2020届高考物理一轮复习 专题十二 交变电流课件

专题十二交变电流2010~2019年高考全国卷考情一览表年份题号·考点·情景图方法·技巧(2010未考查)201117.变压器的三个基本关系2012(2013未考查)17.变压器的三个基本关系年份题号·考点·情景图方法·技巧20142卷21.变压器的基本原理和动态分析20151卷16.变压器基本原理的应用年份题号·考点·情景图方法·技巧20161卷16.变压器基本原理的应用3卷19.变压器基本原理的应用21.感应电流的产生和描述年份题号·考点·情景图方法·技巧2018(2019未考查)3卷16.交变电流有效值的应用命题研究本专题内容由于是电磁感应内容的延伸,故高考中考查的频率不是很高,高考命题中主要围绕变压器的基本原理以及三个基本关系进行考查。考题主要是对变压器的原理进行深入的考查,方式灵活多变,从电阻到二极管,又从二极管到副线圈电路结构的变化。今后的命题应该围绕以下几个方向:一、结合电容器考查变压器的原理;二、远距离输电问题;三、交变电流的产生和描述等。考点63考点64考点63交变电流的产生和描述答案P2831.(2018·全国3,16,6分,难度★)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q方;若该电阻接到正弦交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0,周期均为T,如图所示。则Q方∶Q正等于(D)A.1∶2B.2∶1C.1∶2D.2∶1考点63考点64解析对于方波交流电源,电压的有效值和最大值相等,即u方=u0,在周期T内产生的热量为Q方=𝑢02𝑅·T,对于正弦交流电源,电压的有效值u正=𝑢02,在周期T内产生的热量为Q正=(𝑢02)2𝑅·T,整理可得Q方∶Q正=2∶1,选项D正确。考点63考点642.(2018·海南,7,5分,难度★★)(多选)如图,在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,有一面积为S的矩形单匝闭合导线abcd,ab边与磁场方向垂直,线框的电阻为R。使线框以恒定角速度ω绕过ad、bc中点的轴旋转。下列说法正确的是(AC)A.线框abcd中感应电动势的最大值是BSωB.线框abcd中感应电动势的有效值是BSωC.线框平面与磁场方向平行时,流经线框的电流最大D.线框平面与磁场方向垂直时,流经线框的电流最大解析一个单匝线圈在匀强磁场中旋转,当从中性面开始计时,产生的正弦式交变电流电动势的瞬时值表达式为:e=Emsinθ=Emsinωt.故感应电动势的最大值Em=BSω,有效值E=,故A正确,B错误;当θ=90°时,即线框平面与磁场方向平行时,电流最大,故D错误,C正确。𝐸𝑚2考点63考点643.(2017·天津,6,6分,难度★)(多选)在匀强磁场中,一个100匝的闭合矩形金属线圈,绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动,穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω,则(AD)A.t=0时,线圈平面平行于磁感线B.t=1s时,线圈中的电流改变方向C.t=1.5s时,线圈中的感应电动势最大D.一个周期内,线圈产生的热量为8π2J解析t=0时,磁通量为零,故线圈平行于磁感线,故A正确;t=1s时,由题图可知,磁通量为零,磁通量变化率最大,此时斜率方向不变,感应电流方向不变,故B错误;当t=1.5s时,磁通量最大但磁通量变化率为零,感应电动势为0,故C错误;由题图可知,有效值E=22Em=22nΦmω=22πV,在一个周期内产热Q=𝐸2𝑅T=8π2J,故D正确。考点63考点644.(2016·全国3,21,6分,难度★★)(多选)如图,M为半圆形导线框,圆心为OM;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为ON;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t=0时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴,以相同的周期T逆时针匀速转动,则(BC)A.两导线框中均会产生正弦交变电流B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在t=时,两导线框中产生的感应电动势相等D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等𝑇8考点63考点64解析因半径、周期相同,故两线框进入磁场过程产生的感应电动势大小为e0=12BωR2=12B2π𝑇·R2=𝐵π𝑅2𝑇,两线框中产生的电动势瞬时值随时间关系如图:所以选项A错误,选项B、C正确。由有效值定义可知M、N线圈中电流的有效值不相等,D项错误。考点63考点645.(2015·山东,19,6分,难度★★)如图甲,R0为定值电阻,两金属圆环固定在同一绝缘平面内。左端连接在一周期为T0的正弦式交流电源上,经二极管整流后,通过R0的电流i始终向左,其大小按图乙所示规律变化。规定内圆环a端电势高于b端时,a、b间的电压uab为正,下列uab-t图象可能正确的是(C)甲乙考点63考点64解析由题图乙可知,流经大金属圆环的电流始终顺时针方向,0~0.25T0,通过小金属圆环的磁通量向里且在增加,由楞次定律可知:φaφb,即Uab0,在0~0.25T0时间内一直在减小,故Uab也在减小;当t=0.25T0时,=0,得Uab=0;同理可得,0.25T0~0.5T0,Uab0且在增加。由图乙可知,Uab周期为0.5T0,C项正确。𝛥𝑖𝛥𝑡𝛥𝑖𝛥𝑡考点63考点646.(经典题)(2014·天津,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,产生的交流电动势图象如图2中曲线a、b所示,则(AC)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∶3C.曲线a表示的交流电动势频率为25HzD.