北京版物理高考总复习专题十三交变电流（试题练）教学讲练

1、物理高考总复习PAGE PAGE 26学好数理化，走遍天下都不怕专题十三交变电流探考情悟真题【考情探究】考点考向10年考情预测热度考题示例学业水平关联考点素养要素交流电交流发电机及正弦式交变电流产生的原理正弦式交变电流的图像和三角函数的表达最大值、瞬时值、有效值与平均值2012北京理综,15,6分3电功率科学推理变压器、电能的输送电阻、感抗与容抗变压器2017北京理综,16,6分3交流电的有效值科学推理电能的输送传感器与电磁振荡、电磁波传感器2016北京理综,21(1)3热敏电阻科学推理电磁振荡电磁场和电磁波2017北京理综,20,6分3电磁波的干涉物理建模2016北京理综,14,6分3电磁波

2、和机械波的传播特性科学推理电磁波谱、电磁波的应用电磁波的发射、传播和接收2018北京理综,24(2)4能量观念、模型建构、科学推理2015北京理综,20,6分3科学推理分析解读近几年内对本专题的内容常有考查,命题方式以选择题为主,偶尔在实验或综合题某一小问中进行考查。考查集中在简单的概念和现象的理解上,难度较低。主要考查考生的理解能力、提取信息能力、应用基本概念规律分析和推理计算的能力。命题背景多与科学技术或生活实际相结合,体现教学中要结合科学、技术、社会,培养学生的物理核心素养。【真题探秘】破考点练考向【考点集训】考点一交流电1.(2019朝阳期末,9)如图1所示,一个矩形导线框放置在匀强磁

3、场中,并绕过ab、cd中点的固定轴OO以角速度=2 rad/s顺时针转动。若以线框平面与磁场方向垂直时(如图2)为计时起点,并规定bc边中电流i的方向由b流向c时为正,则i-t图像正确的是(答案A2.(2019海淀期末,15)如图所示,闭合的矩形导体线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动,沿着OO方向观察,线圈沿逆时针方向转动。已知匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匝数为n,ab边的边长为L1,ad边的边长为L2,线圈总电阻为R,转动的角速度为。图中线圈平面与磁场方向平行。(1)从线圈经过图示位置开始计时,写出线圈内的电流随时间变化的函数关系式。(2)求线圈电阻的发热功率。(3

4、)从线圈经过图示位置开始计时,求经过四分之一周期时间通过线圈导线某横截面的电荷量。答案(1)I=nBL1L2cos3.电源是把其他形式能转化为电势能的装置。我们通常使用的电源有交流、直流之分。(1)法拉第发明了世界上第一台直流发电机法拉第圆盘发电机。如图1所示为其示意图,铜质圆盘竖直放置在水平向左的匀强磁场中,它可以绕水平轴在竖直平面内转动。当两个电刷分别位于圆盘的边缘和圆心处时,在圆盘匀速转动时产生的电流是稳定的。用导线将电刷与电阻R连接起来形成回路。已知匀强磁场的磁感应强度大小为B,圆盘半径为a,圆盘匀速转动时的角速度为,发电机内阻为r1。求电源电动势E,并判断通过电阻R的电流方向。图1(

5、2)如图2所示为一个小型交流发电机的原理图,n匝矩形线圈处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,ab边、cd边分别连在两个滑环上,导体做的两个电刷分别压在滑环上。线圈ab边的边长为L1,bc边的边长为L2,总电阻为r2。线圈以恒定的角速度绕与磁场方向垂直的固定对称轴OO匀速转动。用导线将电刷与电阻R连接起来形成回路。回路中其他电阻不计。请你说明发电机线圈平面转至何位置时感应电动势具有最大值Em,并推导此最大值的表达式。图2(3)若已知L1=2a,L2=a,求上述两个发电机分别为电阻R供电时,电阻R消耗的电功率之比。答案(1)圆盘产生的电动势为E=Bavv=12E=12Ba根据右手定则可以判断:流过

