2020屆高中物理 專題10 交變電流

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1、2020屆同心圓夢專題十 物理 考試范圍：交變電流 一、選擇題（本題共10小題，每小題4分，共40分。在每小題給出的四個選項中，有的只有一個選項符合題目要求，有的有多個選項符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分。） 1．如下圖所示的四種隨時間變化的電流圖象，其中屬于交變電流的是 （ ） 2．如右圖所示，面積為S的單匝閉合線框在磁感應強度為B勻強磁場中，以恒定的角速度ω繞垂直于磁場方向的轉軸勻速轉動，下列說法中正確的是

2、 （ ） A．在穿過線框的磁通量為的時刻，線框中的感應電動勢為 B．在穿過線框的磁通量為的時刻，線框中的感應電動勢為 C．線框轉動四分之一周過程中，感應電動勢的平均值為 D．線框轉動一周過程中，感應電動勢的平均值為０ 3．夏天由于用電器的增多，每年都會出現(xiàn)“用電荒”，只好拉閘限電。若某發(fā)電站在供電過程中，用電高峰時輸電的功率是正常供電的2倍，輸電線電阻不變，下列說法正確的是 （ ） A．若輸送電壓不變，則用電高峰時輸電電流為正常供電時的

3、2倍 B．若輸送電壓不變，則用電高峰時輸電線損失的功率為正常供電時的2倍 C．若用電高峰時的輸送輸電電壓變?yōu)檎９╇姷?倍，則此時輸電電流為正常供電時的4倍 D．若用電高峰時的輸送輸電電壓變?yōu)檎９╇姷?倍，則此時輸電線損失的功率為正常供電時的4倍 4．如右圖所示，矩形線框置于豎直向下的磁場中，通過導線與靈敏電流表相連，線框在磁場中繞垂直于磁場方向的轉軸勻速轉動，圖中線框平面處于豎直面內。下述說法正確的是 （ ） A．當線框由此轉過90°時，線框轉至中性面，則電流表示數(shù)為零 B．線框通過圖中位置瞬間，穿

4、過線框的磁通量最大，感應電流最大 C．當線框由此轉過90°時，穿過線框的磁通量最大，感應電流最大 D．若使線框轉動的角速度增大一倍，那么通過電流表電流的示數(shù)也增大一倍 5．如右圖所示的交變電壓是矩形線框在勻強磁場內勻速轉動過程中產生的，下列說法中正確的是 （ ） A．交流電壓的有效值為V B．交流電壓的最大值為10V，頻率為0.25Hz C．0.01s末線框平面平行于磁場，通過線框的磁通量變化最快 D．0.02s時通過線框的磁通量為零 6．如右圖甲所示，在閉合的鐵芯上繞著兩個線圈，兩個線圈的匝數(shù)比n1∶n2=1∶3。a、b兩端加上如右圖乙所示的交流電；

5、c、d兩端接一個可變電阻R。下列說法正確的是 （ ） A．c、d兩端電壓的有效值是933V B．通過電阻R的電流頻率是150Hz C．減小電阻R的阻值，a、b兩端的輸入電流將變小 D．減小電阻R的阻值，a、b兩端的輸入功率將增大 7．如右圖所示，L1和L2是輸電線，用電壓互感器和電流互感器測輸電功率。若已知甲的兩線圈匝數(shù)比為50∶1，乙的兩線圈匝數(shù)比為20∶l，并且已知加在電壓表兩端的電壓為220V，通過電流表的電流為5A，則輸電線的輸送功率為

6、 （ ） A．甲是電壓互感器，乙是電流互感器 B．乙是電壓互感器，甲是電流互感器 C．1.21×107W D．1.1×106W 8．如右圖所示，N匝矩形導線框以角速度ω在磁感應強度為B的勻強磁場中繞軸OO′勻速轉動，線框面積為S，線框的電阻、電感均不計，外電路接有電阻R、理想電流表和二極管D。二極管D具有單向導電性，即正向電阻為零，反向電阻無窮大。下列說法正確的是

