（天津专用）2020届高考物理一轮复习 专题十三 交变电流课件

专题十三交变电流高考物理(天津市专用)考点一交变电流的产生和描述五年高考A组自主命题·天津卷题组1.(2017天津理综,6,6分)(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 () 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答案AD本题考查正弦交流电的产生、有效值,焦耳热。由Φ-t图可知,t=0时,Φ=0,则线圈平面平行于磁感线,选项A正确;t=1s时Φ=0,此时电动势最大,t=0.5s和t=1.5s时,Φ最大,此时电动势为0,电流改变方向,选项B、C错误;交流电电动势的最大值Em=nBSω=nΦm =4πV,有效值E= Em=2 πV,一个周期内线圈产生的热量Q= ·T=8π2J,D正确。2T2222ER疑难突破①由E=n 知Φ随时间按正弦规律变化,则E随时间按余弦规律变化。②电流改变方向的时刻在E=0时刻,即Φ最大时刻。③计算电流产生的焦耳热应使用电动势的有效值。Φt2(2014天津理综,7,6分)(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像如图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∶3C.曲线a表示的交变电动势频率为25HzD.曲线b表示的交变电动势有效值为10V答案AC由题图2知t=0时两次转动产生的瞬时电动势都等于零,故A正确。由图2知两次转动所产生的交变电动势的周期之比Ta∶Tb=2∶3,再由周期与转速的关系n= 得na∶nb=3∶2,故B错误。因Ta=4×10-2s,故fa= =25Hz,C正确。因Ema=15V,而Em=NBSω= ,故Emb= Ema=10V,Eb= =5 V,D错误。1T1aT2NBSTabTTm2bE2评析本题考查了交变电动势的产生及描述,涉及交变电动势的四值及其图像。条件设置较为隐蔽,陷阱设置比较巧妙,对考生的分析能力要求较高,试题难度中等。3.(2018课标Ⅲ,16,6分)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 ()  A.1∶ B. ∶1C.1∶2D.2∶122B组统一命题、省(区、市)卷题组答案D本题考查交变电流的有效值及焦耳定律。根据交变电流有效值的定义及焦耳定律可得,Q方= · + · = T,Q正= T= · T,故 = ,选项D正确。20uR2T20uR2T20uR20(/2)uR1220uRQQ方正21易错点拨正弦式交变电流的有效值是其峰值的 ,其他交流电的有效值和峰值间一般不存在该关系。124.(2016课标Ⅲ,21,6分)(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 () A.两导线框中均会产生正弦交流电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8TD.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答案BC本题中导线框的半径旋转切割磁感线时产生大小不变的感应电流,故A项错误;两导线框产生的感应电流的周期与线框转动周期相同,B项正确;在t= 时,两导线框切割磁感线的导线长度相同,且切割速度大小相等,故产生的感应电动势相等,均为E= BR2ω,C项正确;两导线框中感应电流随时间变化的图像如图所示,故两导线框中感应电流的有效值不相等,D项错误。 8T12疑难突破设M导线框中的电流有效值为IM,则 rT=2 ·r· ,得IM= ;设N导线框中电流有效值为IN,则 rT=2 ·r· ,得IN= ,故IM= IN。2MI222BRωr2T22BRωr2NI222BRωr4T224BRωr2评析本题考查感应电动势及其相关知识,通过比较的方式对交流电的产生、感应电动势的产生及有效值等知识进行考查,难度中等,考生需要对导线框转动过程进行细致周全的分析,能力要求较高。5.(2012北京理综,15,6分,0.61)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 ()A.5VB.5 VC.10VD.10 V2P22C组教师专用题组答案C设电热器电阻为R,正弦交流电源的电压有效值为U效,接10V直流电源时,P= = ①;接交流电源时, = ②,联立①②得U效=5 V,故最大值Um= U效=10V,C选项正确。2UR210R2P2UR效221.(2018天津理综,4,6分)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 ()A.R消耗的功率变为 PB.电压表V的读数变为 UC.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变121212考点二变压器电能的输送A组自主命题·天津卷题组解题关键正弦交流电的最大值与转速的关系,理想变压器的电流、电压及功率的决定关系,是解答此题的关键。答案B本题考查正弦交流电的产生原理、理想变压器。由正弦交流电的产生原理可知,其电动势的最大值Em=NBSω,而ω=2πn,有效值E= Em,线圈转速变为原来的 ,则U1=E变为原来的 。由 = 知U2变为原来的 ,电压表读数变为原来的 ,选项B正确;R消耗的功率P= ,故R消耗的功率变为原来的 ,选项A错误;由P入=P出得,U1I1= ,故I1变为原来的 ,即电流表读数变为原来的 ,选项C错误;变压器不改变交变电流的频率,故通过R的交变电流频率变为原来的 ,选项D错误。