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- 2021-05-13 发布
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(五年高考真题)2016届高考物理 专题十一 交变电流(全国通用)
考点一 交变电流的产生及描述
1.(2015·四川理综,4,6分)(难度★★)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Ne0 D.有效值是Ne0
解析 矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,所以发电 机的电动势峰值为2Ne0,A、B错误;由于不计线圈的电阻,所以电机的输 出电压峰值为2Ne0,故有效值为=Ne0,故D正确.
答案 D
2.(2014·江苏单科,7,4分)(难度★★)(多选)如图所示,在线圈上端放置一盛有 冷水的金属杯,现接通交流电源,过了几分钟,杯内的水沸腾起来.若要缩 短上述加热时间,下列措施可行的有( )
A.增加线圈的匝数
B.提高交流电源的频率
C.将金属杯换为瓷杯
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D.取走线圈中的铁芯
解析 该装置的工作原理是,线圈内变化的电流产生变化的磁场,从而使金 属杯体内产生涡流,再把电能转化为内能,使杯内的水发热.交流电源的频 率一定时,线圈产生的磁场越强,杯体内磁通量变化就越快,产生的涡流就 越大,增加线圈的匝数会使线圈产生的磁场增强,而取走线圈中的铁芯会使 线圈产生的磁场减弱,故A正确、D错误;交流电源的频率增大,杯体内磁 通量变化加快,产生的涡流增大,故B正确;瓷为绝缘材料,不能产生涡流, 故C错误.
答案 AB
3.(2014·天津理综,7,6分)(难度★★★)(多选)如图1所示,在匀强磁场中,一 矩形金属线圈两次分别以不同的转速,绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生 的交变电动势图象如图2中曲线a,b所示,则( )
A.两次t=0时刻线圈平面均与中性面重合
B.曲线a、b对应的线圈转速之比为2∶3
C.曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz
D.曲线b表示的交变电动势有效值为10 V
解析 线圈经过中性面时不切割磁感线,此时感应电动势为零,选项A正确; 由图可知曲线a、b的周期之比为2∶3,则对应的线圈转速之比为3∶2,选 项B错误;曲线a的周期为Ta=4×10-2 s,其频率为fa==25 Hz,选项C 正确;曲线a、b表示的交变电流的峰值之比为==,又Ema=15 V, Emb=10 V,Ub=Emb=5 V,选项D错误.
答案 AC
4.(2013·福建理综,15,6分)(难度★★★)如图所示,实验室一台手摇交流发电 机,内阻r=1.0 Ω,外接R=9.0 Ω的电阻.闭合开关S,当发电机转子以
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某一转速匀速转动时,产生的电动势e=10sin(10πt)V,则( )
A.该交变电流的频率为10 Hz
B.该电动势的有效值为10 V
C.外接电阻R所消耗的电功率为10 W
D.电路中理想交流电流表的示数为1.0 A
解析 根据题意知,转子转动的角速度ω=10π,又ω=2πf,则该交流电的 频率f=5 Hz,A项错误;该交变电流电动势最大值Em=10 V,则有效值 E==10 V,B项错误;根据欧姆定律可得,电路中电流I==1.0 A, 即电流表的示数为1.0 A,电阻R消耗的电功率P=I2R=9.0 W,C项错误,D 项正确.
答案 D
5.(2013·海南单科,3,3分)(难度★★)通过一阻值R=100 Ω的电阻的交变电流 如图所示,其周期为1 s.电阻两端电压的有效值为( )
A.12 V B.4 V C.15 V D.8 V
解析 由有效值定义可得×1 s=(0.1 A)2×R×0.4 s×2+(0.2 A)2×R× 0.1 s×2,其中R=100 Ω,
可得U=4 V,B正确.
答案 B
6.(2012·北京理综,15,6分)(难度★★)一个小型电热器若接在输出电压为10 V 的直流电源上,消耗电功率为P;若把它接在某个正弦式交流电源上,其消 耗的电功率为.如果电热器电阻不变,则此交流电源输出电压的最大值为 ( )
A.5 V B.5 V C.10 V D.10 V
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解析 根据公式P=可结合交流电的有效值定义=,U效=知其有效 值U效=5 V,有效值和最大值的关系U效=Um,即最大值为Um=5× V=10 V,选项C正确.
答案 C
7.(2011·天津理综,4,6分)(难度★★★)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,如图甲所示,产生的交变电动势的图象如图乙所 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
解析 交变电流知识的考查.由图乙可知,该交变电动势瞬时值的表达式为e =311sin(100πt).当t=0.005 s时,瞬时值e=311 V,此时磁通量变化率最 大,A错误;同理当t=0.01 s时,e=0 V,此时线框处于中性面位置,磁通 量最大,磁通量的变化率为零,B正确;对于正弦交变电流其有效值为Emax/, 题给电动势的有效值为220 V,C错误;交变电流的频率为f=1/T=ω/2π= 50 Hz,D错误.
