2022新高考衡水名师原创物理专题卷：专题11 交变电流

1、2022新高考衡水名师原创物理专题卷 专题十一 交变电流1.如图所示为交流发电机发电的示意图，矩形线圈匝数为、面积为、整个线圈的电阻为。在磁感应强度为的匀强磁场中，线圈绕轴以角速度匀速转动，外电阻为R，线圈的边连在金属滑环上，边连在金属滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路相连。关于发电过程中的四个状态，下列说法不正确的是（ ）A.线圈转到图甲位置时，通过线圈的磁通量为B.线圈转到图乙位置时，通过线圈的磁通量的变化率为C.线圈转到图丙位置时，外电路中交流电流表的示数为D.线圈转到图丁位置时，边感应电流方向为2.如图,水平匀强磁场中有一边长为的正方形线框,其电阻为。当线框绕过其两对边

2、中心的竖直轴以某一角速度匀速旋转时,线框中产生的感应电动势随时间变化的关系如图所示。下列说法正确的是( )A.线框转动的角速度为B.磁感应强度的大小约为C.线框内感应电流的有效值约为D.时,线框平面与磁感应强度方向的夹角为903.图1为电子电路中的正弦脉冲波的交变电流与时间的变化图像,图2为用作时钟讯号来准确地触发同步电路的方波的交变电流与时间的变化图像,则正弦脉冲波和方波的交变电流有效值分别为( )A.B.C.D.4.如图所示，有矩形线圈，面积为，匝数为，整个线圈内阻为，在匀强磁场中绕轴以角速度匀速转动，外电路电阻为，当线圈又以图示位置转过的过程中，下列说法正确的是( )A.磁通量的变化量为

3、B.平均感应电动势为C.电阻所产生的热量为D.通过电阻的电荷量为5.如图甲，矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴以角速度匀速转动，线圈匝数为n，面积为S，电阻为r，磁场的磁感应强度为B，线圈与阻值为R的电阻连接。线圈产生的感应电动势e随时间t的变化关系如图乙，下列说法中正确的是（ ）A.时刻与时刻穿过线圈的磁通量相同B.边始终不受安培力作用C.0内，通过电阻R的电荷量为D.电阻R的功率为6.如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴做匀速转动，从某时刻开始计时，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示，若外接电阻，线圈电阻，则下列说法正确的是（ ）A.线圈的角速度为100 rad/s

4、B.时穿过线圈的磁通量最大C.通过线圈的最大电流为1.25 AD.电压表的示数为87.5 V7.如图，一理想变压器原、副线圈匝数比为10：1，原线圈与一可变电阻串联后，接在一正弦交流电源上；副线圈电路中固定电阻的阻值为，当负载电阻的阻值为10 时，理想交流电流表的示数为I.现将负载电阻的阻值变为20 ，调节使理想交流电流表的示数仍为，此时理想交流电压表的示数为200V.则原来变压器原线圈两端电压的有效值为（ ）A.1100VB.2100VC.220VD.210V8.如图所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的虚线轴以角速度匀速转动，线圈的电阻为r，理想变压器的副线圈并联两个阻值恒定且

5、也为r的一模一样的灯泡A、B，原、副线圈匝数的比值为k，电路中电表均为理想电表，现灯泡B发生断路，下列说法正确的是（ ）A.电压表示数变小B.发电机的热损耗功率增大C.灯泡A亮度变亮D.单位时间外界向发电机做的功变大9.有一理想变压器，其原线圈与副线圈的匝数之比为，现将三个规格相同的小灯泡与其连接成如图所示的电路。现给变压器的两端输入一交流电压，当开关S断开时，电压表的示数为，将开关S闭合后，电压表的示数变为，整个过程中灯泡都未被烧毁且灯泡阻值不变，则为（ ）A.2:3B.4:1C.3:7D.5:310.如图甲所示为自耦变压器,原线圈接有图乙所示的交流电源,副线圈两端电压有效值为220 V,灯

6、泡和其他电阻受温度的影响忽略不计,开始时开关S断开。则下列说法正确的是( )A.原、副线圈匝数比为11:5B.闭合开关S后,小灯泡微亮,上滑可使小灯泡恢复正常发光C.滑片上滑,通过电阻的电流增大D.向上滑动,变压器的输出功率增大11.某水电站,用总电阻为的输电线给500km外的用户输电,其输出电功率是.现用500kV电压输电,则下列说法正确的是( )A.输电线上输送的电流大小为B.输电线上由电阻造成的电压损失为15kVC.若改用5kV的电压输电,则输电线上损失的功率为D.输电线上损失的功率为,U为输电电压,r为输电线的电阻12.如图所示,某发电机输出功率是100kW,输出电压是250V,从发电

7、机到用户间的输电线总电阻为8,要使输电线上的功率损失为发电机输出功率的5%,而用户得到的电压正好为220V,则升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比分别是( )A.16:1 190:11B.1:16 11:190C.1:16 190:11D.16:1 11:19013.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（ ）A.时穿过线框的磁通量最小B.该线圈转动的角速度大小为rad/sC.该交变电动势的瞬时值表达式为D.线框平面与中性面的夹角为45时，电动势瞬时值为22 V14.一小型交流发电机中,多匝矩形金