6、电阻R 的电流方向为从c到d。(2)当线圈平面转至与磁场方向平行位置(图示位置)时,线圈中的感应电动势最大设此时ab、cd边的线速度大小为v,则单匝线圈时ab边产生的感应电动势为E1=BL1vcd边产生的感应电动势为E2=BL1vn匝线圈产生的总感应电动势为Em=n(E1+E2)=2nBL1v由于v=r=L有Em=2nBL1L22=nBL1L(3)第一个发电机为电阻供电时:U1=RR+第二个发电机为电阻供电时: U2=RR+r222P1P2=其他方法正确同样给分考点二变压器、电能的输送1.为研究电阻、电容和电感对交变电流的影响,李老师设计了一个演示实验,装置如图所示。两个电路的电源为完全相同的

7、交流电源。a、b、c、d、e、f为6只完全相同的小灯泡,a、b各串联一个电阻,c、d各串联一个电容器,e、f各串联一个相同铁芯匝数不同的线圈。电阻、电容、线圈匝数的值如图所示。老师进行演示时,接通交流电源,进行正确的操作。下列对实验现象的描述及分析正确的是()A.a、b灯相比,a灯更亮,说明串联电阻不同,对交流电的阻碍作用不同B.c、d灯均不发光,说明电容器对交流电产生阻隔作用C.c、d灯均能发光,但c灯更亮,说明电容越大,对交流电的阻碍作用越小D.e、f灯均能发光,但f灯更亮,说明自感系数越大,对交流电的阻碍作用越小答案C2.在探究变压器的两个线圈的电压关系时,某同学自己绕制了两个线圈套在可

8、拆变压器的铁芯上,如图所示。线圈a作为原线圈连接到学生电源的交流输出端,线圈b接小灯泡。他所用的线圈电阻忽略不计。当闭合学生电源的开关时,他发现电源过载(电流过大,超过学生电源允许的最大值)。如果仅从解决电源过载问题的角度考虑,下列采取的措施中,最可能有效的是()A.增大电源电压B.适当增加原线圈a的匝数C.换一个电阻更小的灯泡D.将线圈a改接在学生电源直流输出端答案B3.(2019丰台期末,9)如图甲所示,一理想变压器原、副线圈匝数之比为556,其原线圈两端接入如图乙所示的正弦交流电,副线圈通过电流表与负载电阻相连。若交流电压表和交流电流表都是理想电表,则下列说法中正确的是()A.原线圈输入

9、的正弦交变电流的频率是100 HzB.变压器输入电压的最大值是220 VC.电压表的示数是242 VD.若电流表的示数为0.50 A,则变压器的输入功率是12 W答案D4.(多选)某小型水电站的电能输送示意图如图甲所示,发电机通过升压变压器和降压变压器向用户供电。已知输电线的总电阻为r,降压变压器原、副线圈的匝数比为n3n4=n1,降压变压器的副线圈两端电压如图乙所示,降压变压器的副线圈与阻值R0=22 的电阻组成闭合电路。若将变压器视为理想变压器,则下列说法正确的是()A.发电机产生交流电的频率为0.5 HzB.降压变压器的副线圈两端电压的瞬时值表达式u=2202 sin 100t VC.通

10、过R0电流的最大值为202 AD.输电线损失的功率为100rn答案BD5.(2019朝阳期末,17)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比n1n2=41。原线圈接电压为u=2202 sin 100t(V)的交流电源,副线圈接R=27.5 的电阻。电流表和电压表可视为理想电表。求:(1)副线圈中电压表的示数U;(2)原线圈中电流表的示数I。答案(1)55 V(2)0.5 A考点三传感器与电磁振荡、电磁波1.(多选)如图所示,是一个火警报警器的逻辑电路图。Rt是热敏电阻,低温时电阻值很大,高温时电阻值很小,R是阻值较小的分压电阻。下面有关叙述正确的是()A.要做到低温时电铃不响,高温时响,虚线处应

