考点11交流电（解析版）-2021届高三《新题速递》物理3月刊（高考复习）

考点 11交流电 1．（2021·安徽阜阳市·高三期末）在图甲电路中，理想变压器原、副线圈的匝数之比为 2：1，电压表为理 想电表，定值电阻 R1＝0.8Ω、R2＝2Ω、R3＝3Ω，变压器原线圈两端 a、b接正弦交流电源后，通过 R2 的电流 i2随时间 t的变化规律如图乙。下列说法正确的是（ ） A．通过电阻 R1的电流方向每秒钟改变 50次 B．变压器的输入电流为 2.5A C．电压表的示数为 6V D．变压器的输入功率为 25W 【答案】B 【详解】 A．电流的频率 1 Hz 50Hz 0.02 f   故电流方向每秒钟改变 100次，选项 A错误； B．通过 2R 的电流 2 3 2 A 3A 2 I   R2两端的电压 2 2 2 6VU I R  通过 3R 的电流 2 3 3 2AUI R   通过副线圈的电流 2 3 5AI I I   故通过原线圈的电流 0 2.5A 2 II   选项 B正确； C．电压表的示数 2 1 10VU U IR   选项 C错误； D．变压器的输入功率 1 2 50WP P UI   选项 D错误； 故选 B。 2．（2021·湖北荆州市·高三月考）如图所示的电路中，变压器为可调理想自耦式变压器，R1为定值电阻， R2为滑动变阻器，在 M、N两端输入恒定的正弦交流电，则下列判断正确的是（ ） A．仅将滑片 P1向上移，电压表示数变大 B．仅将滑片 P1向上移，电流表示数变大 C．仅将滑片 P2向上移，电压表示数变大 D．仅将滑片 P2向上移，电流表示数变大 【答案】C 【详解】 A．仅将滑片 P1向上移，原线圈匝数增大，根据变压比 1 2 1 2 U U n n  ，= 可知，U2减小，根据分压原理可知，电压表的示数变小，A错误； B．副线圈电阻变大，根据 2 2UP R  可知电路消耗的功率减小，原线圈输入功率变小，电流表的示数变小，B错误； CD．仅将滑片 P2向上移，R2接入电路的电阻变大，因此副线圈中的电流减小，R1两端的电压变小，电 压表的示数变大，根据变流比，电流表的示数变小，C正确，D错误。 故选 C。 3．（2021·江苏盐城市·高三一模）如图所示，街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器输入电压 是市电网的电压，负载变化时几乎不变。输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用 R0 表示，变阻器 R表示用户用电器的总电阻。假设变压器上的能量损失可以忽略。当变阻器 R滑动片 P 向下移动时，下列说法正确的是（ ） A．电阻 R0上的电流减小 B．电阻 R0两端电压不变 C．变压器输入的电流增大 D．变压器输出的电压增大 【答案】C 【详解】 设原线圈的各参数为 1 1 1U I n， ， ，副线圈的各参数为 2 2 2U I n， ， ， D．根据理想变压器的原理 1 1 2 2 U n U n  可知 2U 不变，即变压器输出的电压不变，故 D错误； A．当变阻器 R滑动片 P向下移动时，接入电路的电阻减小，因为 2U 不变，所以 2I 增大，即电阻 R0上 的电流增大，故 A错误； B．根据 R0两端的电压为 0 2 0U I R 因为 2I 增大，所以 0U 增大，即电阻 R0两端电压增大，故 B错误； C．根据理想变压器的原理 1 2 2 1 I n I n  因为 2I 增大，所以 1I 增大，即变压器输入的电流增大，故 C正确。 故选 C。 4．（2021·山西朔州市·高三期末）一含有理想变压器的电路如图甲所示，图中理想变压器原、副线圈匝数 之比为 2：1，电阻 R1和 R2的阻值分别为 3Ω和 10Ω，电流表、电压表都是理想交流电表，a、b输入端 输入的电流如图乙所示，下 列说法正确的是（ ） A．