2020高考物理二轮复习精品资料专题10 交变电流教学案（教师版） 36页

‎2020高考物理二轮复习精品资料专题10 交变电流教学案（教师版） ‎ ‎【重点知识整合】‎ 一､交变电流的产生和变化规律 ‎ ‎1.交变电流 ‎(1)定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流.‎ ‎(2)特例:随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流,正弦式电流的图像是正弦曲线,我国城镇使用的交变电流都是正弦式电流.‎ ‎2.正弦式电流的产生和规律 ‎ ‎(1)产生:如图所示,将一个平面线圈置于匀强磁场中,并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦式电流.‎ 甲:线圈中没有电流 乙:电流从a流向b 丙:线圈中没有电流 丁:电流从b流向a 戊:线圈中没有电流 ‎(2)中性面:平面线圈在匀强磁场中旋转,当线圈平面垂直于磁感线时,各边都不切割磁感线,线圈中没有感应电动势,这个位置叫做中性面.如图中甲､丙､戊线圈所在平面即是.‎ 中性面的特点是:‎ ‎①线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零.‎ ‎②线圈经过中性面时,内部的电流方向要发生改变.‎ ‎3.规律:n匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,从中性面开始计时,其函数形式为e=nBSωsinωt,用Em表示感应电动势的峰值,图像如图所示,则有感应电动势大小:e=Emsinωt,‎ 电流大小:i sinωt=Imsinωt,电压大小:u=Umsinωt.‎ ‎4.表征交变电流的物理量 ‎(1)瞬时值 ‎ 正弦式交变电流的电动势和电流随时间的变化而变化,不同的时刻有不同的值,叫做交变电流的瞬时值,变化规律为e=Emsinωt,i=Imsinωt,用小写的字母表示.‎ ‎(2)最大值 ‎ 交变电流在一个周期内所能达到的最大值,也称峰值,反映的是交变电流大小的变化范围,当矩形线圈转到与磁感线平行时出现.其表达式用大写字母加脚标表示,瞬时值与最大值的关系为-Em≤e≤Em,-Im≤i≤Im.‎ ‎(3)有效值 ‎ ‎①定义:如果让交流电流和直流电流分别通过同样的电阻,‎ 在同一时间内产生的热量相同,这个直流电流的数值就称为该交流电流的有效值.‎ ‎②正弦式电流的最大值和有效值的关系为:‎ ‎(5)周期和频率 ‎①交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量.‎ ‎②周期T:交变电流完成一次周期性变化所需的时间,单位是秒(s).周期越大,交变电流变化越慢,在一个周期内,交变电流的方向变化两次. ‎ ‎③频率f:交变电流在1 s内完成周期性变化的次数,单位是赫兹,符号为Hz.频率越大,交变电流变化越快. ‎ 二､变压器､远距离输电 ‎1.电压关系: ‎ ‎ (输出电压由输入电压和匝数比决定,与用电器的电阻大小以及有无其他副线圈无关).‎ ‎2.功率关系:P入=P出或I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn.‎ ‎3.电流关系:I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn,当只有一个副线圈时I1n1=I2n2.‎ ‎4.远距离输电 ‎(1)问题:电能的损失和电压的损失.‎ ‎(2)关键:减少输电线上电能的损失,P损=I2R线.‎ ‎(3)方法:①减小输电导线的电阻,如采用电阻率小的材料,加大导线的横截面积;②提高输电电压,减小输电电流.‎ ‎【特别提醒】‎ ‎1．中性面：当线圈平面转动至垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，感应电动势为零，即线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做中性面．‎ 注意：①线圈通过中性面时，磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零．‎ ‎②线圈平面通过跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，所以磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大．‎ ‎③线圈平面每次通过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周则线圈两次通过中性面，故一个周期内线圈中电流方向改变两次．‎ ‎2．交变电流的描述 ‎(1)峰值：反映交变电流大小的变化范围，线圈平面跟磁感线平行时，交变电动势最大，Em＝NBSω.电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值．‎ ‎(2)有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的．让交变电流和恒定电流通过同样阻值的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U叫做交变电流的有效值．