2022高考理化专题17 交流电的产生及描述、 理想变压器与远距离输电（解析版）

1、高考复习资料专题17 交流电的产生及描述、 理想变压器与远距离输电1. (2021·北京市丰台区二模)某交变电动势瞬时值表达式e10sin(2t) v，则()a.交变电流的频率为2 hzb.交变电流的周期为0.25 sc.交变电动势的有效值为10 vd.当t0.25 s时，感应电动势为10 v【参考答案】d【题目解析】交变电动势瞬时值表达式e10sin(2t) v，可知2，则交变电流的周期t1 s，频率为f1 hz，选项a、b错误；交变电动势瞬时值表达式e10sin(2t) v，可知交变电动势的最大值为10 v，则有效值为 v5 v，选项c错误；当t0.25 s时，感应电动势为e10

2、sin v10 v，选项d正确。2.(2021·安徽合肥市第二次教学质检)如图所示，矩形线圈处在磁感应强度大小为b、方向水平向右的匀强磁场中，线圈通过电刷与定值电阻r及理想电流表相连接，线圈绕中心轴线oo 以恒定的角速度匀速转动，t0时刻线圈位于与磁场平行的位置。已知线圈的匝数为n、面积为s、阻值为r。则下列说法正确的是()a.t0时刻流过电阻r的电流方向向左b.线圈中感应电动势的瞬时表达式为enbssin tc.线圈转动的过程中，电阻r两端的电压为d.从t0时刻起，线圈转过60°时电阻r两端的电压为【参考答案】d【题目解析】t0时刻线框与磁场方向平行，即线框的速度与磁场方

3、向垂直，由右手定则可知，流过电阻r 的电流方向向右，故a错误；从与中性面垂直的位置开始计时，感应电动势随时间按余弦规律变化，且最大感应电动势emnbs，所以感应电动势的瞬时值表达式为enbscos t，故b错误；线圈转过的过程中，最大感应电动势emnbs，则产生的感应电动势的有效值为enbs，因此电阻r两端的电压为u，故c错误；线圈从t0开始转过60°时，电阻r两端的电压为ur，故d正确。3.(2021·云南省师大附中第五次月考)阻值为100 的纯电阻元件通以如图所示的交流电，则该元件的发热功率为()a.121 w b.302.5 w c.484 w d.605 w【参考答

4、案】b【题目解析】电热qt，代入数据得×0.01×0.01×0.02，解得电压有效值为u174 v，发热功率p302.5 w，故选项b正确。4.(2021·1月河北学业水平选择性考试模拟演练，4)如图所示，理想变压器原线圈匝数为1 100匝，接有一阻值为r的电阻，电压表v1示数为110.0 v。副线圈接有一个阻值恒为rl的灯泡，绕过铁芯的单匝线圈接有一理想电压表v2，示数为0.10 v。已知rlr41，则副线圈的匝数为()a.225 b.550 c.2 200 d.4 400【参考答案】c【题目解析】因为电压表v2的示数为0.10 v，由变压器原副线圈匝

5、数与电压之间的关系，可知原线圈的输入电压为u1110 v；根据电路连接，可知原线圈中的电流i1；副线圈两端电压为u2，电流为i2，又u1i1u2i2，rlr41，联立得u2220 v，由得，n22 200，故c正确。5.(多选)(2021·宁夏石嘴山市4月模拟)如图所示，理想变压器t的原线圈接在电压为u的交流电源两端，p为滑动变阻器的滑片，rt为热敏电阻，其阻值随温度升高而减小，下列说法正确的是()a.p向左滑动时，变压器的输出电压变大b.若p向左滑动时，rt阻值保持不变，则变压器的输入功率变大c.若p保持不变，rt温度升高时，则灯l变暗d.rt温度升高时，适当向右滑动p可能保持灯l