曲线b表示的交流电动势有效值为10V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=4×10-2s,其频率为fa=1𝑇𝑎=25Hz,选项C正确;曲线a、b表示的交变电流的峰值之比为𝐸m𝑎𝐸m𝑏=𝜔𝑎𝜔𝑏=32,又Ema=15V,则Emb=10V,Ub=22Emb=52V,选项D错误。考点63考点647.(2013·山东,17,6分,难度★)(多选)图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示。以下判断正确的是(AC)A.电流表的示数为10AB.线圈转动的角速度为50πrad/sC.0.01s时线圈平面与磁场方向平行D.0.02s时电阻R中电流的方向自右向左考点63考点64解析电流表显示的是交变电流的有效值,即I=𝐼m2=10A,选项A正确;从图象可知周期T=2×10-2s,则ω=2π𝑇=100πrad/s,选项B错误;0.01s时,线圈转过了半个周期,线圈平面与磁场方向平行,选项C正确;0.02s时线圈转动到图示位置,AB边向下切割磁感线,根据右手定则可判断电流方向从B指向A,即电阻R中电流的方向自左向右,选项D错误。考点63考点648.(2013·海南,3,3分,难度★)通过一阻值R=100Ω的电阻的交变电流如图所示,其周期为1s。电阻两端电压的有效值为(B)A.12VB.410VC.15VD.85V解析设该交变电流的有效值为I,根据电流的有效值的规律和焦耳定律,可得I2RT=2(𝐼12Rt1+𝐼22Rt2),根据图象可知T=1s,t1=0.4s,t2=0.1s,解得I=0.40.1A,电阻两端电压的有效值U=IR=410V,B项正确。考点63考点649.(2012·全国,19,6分,难度★)一台电风扇的额定电压为交流220V。在其正常工作过程中,用交流电流表测得某一段时间内的工作电流I随时间t的变化如图所示。这段时间内电风扇消耗的电能为(B)A.3.9×10-2度B.5.5×10-2度C.7.8×10-2度D.11.0×10-2度解析由于电风扇正常工作,根据W=UIt可得W=220×(0.3×10+0.4×10+0.2×40)×60J=1.98×105J=5.5×10-2kW·h,选项B正确。考点63考点6410.(2012·北京,15,6分,难度★)一个小型电热器若接在输出电压为10V的直流电源上,消耗电功率为P;若把它接在某个正弦交流电源上,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(C)𝑃2A.5VB.52VC.10VD.102V解析根据公式P=𝑈2𝑅可结合交变电流的有效值定义𝑃2=𝑈效2𝑅,U效=𝑈2知其有效值U效=52V,有效值和最大值的关系即最大值为52×2V=10V,选项C正确。考点63考点6411.(2012·安徽,23,12分,难度★★)图1是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO'转动。由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO'转动的金属圆环相连接,金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路。图2是线圈的主视图,导线ab和cd分别用它们的横截面来表示。已知ab长度为L1,bc长度为L2,线圈以恒定角速度ω逆时转转动。(只考虑单匝线圈)图1图2图3考点63考点64(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式;(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时,如图3所示,试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式;(3)若线圈电阻为r,求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热。(其他电阻均不计)答案(1)e1=BL1L2ωsinωt(2)e2=BL1L2ωsin(ωt+φ0)(3)πRω𝐵𝐿1𝐿2𝑅+𝑟2考点63考点64解析(1)矩形线圈abcd转动过程中,只有ab和cd切割磁感线,设ab和cd的转动速度为v,则在t时刻,导线ab和cd因切割磁感线而产生的感应电动势均为E1=BL2v⊥②由图可知v⊥=vsinωt③则整个线圈的感应电动势为e1=2E1=BL1L2ωsinωt。④(2)当线圈由图3位置开始运动时,在t时刻整个线圈的感应电动势为e2=BL1L2ωsin(ωt+φ0)。⑤v=ω·𝐿12①考点63考点64(3)由闭合电路欧姆定律可知I=𝐸𝑅+𝑟⑥这里E为线圈产生的电动势的有效值E=𝐸m2=𝐵𝐿1𝐿2𝜔2⑦则线圈转动一周在R上产生的焦耳热为QR=I2RT⑧其中T=2π𝜔⑨于是QR=πRω(𝐵𝐿1𝐿2𝑅+𝑟)2。⑩考点63考点64考点64理想变压器电能的输送答案P28412.(2018·天津,4,6分,难度★★)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电,电路如图所示,理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U,R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的,则(B)C.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变A.R消耗的功率变为12PB.电压表V的读数变为12U12考点63考点64解析本题考查交变电流的产生和变压器原理,清楚感应电动势的决定因素是解题的关键,另外要知道交流电表测的是交变电流的有效值。发电机线圈转速变为原来一半时,产生电动势的最大值和有效值均变为原来的一半,变压器匝数比不变,故副线圈上的电压表示数变为原来的一半,选项B正确;对负载电阻R,由P=𝑈2𝑅可得,R消耗的功率变为原来的14,即副线圈消耗的功率变为原来的14,故原线圈消耗的功率也变为原来的14,而原线圈电压变为原来的一半,故原线圈中的电流(电流表示数)变为原来的一半,选项A、C均错误;发电机线圈转速变为原来一半时,线圈转动的角速度变为一半,由f=2π𝜔可得交变电流的频率变为原来的2倍,选项D错误。考点63考