‎ 注意：①交变电流的有效值反映的是交变电流产生热效应的平均效果．‎ ‎②正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是E＝Em，U＝Um，I＝Im.‎ ‎3．变压器 ‎(1)原理：法拉第电磁感应定律．‎ ‎(2)电压关系：＝，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压与匝数成正比．‎ ‎(3)功率关系：无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和．‎ ‎①当只有一个副线圈工作时，有U1I1＝U2I2，＝.‎ ‎②若有两个以上的副线圈，则有：P1＝P2＋P3＋…，＝、＝…，n1I1＝n2I2＋n3I3＋….‎ ‎(4)决定关系：在匝数比一定的情况下，理想变压器的输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决定，输入功率由输出功率决定．‎ ‎【高频考点突破】‎ 考点1、交变电流的产生及变化规律 电感和电容 ‎【例1】在图A-13-55-5所示电路中，L为电感线圈， R为灯炮，电流表内阻为零，电 图A-13-55-5‎ 压表内阻无限大，交变电流源的电压u=220sinl00πt(V)．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100 Hz，下列说法正确的有( )‎ ‎ A．电流表示数增大 ‎ B．电压表示数增大 ‎ C．灯泡变暗 ‎ D．灯泡变亮 考点2、变压器 电能的输送 ‎【例2】 在绕制变压器时，某人将2个线圈误绕在如图A-13-56-4所示的变压器铁芯的左右两个臂上，当通以交流电时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，而另一半则通过中间的臂，已知线圈1和2的匝数比为2：1，在不接负载的情况下( )‎ 图A-13-56-4‎ A．当线圈1输入电压为200 V时，线圈2输出电压为110‎ ‎ V B．当线圈l输入电压为220 V时，线圈2输出电压为55 V C．当线圈2输入电压为110 V时，线圈1输出电压为220 V D．当线圈2输入电压为110 V时，线圈l输出电压为110 V 考点3、考查交流电的图像 例3、一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知 A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin（25t）V B．该交流电的频率为25 Hz C．该交流电的电压的有效值为100 ‎ D．若将该交流电压加在阻值R＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为50 W 解析：由图象可知正弦交流电的周期s，则，，所以该交流电的电压瞬时值的表达式为u＝100sin（50πt）V，A不正确，B正确；该交流电的电压的有效值为V，则C不正确；若将该交流电压加在阻值R＝100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率为W，则D正确，所以正确答案为BD．‎ 答案：BD ‎ 考点4.考查交变电流的图像与交流电的有效值 例4、将阻值为5Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图所示．下列说法正确的是 （ ）‎ A．电路中交变电流的频率为0.25 Hz B．通过电阻的电流为A C．电阻消耗的电功率为2.5 W D．用交流电压表测得电阻两端的电压是5 V 考点5．考查理想变压器的电流关系、电压关系和功率关系 例5、如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1，原线圈接正弦交流电，副线圈接入“220V，60W”灯泡一只，且灯泡正常发光．则 （ ）‎ ‎～‎ ‎×‎ A A．电流表的示数为A　　‎ B．电源输出功率为1200W C．电流表的示数为A　　‎ D．原线圈端电压为11V 解析：灯泡正常发光，则副线圈的电流为I1＝＝‎3A/11，根据变压器的电流关系可得：，原线圈中的电流I0＝＝‎3A/220，即电流表的示数为A，原线圈中电压为：U0＝＝4400V，电源的输出功率P＝UI＝4400×＝60W。‎ 答案：C．‎ 考点6．考查变压器电路的动态分析 U1‎ I1‎ I2‎ R P S a b 例6、如图所示电路中的变压器为理想变压器，S为单刀双掷开关．P是滑动变阻器R的滑动触头，U1 为加在原线圈两端的交变电压，I1、I2 分别为原线圈和副线圈中的电流．下列说法正确的是 （ ）‎ A．保持P的位置及U1不变，S由b切换到a，则R上消耗的功率减小 B．保持P的位置及U1不变，S由a切换到b，则I2减小 C．保持P的位置及U1 不变，S由b切换到a，则I1增大 ‎ D．保持U1不变，S接在b端，将P向上滑动，则 I1减小 ‎ 解析：S由b切换a时，副线圈匝数增多，则输出电压U2增大，R1消耗的功率增大，由变压器功率关系可知，其输入功率也增大，故I1增大，所以A错C对；S由a切换b时，副线圈匝数减少，则输出电压U2减小，I2减小，B对；P向上滑动时，R减小，I2增大，由电流与匝数的关系可知，I1增大，D错．