6、亮度不变【参考答案】cd【题目解析】p向左滑动时，变压器原线圈电压和原副线圈的匝数比均不变，输出电压不变，故a错误；p向左滑动时，则滑动变阻器电阻变大，而rt阻值保持不变，所以副线圈回路总电阻增大，根据p知变压器的输出功率减小，所以变压器的输入功率也变小，故b错误；若p保持不变，rt温度升高时，热敏电阻的阻值减小，副线圈回路总电阻减小，总电流增大，滑动变阻器的分压增大，灯l两端电压减小，灯l变暗，故c正确；rt温度升高时，热敏电阻阻值减小，适当向右滑动p，可能使灯l分压不变，从而保持灯的亮度不变，故d正确。6.(多选) (2021·山东济南市高考模拟)如图所示为一台小型发电机结构示意

7、图，线圈绕垂直匀强磁场方向的轴匀速转动，通过电刷接有一盏小灯泡。已知线圈匝数为n，内阻为r，转动的周期为t，小灯泡的电阻为9r，电压表的示数为u。从图示位置开始计时，下列说法中正确的是()a.从开始计时到t过程中，通过灯泡的电荷量为b.从开始计时到t过程中，灯泡消耗的电能为c.线圈产生的电动势瞬时值表达式为eucos td.线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为【参考答案】bd【题目解析】由题意可知ue，得eu，最大感应电动势为emaxu，又emnbsnbs·，得nbs，从开始计时到t过程中，通过灯泡的电荷量为q，故a错误；电路中的电流为i，则从开始计时到t过程中，灯泡消耗的电能为

8、ei2×9r××9r×，故b正确；线圈产生的电动势瞬时值表达式为eemaxcos tucos t，故c错误；线圈转动过程中穿过线圈的磁通量的最大值为maxbs，故d正确。7. (2021·山东济南市期末学习质量评估)理想变压器连接灯泡和滑动变阻器的电路如图所示，m、n端连接一个稳压交流电源，三个相同灯泡l1、l2和l3接入电路中发光，当滑动变阻器的滑片p向上移动时，下列说法正确的是()a.灯泡l1变亮，l2变暗 b.灯泡l1、l2都变亮c.灯泡l2、l3都变亮 d.电源输出功率减小【参考答案】b【题目解析】设m、n两端稳压交流电源的电压有效值为

9、u，原线圈两端的电压为u1，电流为i1，副线圈两端的电压为u2，电流为i2，原副线圈的匝数比n1n2k，灯泡的电阻都为r，根据欧姆定律，可得副线圈两端的电压为u2i2，根据k，得原线圈两端的电压为u1ku2ki2，根据，解得i1i2，根据欧姆定律，可得l1两端的电压u1i1r，则稳压交流电源的电压为uu1u1i2，当滑动变阻器的滑片p向上移动时，其电阻减小，则r并电阻减小，所以总电阻减小，而稳压交流电源的电压u不变，所以电流i2变大，则l2变亮；原线圈的电流i1i2也增大，所以l1变亮，其两端的电压变大，所以原线圈两端的电压减小，则副线圈两端的电压减小，而l2的电压变大，所以l3与滑动变阻器并

10、联部分的电压减小，所以l3变暗，b正确，a、c错误；因为原线圈的电流增大，稳压交流电源的电压不变，根据pui1，可知电源输出功率增大，d错误。8.(多选)(2021·四川成都市第二次诊断)如图(a)为一交流发电机示意图，线圈abcd在匀强磁场中绕固定轴oo沿顺时针方向匀速转动，图(b)是该发电机的电动势随时间t按余弦规律变化的图象。已知线圈电阻为2.5 ，定值电阻r10 ，电表均为理想交流电表。由此可以判定()a.电流表读数为0.8 ab.电压表读数为10 vc.t0.1 s时刻，穿过线圈的磁通量为零d.00.05 s内，通过电阻r的电荷量为0.04 c【参考答案】ac【题目解析】电