7、 （ ） A．圖示位置電流為0 B．R兩端電壓的有效值 C．交流電流表的示數(shù) D．一個周期內通過R的電荷量 9．為探究理想變壓器原、副線圈電壓、電流的關系，將原線圈接到電壓有效值不變的正弦交流電源上，副線圈連接相同的燈泡L1、L2，電路中分別接了理想交流電壓表V1、V2和理想交流電流表A1、A2，導線電阻不計，如下圖所示。當開關S閉合后 （ ） A．A1示數(shù)變大，A1與A2示數(shù)的比值不變 B．A1示數(shù)變大，A1與A2示

8、數(shù)的比值變大 C．V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值變大 D．V2示數(shù)變小，V1與V2示數(shù)的比值不變 10．如右圖所示，理想變壓器輸入端接在電動勢為ε，內阻為r的交流電壓上，輸出端接負載R，如果要求負載R上消耗的電功率最大，則 （ ） A．變壓器原副線圈的匝數(shù)比為 B．變壓器原副線圈的匝數(shù)比為 C．負載R上消耗的電功率最大值是 D．負載R上消耗的電功率最大值是 二、非選擇題（本題共6小題，共60分。解答題應寫出必要的文字說明、方程

9、式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。） 11．（10分）一臺小型發(fā)電機產生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象如下圖甲所示。已知發(fā)電機線圈內阻為5.0Ω，則外接一只電阻為95.0Ω的燈泡，如下圖乙所示。 求：（1）電壓表的示數(shù)； （2）發(fā)電機線圈內阻每秒鐘產生的焦耳熱； （3）若發(fā)電機是單匝線圈，通過線圈的最大磁通量。 12．（10分）如下圖所示，勻強磁場磁感應強度B=0.5T，匝數(shù)為n=50匝的矩形線圈，繞垂直于勻強磁場的轉軸OO′勻速轉動，每匝線圈長為L=25cm，寬為d=20cm，

10、線圈每分鐘轉動1500r，在勻速轉動過程中，從線圈平面經過圖示位置時開始計時。 （1）寫出交流感應電動勢e的瞬時值表達式； （2）若每匝線圈本身電阻r=0.02Ω，外接一阻值為13Ω的用電器，使線圈與外電路組成閉合電路，寫出交流感應電流i的瞬時值表達式； （3）若從線圈平面垂直于磁感線的位置開始計時，感應電動勢e′和感應電流i′的瞬時表達式如何？ 13．（9分）核發(fā)電在我們國家的技術已比較成熟，一個直徑不足3米的圓球，一天能發(fā)100萬度電，足夠一個中型城市的工、農業(yè)需求?？紤]到安全，應將其建在偏遠山區(qū)。輸電時，要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個小型

11、發(fā)電站，輸送的電功率為P=1000kw，輸電線電阻為當使用U=5kv的電壓輸電時，測得安裝在輸電線路起點和終點處的兩只電度表一晝夜示數(shù)相差8000度。 求：（1）這時的輸電效率η和輸電線的總電阻r。 （2）若想使輸電效率提高到98%，又不改變輸電線，那么電站應使用多高的電壓向外輸電？ 14．（9分）如下圖所示，一個變壓器（可視為理想變壓器）的原線圈接在220V的市電上，向額定電壓為18V的霓虹燈供電，使它正常發(fā)光。為了安全，需在原線圈回路中接入熔斷器，若副線圈電路中電流超過12A時，熔絲就熔斷。 （1）求變壓器原副線圈匝數(shù)比。 （2）熔

12、絲的熔斷電流是多大？ （3）當副線圈電路中電流為10A時，變壓器的輸入功率是多大？ 15．（9分）如下圖甲所示，理想變壓器原線圈通有正弦式交變電流，副線圈接有3個電阻和一個電容器。已知R1=R3=20Ω，R2=40Ω，原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，原線圈的輸入功率為P=35W，已知通過R1的正弦交流電如下圖乙所示。 求：（1）原線圈輸入電壓； （2）電阻R2的電功率； （3）電容器C流過的電流。 16． （13分）北京奧運場館的建設體現(xiàn)了“綠色奧運”的理念。如下圖所示，作