‎ 答案：BC ‎ ‎【难点探究】‎ 难点一　表征交变电流的物理量 交变电流的最大值、瞬时值、有效值、平均值都有其特殊的意义．在交流电路中，不加特别说明的情况下，电流、电压都是指有效值，交流电压表、电流表的示数均为有效值．在求电功、电功率、电热等时要用交变电流的有效值，在求通过导线截面的电荷量时要用交变电流的平均值．在交流电路中要特别注意对交流电有效值的理解和计算．‎ 例1、在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图4－11－4甲所示．产生的交变电动势的图象如图4－11－4乙所示，则(　　) ‎ A．t＝0.005 s时线框的磁通量变化率为零 B．t＝0.01 s时线框平面与中性面重合 C．线框产生的交变电动势有效值为311 V D．线框产生的交变电动势频率为100 Hz ‎ ‎【答案】B　‎ ‎【解析】 由图乙可知，正弦交流电电压的最大值为311 V，周期T＝0.02 s，所以该交流电的有效值为U有＝＝ V≈220 V，频率f＝＝50 Hz，C、D错误；由图乙，t＝0.005 s时电动势最大，磁通量的变化率最大，A错误；t＝0.01 s时电动势为0，磁通量变化率为0，但磁通量最大，线框处于中性面位置，B正确．‎ ‎【点评】 本题考查了正弦交变电流的产生原理、电动势的峰值和有效值的关系等交变电流的基础知识．下面的变式题则考查理想变压器的工作原理． ‎ ‎【变式探究】图4－11－5甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈内阻为1.0 Ω，外接灯泡的电阻为9.0 Ω，则(　　) ‎ A．电压表的示数为6 V ‎ B．在t＝0.01 s时，穿过线圈的磁通量为零 ‎ C．若线圈转速变为25 r/s，则电动势有效值为3 V ‎ D．若线圈转速变为25 r/s，则通过电灯的电流为‎1.2 A ‎ 难点二 变压器原理 处理变压器问题的一般思路 ‎1．处理与变压器相关的电路问题时，一般将电路分成原线圈回路、副线圈回路分别考虑，用变压器的相关公式处理两回路的关系．‎ ‎2．分析变压器动态变化问题的思路模型 ‎ ‎3．在匝数比一定的情况下，理想变压器的输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决定，输入功率由输出功率决定． ‎ 例2、一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1‎ ‎，原线圈输入电压的变化规律如图4－11－6甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头．下列说法正确的是(　　)‎ A．副线圈输出电压的频率为50 Hz B．副线圈输出电压的有效值为31 V C．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小 D．P向右移动时，变压器的输出功率增加 ‎ ‎【答案】AD　‎ ‎【解析】 周期T＝0.02 s，频率f＝＝50 Hz，A正确；原线圈输入电压的有效值为U1＝ V＝220 V，由＝得，副线圈输出电压的有效值为U2＝ V＝22 V，B错误；根据I1U1＝I2U2知＝＝，P向右移动时，原、副线圈的电流比不变，C错误；变压器的输出功率P2＝，P向右移动时，副线圈输出电压U2不变，电阻R变小，变压器的输出功率P2增加，D正确．‎ ‎【变式探究】某水电站，用总电阻为2.5 Ω的输电线输电给500 km外的用户，其输出电功率是3×106 kW.现用500 kV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2×‎‎105 A B．输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV C．若改用5 kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108 kW D．输电线上损失的功率为ΔP＝，U为输电电压，r为输电线的电阻 难点三 远距离输电问题 一、远距离输电与变压器 ‎ ‎1．远距离输电示意图如图4－11－7所示． ‎ ‎2．常用关系：‎ 升压变压器副线圈功率P1等于降压变压器原线圈功率P2与输电线损失功率Pr之和；升压变压器副线圈电压U2等于降压变压器原线圈电压U3与输电线上产生的电压降Ur之和；输电电流等于输电功率与输电电压之比I2＝，输电线上损失功率Pr＝Ir.‎ 例3、如图4－11－8所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R.T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输出电压和输出功率分别为U4和P4.设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的电功率变大时，有 (　　)‎ A．U2减小，U4变大　　 ‎ B．U2不变，U3变小 ‎ C．P1变小，P2变小 ‎ D．P2变大，P3变大 ‎ ‎【点评】 对于远距离输电问题，应明确远距离输电流程及各级变压器输入输出参量关系如何变化以及变化的量之间存在哪些定量关系和决定关系：电压制约关系——输出电压U2由输入电压U1决定；电流制约关系——原线圈中的输入电流I1由副线圈中的输出电流I2决定；负载制约关系——变压器副线圈中的功率P2由用户负载情况决定，变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2决定．