11、动势有效值为e10 v，电流表的读数i a0.8 a，电压表读数uir8 v，选项a正确，b错误；t0.1 s时刻，感应电动势最大，此时穿过线圈的磁通量为零，选项c正确；00.05 s内，通过电阻r的电荷量为qt，则q c c，选项d错误。9.(多选)(2021·云南昆明市4月教学质量检测)如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为101，原线圈的输入电压u随时间t变化的图象如图乙所示，d为理想二极管，r为电阻箱，当电阻箱阻值r11 时，下列说法正确的是()a.原线圈的输入电压频率为50 hzb.电阻箱r两端电压的有效值为11 vc.电阻箱r消耗的功率为22 wd.若电阻箱r阻

12、值变小，原线圈中的电流变小【参考答案】ac【题目解析】由题图乙可知，t0.02 s，f hz50 hz，故a正确；原线圈电压的有效值为u1 v220 v，由变压比可知，副线圈两端的电压u222 v，由于二极管具有单向导电性，由电流的热效应可知，t·，解得ur11 v，故b错误；pr w22 w，故c正确；若电阻箱r阻值变小，由于原线圈电压不变和变压器匝数比不变，所以副线圈的电压不变，所以副线圈中的电流变大，则原线圈中的电流变大，故d错误。10.(多选)(2021·河北邯郸市上学期期末)如图所示，交流发电机的线圈绕垂直于匀强磁场的水平轴逆时针匀速转动，每秒转动10转，线圈从图

13、示位置开始计时，电流表的示数为1 a，已知线圈匝数为500匝，线圈内阻r1.0 ，外接电阻r9.0 ，以下判断正确的是()a.图示时刻交变电流方向为adcbab.通过线圈磁通量的最大值为×103 wbc.t s时线圈磁通量的变化率为 wb/sd.t s时外接电阻r所消耗的电功率为10 w【参考答案】ab【题目解析】由右手定则可知，图示时刻电流方向为adcba，故a正确；电动势的有效值ei(rr)1×(9.01.0)v10 v，电动势的峰值em e10 v，感应电动势峰值emnbs，通过线圈磁通量的最大值mbs，代入数据解得m×103 wb，故b正确；线圈做圆周运动

14、的角速度2n20 rad/s，从图示位置开始计时，电动势的瞬时值表达式eemsin(t90°)emcos t10cos(20t )v，t s 时，感应电动势瞬时值e10 v，此时磁通量的变化率 wb/s，故c错误；t s时外接电阻r所消耗的电功率pi2r2r2×9 w9 w，故d错误。11.(2021·福建泉州市第一次质检)如图所示，t1、t2是监测交流高压输电参数的互感器(均视为理想变压器)，t1的原、副线圈匝数比为11 000，、是交流电压表或交流电流表，其中交流电压表两端的电压为10 v，高压线路输送的电功率是2.2×103 kw、电压是22 kv

15、，则()a.是交流电压表b.t2的原、副线圈匝数比为1 0001c.通过交流电流表的电流为0. 1 ad.绕制t1原线圈的导线应比副线圈的细【参考答案】c【题目解析】 t1是电流互感器，是交流电流表，t2是电压互感器，是交流电压表，故a错误；对t2，根据变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系，故b错误；对t1，原线圈的电流i1 a100 a，解得i20.1 a，故c正确；t1原线圈的电流大于副线圈的电流，故绕制t1原线圈的导线应比副线圈的粗，故d错误。12.(2021·1月江苏新高考适应性考试，7)小明分别按图甲和乙电路探究远距离输电的输电损耗，将长导线卷成相同的两卷a、b来模拟输电线路

16、，忽略导线的自感作用。其中t1为理想升压变压器，t2为理想降压变压器，两次实验中使用的灯泡相同，灯泡的电压相等，两次实验中()a.都接直流电源b.a两端的电压相等c.a损耗的功率相等d.图甲中a的电流较大【参考答案】d【题目解析】由于变压器只能改变交变电流，因此题图乙中不可能接直流电源，故a错误；设灯泡的电压为u0，电流为i0，a、b的阻值为r，则题图甲电路中电流为i0，a两端电压为i0r，损耗的功率为ir，题图乙中降压变压器的匝数比为>1，则流过a的电流i3· i0<i0，d正确；题图乙中a两端的电压为i3r<i0r，损耗的功率为ir<ir，故b、c错误。1