13、為北京奧運臺主場館之一的國家體育館“鳥巢”擁有9.1萬個座位，其扇型屋面和大面積的玻璃幕墻不僅給人以賞心悅目之感。還隱藏著一座年發(fā)電量約為98550千瓦時的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，供給體育館內的照明燈等使用。假如該發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率為1×105W。 求：（1）按平均每天太陽照射6小時計，該發(fā)電系統(tǒng)一年（365天計）能輸出多少電能？ （2）假若輸出電壓250V，現(xiàn)準備向遠處輸電。所用輸電線的總電阻為8Ω，要求輸電時在輸電線上損失的電功率不超過輸送電功率的5%。用戶獲得220V電壓，求應選用匝數(shù)比多大的升壓變壓器和降壓變壓器？ 2020屆同心圓夢專題卷物理專題十答案與解析

14、1．【命題立意】本題考查交流電的定義。 【思路點撥】解答本題需要掌握兩個關鍵知識點：①交流電的定義；②y軸正負半軸圖象的含義。 【答案】CD【解析】交變電流是大小方向都隨時間變化的電流，所以C、D正確，A、B僅是電流的大小發(fā)生變化而方向不變，故不屬于交變電流。 2．【命題立意】本題考查磁通量的計算及交流電瞬時值、平均值的計算。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下幾個關鍵的知識點：①磁通量是穿過線圈的磁感線的條數(shù)；②交流電瞬時值的計算方法；③交流電平均值的計算方法。 【答案】BCD【解析】閉合線框在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉軸勻速轉動，若從中性面開始計時，穿過線框的磁通量Φ按余弦規(guī)律

15、變化，線框中產生的感應電動勢按正弦規(guī)律變化，在穿過線框的磁通量為 的時刻，線圈轉過60°，此時的電動勢 ，A錯誤；穿過線框的磁通量為 的時刻，線框中的感應電動勢等于 ，B正確；線框轉動四分之一周過程中，感應電動勢的平均值為 ，線框每轉動一周，磁通量的改變量等于零，平均感應電動勢等于零，C、D正確。 3．【命題立意】考查遠距離輸電的導線損失功率的計算。 【思路點撥】解答本題需要掌握兩個關鍵知識點：①導線上的電流與輸送電流的關系；②損失功率的計算方法。 【答案】A【解析】高壓輸電時P=UI，I是輸送電路上的電流。用電高峰時，若輸送電壓不變，則I為正常時的2倍，A正確；高壓線上的熱耗功率ΔP＝

16、I2R線則熱耗功率變?yōu)?倍，B錯誤；用電高峰時，若輸送電壓也加倍，則I不變，與正常時相同，C錯誤；由ΔP＝I2R線則熱耗功率也不變，D錯誤。 4．【命題立意】本題考查中性面的性質與交流電儀表的讀數(shù)特點。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下三個關鍵的知識點：①中性面的性質特點；②交流電儀表的讀數(shù)為交流電的有效值；③交流電最大值與轉速的關系。 【答案】D【解析】線框在勻強磁場中勻速轉動時，在中性面即線框與磁感線垂直時，磁通量最大感應電動勢最小，而在題中圖示位置線框與磁感應線平行時，磁通量最小感應電動勢最大，電流表示數(shù)為有效值，不為零，A、B、C錯誤；電流的有效值 ，現(xiàn)在其余的量都不變，角速度增

17、大一倍后，電流也增大一倍，則電流表示數(shù)也增大一倍，D正確。 5．【命題立意】本題考查交流電圖象的意義，交流電最大值與有效值之間的關系。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下三個關鍵的知識點：①交流電圖象能夠提供哪些信息？②線圈轉動過程中磁通量變化率的意義；③交流電最大值與有效值的關系。 【答案】AC【解析】由圖象可知，交流電壓的最大值為10V，有效值為 v，周期T＝0.04s，則f＝1T＝25Hz，故A正確，B錯誤；0.01s末交流電壓達到最大值，線框平面應與磁場平行，C正確；0.02s末交流電壓為零，線框平面與磁場垂直，磁通量最大，D錯誤。 6．【命題立意】本題綜合考查交流電的圖象和變壓