‎ ‎【变式探究】为保证用户电压稳定在220 V，变电所需适时进行调压，图4－11－9甲为调压变压器示意图．保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压．某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示．以下正确的是(　　)‎ 图4－11－9‎ A．u2＝190 sin50πt V B．u2＝190 sin100πt V C．为使用户电压稳定在220 V，应将P适当下移 D．为使用户电压稳定在220 V，应将P适当上移 ‎【答案】BD　‎ ‎【解析】 由图乙可知，交变电流的最大值为190 V，周期为0.02 s，ω＝＝100π rad/s，所以A项错误，B项正确．为了让用户得到220 V的电压，由＝可知，要想使电压u2升高，n1应该变小，C项错误，D项正确．‎ ‎【历届高考真题】‎ ‎【2020高考】‎ ‎（2020·广东）19.某小型发电机产生的交变电动势为e=50sin100πt（V），对此电动势，下列表述正确的有( )‎ A.最大值是V B.频率是100Hz ‎ C．有效值是V D.周期是0.02s ‎（2020·山东）图甲是某燃气炉点火装置的原理图。转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为、。V为交流电压表。当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。以下判断正确的是 （ ）‎ A．电压表的示数等于5V　　‎ B．电压表的示数等于 ‎ C．实现点火的条件是　‎ D．实现点火的条件是 ‎【答案】BC ‎【解析】 电压表的示数为有效值，所以等于，选项A错误B正 确；实现点火的条件是，所以，选项C正确D错误。‎ ‎【考点定位】交变电流 ‎4. （2020·海南）如图，理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1，两个标有“12V，6W”的小灯泡并联在副线圈的两端。当两灯泡都正常工作时，原线圈中电压表和电流表（可视为理想的）的示数分别是 A．120V，‎0.10A B．240V，‎0.025A ‎ C．120V，‎0.05A D．240V，‎‎0.05A ‎（2020•重庆）如图所示，理想变压器的原线圈接u＝11000sin100πt(V)的交变电压，副线圈通过电阻r＝6 Ω的导线对“220 V/880 W”的电器RL供电，该电器正常工作．由此可知(　　)‎ A．原、副线圈的匝数比为50∶1 ‎ B．交变电压的频率为100 Hz C．副线圈中电流的有效值为‎4 A ‎ D．变压器的输入功率为880 W ‎【答案】C　‎ ‎【解析】输入电压的有效值为11000 V，用电器的额定电压为220 V，所以变压器的输出电压大于220 V，原副线圈的匝数比小于，A错误；由输入电压的表达式知，f＝ Hz＝50 Hz，B错误；副线圈中的电流与用电器中的电流相同，I＝＝4 A，C正确；变压器的输出功率为用电器的功率和导线电阻损耗的功率之和，大于880 W，所以变压器的输入功率大于880 W，D错误．‎ ‎【考点定位】交变电流 ‎（2020·江苏）7. 某同学设计的家庭电路保护装置如图所示,铁芯左侧线圈L1 由火线和零线并行绕成. 当右侧线圈L2 中产生电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路. 仅考虑L1 在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有 ‎(A) 家庭电路正常工作时,L2 中的磁通量为零 ‎(B) 家庭电路中使用的电器增多时,L2 中的磁通量不变 ‎(C) 家庭电路发生短路时,开关K 将被电磁铁吸起 ‎(D) 地面上的人接触火线发生触电时,开关K 将被电磁铁吸起 ‎【答案】ABD ‎【解析】原线圈L1处属于双线绕法，只有火线和零线电流相等，则L1处磁通量始终为零，故AB正确；当家庭电路短路时，火线零线电流仍然相等，故开关还是不被磁铁吸起，C错误；若人接触火线触电时，火线零线电流不相等，此时磁通量发生变化，L2处有感应电流，电磁铁被吸起，D正确。‎ ‎【考点定位】 家庭电路 变压器 ‎（2020·浙江）20、为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外面壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储罐中，电容器可通过开关S与线圈L或电源相连，如图所示。当开关从a拨到b时，由L与C构成的回路中产生周期的振荡电流。当罐中的液面上升时（ ）‎ A.电容器的电容减小 B. 电容器的电容增大 C. LC回路的振荡频率减小 D. LC回路的振荡频率增大 ‎【答案】BC 【解析】由电容器决定式知，当液面上升的时候，相当于介电常数在变大，‎ 所以A错误，B正确，所以振荡周期变大，振荡频率在减小。选项C正确。‎ ‎【考点定位】电磁波、电容器 ‎（2020·天津）4． 