17、3.(2021·北京市东城区上学期期末)一台手摇交流发电机，线圈内阻1.0 ，产生的电动势随时间变化的规律为e10sin(10t) v。发电机与9.0 的电阻组成闭合电路。则()a.交变电流的频率为10 hzb.电动势的峰值为20 vc.电路中电流的有效值为1.0 ad.一周期内外接电阻消耗电能9.0 j【参考答案】c【题目解析】交变电流的频率为f hz5 hz，选项a错误；电动势的峰值为10 v，选项b错误；电动势的有效值为e10 v，则电路中电流的有效值为i a1.0 a，选项c正确；因为t0.2 s，则一周期内外接电阻消耗电能e电i2rt12×9×0.2 j

18、1.8 j，选项d错误。14.(多选)(2021·海南省高考调研)如图所示，一理想变压器输入端接一正弦交流电源(电压有效值不变)，输出端电路由r1、r2、r3和r4四个电阻构成。将该变压器原、副线圈的匝数比由151改为301后()a.r1两端的电压减小到原来的b.r2两端的电压减小到原来的c.r3两端的电压减小到原来的d.r4的热功率减小到原来的【参考答案】cd【题目解析】理想变压器的原、副线圈的电压和匝数成正比，将该变压器原、副线圈的匝数比由151改为301后，副线圈的电压减小到原来的，输出端的四个电阻的电压都减小到原来的，故a、b错误，c正确；根据p知，r4的热功率减小到原来的，

19、d正确。15.2021·天津市等级考模拟(一)如图所示，线圈abcd匝数n10，面积s0.4 m2，边界mn(与线圈的ab边重合)右侧存在磁感应强度b t的匀强磁场，若线圈从图示位置开始绕ab边以10 rad/s的角速度匀速转动。则以下说法正确的是()a.线圈产生的是正弦交流电b.线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为40 vc.线圈转动 s时瞬时感应电动势为40 vd.线圈产生的感应电动势的有效值为40 v【参考答案】d【题目解析】线圈出了磁场不再产生感应电流，故线圈在有界磁场中产生正弦交流电的一半，故a错误；线圈在转动过程中产生的最大感应电动势为emnbs，代入解得em80 v，

20、故b错误；线圈从中性面位置开始计时，产生正弦式交变电流，其瞬时表达式eemsin t，当线圈转动 s时，转过的角度为，此时瞬时感应电动势为eemsin 40 v，故c错误；在一个周期内，只有半个周期产生感应电动势，故线圈产生的电动势的有效值为rrt，解得e40 v，故d正确。16.(多选)(2021·山东威海市模拟考试)如图(a)所示为一线圈在匀强磁场中转动产生的交变电流的ut图象，假设将此电压加在图(b)所示的回旋加速器上给氘核加速，已知氘核的质量为3.3×1027 kg，下列说法正确的是()a.该交流电电压的有效值为2 000 kvb.t0.5×107 s时，

21、穿过线圈的磁通量最大c.氘核在回旋加速器中运动的周期为1.0×107 sd.加在回旋加速器上的匀强磁场的磁感应强度大小约为1.3 t【参考答案】bcd【题目解析】由图可知该交流电电压的最大值是2 000 kv，有效值为 kv1 000 kv, 选项a错误；t0.5×107 s时，线圈在中性面位置，穿过线圈的磁通量最大，选项b正确；氘核在回旋加速器中运动的周期与交流电电压的周期t相同为1.0×107 s，选项c正确；氘核在匀强磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有qvbm，氘核运动的周期为t，式中q1.6×1019 c，m3.3×1027 kg，

