北京专用2020版高考物理大一轮复习专题十三交变电流练习.docx

专题十三　交变电流 挖命题 ‎【考情探究】‎ 考点 考向 ‎5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 交变电流及正弦式交变电流的产生 ‎★★★‎ 正弦式交变电流的图像和三角函数的表达 ‎2017天津理综,6,6分 ‎3‎ 电动势、焦耳热 科学推理 最大值、瞬时值、有效值与平均值 ‎2015四川理综,4,6分 ‎3‎ 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 ‎4‎ 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 ‎2016北京理综,14,6分 ‎3‎ 电磁波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 22‎ 分析解读　　近几年内对本专题的内容常有考查,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。‎ ‎【真题典例】‎ 破考点 ‎【考点集训】‎ 考点一　交流电 ‎1.如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁场方向垂直的轴匀速转动产生交流电,电动势e随时间t的变化关系如图乙所示,则(　　)‎ 22‎ A.该交流电的频率为100Hz B.该交流电电动势的有效值为311V C.t=0.01s时,穿过线框的磁通量为零 D.t=0.01s时,穿过线框的磁通量的变化率为零 答案　D ‎2.如图所示,交流发电机的矩形金属线圈abcd的边长ab=cd=50cm,bc=ad=30cm,匝数n=100,线圈的总电阻r=10Ω,线圈位于磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中,线圈平面与磁场方向平行。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F(集流环)焊接在一起,并通过电刷与阻值R=90Ω的定值电阻连接。现使线圈绕过bc和ad边中点且垂直于磁场的转轴OO'以角速度ω=400rad/s匀速转动。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。求:‎ ‎(1)线圈中感应电流的最大值;‎ ‎(2)线圈转动过程中电阻R的发热功率;‎ ‎(3)从线圈经过图示位置开始计时,经过‎1‎‎4‎周期通过电阻R的电荷量。‎ 答案　(1)3.0A　(2)405W　(3)7.5×10-3C ‎3.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ω,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 22‎ ‎(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ω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=Bav v‎=‎1‎‎2‎ωa E=‎1‎‎2‎Bωa2‎ 根据右手定则可以判断:流过电阻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=BL1v cd边产生的感应电动势为E2=BL1v n匝线圈产生的总感应电动势为Em=n(E1+E2)=2nBL1v 由于v=ωr=ωL‎2‎‎2‎ 有Em=2nBL1ω·L‎2‎‎2‎=nBL1L2ω ‎(3)第一个发电机为电阻供电时:U1=RR+‎r‎1‎E=‎RBωa‎2‎‎2(R+r‎1‎)‎ 第二个发电机为电阻供电时:U2=RR+‎r‎2‎·‎2‎‎2‎Em=‎‎2‎nRBωa‎2‎R+‎r‎2‎ P‎1‎P‎2‎‎=‎(U‎1‎U‎2‎)‎‎2‎=‎‎(R+r‎2‎)‎‎2‎‎8‎n‎2‎‎(R+r‎1‎)‎‎2‎ 其他方法正确同样给分 22‎ 考点二　变压器、电能的输送 ‎4.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　C ‎5.(2016课标Ⅲ,19,6分)(多选)如图,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时,两灯均能正常发光,下列说法正确的是(　　)‎ A.原、副线圈匝数比为9∶1‎ B.原、副线圈匝数比为1∶9‎ C.此时a和b的电功率之比为9∶1‎ D.此时a和b的电功率之比为1∶9‎ 答案　AD ‎6.如图所示,有一个电热器R,接在电压为u=311sin100πt(V)的交流电源上。电热器工作时的电阻为100Ω,电路中的交流电表均为理想电表。由此可知(　　)‎ A.电压表的示数为311V 22‎ B.电流表的示数为2.2A C.电热器的发热功率为967W D.交流电的频率为100Hz 答案　B ‎7.(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n3∶n4=n∶1,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=22Ω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0.5Hz B.降压变压器的副线圈两端电压的瞬时值表达式u=220‎2‎sin100πtV C.通过R0电流的最大值为20‎2‎A D.输电线损失的功率为‎100rn‎2‎(W)‎ 答案　BD 考点三　传感器与电磁振荡、电磁波 ‎8.(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 22‎ 答案　BC ‎9.(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　BC ‎10.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做解调 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.周期性变化的电场可以产生周期性变化的磁场 答案　D ‎11.(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1~10m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　C ‎12.(多选)关于电磁波谱,下列说法正确的是(　　)‎ 22‎ 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γ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辐射红外线 答案　AC 炼技法 ‎【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.(多选)将R1=10Ω、R2=20Ω的电阻串联接在正弦交流电路中,通过电阻R2的电流i随时间t变化的情况如图所示。则(　　)‎ A.R1消耗的电功率是3.6W B.R2两端的电压有效值是6V C.通过R2的电流有效值是0.6A D.R2两端的电压有效值是6‎2‎V 答案　AC ‎2.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=50cm,lbc=lad=20cm,匝数n=100,线圈的总电阻r=0.20Ω,线圈在磁感应强度B=0.050T的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴OO'匀速转动,角速度ω=100πrad/s。线圈两端通过电刷E、F与阻值R=4.8Ω的定值电阻连接。(π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的电荷量。‎ 答案　(1)e=150sin100πt(V)‎ 22‎ ‎(2)2.16×103W ‎(3)0.10C 方法2　理想变压器的动态分析方法 ‎3.如图所示为模拟街头变压器通过降压给用户供电的示意图,变压器输入的交流电压可视为不变。变压器输出的低压交流电通过输电线输送给用户。定值电阻R0表示输电线的电阻,变阻器R表示用户用电器的总电阻。若变压器为理想变压器,电表为理想电表,则在变阻器的滑片P向上移动的过程中(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A.V2示数变小 B.V1示数变大 C.A2示数变大 D.A1示数变小 答案　D ‎4.(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 22‎ ‎5.(2014江苏单科,3,3分)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.I‎1‎I‎2‎=n‎1‎n‎2‎ B.I2=‎U‎2‎R C.I1U1=I‎2‎‎2‎R D.I1U1=I2U2‎ 答案　D ‎6.(2014浙江理综,15,6分)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理想变压器,流入用户端的电流为I2。则　(　　)‎ A.用户端的电压为I‎1‎U‎1‎I‎2‎ B.输电线上的电压降为U C.理想变压器的输入功率为I‎1‎‎2‎r D.输电线路上损失的电功率为I1U 答案　A 过专题 ‎【五年高考】‎ A组　基础题组 ‎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　A 22‎ ‎2.(2015四川理综,4,6分)小型手摇发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO',线圈绕OO'匀速转动,如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,则发电机输出电压(　　)‎ A.峰值是e0 B.峰值是2e0‎ C.有效值是‎2‎‎2‎Ne0 D.有效值是‎2‎Ne0‎ 答案　D ‎3.(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2Ω,则(　　)‎ A.t=0时,线圈平面平行于磁感线 B.t=1s时,线圈中的电流改变方向 C.t=1.5s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8π2J 答案　AD ‎4.(2017北京理综,16,6分)如图所示,理想变压器的原线圈接在u=220‎2‎sin100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,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220‎2‎W B.电流表的读数为1A C.电压表的读数为110‎2‎V 22‎ D.副线圈输出交流电的周期为50s 答案　B ‎5.(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.U2>U1,U2降低 B.U2>U1,U2升高 C.U2