通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路总电阻的R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1‎ ‎，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2，则P1，和 A．， B．R，‎ C．， D．R，‎ ‎【答案】D 【解析】由，P=U2I，P1=I2R得，P1=R，排除A、B两选项。若，P2=R，所以 ‎ = ，D正确。‎ ‎【考点定位】本题考查变压器，电能的输送，功率的计算。‎ ‎【2020高考】‎ ‎1．（福建）图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2=5∶1，电阻R=20 Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关。原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图所示。现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光。下列说法正确的是 ‎ ‎ A.输入电压u的表达式u=20sin(50π)V ‎ B.只断开S1后，L1、L2均正常发光 C.只断开S2后，原线圈的输入功率增大 D.若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8W ‎2.（广东）图7（a）左侧的调压装置可视为理想变压器，负载电路中R=55Ω，、为理想电流表和电压表。若原线圈接入如图7（b）所示的正弦交变电压，电压表的示数为110V，下列表述正确的是 A、电流表的示数为‎2A ‎ B、原、副线圈匝数比为1:2‎ C、电压表的示数为电压的有效值 ‎ D、原线圈中交变电压的频率为100Hz 图7‎ A V R ‎0.01‎ ‎0.02‎ ‎0.03‎ t/s u/V ‎－‎ O ‎(a) (b)‎ 答案：AC 解析：交流电压表和交流电流表的示数都是有效值，电流表的示数，A、C正确。由图7（b）可知原线圈电压有效值为220V，周期0.02S，则可得原、副线圈匝数比为2:1，交变电压的频率为50Hz，B、D错误。‎ ‎3.（广东）将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是 A、感应电动势的大小与线圈的匝数无关 B、穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大 C、穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大 D、感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同 答案：C ‎4．（山东）为保证用户电压稳定在220V，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图。保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示。以下正确的是 （ ）‎ A、u2=190sin(50πt)V B、u2=190sin(100πt)V ‎ C、为使用户电压稳定在220V，应将P适当下移 D、为使用户电压稳定在220V，应将P适当上移 答案：BD 解析：由于用户电压u2随时间t变化的曲线周期为0.02s，所以u2=190sin(100πt)V，选项B正确A错误；为使用户电压稳定在220V，应减小变压器原线圈匝数，应将P适当上移，选项C错误D正确。‎ ‎5．（浙江）如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n1=800和n2=200的两个线圈，上线圈两端u=51sin314tV的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是 A. 2.0‎V B. 9.0V ‎ C. 12.7V D. 144.0V ‎【答案】A ‎【解析】交流电源电压的有效值，如果看成理想的来处理有：、、，解得，故交流电压表的读数应该小于，所以答案为A。‎ ‎6．（新课标）如图，一理想变压器原副线圈的匝数比为1：2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V，额定功率为22W；原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关，灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数，则（ ）‎ 解析：由可知，U= U1 =110V，由P = U2I2=UI得I=0.2A，A正确 答案：A ‎7．（江苏）（15分）题13-1图为一理想变压器，ab为原线圈，ce为副线圈，d为副线圈引出的一个接头。原线圈输入正弦式交变电压的u-t图象如题13-2图所示。若只在ce间接一只Rce=400 Ω的电阻，或只在de间接一只Rde=225‎ ‎ Ω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瞬时值uab的表达式；‎ ‎（2）求只在ce间接400Ω的电阻时，原线圈中的电流I1；‎ ‎（3）求ce和de 间线圈的匝数比。