，故B正确。15.如图所示，理想变压器的输入电压保持不变。副线圈通过输电线接两个相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R。开始时，开关S断开，当S闭合时，下列说法正确的是()A交流电压表的示数变大B灯泡L1更亮C交流电流表的示数增大D变压器的输出功率减小【答案】C【解析】当S闭合时，副线圈两端电压不变，负载总电阻变小，输电线中电流增大，等效电阻R分得电压增大，交流电压表的示数变小，灯泡L1变暗，变压器的输出功率增大，则变压器的输入功率变大，交流电流表的示数增大，选项C正确，A、B、D错误。16.(2018天津理综)教学用发电机能够产生正弦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P B. 电压表V的读数变为UC. 电流表A的读数变为2I D. 通过R的交变电流频率不变【答案】B【解析】发电机线圈转速变为原来一半时，产生电动势的最大值和有效值均变为原来的一半，变压器匝数比不变，故副线圈上的电压表示数变为原来的一半，选项B正确；对负载电阻R，由P可得，R消耗的功率变为原来的，即副线圈消耗的功率变为原来的，故原线圈消耗的功率也变为原来的，而原线圈电压变为原来的一半，故原线圈中的电流(电流表示数)变为原来的一半，选项A、C均错误；发电机线圈转速变为原来一半时，线圈转动的角速度为原来的一半，由f可得交变电流的频率变为原来的一半，选项D错误17.(2018天津质检)如图甲所示电路中，L1、L2、L3为三只“6 V3 W”的灯泡，变压器为理想变压器各电表均为理想电表当ab端接如图乙所示的交变电压时，三只灯泡均正常发光下列说法正确的是()A. 变压器原副线圈的匝数比为12B. 副线圈两端输出的交变电流的频率为50 HzC. 电流表的示数为0.5 AD. 电压表的示数为18 V【答案】B【解析】灯泡正常发光时的电流I0 A0.5 A，则副线圈中电流I22I0，而原线圈中电流I1I0，则变压器原副线圈的匝数比n1n2I2I121，A错误；由题图乙可知交变电流的周期T0.02 s，则频率f50 Hz，变压器不改变交变电流的频率，B正确；电流表的示数IAI22I01 A，C错误；因灯泡正常发光，则副线圈的两端电压U26 V，则原线圈两端电压U1U212 V，电压表示数为12 V，D错误18.如图所示，理想变压器的原线圈接在u220sin(100t) V的交流电源上，副线圈接有R55 的负载电阻。原、副线圈匝数之比为21，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是()A原线圈中电流表的读数为1 AB原线圈中的输入功率为220 WC副线圈中电压表的读数为110 VD副线圈中输出交流电的周期为50 s【答案】A【解析】由，输出电压有效值为U2110 V，输出电流为I22 A，由可求出输入电流为I11 A，A正确；输入功率为P1U1I1220 V1 A220 W，B错误；电流表和电压表测量的都是有效值，所以电压表的示数为110 V，C错误；因角速度为100 rad/s，周期为T0.02 s，D错误。19.(2018北京东城区期末)如图所示，理想变压器的原线圈通过保险丝接在一个交流电源上，交变电压瞬时值随时间变化的规律为u311sin 100t (V)，副线圈所在电路中接有电灯、电动机、理想交流电压表和理想交流电流表已知理想变压器原、副线圈匝数比为101，电灯额定功率为44 W，电动机内电阻为1 ，电流表示数为3 A，各用电器均正常工作则()A. 电压表示数为31.1 V B. 电动机的输出功率为21 WC. 变压器的输入功率为44 W D. 通过保险丝的电流为30 A【答案】B【解析】该交流电源的电压有效值为220 V，根据理想变压器的电压比等于匝数比，则电压表的示数为22 V，选项A错误；电灯两端的电压为22 V，电灯正常工作，根据PUI，可得流经电灯的电流为2 A，根据串、并联电路特点，流经电动机的电流为1 A，则电动机的输出功率P出UIMIr21 W，选项B正确；根据理想变压器的电流比与匝数比成反比，则通过保险丝的电流为0.3 A，选项D错误；变压器的输入功率P入2200.3 W66 W，选项C错误20.如图所示为理想变压器，原、副线圈的匝数比为21，原线圈接有交流电压u220sin100t(V)，图中电压表和电流表均为理想交流电表，R2为负温度系数的热敏电阻(即当温度升高时，阻值减小)，R1为定值电阻，C为电容器。下列说法正确的是()A交流电压表的示数是110 VB交流电的频率为100 HzC通过R1的电流始终为零D当R2处温度升高时，交流电压表的示数不变，交流电流表的示数变大【答案】D【解析】原线圈所接交变电压的有效值为U1 V，由理想变压器的变压比公式，可得U2U1 V55 V，选项A错误；由交变电压的瞬时值表达式u220sin100t(V)可知，该交变电流的频率f Hz50 Hz，选项B错误；由于交变电流能对电容器进行充、放电，所以会有充、放电电流通过电阻R1，选项C错误；因变压器为理想变压器，线圈电阻不计，因此，交流电压表的示数不变，当R2处的温度升高时，其电阻阻值变小，所以交流电流表的示数变大，选项D正确。21.如图所示，理想变压器有两个副线圈，L1、L2是两盏规格为“8 V 10 W”的灯泡，L3、L4是两盏规格为“6 V12 W”的灯泡，当变压器的输入电压为U1220 V时，四盏灯泡恰好都能正常发光，如果原线圈的匝数n11 100匝，求：(1)副线圈的匝数n2、n3.(2)电流表的读数【答案】(1)40匝60匝 (2)0.2 A【解析】(1)由变压器原理可知，n1n2n3U1U2U3，则n2n11 100匝40匝n3n11 10