0.03 s时，通过电阻 R1的电流为 0 A B．电流表的示数为 6 A C．电压表的示数为 6 V D．0~0.04s内，电阻 R1产生的焦耳热为 0.48 J 【答案】A 【详解】 A．由图可知，在 0.03s的前后，原线圈中的电流不变化，则副线圈中没有感应电流，所以通过电阻 R1 的瞬时电流为 0，故 A正确； B．设电流表的示数为 I1，则有   2 22 1 2 2 2 22 T TI RT R R          ＝ 求得 I1＝ 6 2 A 故 B错误； C．原线圈中电流只有交流部分电流才能输出到副线圈中，故副线圈中电流交流部分的电流最大值为 2 2 A；设副线圈交流电的有效值为 I2，则 2 2 2 2 2 22 TI RT R        ＝ 求得 I2＝ 2 A 因此电压表的示数为 2 2 2V10U I R  故 C错误； D．在 0~0.04s内，电阻 R1产生的焦耳热为  22 2 1 2 3 0.04J 0.24JQ I R t     故 D错误。 故选 A。 5．（2021·广东惠州市·高三月考）如图甲所示的电路中，S为单刀双掷开关，电表为理想电表，Rt为热敏电 阻（阻值随温度的升高而减小），理想变压器原线圈接如图乙所示的正弦交流电，则（ ） A．变压器原线圈中交流电压 u的表达式 110 2 sin 50 (V)u t B．开关 S接在 a端，Rt温度升高时，变压器的输入功率变小 C．开关 S接在 a端，Rt温度升高时，电压表和电流表的示数均变大 D．开关 S由 a切换到 b，Rt消耗的功率变小 【答案】D 【详解】 A．由图乙可知，变压器原线圈中交流电压 u的表达式 110 2 sin100 (V)u t A错误； BC．开关 S接在 a端，Rt温度升高时，电路的电阻减小，而根据 1 1 2 2 n U n U  可知电压表的示数不变，根据欧姆定律，电流表的示数变大，回路消耗的功率增大，变压器输入的功率 变大，BC错误； D．开关 S由 a切换到 b，副线圈接入电路的匝数减少，根据 1 1 2 2 n U n U  加在 Rt两端电压降低，Rt消耗的功率变小，D正确。 故选 D。 6．（2021·广东汕头市·高三一模）如图为日常生活中常见的电子打火灶点火装置原理图。将 1.5 V直流电压 通过转换器转换为正弦交变电压 6sin100 (V)u t ，再将其加在匝数比 2 1: 2000 :1n n  的理想变压器 的原线圈上，副线圈两端就可获得高压引发电火花点燃燃气。下列说法正确的是（ ） A．原线圈两端所接交流电压表的读数为 6 V B．放电针之间电压最高可达 12000 V C．放电针之间交流电压频率 100 Hz D．放电针每隔 0.02 s点火一次 【答案】B 【详解】 A．正弦交流电有效值和最大值之间的关系为 max 2 uu  电压表显示的是有效值，所以原线圈两端所接交流电压表的读数为 max 6 3 2V 2 2 uu    A错误； B．根据变压器原副线圈电压关系 1 1 2 2 U n U n  计算出副线圈两端电压的最大值为 12000 V，B正确； C．正弦交流电的角速度为100 ，所以交流电的频率为 50 Hz，C错误； D．一个周期内电压可两次达到最高电压 12000 V，故每间隔 0.01 s点火一次，D错误。 故选 B。 7．（2021·广东珠海市·高三月考）如图所示，理想变压器的原线圈与交流电源相连，当规格为“2V ，0.4W” 的灯泡正常发光时，R1的功率为 0.1W，已知 R1=10Ω，R2=5Ω。下列说法正确的是（ ） A．变压器原线圈中的电流为 0.2A B．变压器副线圈两端的电压为 2V C．原副线圈输入、输出的功率之比为 2：1 D．原副线圈的匝数比为 2：1 【答案】D 【详解】 A．变压器原线圈中的电流为 1 1 1 0.1 0.1A 10 RPI R    A错误； B．