‎ ‎【答案】（1）V；（2）‎0.28 A（或A）；（3）‎ ‎【解析】（1）由题13 – 2图知 ‎ 电压瞬时值 （V）‎ ‎ （2）电压有效值 ‎ 理想变压器 P1=P2‎ 原线圈中的电流 解得 ‎ （3）设ab间匝数为n1‎ 解得 代入数据得 ‎8.（海南）如图，理想变压器原线圈与一10V的交流电源相连，副线圈并联两个小灯泡a和b，小灯泡a的额定功率为0.3W，正常发光时电阻为30，已知两灯泡均正常发光，流过原线圈的电流为‎0.09A，可计算出原、副线圈的匝数比为_______，流过灯泡b的电流为_______A。‎ 答案：10：3 0.2‎ ‎【2020高考】‎ ‎1．2020·重庆·1７一输入电压为220v，输出电压为36V的变压器副线圈烧坏，为获知此变压器元、复线圈匣数，某同学拆下烧坏的副线圈，用绝缘导线在铁芯上新饶了5匣线圈。如题17图所示，然后将原来线圈接到220v交流电源上，测得新绕线全的端电压为1v，按理想变压器分析，该变压器烧坏前的原、副线数分别为 ‎ A．1100,360 B.1100，180‎ C．2200,180 D. 2200,360‎ ‎【答案】B ‎【解析】对新绕线的理想变压器，根据变压比公式得 烧坏前，同理 ，B正确。‎ ‎8．2020·北京·19在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R。闭合开关S后，调整R，使L1和L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I。然后，断开S。若t′时刻再闭合S，则在t′前后的一小段时间内，正确反映流过L1的电流L1、流过L2的电流l2随时间t变化的图像是 ‎10. 2020·海南物理·11873年奥地利维也纳世博会上，比利时出生的法国工程师格拉姆在布展中偶然接错了导线，把另一直流发电机发出的电接到了自己送展的直流发电机的电流输出端。由此而观察到的现象导致了他的一项重要发明，从而突破了人类在电能利用方中的一个瓶颐．此项发明是 A．新型直流发电机 B．直流电动机 C．交流电动机 D．交流发电机 ‎ ‎【答案】B ‎ ‎【解析】直流发电机发电时接另一直流发电机，则另一直流发电机实际成了直流电动机，B正确。‎ ‎11．2020·海南物理·9如右图，一理想变压器原副线圈匝数之比为4：1 ，原线圈两端接入一正弦交流电源；副线圈电路中R为负载电阻，交流电压表和交流电流表都是理想电表．下列结论正确的是 A．若电压表读数为6V，则输入电压的最大值为V ‎ B．若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则电流表的读数减小到原来的一半 C．若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输入功率也增加到原来的2倍 D．若保持负载电阻的阻值不变．输入电压增加到原来的2倍，则输出功率增加到原来的4倍 ‎【答案】AD ‎ ‎【解析】若电压表读数为6V，则输入电压为是有效值，因此其最大值为V，A正确；若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则输出电压也增加到原来的2倍，电流表示数应增加到原来的2倍，B错；若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输出电流减小到原来的一半，输入功率等于输出功率即也减小到原来的一半，C错；若保持负载电阻的阻值不变．输入电压增加到原来的2倍，输出电压增大到原来的2倍，则由可知输出功率增加到原来的4倍，D正确。‎ ‎12.2020·全国卷Ⅰ·22图1是利用激光测转的原理示意图，图中圆盘可绕固定轴转动，盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料。当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层所反射的激光束，并将所收到的光信号转变成电信号，在示波器显示屏上显示出来（如图2所示）。‎ ‎（1）若图2中示波器显示屏横向的每大格（5小格）对应的时间为5.00×10-2 s ，则圆盘的转速为__________________转/s。（保留3位有效数字）‎ ‎（2）若测得圆盘直径为10.20 cm，则可求得圆盘侧面反光涂层的长度为 ________ cm。（保留3位有效数字）‎ ‎【2020高考】‎ 一、选择题 ‎1.（09·天津·9）（1）如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R。线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度匀速转动，线框中感应电流的有效值I= 。线框从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量q= 。‎ 答案：（1），‎ 解析：本题考查交变流电的产生和最大值、有效值、平均值的关系及交变电流中有关电荷量的计算等知识。‎ 电动势的最大值，电动势的有效值，电流的有效值；。‎ ‎2.（09·广东物理·9）图为远距离高压输电的示意图。关于远距离输电，下列表述正确的是 （ ）‎ A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失 B．