11、接入一或门元件B.高温时电铃接通的原因是X、P间电压变小,门元件导通C.要提高电路的灵敏度应该将R的触头向下滑动D.要提高电路的灵敏度也可以将R的触头向上滑动答案BC2.(多选)LC电路中电容两端的电压随时间变化的关系如图所示,由图可知()A.在t1时刻,电路中的电流最大B.在t2时刻,电路的磁场能最大C.从t2时刻至t3时刻,电路的电场能不断增大D.从t3时刻至t4时刻,电容器所带电荷量不断增大答案BC3.关于电磁波,下列说法正确的是()A.雷达是用X光来测定物体位置的设备B.使电磁波随各种信号而改变的技术叫作解调C.用红外线照射时,大额钞票上用荧光物质印刷的文字会发出可见光D.周期性变化的

12、电场可以产生周期性变化的磁场答案D4.(2016天津理综,1,6分)我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星,它标志着我国雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在110 m范围内,则对该无线电波的判断正确的是()A.米波的频率比厘米波频率高B.和机械波一样须靠介质传播C.同光波一样会发生反射现象D.不可能产生干涉和衍射现象答案C5.(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是()A.电磁波中最容易表现出衍射现象的是无线电波B.紫外线的频率比可见光低,长时间照射可以促进钙的吸收,改善身体健康C.X射线和射线的波长比较短,穿透力比较强D.红外线的显著作用是热效应,温度较低的物体不能

13、辐射红外线答案AC炼技法提能力【方法集训】方法1交变电流的产生和电路的综合分析方法1.如图甲所示的矩形线圈在水平向右的匀强磁场中匀速转动,从某时刻开始计时,通过阻值为10 的电阻R的电流随时间变化的图像如图乙所示,以下说法正确的是()A.0.05 s时通过矩形线圈的磁通量最大B.1 s内通过电阻R的电流方向改变50次C.1分钟内电阻R上产生的热量为6104 JD.矩形线圈产生的感应电动势最大值一定是100 V答案A2.如图所示为一交流发电机的原理示意图,其中矩形线圈abcd的边长lab=lcd=50 cm,lbc=lad=20 cm,匝数n=100,线圈的总电阻r=0.20 ,线圈在磁感应强度

14、B=0.050 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO匀速转动,角速度=100 rad/s。线圈两端通过电刷E、F与阻值R=4.8 的定值电阻连接。(取3)(1)从线圈经过中性面开始计时,写出线圈中感应电动势随时间变化的函数表达式;(2)求此发电机在上述工作状态下的输出功率;(3)求从线圈经过中性面开始计时,经过14周期通过电阻R答案(1)e=150 sin 100t(V)(2)2.16103 W(3)0.10 C方法2理想变压器的动态分析方法1.如图所示,理想变压器原线圈接有效值不变的交流高压,降压后通过输电线给用电器供电,开关S最初闭合,当S断开时,图中电压表示数U和电流表示数I的变化为()

15、 A.均变大B.U不变,I变小C.均变小D.U变小,I变大答案B2.(多选)图中为一理想变压器,其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连,P为滑动头。现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始,沿副线圈匀速上滑,直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止。用I1表示流过原线圈的电流,I2表示流过灯泡的电流,U2表示灯泡两端的电压,P2表示灯泡消耗的电功率(这里的电流、电压均指有效值,电功率指平均值)。下列4个图中,能够正确反映相应物理量的变化趋势的是()答案BC方法3远距离输电的分析方法1.(多选)如图所示为远距离输电示意图,升压变压器T1和降压变压器T2均为理想变压器,n1n2 =1m,n3n4=n

16、1(m、n都大于1)。输电线的总电阻为2r,升压变压器T1原线圈电压的有效值为U,T1的原线圈输入的电功率为P。下列说法正确的是()A.降压变压器T2副线圈的电压为mUB.输电线上的电流为PC.用电设备的数目增多,降压变压器T2原线圈的电压变大D.用电设备的数目减少,输电线上的电流减小答案BD2.(多选)如图所示为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,交流发电机的输出电压U1恒定,用户电阻恒定。设升压变压器原、副线圈的匝数比为k1,降压变压器原、副线圈的匝数比为k2,则下列判断正确的是()A.若仅增大k1,则升压变压器原线圈中的电流减小B.若仅增大k1,则输电线上总电阻r损失的功率增大C.

