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(yīng)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(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)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(yīng)電動勢為 B．在穿過線框的磁通量為的時刻，線框中的感應(yīng)電動勢為 C．線框轉(zhuǎn)動四分之一周過程中，感應(yīng)電動勢的平均值為 D．線框轉(zhuǎn)動一周過程中，感應(yīng)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(dǎo)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(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，圖中線框平面處于豎直面內(nèi)。下述說法正確的是 （ ） A．當(dāng)線框由此轉(zhuǎn)過90°時，線框轉(zhuǎn)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(yīng)電流最大 C．當(dāng)線框由此轉(zhuǎn)過90°時，穿過線框的磁通量最大，感應(yīng)電流最大 D．若使線框轉(zhuǎn)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(nèi)勻速轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)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(dǎo)線框以角速度ω在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)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?qū)щ娦裕凑螂娮铻榱?，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(nèi)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(guān)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(dǎo)線電阻不計，如下圖所示。當(dāng)開關(guān)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(nèi)阻為r的交流電壓上，輸出端接負(fù)載R，如果要求負(fù)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(fù)載R上消耗的電功率最大值是 D．負(fù)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(yīng)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(chǎn)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(nèi)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(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)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(yīng)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(zhuǎn)軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，每匝線圈長為L=25cm，寬為d=20cm，

10、線圈每分鐘轉(zhuǎn)動1500r，在勻速轉(zhuǎn)動過程中，從線圈平面經(jīng)過圖示位置時開始計時。 （1）寫出交流感應(yīng)電動勢e的瞬時值表達(dá)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(yīng)電流i的瞬時值表達(dá)式； （3）若從線圈平面垂直于磁感線的位置開始計時，感應(yīng)電動勢e′和感應(yīng)電流i′的瞬時表達(dá)式如何？ 13．（9分）核發(fā)電在我們國家的技術(shù)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(nóng)業(yè)需求。考慮到安全，應(yīng)將其建在偏遠(yuǎn)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(dāng)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(yīng)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(dāng)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(shè)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(nèi)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(zhǔn)備向遠(yuǎn)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(yīng)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(guān)鍵知識點：①交流電的定義；②y軸正負(fù)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(guān)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(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)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(chǎn)生的感應(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)電動勢等于 ，B正確；線框轉(zhuǎn)動四分之一周過程中，感應(yīng)電動勢的平均值為 ，線框每轉(zhuǎn)動一周，磁通量的改變量等于零，平均感應(yīng)電動勢等于零，C、D正確。 3．【命題立意】考查遠(yuǎn)距離輸電的導(dǎo)線損失功率的計算。 【思路點撥】解答本題需要掌握兩個關(guān)鍵知識點：①導(dǎo)線上的電流與輸送電流的關(guān)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(zhì)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(guān)鍵的知識點：①中性面的性質(zhì)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(zhuǎn)速的關(guān)系。 【答案】D【解析】線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時，在中性面即線框與磁感線垂直時，磁通量最大感應(yīng)電動勢最小，而在題中圖示位置線框與磁感應(yīng)線平行時，磁通量最小感應(yīng)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(guān)系。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下三個關(guān)鍵的知識點：①交流電圖象能夠提供哪些信息？②線圈轉(zhuǎn)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(guān)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(dá)到最大值，線框平面應(yīng)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(guān)知識。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下四個關(guān)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(guān)系；③變壓器的變壓、變流決定關(guān)系；④變壓器輸入功率與輸出功率的關(guān)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(fù)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(guān)鍵的知識點：①電

19、壓、電流互感器的接法及線圈匝數(shù)關(guān)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(zhì)。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下幾個關(guān)鍵的知識點：①二極管的單向?qū)щ娦?；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(shè)電壓的有效值為U，在一個周期內(nèi)有：(NBSω2)2RT2＝U2RT解得：U＝12NBSω，電流的有效值I＝UR＝NBSω2R，在一個周期內(nèi)，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(guān)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(guān)系與動態(tài)變化關(guān)系。 【答案】A【解析】由于是理想變壓器，開關(guān)閉合前后理想電壓表的讀數(shù)、比值均不變；由于負(fù)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(guān)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(fù)載R上消耗的電功率；三是利用數(shù)學(xué)知識求極值。 【答案】C【解析】設(shè)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(dāng) 時，P有最大值 此時 ，則 又因： 代入上述所求I1，I2得： ，說明當(dāng) 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(guān)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(guān)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(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)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(dá)式的書寫。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下三個關(guān)鍵的知識點：①如何計算交流電感應(yīng)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(dá)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(yīng)強度B=0.5T，線圈轉(zhuǎn)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(yīng)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(guān)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(yīng)調(diào)節(jié)為

26、（3分） 14．【命題立意】本題考查變壓器的相關(guān)計算。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下兩個關(guān)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(guān)系及計算。 【答案】（1） （2）0.98A（3）180W 【解析】（1）由變壓器的變壓關(guān)系得 ，所以 （3分）。 （2）設(shè)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(dāng)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(shè)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(fù)載電路的分析。 【思路點撥】解答本題需要掌握三個關(guān)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(yuǎn)距離輸電的相關(guān)計算。 【思路點撥】解答本題需要掌握以下三個關(guān)鍵知識點：①遠(yuǎn)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(guān)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(dāng)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）