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗 C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小 D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好 ‎ ‎3.（09·江苏物理·6）如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1：5，原线圈两端的交变电压为 氖泡在两端电压达到100V时开始发光，下列说法中正确的有 （ ）‎ A．开关接通后，氖泡的发光频率为100Hz ‎ B．开关接通后，电压表的示数为100 V ‎ C．开关断开后，电压表的示数变大 ‎ D．开关断开后，变压器的输出功率不变 解析：本题主要考查变压器的知识，要能对变压器的最大值、有效值、瞬时值以及变压器变压原理、功率等问题彻底理解。由交变电压的瞬时值表达式知，原线圈两端电压的有效值为V=20V，由得副线圈两端的电压为V，电压表的示数为交流电的有效值，B项正确；交变电压的频率为 Hz，一个周期内电压两次大于100V，即一个周期内氖泡能两次发光，所以其发光频率为100Hz，A项正确；开关断开前后，输入电压不变，变压器的变压比不变，故输出电压不变，C项错误；断开后，电路消耗的功率减小，输出功率决定输入功率，D项错误。‎ ‎ 【答案】AB ‎6.（09·山东·19）某小型水电站的电能输送示意图如下。发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n，n2。降压变压器原副线匝数分别为n3、n4（变压器均为理想变压器）。要使额定电压为220V的用电器正常工作，则 （ ）‎ A． ‎ B．‎ C．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压 D．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 解析：根据变压器工作原理可知，，由于输电线上损失一部分电压，升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，有，所以，A正确，BC不正确。升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率加上输电线损失功率，D正确。‎ ‎ 答案：AD ‎7.（09·四川·17）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，R1‎ ‎＝20 ，R2＝30 ，C为电容器。已知通过R1的正弦交流电如图乙所示，则 （ ）‎ A.交流电的频率为0.02 Hz B.原线圈输入电压的最大值为200 V C.电阻R2的电功率约为6.67 W D.通过R3的电流始终为零 解析：根据变压器原理可知原副线圈中电流的周期、频率相同，周期为0.02s、频率为50赫兹，A错。由图乙可知通过R1的电流最大值为Im＝‎1A、根据欧姆定律可知其最大电压为Um＝20V，再根据原副线圈的电压之比等于匝数之比可知原线圈输入电压的最大值为200 V、B错；因为电容器有通交流、阻直流的作用，则有电流通过R3和电容器，D错；根据正弦交流电的峰值和有效值关系并联电路特点可知电阻R2的电流有效值为I＝、电压有效值为U＝Um/V，电阻R2的电功率为P2＝UI＝W、C对。‎ 答案：C ‎9.（09·福建·16）一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0，则外接一只电阻为95.0的灯泡，如图乙所示，则 （ ）‎ A.电压表的示数为220v ‎ B.电路中的电流方向每秒钟改变50次 C.灯泡实际消耗的功率为484w ‎ D.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2J ‎【2020高考】‎ ‎1.（08·北京·18）一理想变压器原、副线圈匝数比n1:n2=11:5。原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图所示。副线圈仅接入一个10 的电阻。则 （ ）‎ A．流过电阻的电流是‎20 A ‎ B．与电阻并联的电压表的示数是100V C．经过1分钟电阻发出的热量是6×103 J D．变压器的输入功率是1×103W 答案：A 解析：‎ 原线圈中电压的有效值是220V，由变压比知副线圈中电压为100V，流过电阻的电流是‎10A；与电阻并联的电压表的示数是100V；经过1分钟电阻发出的热量是6×1034J。‎ ‎2.（08·天津·17）一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R。设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2。当R增大时 （ ）‎ A．I1减小，P1增大 B．I1减小，P1减小 ‎ C．I2增大，P2减小 D．I2增大，P2增大 解析：理想变压器的特点是输入功率等于输出功率，当负载电阻增大时，由于副线圈的电压不变，所以输出电流I2减小，导致输出功率P2减小，所以输入功率P1减小；输入的电压不变，所以输入的电流I1减小，B正确。‎ 答案：B ‎3.（08四川·16）如图，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的。