17、若仅减小k2,则升压变压器原线圈中的电流减小D.若仅减小k2,则输电线上总电阻r损失的功率增大答案AD【五年高考】A组自主命题北京卷题组 1.(2016北京理综,14,6分)下列说法正确的是() A.电磁波在真空中以光速c传播B.在空气中传播的声波是横波C.声波只能在空气中传播D.光需要介质才能传播答案A2.(2015北京理综,20,6分)利用所学物理知识,可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作原理及相关问题。IC卡内部有一个由电感线圈L和电容C构成的LC振荡电路。公交车上的读卡机(刷卡时“嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时,IC卡内的线圈L中产生感应电流,给电容C

18、充电,达到一定的电压后,驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列说法正确的是() A.IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池B.仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时,IC卡才能有效工作C.若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率,则线圈L中不会产生感应电流D.IC卡只能接收读卡机发射的电磁波,而不能向读卡机传输自身的数据信息答案B3.(2017北京理综,16,6分)如图所示,理想变压器的原线圈接在u=2202 sin 100t(V)的交流电源上,副线圈接有R=55 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.原线圈的输入功率为2202 WB.电流表的读数为1

19、AC.电压表的读数为1102 VD.副线圈输出交流电的周期为50 s答案B4.2016北京理综,21(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知,这种热敏电阻在温度上升时导电能力(选填“增强”或“减弱”);相对金属热电阻而言,热敏电阻对温度变化的响应更(选填“敏感”或“不敏感”)。答案增强敏感B组统一命题、省(区、市)卷题组 1.(2019天津理综,8,6分)(多选)单匝闭合矩形线框电阻为R,在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,穿过线框的磁通量与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是()A.T2B.线框的感应电动势有效

20、值为2C.线框转一周外力所做的功为2D.从t=0到t=T4过程中线框的平均感应电动势为答案BC2.(2017天津理综,6,6分)(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正弦规律变化。设线圈总电阻为2 ,则()A.t=0时,线圈平面平行于磁感线B.t=1 s时,线圈中的电流改变方向C.t=1.5 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答案AD3.(2019江苏单科,1,3分)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为110,当输入电压增加20 V时,输出电压()A.降低2 VB.增加2 VC.降低2

21、00 VD.增加200 V答案D4.(2016江苏单科,4,3分)一自耦变压器如图所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分,接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时,c、d间的输出电压为U2。在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中()A.U2U1,U2降低B.U2U1,U2升高C.U2U1,U2降低D.U2U1,U2升高答案C5.(2018天津理综,4,6分)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。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

22、耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的12,则( A.R消耗的功率变为12PB.电压表V的读数变为1C.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变答案B6.(2018课标,16,6分)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.12B.21C.12D.21答案D7.(2016课标,16,6分)一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 、1 和4 ,为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定。当开关

23、S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为()A.2B.3C.4D.5答案B8.(2016天津理综,5,6分)如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是()A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电流表A1示数变大D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大、A2示数变大答案B9.(2018江苏单科,2,3分)采用220 kV高压向远方的城市输电。当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减小为原来的14,

24、输电电压应变为( A.55 kVB.110 kVC.440 kVD.880 kV答案C10.(2017江苏单科,7,4分)(多选)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答案BDC组教师专用题组1.(2008北京理综,18,6分)一理想变压器原、副线圈匝数比n1n2=115。原线圈与正弦交变电源连接,输入电压u如图所示,副线圈仅接入一个10 的电阻。则()A.流过电阻的电流有效值是20 AB.与电阻并联的电压表的示数是1002 VC.经过1 分钟电阻发出

25、的热量为6103 JD.变压器的输入功率是1103 W答案D2.(2012北京理综,15,6分)一个小型电热器若接在输出电压为10 V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P2。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.5 VB.52 VC.10 VD.102 V答案C3.(2014课标,21,6分)(多选)如图,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