答案 B
考点二 变压器 电能的输送
1. (2015·新课标全国Ⅰ,16,6分)(难度★★★)一理想变压器的原、副线圈的匝数 比为3∶1,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接 在电压为220 V的正弦交流电源上,如图所示.设副线圈回路中电阻两端的 电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则( )
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A.U=66 V,k= B.U=22 V,k=
C.U=66 V,k= D.U=22 V,k=
解析 原、副线圈电压比等于匝数比,根据副线圈负载电阻的电压U,可知 副线圈电压为U,原线圈电压为3U,副线圈电流I2=,根据=得原线圈 电流I1=,那么原线圈输入电压220 V=3U+×R,整理可得U=66 V; 原、副线圈电阻消耗的功率根据P=I2R,电阻相等,I1∶I2=1∶3,可得功率 之比为P1∶P2=1∶9,即k=.根据以上分析可知选项A正确.
答案 A
2.(2015·江苏单科,1,3分)(难度★)一电器中的变压器可视为理想变压器,它将 220 V交变电流改变为110 V.已知变压器原线圈匝数为800,则副线圈匝数 为( )
A.200 B.400 C.1 600 D.3 200
解析 根据变压器的变压规律=得,n2=n1=×800=400匝,选项 B正确.
答案 B
3.(2015·福建理综,15,6分)(难度★★★)图为远距离输电示意图,两变压器均 为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线 圈两端接入一电压u=Umsin ωt的交流电源,若输送电功率为P,输电线的 总电阻为2r,不考虑其它因素的影响,则输电线上损失的电功率为( )
A.() B.()
C.4()2()2r D.4()2()2r
解析 原线圈电压的有效值:U1=,根据=可求:U2= ,又因 为是理想变压器,所以T的副线圈的输出功率等于原线圈的输入功率P,所 以输电线上的电流I=,输电线上损失的电功率为P′=I22r=4r, 所以C正确,A、B、D错误.
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答案 C
4.(2015·安徽理综,16,6分)(难度★★★)图示电路中,变压器为理想变压器,a、 b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器.现 将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了 0.2 A,电流表A2的示数增大了0.8 A,则下列说法正确的是( )
A.电压表V1示数增大
B.电压表V2、V3示数均增大
C.该变压器起升压作用
D.变阻器滑片是沿c→d的方向滑动
解析 由于a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,故电压表V1示数不 变,选项A错误;由理想变压器原理公式=且U1、n1、n2不变,则U2 不变,即V2的示数不变,V3的示数U3=U2-I2R0应减小,故选项B错误; 由公式=得:===4,则n1>n2,该变压器起降压作用,故C 错误;又I2=,I2增大,R应减小,故滑片应沿c→d方向滑动,故D 正确.
答案 D
5.(2015·天津理综,6,6分)(难度★★★)(多选)如图所示,理想变压器的原线圈 连接一只理想交流电流表,副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节,在副线 圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑动触头.在 原线圈上加一电压为U的正弦交流电,则( )
A.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变大
B.保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变小
C.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变大
D.保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变小
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解析 Q位置不动,副线圈电压U2不变,当P上滑时,R增大,由P= 可知总功率减小,原线圈电压U1不变,由P=U1I1可知原线圈电流I1减小, 故A错误,B正确;当P位置不动,Q上滑时,由=知U2增大,同理分 析原线圈电流I1增大,故C正确,D错误.
答案 BC
6.(2015·广东理综,15,4分)(难度★★★)如图为气流加热装置的示意图,使用 电阻丝加热导气管,视变压器为理想变压器,原线圈接入电压有效值恒定的 交流电并保持匝数不变,调节触头P,使输出电压有效值由220 V降至110 V, 调节前后( )
A.副线圈中的电流比为1∶2
B.副线圈输出功率比为2∶1
C.副线圈的接入匝数比为2∶1
D.原线圈输入功率比为1∶2
解析 在输入电压U1和原线圈匝数n1不变的情况下,使输出电压U2有效值 由220 V降至110 V,由=知,副线圈接入匝数应该减为原来的一半,故 副线圈的接入匝数之比为2∶1,故C正确;副线圈电压减半,电阻不变,电 流也随之减半,所以电流之比为2∶1,故A错误;由P=UI知,输出功率之 比为4∶1,故B错误;副线圈输出功率等于原线圈输入功率,所以原线圈输 入功率之比为4∶1,故D错误.