V1‎ 和V2‎ 为理想电压表，读数分别为U1和U2； A1‎ 、A2‎ 和A3‎ 为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3。现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是 （ ）‎ A．U2变小、I3变小 B．U2不变、I3变大 ‎ ‎ C．I1变小、I2变小 D．I1变大、I2变大 答案：BC 解析：因为变压器的匝数与U1不变，所以U2与两电压表的示数均不变．当S断开时，因为负载电阻增大，故次级线圈中的电流I2减小，由于输入功率等于输出功率，所以I1也将减小，C正确；因为R1的电压减小，故R2、R3两端的电压将增大，I3变大，B正确．‎ ‎4.（08宁夏·19）如图a所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO′以角速度 逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角时（如图b）为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正。则下列四幅图中正确的是 （ ）‎ ‎【解析】本题考查正弦交流电的产生过程、楞次定律等知识和规律。从a图可看出线圈从垂直于中性面开始旋转，由楞次定律可判断，初始时刻电流方向为b到a，故瞬时电流的表达式为i=－imcos（+ωt），则图像为D图像所描述。平时注意线圈绕垂直于磁场的轴旋转时的瞬时电动势表达式的理解。‎ 答案：D ‎5.（08·海南·7）如图，理想变压器原副线圈匝数之比为4∶1．原线圈接入一电压为u＝U0sinωt的交流电源，副线圈接一个R＝27.5 Ω的负载电阻．若U0＝220V，ω＝100π Hz，则下述结论正确的是 （ ）‎ V A R A．副线圈中电压表的读数为55 V B．副线圈中输出交流电的周期为 C．原线圈中电流表的读数为‎0.5 ‎A D．原线圈中的输入功率为 ‎【解析】 原线圈电压有效值U1=220V，由电压比等于匝数比可得副线圈电压U2=55V，A对；电阻R上的电流为‎2A，由原副线圈电流比等于匝数的反比，可得电流表示数为0.5A， C对；输入功率为P=220×0.5W=110W，D错；周期T= =0.02s，B错。‎ ‎【答案】AC ‎6.（08·广东·5）小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示国。此线圈与一个R＝10Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻。下列说法正确的是 （ ）‎ A．交变电流的周期为0.125s B．交变电流的频率为8Hz C．交变电流的有效值为A D．交变电流的最大值为‎4A ‎7.（08上海物理·20 B）某小型实验水电站输出功率是20kW，输电线路总电阻是6Ω。‎ ‎（1）若采用380 V输电，求输电线路损耗的功率。‎ ‎（2）若改用5000 V高压输电，用户端利用n1:n2＝22：1的变压器降压，求用户得到的电压。‎ ‎【解析】（1）输电线上的电流强度为I＝A＝‎‎52.63A 输电线路损耗的功率为P损＝I2R＝52.632×6W≈16620W＝16.62kW ‎（2）改用高压输电后，输电线上的电流强度变为I′＝A＝‎‎4A 用户端在变压器降压前获得的电压 U1＝U－I′R＝（5000－4×6）V＝4976V 根据 ‎ 用户得到的电压为U2＝＝×4976V＝226.18V ‎ 【2020高考】‎ ‎（上海）3B．如图所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值UAB＝100V，R0＝40W，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值UCD为___________V，通过电阻R0的电流有效值为_____________A。‎ ‎【解析】 箴自耦变压器的原副线圈在在一起，由题可知，原线圈的匝数为副线圈匝数的一半。理想变压器的变压比为，所以。根据部分电路欧姆定律有 ‎【答案】 200，5‎ ‎ （广东）7、如图所示是霓虹灯的供电电路，电路中的变压器可视为理想变压器，已知变压器原线圈与副线圈匝数比，加在原线圈的电压为（V），霓虹灯正常工作的电阻R=440kΩ，I1、I2表示原、副线圈中的电流，下列判断正确的是 ‎ A、副线圈两端电压6220V，副线圈中的电流14.1mA ‎ B、副线圈两端电压4400V，副线圈中的电流10.0mA ‎ C、I1I2‎ ‎ ‎ ‎【解析】根据题意可知，交流电的最大电压变311V，则其有效值为220V，再根据电压与匝数关系，可以求出画线圈的电压为4400V，再根据欧姆定律，可以求出副线圈中的电流为10mA，选项A错误，选项B正确。根据能量守恒和电功率定义P1=P2、P=UI，可以求出，I1>I2，选项C错误，选项D正确。‎ ‎【答案】BD ‎（海南）12．某发电厂用2.2KV的电压将电能输出到远处的用户，后改为用22KV的电压，在既有输电线路上输送同样的电功率。前后两种输电方式消耗在输电线上的电功率之比为__________。要将2.2KV的电压升高到22KV，若变压器原线圈的匝数为180匝，则副线圈的匝数应该是________匝。‎