18、器的的有關知識。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下四個關鍵的知識點：①交流電圖象能夠提供的信息；②交流電有效值與最大值之間的關系；③變壓器的變壓、變流決定關系；④變壓器輸入功率與輸出功率的關系。 【答案】D【解析】由圖可知，該電流頻率是50Hz，變壓器不改變交流電的頻率，B錯誤；a、b兩端電壓的最大值為311V，有效值為220V，所以c、d兩端電壓的有效值是660V，故A錯誤；電阻R減小，負載電流增大，故原線圈電流增大，C錯誤；由 ，輸出電壓不變，故輸出功率增大，輸入功率變大，D正確。 7．【命題立意】電流、電壓互感器的基本知識。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下幾個關鍵的知識點：①電

19、壓、電流互感器的接法及線圈匝數(shù)關系。②變壓器電流、電壓的計算。③交流電輸送功率的計算。 【答案】AD【解析】電壓互感器并聯(lián)在電路中，電流互感器串聯(lián)在電路中，故甲是電壓互感器，乙是電流互感器，A對，B錯；由U1∶U2=n1∶n2得U1=220×50V=1.1×104V；由I1n1=I2n2得I1=1.0×102A。故輸送功功率P=I1U1=1.1×106W，D對。 8．【命題立意】交流電路的分析與計算、非正弦交流電有效值的計算，及二極管的性質。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下幾個關鍵的知識點：①二極管的單向導電性；②交流電有效值的定義與非正弦交流電有效值的計算；③交流電路的分析與計算；④

20、電路中電量的計算方法。 【答案】C【解析】由題圖可知，圖示位置通過R的電流為最大值，A選項錯誤；R兩端電壓的瞬時值可用上圖來表示，設電壓的有效值為U，在一個周期內有：(NBSω2)2RT2＝U2RT解得：U＝12NBSω，電流的有效值I＝UR＝NBSω2R，在一個周期內，只有半周期的時間有電流通過R，故： 。 9．【命題立意】交流電路變壓器的動態(tài)分析。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下幾個關鍵的知識點：①交流電路的電路分析；②交流電路原副線圈的電流、電壓的決定關系與動態(tài)變化關系。 【答案】A【解析】由于是理想變壓器，開關閉合前后理想電壓表的讀數(shù)、比值均不變；由于負載并聯(lián)個數(shù)增多，電

21、阻減小，故A1、A2均增大，但比值不變，與變壓器匝數(shù)成反比。故A正確。 10．【命題立意】本題綜合考查變壓器的工作原理以及閉合電路歐姆定律的功率問題。 【思路點撥】解答本題要掌握三個關鍵點：一是原線圈組成的回路，求出輸出電壓；二是副線圈與用電器組成的回路，求出負載R上消耗的電功率；三是利用數(shù)學知識求極值。 【答案】C【解析】設原副線圈的匝數(shù)分別為n1，n2，電流分別為I1，I2，電壓分別為U1，U2，則： 電阻R消耗的電功率為 ，即 可見當 時，P有最大值 此時 ，則 又因： 代入上述所求I1，I2得： ，說明當 時，電阻R消耗功率最大。 11．【命題立意】本題考查交流

22、電的圖象識別和交流電最大值的計算。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下三個關鍵知識點：①通過交流電的圖象能得到哪些信息？②交流電最大值的計算、最大值與有效值之間的關系；③焦耳熱的計算。 【答案】（1）147.8V（2）12.17J（3）0.7Wb 【解析】（1）電壓表示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值，由圖象知電動勢的最大值Em=220V，有效值 ，燈泡兩端電壓 V（3分） （2）電路中的電流： A（1分）， 發(fā)電機線圈內阻每秒鐘產生的焦耳熱為 J=12.17J（2分） （3）Em=Φmω=220V由圖知T=0.02s 又 rad/s（3分） Φm=0.7Wb（1分） 12．【命題立意】

23、本題考查正弦交流電的電壓和電流的瞬時值表達式的書寫。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下三個關鍵的知識點：①如何計算交流電感應電動勢的最大值；②交流電流最大值的計算和瞬時值的書寫方法；③從中性面開始計時和與中性面垂直開始計時，交流電的表達式的區(qū)別。 【答案】（1）e =196cos（50πt）V（2）i= 14cos（50πt）A（3）e′=196sin（50πt）V i′=14sin（50πt）A 【解析】（1）線圈匝數(shù)n=50，磁場的磁感應強度B=0.5T，線圈轉動的角速度ω=2πf=2π× rad/s=50π rad/s， 線圈的面積S=Ld=0.05m2（2分） 所以Em=