8、属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势随时间的变化关系如图所示,周期为T.矩形线圈与阻值为R的电阻构成闭合电路,线圈总电阻为r,其他电阻不计,线圈由中性面转过过程中通过线圈截面的电荷量为q,下列说法正确的是( )A.该交流电的电动势瞬时表达式B.该交流电的交变电流有效值C.线圈由中性面转过过程中和由中性面转过过程中电动势的平均值相等D.该交流电在一个周期内电动势瞬时值与电动势有效值相等的时刻只有一处15.如图所示,图线是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图象。当调整线圈转速后,所产生的正弦交流电的图象如图线所示。以下关于这两个正弦交流电的说法正确的是( )A.线圈先后两次转速

9、之比为2:3B.在图中时刻穿过线圈的磁通量均为零C.交流电的电动势瞬时值的表达式为D.交流电的电动势最大值为16.某物理兴趣小组设计了如图甲所示的发电与传输装置,匝数为的正方形线圈(内阻忽略不计)以一定转速在匀强磁场中旋转,产生的交流电压如图乙所示。已知理想变压器原、副线圈的匝数比为,定值电阻的阻值为,从图甲所示位置开始计时,则下列说法正确的是( )A.通过原线圈的电流有效值为2 AB.理想变压器的输入功率为40 WC.线圈的面积为D.左侧线圈在图甲位置时受到的安培力为,方向向左17.某小型水电站的发电机输出电压为220V,若输送的总功率为,输电电压为U,输电导线的总电阻为r,升压变压器原、副

10、线圈匝数分别为和,降压变压器原、副线圈匝数分别为和,都是理想变压器,要使额定电压为220V的用电器正常工作,则( )A.输电线上的电流B.越大,输电线上损失的功率越大C.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率D.升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率18.如图甲为一理想变压器,为原线圈,为副线圈,d为副线圈引出的一个接头.原线圈输入的正弦式交变电压的图象如图乙所示.若只在间接一只的电阻,或只在间接一只的电阻,两种情况下电阻消耗的功率均为80W.(1)请写出原线圈输入电压的瞬时值的表达式;(2)求只在间接400的电阻时,原线圈中的电流;(3)求和间线圈的匝数比.19.如图所示,一小型

11、发电机内有匝的矩形线圈,线圈所围面积,线圈电阻可忽略不计,在外力作用下矩形线圈在磁感应强度的匀强磁场中,以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动,发电机线圈两端与的电阻构成闭合回路。求:(1)线圈中产生感应电动势的最大值;(2)从线圈平面通过中性面时开始,线圈转过90角的过程中通过电阻R横截面的电荷量;(3)线圈匀速转动10s,电流通过电阻R产生的焦耳热。20.某发电机输电电路的简图如图所示，发电机的矩形线框处于磁感应强度大小为的水平匀强磁场中，线框面积为，匝数为100匝，电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴以一定的角速度匀速转动，并与升压变压器的原线圈相连，升压变压器原、副线圈的匝数之比，降

12、压变压器的副线圈接入到小区供生活用电，两变压器间的输电线等效电阻，变压器均为理想变压器当发电机输出功率为时，此时电压表的示数为，灯泡正常发光.求：(1)线圈角速度的大小；(2)输电线上损失的功率；(3)降压变压器原、副线圈的匝数之比。参考答案1.答案：B解析：AC、甲丙图中,ab和cd边运动方向与磁感线方向平行,不切割磁感线,所以没有电流产生,故AC错误;B、当线圈转到图乙的位置再运动时,通过线圈的磁通量变大,根据电磁感应定律,可知产生的感应磁场的方向与原磁场方向相反,再根据右手定则可以判断电流方向为:a一b一c-d,故B正确;D、同理可以判断当线圈转到图丁的位置时,线圈中的电流方向为a一d一

13、c-b,故D错误。2.答案：C解析：A、分析图（b）可知，线框产生的感应电动势周期为，角速度：，故A错误；B、根据交变电流的产生规律可知，感应电动势最大值：，解得磁感应强度：，故B错误；C、根据正弦式交变电流最大值和有效值的关系可知，有效值：，根据闭合电路欧姆定律可知，感应电流的有效值：，故C正确；D、t=0时，感应电动势最大，则线框平面与磁场方向平行，即线框平面与磁感应强度方向的夹角为0，故D错误。故选：C。3.答案：D解析：设正弦脉冲波和方波的交变电流有效值分别为,由题图1知,交变电流的周期为0.06 s,根据焦耳定律和有效值的定义可得,解得,A、B错误;由题图2知,交变电流的周期为0.2