变压器副线圈两端的电流为 2 0.4 0.2A 2 L L L PI I U     变压器副线圈两端的电压为 2 2 2 0.2 5V 2V 3VLU I R U      B错误； C．根据理想变压器的原理，原副线圈的输入、输出功率相同，C错误； D．根据理想变压器的电流关系，原副线圈的电流与匝数成反比，所以原副线圈的匝数比为 2：1，D正 确。 故选 D。 8．（2021·辽宁高三月考）如图甲是某型号的交流转换器铭牌，图乙是其内部原理图，可视为理想变压器， 图丙是输入电压，电流表和电压表都是理想交流电表，电阻 10ΩR  ，下列说法正确的是（ ） A．电流表的示数为5.5A B．电压表的示数为11V C．原副线圈匝数之比为 1∶2 D．通过电阻 R的交变电流的频率为100Hz 【答案】A 【详解】 ABC．观察变压器的铭牌，可知当输入电压为 220Ｖ时，输出电压为 110Ｖ，根据变压器 1 1 2 2 2= 1 U n U n  故 C错误；由图丙可知，输入电压的有效值为 220Ｖ，由 1 1 2 2 U n U n  得输出电压为 110Ｖ，故 B错误； 由欧姆定律，电阻 R的电流为 2 110 =11A 10 UI R   由 1 2 2 1 I n I n  得 1=5.5AI 故 A正确； D．由图丙可知，输入电压的周期为 0.02s，则输入电压的频率为 50Hz，则输出的电压的频率也为 50Hz, 故 D错误。 故选 A。 9．（2021·全国高三专题练习）采用一稳压交流电源给如图所示电路供电， 1 2 3R R R、 、 是三个完全相同的 定值电阻，理想变压器的匝数比为 2：1，开关断开时电路消耗的总功率为 P，则开关闭合时电路消耗的 总功率为（ ） A．P B． 3 2 P C． 5 3 P D． 9 5 P 【答案】C 【详解】 设三个完全相同的定值电阻的阻值为 R，电源输出电压为 U，开关断开时，根据等效电路可得，电路的 总电阻 21 2 ( ) 5nR R R R n    总 电路消耗的总功率 2 2 5 U UP R R   总 开关闭合时，根据等效电路可得，电路的总电阻 21 2 ( ) 3 2 n RR R R n     总 电路消耗的总功率 2 2 5 3 3 U U PP R R      总 故选 C。 10．（2021·广东佛山市·西樵高中高三月考）学校实验室有一台教学用发电机，若该发电机线圈的匝数为 n， 产生的交变电流的电动势的瞬时值表达式为 m sine E t ，则穿过该发电机线圈的磁通量的最大值为 （ ） A． 2 mE  B． mnE  C． 2 mE n D． mE n 【答案】D 【详解】 该发电机产生的交变电流的电动势最大值 Em=nBSω 穿过该发电机线圈的磁通量的最大值 m BS  解得 m m E n   故选 D。 11．（2021·福建泉州市·高三月考）一理想变压器原、副线圈匝数比为 10∶1，原线圈与正弦交变电源连接， 输入电压如图所示，副线圈仅接入一个阻值为 10Ω的电阻，则（ ） A．副线圈输出电压的频率为 50Hz B．在 1s时间内副线圈中电流方向改变 25次 C．流过电阻的电流为 1A D．变压器的输入功率为 5W 【答案】D 【详解】 A．从图像中可得该交流电的周期为 0.04sT  ，所以该交流电的频率为 1 25Hzf T   故 A错误； B．1s时间内的周期数为 1s 25 0.04s n   次 一个周期内，电流方向改变两次，则 1s内副线圈中电流方向改变 50次 故 B错误； C．变压器原线圈的输入电压为 1 100 V 50 2V 2 U   由理想变压器的变压比公式 1 1 2 2 U n U n  得，副线圈的输出电压为 2 1 2 1 5 2Vn UU n   电流为 2 2 2 A 2 UI R   故 C错误； D．