26、Uab和Ucd,则()A.UabUcd=n1n2B.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,电流表的读数加倍答案BD4.(2014广东理综,19,6分)(多选)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U1不变,闭合开关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,变压器的输入电流变小D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大答案BD5.(2014四川理综,1,6分)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

27、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答案D【三年模拟】时间:45分钟分值:66分选择题(每小题6分,共66分)1.(2018丰台二模,17)如图所示,(a)(b)(c)(d)(e)过程是交流发电机发电的示意图,线圈的ab边连在金属滑环K上,cd边连在金属滑环L上,用导体制成的两个电刷分别压在两个滑环上,线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路连接。下列说法正确的是()A.图(a)中,线圈平面与磁感线垂直,磁通量变化率最大B.从图(b)开始计时,线圈中

28、电流i随时间t变化的关系是i=Im sin tC.当线圈转到图(c)位置时,感应电流最小,且感应电流方向改变D.当线圈转到图(d)位置时,感应电动势最小,ab边感应电流方向为ba答案C2.(2018西城二模,16)如图所示为交流发电机的示意图,从线圈通过如图所示的位置开始计时。如果发电机产生的交变电流的频率为50 Hz,电动势的最大值为400 V,则发电机产生的电动势瞬时值表达式为()A.e=400 sin 50t(V)B.e=400 cos 50t(V)C.e=400 sin 100t(V)D.e=400 cos 100t(V)答案D3.(2018房山二模,16)某兴趣小组利用如图所示装置给

29、小灯泡供电。矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中,线框电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴OO以角速度匀速转动,并通过变压器给小灯泡供电。下列说法正确的是()A.图示位置穿过线框的磁通量为零B.图示位置线框产生的感应电动势为零C.使用变压器的目的是提高输出功率D.若灯光偏暗,可通过增加原线圈匝数来提高灯泡亮度答案B4.(2018顺义二模,17)如图所示,理想变压器原线圈通过理想电流表接在输出电压u=2202sin 100 t (V)的交流电源的两端,副线圈中接有理想电压表及阻值R=50 的电阻。已知原、副线圈匝数之比为111,则下列说法中正确的是()A.电压表的示数为20 V

30、B.电流表的示数为4.4 AC.原线圈的输入功率为16 WD.通过电阻R的交变电流的频率为100 Hz答案A5.(2019朝阳一模,17)如图所示,一理想变压器的原线圈接正弦交流电源,副线圈接有电阻R和小灯泡。电流表和电压表均可视为理想电表。闭合开关S,下列说法正确的是() A.电流表A1的示数减小B.电流表A2的示数减小C.电压表V1的示数减小D.电压表V2的示数减小答案D6.(2019平谷一模,16)如图a所示,理想变压器原线圈通过理想电流表接在一交流电源的两端,交流电源输出的电压u随时间t变化的图线如图b所示,副线圈中接有理想电压表及阻值R=10 的负载电阻。已知原、副线圈匝数之比为10

31、1,则下列说法中正确的是()A.电压表的示数为20 VB.电流表的示数为0.28 AC.电阻R消耗的电功率为80 WD.通过电阻R的交变电流的频率为100 Hz答案A7.(2018门头沟二模,16)一交流电路如图甲所示,电阻R=10 。交流电源输出的电压u随时间t变化的图像如图乙所示,闭合开关S后()A.电路中电流的频率为100 HzB.电阻R消耗的电功率为14 WC.电流表的示数为1.4 AD.电路中电流瞬时值的表达式为i=2 sin 100t A答案D8.(2019丰台二模,18)如图1所示,R1和R2是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体,边长之比为21,通过导体电流方向如虚线所示;现将这两个电阻R1、R2串联接入正弦交流电路,电路如图2所示;交流电源电压u随时间t变化的情况如图3所示。则下列说法中正确的是()图1图2图3A.电阻R1和R2的阻值比为12B.流过电阻R1和R2的电流比为12C.电阻R1两端的电压最大值为220 VD.电阻R2两端的电压有效值为110 V答案D9.(2019西城二模,20)2019年央视春晚深圳分会场首次成功实现4K超高清内容的5G