24、nBSω=50×0.5×0.05×50πV=196V（1分） 從圖示位置計時，有e=Emcosωt=196cos（50πt）V（1分） （2）若r=0.02Ω，則r′= 50r = 0.02×50Ω=1.0Ω（1分） R總= R + r′= 13Ω +1Ω=14Ω（1分） Im= A=14 A（1分） 所以i=Im cosωt= 14cos（50πt）A（1分） （3）若從線圈平面與磁感線垂直的位置開始計時，即從中性面開始計時，感應電動勢和電流的瞬時值分別為 e′=196sin（50πt）V（1分），i′=14sin（50πt）A（1分） 13．【命題立意】本題考查交流電輸電損失

25、的計算。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下幾個關鍵的知識點： ①明確輸電過程中1度的含義②輸電損失功率的計算公式的選擇。③輸電電流的計算。 【答案】（1）66.7% r=8.35Ω （2）20.4kv 【解析】（1）由于輸送功率為P=1000kw，一晝夜輸送電能E=Pt=24000度，終端得到的電能E /=16000度（2分），因此效率η=66.7%。輸電線上的電流可由I=P/U計算，為I=200A（2分），而輸電線損耗功率可由Pr=I 2r計算，其中Pr=8000/24=334kw，因此可求得r=8.35Ω（2分） （2）輸電線上損耗功率 ，現(xiàn)在要求 ，計算可得輸電電壓應調節(jié)為

26、（3分） 14．【命題立意】本題考查變壓器的相關計算。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下兩個關鍵知識點：①變壓器的變壓比的求法；②變壓器輸入、輸出功率的關系及計算。 【答案】（1） （2）0.98A（3）180W 【解析】（1）由變壓器的變壓關系得 ，所以 （3分）。 （2）設原、副線圈上的電壓、電流分別為U1、U2、I1、I2，根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，有I1U1=I2U2 當I2=12 A時，I1即為熔斷電流，代入數(shù)據(jù)，得I1=0.98A（3分） （3）設副線圈中電流為I2′=10A時，變壓器的輸入功率為P1，根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，有P1=I2

27、′U2 ，代入數(shù)據(jù)得，P1=180W（3分） 15．【命題立意】本題考查變壓器的計算、交流電圖象的識別及變壓器負載電路的分析。 【思路點撥】解答本題需要掌握三個關鍵的知識點：①電容器的特點、變壓器副線圈電路的分析；②變壓器的電壓、電流的計算；③含電容器支路的特點。 【答案】（1）U=200V （2）P2=10W （3）I3=0.25A 【解析】（1）電阻R1電壓有效值 （1分） 所以原線圈輸入電壓有效值 （2分） （2）電阻R2的電流 （1分） 電阻R2的功率 （1分） 原線圈輸入電流 （1分） 副線圈的輸出電流 （1分） R3支路中的電流 （2分） 16．【命題立意】本

28、題考查遠距離輸電的相關計算。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下三個關鍵知識點：①遠距離輸電的原理；②輸電線路的電壓損失、功率損失的計算方法；③變壓器的相關計算。 【答案】（1）E＝2.19×105kw·h或E＝7.884×1011J （2）升壓變壓器的匝數(shù)比為： 降壓變壓器的匝數(shù)比為： 【解析】（1）P＝1.0×105W t＝365×6h E＝Pt＝2.19×105kw·h或E＝7.884×1011J（3分） （2）依題意作出如下圖輸電示意圖（1分）， 升壓變壓器原線圈的電流為 （1分） 當輸電線上損失的電功率為輸送電功率的5％時，輸電線中的電流為I2，則 （1分） 所以 （1分） 升壓變壓器的匝數(shù)比為： （1分） 降壓變壓器 副線圈中電流 ，即為提供給所有用戶的總電流 ，用戶獲得的總功率為： （1分） 又 （1分） 所以 （1分） 其原線圈中電流 （1分） 降壓變壓器的匝數(shù)比為： （1分）