副线圈中的电功率为 2 2 5WUP R   故 D正确。 故选 D。 12．（2021·湖北武汉市·高三月考）如图所示，在输电线 L1和 L2上接有电压互感器甲和电流互感器乙。若 已知匝数比分别为 n1∶n2=1000∶1和 n3∶n4=1∶100，且知图中电压表示数为 220V、电流表示数为 2.0A， 则输电线 L1和 L2输送的电功率为（ ） A．4.4×10-3W B．4.4×103W C．4.4×107W D．4.4×104W 【答案】C 【详解】 电压互感器两端电压满足 1 1 2 2 U n U n  代入数据可解得输电电压为 U1=220kV，电流互感器中电流满足 1 2 2 1 I n I n  代入数据可解得输电线中电流 I1=200A，则输电线 L1和 L2输送的电功率为 7 1 1 4.4 10 WP U I   C正确。 故选 C。 13．（2021·广西河池市·高三期末）如图所示为远距离输电的电路图，升压变压器和降压变压器均为理想变 压器，发电机输出的电压为 U，升压变压器的原、副线圈匝数比为 k1，降压变压器的原、副线圈匝数比 为 k2，输电线上损耗的功率为输送功率的 1 20 ，用户得到的电压为 U4，则 1 4 U U 为（ ） A． 1 2k k B． 1 220 19 k k C． 1 220 21 k k D． 1 210 9 k k 【答案】B 【详解】 根据变压器变压原理有： 31 1 2 2 4 ,UU k k U U   设输送功率为 P，则  2 2 2 2 3 1, 20 P U I P I U U   则 1 1 2 4 20 19 U k k U  故选 B。 14．（2021·江苏南通市·高三期末）ED型硅钢铁芯如图甲所示，其结构为三相两半拼合形成的闭合磁路， 广泛应用于三相变压器、扼流圈、电抗器等电磁原件。用 ED型硅钢铁芯绕制变压器，并连接成如图乙 所示电路，原副线圈绕制匝数分别为 n1、n2，原线圈输入的交流电压为 U1，副线圈的输出电压为 U2。 现将滑动变阻器滑片向下滑动，下列说法错误的是（ ） A．U1：U2=n1：n2 B．灯泡亮度变暗 C．电流表示数减小 D．用相互绝缘的硅钢片叠成 ED型铁芯有利于减小涡流 【答案】A 【详解】 A．因为穿过原线圈的磁场并未全部穿过右侧线圈，也有穿过左侧臂的，故不满足 U1：U2=n1：n2，故 A 错误； BC．将滑动变阻器滑片向下滑动，副线圈电阻变大，副线圈电流变小，则灯泡亮度变暗，灯泡分压变 小，则并联部分分压变大，R1支路电流变大，电流表示数减小，故 BC正确； D．用相互绝缘的硅钢片叠成 ED型铁芯有利于减小涡流，故 D正确。 本题选择错误的，故选 A。 15．（2021·安徽池州市·高三期末）如图所示的电路中，变压踞为理想变压器，电表为理想电表，R，是定 值电阻，R2是滑动变阻器，在 a、b两端输入最大电压恒定的正弦交流电，调节滑动变阻器的滑片，发 现电流表的示数变小，则下列判断正确的是（ ） A．电压表的示数变小 B．R1消耗的功率变小 C．滑动变阻器的滑片向下移动 D．变压器原线圈输人功率变小 【答案】D 【详解】 A．原线圈输入电压不变，根据变化比可知，副线圈输出电压不变，电压表的示数不变，A错误； B． 1R 两端的电压不变，消耗的功率不变，B错误； C．由于 1R 中电流不变，一定是的原线圈输入电流减小，副线圈输出电流减小，则一定是 2R 的阻值变 大，即滑片向上移动，C错误； D．原线圈电压不变，输入电流减小，输入功率减小，D正确. 故选 D。 16．（2021·江西吉安市·高三期末）有一种自行车，它有能向车头灯泡供电的小型发电机，其原理示意图如 图甲所示：图中 N、S是一对固定的磁极，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，转轴的一端有一 个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮。如图乙所示，当车轮转动时，因摩擦而带动摩擦轮转动，从而使线 圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电。关于此装置，下列说法正确的是（ ） A．自行车的速度加倍，线圈中交变电流的周期加倍 B．自行车的速度加倍，线圈中交变电流的周期不变 C．小灯泡的电功率与自行车的速度成正比 D．小灯泡的电功率与自行车速度的平方成正比 【答案】D 【详解】 AB.设自行车的速度为 v，摩擦轮的半径为 r，则后轮、摩擦轮的速度都等于 v，线圈转动产生正弦电流， 周期 2 rT v   ，v加倍，T减小为原来的 1 2 ，选项 A、B错误； CD．若线圈的匝数为 N、面积为 S、磁感应强度为 B，则线圈产生的电动势最大值 mE NBS 有效值为 2 2 2 mE NBS NBSvE r     小灯泡的电功率 2 2 2 22 NBSv E rP I R R R v R R                      灯 灯 灯 总 总 选项 C错误，D正确。 故选择：D。 17．（2021·辽宁朝阳市·高三月考）如图甲所示的电路中，电压表和电流表均为理想电表，与理想变压器原、 副线圈相连的定值电阻阻值分别为 1 5ΩR  ， 2 20ΩR  。当 E F、 两端接入如图乙所示的交流电源时， 电阻 1R 和 2R 消耗的功率相等，则（ ） A．变压器原、副线圈的匝数比为1: 4 B．电压表的示数为18V C．电流表的示数为1.8A D．电源输出的功率为32.4W 【答案】BC 【详解】 A．电阻 1R 和 2R 消耗的功率相等， 2 2 1 1 2 2I R I R 又由于 1 2 2 1 n I n I  ，整理得 1 2 1 2 n n  选项 A错误； BC．电源输出电压为 1 1 1 2 2 2 36 2 V 36V 2 U U U I R U I R    ， ， 又 1 1 2 2 1 2 U n U n   ，联立解得 1 218V, 1.8AU I  即电压表示数为18V，电流表示数为1.8A ，选项 B、C正确； D．通过原线圈的电流为 1 22 3.6AI I  电源输出的功率为 1 129.6WP I U  选项 D错误。 故选 BC。 18．（2021·安徽高三开学考试）如图甲所示，理想变压器的原刷线圈匝数比为10:1，电表均为理想电表， 定值电阻 1 22Ω, 3.5ΩR R  ，在 a b、 端接入如图乙所示的电压（图线为正弦曲线的一部分），则（ ） A．电流表的示数为 2 A 5 B．电流表的示数为 2 A 5 C．电压表的示数为14V D．电压表的示数为7 2V 【答案】BD 【详解】 图乙交流电 2 2 1 (220) 2 U TT R R   解得 1 110 2VU  根据变压比，副线圈两端的电压 2 11 2VU  ，根据分压原理，电压表示数为7 2V，副线圈中的电流 2 2 1 2 2 2AUI R R    根据变流比，原线圈中电流 1 2  A 5 I  故选 BD。 19．（2021·湖北荆州市·高三月考）如图所示，理想变压器原线圈接在 20 2 sin100 Vu t 的交流电源上， 阻值 1 10R  的电阻与变压器原线圈并联。副线圈与阻值为 2 10R  的电阻组成闭合回路，电流表为 理想电流表。已知电阻 1R 消耗的电功率是 2R 消耗的电功率 4倍，则下列说法正确的是（ ） A．电流表的示数为1A B．电阻 2R 消耗的电功率为10W C．电源输出的功率为 40W D．变压器原、副线圈的匝数之比为4 :1 【答案】AB 【详解】 D．电阻 R1消耗的电功率是 R2消耗的电功率 4倍，电阻 R1两端电压是 R2两端电压的 2倍，原、副线圈 的匝数比为 2：1，D错误； A．