答案 C
7. (2015·海南单科,10,5分)(难度★★★)(多选)如图,一理想变压器原、副线圈 匝数之比为4∶1,原线圈与一可变电阻串联后,接入一正弦交流电源;副线 圈电路中固定电阻的阻值为R0,负载电阻的阻值R=11R0,是理想电压表, 现将负载电阻的阻值减小为R=5R0,保持变压器输入电流不变,此时电压表 的读数为5.0 V,则( )
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A.此时原线圈两端电压的最大值约为34 V
B.此时原线圈两端电压的最大值约为24 V
C.原线圈两端原来的电压有效值约为68 V
D.原线圈两端原来的电压有效值约为48 V
解析 当负载电阻的阻值减小为R=5R0时,根据串、并联电路规律,R两端 电压为R0两端电压的5倍,因为电压表测量R两端的电压,所以UR0=×5 V =1 V,故副线圈两端电压为U2=6 V,根据公式=可得此时原线圈两端 电压的有效值为U1=24 V,所以此时原线圈两端电压的最大值约为24 V ≈34 V,A正确,B错误;因为变化过程中变压器的输入电流不变,所以对 于副线圈中变化前、后电流也不变,则变化后电压U2=IR0+5IR0=6IR0,变 化前,U2′=IR0+11IR0=12IR0,所以U2′=2U2=12 V,根据公式=可 得原线圈两端原来的电压有效值约为48 V,D正确,C错误.
答案 AD
8.(2014·新课标全国Ⅱ,21,6分)(难度★★★)(多选)如图,一理想变压器原、副 线圈的匝数分别为n1、n2.原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源,一个 二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端.假设该二极管的正 向电阻为零,反向电阻为无穷大.用交流电压表测得a、b端和c、d端的电 压分别为Uab和Ucd,则( )
A.Uab∶Ucd=n1∶n2
B.增大负载电阻的阻值R,电流表的读数变小
C.负载电阻的阻值越小,cd间的电压Ucd越大
D.将二极管短路,电流表的读数加倍
解析 设副线圈两端电压为U2,则有=,由于二极管具有单向导电性, 根据有效值定义可知,×=T,则Ucd=,故选项A错误;增大负载 电阻,则变压器的输出功率减小,输入功率也减小,由P1=UabI1可知,电流 表读数减小,选项B正确;cd间的电压Ucd与R大小无关,选项C错误;将 二极管短路,变压器的输出功率P2==,为原来的2倍,由P2=P1
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= UabI1可知,电流表的读数变为原来的2倍,选项D正确.
答案 BD
9.(2014·山东理综,17,6分)(难度★★★)(多选)如图,将额定电压为60 V的用 电器,通过一理想变压器接在正弦交变电源上.闭合开关S后,用电器正常 工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220 V和2.2 A.以下判断正确的是( )
A.变压器输入功率为484 W
B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A
C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A
D.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶3
解析 理想变压器的输入功率等于输出功率,所以有P1=U1I1=U2I2= 60×2.2 W=132 W,选项A错误;原线圈电流I1==0.6 A,选项B正确; 副线圈电流最大值I2max=I2=2.2 A,选项C错误;原副线圈匝数比= ==,选项D正确.
答案 BD
10.(2014·广东理综,19,6分)(难度★★★)(多选)如图所示的电路中,P为滑动 变阻器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合电键S,下列说法 正确的是( )
A.P向下滑动时,灯L变亮
B.P向下滑动时,变压器的输出电压不变
C.P向上滑动时,变压器的输入电流变小
D.P向上滑动时,变压器的输出功率变大
解析 P向上或向下滑动时,由变压器的电压特点=可知,U2是不变的, 灯L亮度也不变,A项错误,B项正确;P向上滑动时,滑动变阻器的阻值 减小,由P=可知,变压器的输出功率P2变大,又理想变压器的输入功率 等于输出功率,则输入功率P1也变大,由P1=U1I1及U1不变可知,变压器 的输入电流变大,C项错误,D项正确.
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答案 BD
11.(2014·浙江理综,15,6分)(难度★★)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
B.输电线上的电压降为U
C.理想变压器的输入功率为Ir
D.输电线路上损失的电功率为I1U
解析 根据理想变压器原、副线圈的功率相等,有U1I1=U2I2,解得用户端电 压为U2=,选项A正确;输电线上的电压降为I1r.选项B错误;理想变 压器的输入功率为UI1-Ir,选项C错误;输电线路上损失的电功率为Ir, 选项D错误.
答案 A
12.(2014·福建理综,16,6分)(难度★★★)图为模拟远距离输电实验电路图,两 理想变压器的匝数n1 =n4
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