14、 s,对一个周期,根据焦耳定律和有效值的定义可得,解得,C错误,D正确。4.答案：D解析：图示位置磁通量为，转过90时磁通量为，则磁通量的变化量。故A错误。根据法拉第电磁感应定律得，平均感应电动势为故B错误。感应电动势的最大值为，有效值为，电流的有效值为，电阻R产生的热量时间，联立解得故C错误。通过电阻R的电量故D正确。5.答案：D解析：由题意可知，若时刻穿过线圈的磁通量为，则时刻穿过线圈的磁通量为，A错；边从图示位置转到中性面之前受到安培力的作用，B错；0内，通过电阻R的电荷量为，C错；电阻R的功率可根据电流或电压的有效值求解，电动势有效值为，故电阻R的功率为，D对。6.答案：C解析：由图乙

15、知，交流电的周期，线圈转动的角速度，故A项错误。由图乙知，时线圈产生的感应电动势最大，则时线圈平面与磁场方向平行，穿过线圈的磁通量为零，故B项错误。由图乙知，线圈产生的感应电动势的最大值，则通过线圈的最大电流，故C项正确。线圈产生的感应电动势有效值，电压表的示数，故D项错误。7.答案：A解析：A. B. C. D. 当负载电阻的阻值为11时,电流表示数为,当负载电阻的阻值为21时,电流表示数仍为,根据理想变压器电流的决定关系可知,输出电流恒定不变,为10,则原来副线圈的输出电压为110,根据电压和匝数的关系可知,原来原线圈的输入电压为1100。当负载电阻的阻值为21时,输出电流为10,电压表示

16、数为200V,则,原来原线圈的输入电压为，故A正确，BCD错误。8.答案：C解析：对理想变压器有，线圈匀速转动，则发电机产生的电动势的有效值不变，设为E，灯泡B断路前，对发电机有，对副线圈有，整理得，灯泡B断路后，同理有，可知灯泡B断路后，原线圈两端电压升高，A错误；由以上分析可知，通过原线圈的电流减小，发电机的热损耗功率减小，单位时间外界向发电机做的功变小，BD错误；副线圈两端电压升高，灯泡A两端电压升高，通过的电流增大，灯泡A变亮，C正确。9.答案：D解析：设两端输入电压的有效值为U，灯泡的电阻为R，当开关S断开时，原线圈两端的电压为，副线圈中的电流为，原线圈中的电流为，则有；当开关S闭合

17、时，原线圈两端的电压为，副线圈中的电流为，原线圈中的电流为，则，联立解得，选项D正确。10.答案：B解析：根据图乙可知,原线圈所接正弦交流电压有效值为100 V,副线圈电压为220 V,由,可知原、副线圈匝数比为5:11,A错误;闭合开关S后,小灯泡微亮,想要增大小灯泡中电流,需要增大副线圈中的电压,上滑可使小灯泡恢复正常发光,B正确;滑片上滑,原、副线圈匝数比增大,可得副线圈两端电压变小,通过电阻的电流变小,C错误;向上滑动,接入电路中的阻值大,利用副线圈电阻可知,副线圈总电阻增大,副线圈两端电压不变,则通过电阻的电流减小,变压器的输出功率减小,因此D错误。11.答案：B解析：由得输电线上输

18、送的电流大小为,选项A错误;输电线上损失的电压为,选项B正确;输电线上损失的功率不可能比输送功率还大,选项C错误;输电线上损失的功率,为输电线两端电压,r为输电线的电阻,选项D错误.12.答案：C解析：输电线损失功率W,所以,输电线电流A,升压变压器原线圈电流A,故升压变压器原、副线圈匝数比.升压变压器副线圈端电压V,输电线损失电压V,降压变压器原线圈电压V,故降压变压器原、副线圈匝数比为.所以C选项是正确的,ABD错误.所以C选项是正确的.13.答案：CD解析：时，感应电动势为零，则穿过线框的磁通量最大，故选项A错误；该线圈的角速度，故选项B错误；由题图乙知该交变电动势的瞬时值表达式为，故选

19、项C正确电动势瞬时值为22 V时，代入瞬时值表达式，得，故表明线框平面与中性面的夹角为45，故选项D正确。14.答案：BC解析：线圈由中性面转过过程中通过线圈截面的电荷量为q,由得,即,可知该交流电的电动势最大值,故该交流电的电动势瞬时表达式,A错误;交流电的交变电流有效值,B正确;交变电流的平均值,线圈由中性面转过过程中电动势的平均值,线圈由中性面转过过程中电动势的平均值,C正确;该交流电的电动势有效值,在一个周期内,四个时刻的瞬时值与交流电的电动势有效值相等,D错误.15.答案：CD解析：由题图可知,图线、的周期之比为2:3,由转速与周期成反比可知,线圈先后两次转速之比为3:2,A项错误;时,线圈中感应电动势,所以线圈处于中性面位置,磁通量最大,B项错误;交流电的最大值为,周期为,所以线圈转动角速度为,所以其瞬间值表达式为,C项正确;交变电流的最大值,所以图线、对应交变电流最大值之比为3:2,所以交流电的最大值为,D项正确。16.答案：BC解析：由图乙可知原线圈电压的有效值为,副线圈中的电流有效值,根据原、副线圈的电流与匝数成反比有,原线圈中电流的有效值为,A错误;理想变压器输出功率为,输入功率等于输出功率,所以理想变压器的输入功率为40 W,B正确;原线圈两端的电压有效值,角速度