加在电阻 1R 两端电压的有效值为 1 20 2 V 20V 2 U   电阻 2R 两端的电压为 2 10VU  电流表的示数为 2 2 2 1AUI R   A正确； BC．电阻 1R 消耗的功率为 1 2 1 1 40WR UP R   电阻 2R 消耗的电功率为 2 2 2 2 10WRP I R  电源输出的功率为 1 2 50WR RP P P   B正确、C错误。 故选 AB。 20．（2021·福建泉州市·高三月考）如图所示，甲是一固定的水平放置内阻不计的圆形导体线圈，线圈匝 数 N=100匝，面积 S=0.040m2。线圈的两端 PQ分别与原副线圈匝数比 n1:n2=3:2的理想变压器原线圈相 连接，变压器的副线圈并联一小灯泡 L和滑动变阻器 R。在线圈所在的空间存在着与线圈平面垂直的磁 场，磁场的磁感应强度 B按如图乙所示的规律变化，此时小灯泡恰好能够正常发光。规定垂直于线圈平 面向上为 B的正方向，则下列说法中正确的是（ ） A．在 1.57×10-2∼4.71×10-2 s时间内，P点的电势低于 Q点的电势 B．线圈中产生的感应电动势的有效值为 6 2 C．小灯泡的额定电压为 8V D．滑动变阻器的滑动端向上滑动时，小灯泡的亮度将减小 【答案】AB 【详解】 A．由题意磁场的磁感应强度 B按如图乙所示的规律变化，根据楞次定律可判断在 2 21.57 10 4.71 10 s    时间内，线圈中产生的感应电动势方向为从上向下看逆时针，产生电动势的 线圈看成电源，Q为电源的正极，P为电源的负极，所以 P点的电势低于 Q点的电势，故 A正确； B．根据题意可知线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式 m sine NB S t  所以感应电动势的最大值 m mE NB S 由图乙知周期为 2 26.28 10 s 2 10 sT      所以 2 2 2 rad/ s 100 rad/ s 2 10T        则最大值 2 m m 100 3.0 10 0.040 100V 12VE NB S        所以线圈中产生的感应电动势的有效值为 m 12 V 6 2 V 2 2 EE    故 B正确； C．原线圈电压 1U E 根据变压器的基本关系可知 1 1 2 2 U n U n  所以 2 2 1 1 2 6 2 V 4 2 V 5.7V 3 nU U n      小灯泡恰好能够正常发光，所以小灯泡的额定电压为5.7V，故 C错误； D．滑动变阻器的滑动端向上滑动时，副线圈的电压不变，即小灯泡上的电压不变，所以小灯泡的亮度 将不变，故 D错误。 故选 AB。 21．（2021·广东东莞市·高三开学考试）如图所示为变压器工作电路示意图，其中 T为理想变压器，输电线 电阻可等效为电阻 r，灯 1L 、 2L 相同且阻值不变。现保持变压器 T的输入电压不变，滑片 P处于图中位 置，开关 S断开该状态下灯 1L 正常发光，则下列说法正确的是（ ） A．仅闭合开关 S，灯 1L 会变亮 B．仅闭合开关 S，r消耗的功率会变大 C．仅将滑片 P下移，r消耗的功率会变大D．仅将滑片 P上移，电流表示数会变大 【答案】BD 【详解】 A．仅闭合开关 S，变压器的输出电压不变，负载总电阻减小，电流增大，输电线上的电压升高，故两 灯泡并联部分电压降低，灯 1L 会变暗，A错误； B．仅闭合开关 S，由 A中分析可知，导线电阻 r中电流增大，由 2 rP I r 可知消耗的功率会变大，B 正确； C．仅将滑片 P下移，变压器的输出电压减小，r中电流减小，故消耗的功率会变小，C错误； D．仅将滑片 P上移，变压器的输出电压增大，负载电阻不变，电流 I2增大，理想变压器输入功率等于 输出功率，有 1 1 2 2U I U I 可知，电流表示数 I1会变大，D正确。 故选 BD。