22、欲使氘核能不断加速，必须满足tt，解得b1.3 t，选项d正确。17.(2021·北京市密云区下学期第一次测试)如图所示，为探究理想变压器原副线圈的电压和电流关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡l1、l2，电路中分别接入理想交流电压表v1、v2和理想交流电流表a1、a2，不计导线电阻。闭合开关s后，下列说法正确的是()a.a1示数不变，v1示数不变，l1变亮b.a2示数变大，v2示数变大，l1变暗c.a1示数变大，变压器输出功率变大，a1与a2示数的比值不变d.v2示数变大，变压器输出功率变大，v1与v2示数的比值不变【参考答案】c【题目解析】闭合开

23、关后，根据理想变压器的电压规律可知变压器两端电压不变，所以两电压表示数不变，灯泡两端电压不变，l1亮度不变；副线圈并联负载增加，根据并联分流规律可知副线圈干路电流增大，所以a2示数增大，根据可知原线圈电流增大，所以a1示数增大，a、b错误；根据piu可知变压器输出电压不变，电流增大，所以变压器输出功率变大，结合上述题目考点分析可知a1与a2示数的比值不变，v1与v2示数的比值不变，c正确，d错误。18.(多选)(2021·广东惠州市第三次调研)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象，则()a.发电机输出交流电的电压有效值是500 vb.降压变压器上交

24、流电的频率是50 hzc.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【参考答案】bd【题目解析】由图象可知交流电的电压的最大值为um500 v，因此其有效值为u v，故a错误；由图可知，t0.02 s，故f hz50 hz，故b正确；输电线中的电流与需要传输的功率有关，传输的功率越大，输电线中的电流也越大，故c错误；当用户用电器的总电阻增大时，用户的功率减小，降压变压器的输出功率减小，则输入的功率减小，输入的电流减小，输电线上损失的功率减小，故d正确。19.(2021·河南濮阳市摸底)如图为某小型水电站的电能输送示意图，发电机

25、向升压变压器原线圈输出电压为220 v，输电线总电阻为r，升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4，变压器均为理想变压器。要使额定电压为220 v的用电器正常工作，则()a.b.c.d.因为变压器均为理想变压器，所以升压变压器的输入功率等于降压变压器的输出功率【参考答案】b【题目解析】设升压变压器副线圈两端电压、降压变压器原线圈两端电压分别为u2、u3，有，由于输电线路上有电压损耗，则u2u3，即，故a、c错误，b正确；在电能输送过程中，输电线上有功率损耗，升压变压器的输入功率大于降压变压器的输出功率，故d错误。20.(2021·1月广东学业

26、水平选择考适应性测试，7)科学中心某款手摇点火器原理如图所示。当钢针和金属板间瞬时电压超过5 000 v时可以产生电火花。已知匀强磁场的磁感应强度b大小为0.2 t，手摇发电机线圈的面积为0.25 m2，共50匝，不计内阻。变压器为理想变压器，其原、副线圈匝数比为1100。下列说法正确的是()a.线圈转速等于2 r/s时，点火器可以产生电火花b.线圈转速等于4 r/s时，点火器可以产生电火花c.电压表的示数为5 v时，点火器可以产生电火花d.电压表的示数为25 v时，点火器可以产生电火花【参考答案】b【题目解析】线圈在匀强磁场中转动产生交变电流，设转速为n，则发电机的最大电动势为emnbsnbs·2n，发电机的最大电动势等于变压器的输入线圈电压的最大值，u1mem，根据变压器变压规律知，有，钢针和金属板间瞬时电压超过5 000 v时可以产生电火花，现令u2m5 000 v，联立各方程解得u1m50 v，n r/s3.18 r/s，故线圈转速等于4 r/s时，副线圈的电压最大值超过了5 000 v，能产生电火花，故a错误，b正确；电压表的示数为原线圈两端的电压有效值，刚点火时uv25 v，5 v和25 v均小于25 v，则不能达到点火电压，故c、d错误。21.(202