22121212UU12nn121222UR1422UR1212122.(2016天津理综,5,6分)如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表。下列说法正确的是 () A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电流表A1示数变大D.若闭合开关S,则电流表A1示数变大、A2示数变大答案B由于原、副线圈两端电压不变,当滑动变阻器滑动触头P向上滑动时,连入电路的电阻变大,所在电路总电阻变大,副线圈中电流减小,R1中电流减小,R1消耗的功率减小,A项错误;R1中电流减小,则R1两端电压减小,而副线圈两端电压不变,所以滑动变阻器两端电压增大,电压表示数变大,B项正确;副线圈中电流减小,原线圈中电流随之减小,故C项错误;若闭合开关S,负载电路的总电阻减小,副线圈中电流增大,R1中电流增大,则R1两端电压升高,R2两端电压减小,A2示数变小,D项错误。反思总结此题是变压器工作电路中的动态问题,要注意其中的因果关系:原线圈电压决定副线圈输出电压,副线圈的输出电压和负载电阻共同决定副线圈中的电流,副线圈中的电流决定原线圈中的电流。3.(2015天津理综,6,6分)(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,电流表读数变小答案BC保持Q位置不动,则副线圈两端电压U2不变,P向上滑动,则R增大,副线圈电流I2减小,由P1=UI1=U2I2,可知I1减小,电流表读数减小,A错误,B正确。保持P位置不动,则R不变,Q向上滑动,n2变大,根据 = 得,U2= U,则U2增大,由I2= ,知I2增大,由UI1=U2I2,U不变,知I1增大,电流表读数变大,所以C正确,D错误。故选B、C。1Un22Un21nn20URR4.(2013天津理综,4,6分)普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要通过电流互感器来连接,图中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少,工作时电流为Iab,cd一侧线圈的匝数较多,工作时电流为Icd,为了使电流表能正常工作,则 () A.ab接MN、cd接PQ,IabIcdB.ab接MN、cd接PQ,IabIcdC.ab接PQ、cd接MN,IabIcdD.ab接PQ、cd接MN,IabIcd答案B在测量高压线路上电流时,电流互感器的作用是减小测量支路的电流。根据变压器原理, = ,I大n小,故ab端应接MN,cd端应接PQ,IabIcd,选项B正确。12II21nn5.(2019江苏单科,1,3分)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10,当输入电压增加20V时,输出电压 ()A.降低2VB.增加2VC.降低200VD.增加200V答案D本题考查变压器原理内容,有利于培养学生理解能力,体现了核心素养中的科学态度要素。依据理想变压器原、副线圈的电压比与匝数比关系公式可知, = ,则ΔU2= ΔU1,得ΔU2=200V,故选项D正确。12UU12nn21nnB组统一命题、省（区、市）卷题组6.(2016课标Ⅰ,16,6分)一含有理想变压器的电路如图所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω, 为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定。当开关S断开时,电流表的示数为I;当S闭合时,电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为 () A.2B.3C.4D.5答案B设原、副线圈匝数比为n,根据能量守恒,当S断开时,UI=I2R1+(nI)2(R2+R3);当S闭合时,4UI=(4I)2R1+(4nI)2R2,联立解得n=3,所以B正确。评析本题考查变压器的基本关系,要求掌握两点:一是电流与匝数的关系;二是能量守恒定律的应用。误区警示变压器原线圈上串联电阻之后,属于非纯电阻电路,不能在含有线圈的电路中应用欧姆定律。要计算原线圈上消耗的功率,只要计算出副线圈电阻上消耗的功率即可。7.(2016课标Ⅲ,19,6分)(多选)如图,理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时,两灯均能正常发光,下列说法正确的是 () A.原、副线圈匝数比为9∶1B.原、副线圈匝数比为1∶9C.此时a和b的电功率之比为9∶1D.此时a和b的电功率之比为1∶9答案AD由题意知U=10U灯,a、b均正常发光,则变压器输入电压U1=9U灯,而输出电压U2=U灯,所以原、副线圈匝数比n1∶n2=U1∶U2=9∶1;而I1∶I2=n2∶n1=1∶9,所以两灯功率之比Pa∶Pb=U灯I1∶U灯I2=1∶9,选项A、D正确。审题指导两灯均正常发光,Ua=Ub=U灯,U=Ua+U1=10U灯,则U1=9U灯。评析本题考查变压器原、副线圈的电压关系和电流关系等知识,难度为易,弄清变压器输入电压U1与U灯的关系是解决本题的关键。8.(2015课标Ⅰ,16,6分,0.664)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220V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 ()A.U=