（课标Ⅱ卷）2020届高考物理一轮复习 专题十二 交变电流课件

专题十二交变电流高考物理(课标Ⅱ专用)考点一交变电流的产生和描述五年高考A组统一命题·课标卷题组1.(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8T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。 考查点交变电流的产生解题关键①确定转动过程中哪一部分是电源。②画出i-t图像。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8T122MI222BRωr2T22BRωr电流有效值为IN,则 rT=2 ·r· ,得IN= ,故IM= IN。2NI222BRωr4T224BRωr22.(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考点二变压器、远距离输电答案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。3.(2015课标Ⅰ,16,6分)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=66V,k= B.U=22V,k= C.U=66V,k= D.U=22V,k= 19191313答案A设原线圈中电流为I,由 = 知副线圈中的电流I2=3I,由题意知副线圈中电阻两端的电压U=3IR,则原线圈回路中R两端的电压U'=IR= ,原线圈两端的电压U1=3U,由闭合电路中电压关系可知U1+U'=220V,即 +3U=220V,U=66V,原线圈回路中电阻消耗的功率P1=I2R,副线圈回路中电阻消耗的功率P2=(3I)2R, =k= = ,选项A正确。考查点变压器易错警示原线圈两端的电压U1=220V-IR,而不是IR或220V。12II21nn3U3U12PP22(3)IRIR191.(2019天津理综,8,6分)(多选)单匝闭合矩形线框电阻为R,在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是 ()A. 时刻线框平面与中性面垂直B.线框的感应电动势有效值为 C.线框转一周外力所做的功为 2Tm2ΦT22m2ΦRT考点一交变电流的产生和描述B组自主命题·省(区、市)卷题组D.从t=0到t= 过程中线框的平均感应电动势为 4TmΦT答案BC本题考查了交变电流的产生和描述,以及考生对交流电产生过程、有效值的确定、平均感应电动势及安培力做功的分析和判断能力,是核心素养中能量观念的体现。由Φ-t图像可知,在 时刻穿过线框的磁通量最大,线框处于中性面位置,选项A错误;交变电流感应电动势的最大值为Em=BSω= ,有效值E= Em= ,选项B正确;线框匀速转一周时外力所做的功等于克服安培力所做的功,W= T= ,选项C正确;从t=0到t= 的过程中平均感应电动势 = = = ,选项D错误。审题指导①感应电动势最大值表达式中的BS即磁通量的最大值,虽然题中没有给出B、S,但可以从图像中获取相关的数据信息Φm,从而求得感应电动势的最大值;②线框匀速转动是确定外力做功的关键。2Tm2ΦT22m2ΦT2ER22m2ΦRT4TEΦt04BSTm4ΦT2.(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。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。2T2222ERΦt3.(2015四川理综,4,6分)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e0B.峰值是2e0C.有效值是 Ne0D.有效值是 Ne0222答案D发电机输出电压峰值是2Ne0,A、B错误;有效值是 ·2Ne0= Ne0,C错误,D正确。2224.(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考点二变压器、远距离输电答案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12nn21nn5.(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。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。22121212UU12nn121222UR1422UR1212126.(2018江苏单科,2,3分)采用220kV高压向远方的城市输电。当输送功率一定时,为使输电线上损耗的功率减小为原来的 ,输电电压应变为 ()A.55kVB.110kVC.440kVD.880kV14答案C本题考查电能的输送。由P送=U送·I线和P损= ·R线得,P损= ·R线。因为P送和R线一定,要使P损'= P损,结合上式得,U送'=2U送=440kV,C项正确。规律总结输电线路功率损失的计算方法(1)P损=P送-P',P送为输送的功率,P'为用户得到的功率。(2)P损= R线,I线为输电线路上的电流,R线为输电线电阻。(3)P损= ,ΔU为输电线路上损失的电压,R线为输电线电阻。(4)P损=ΔUI线,ΔU为输电线路上损失的电压,I线为输电线路上的电流。2I线2PU送送142I线2()UR线7.(2017北京理综,16,6分)如图所示,理想变压器的原线圈接在u=220 sin100πt(V)的交流电源上,副线圈接有R=55Ω的负载电阻,原、副线圈匝数之比为2∶1,电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是 () A.原线圈的输入功率为220 WB.电流表的读数为1AC.电压表的读数为110 VD.副线圈输出交流电的周期为50s222答案B本题考查交变电流、变压器。由题知,变压器的输入电压U1= V=220V,所以U2= U1=110V;副线圈电流I2= =2A,原线圈电流I1= I2=1A。本题中电压表、电流表的读数为有效值,故B项正确,C项错误;原线圈输入功率P1=U1I1=220W,A项错误;交流电的周期T= = s=0.02s,D项错误。2202221nn2UR21nn2ω21008.(2016江苏单科,4,3分)一自耦变压器如图所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分,接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时,c、d间的输出电压为U2。在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中 () A.U2U1,U2降低B.U2U1,U2升高C.U2U1,U2降低D.U2U1,U2升高答案C由图可知变压器的原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2,因 = ,则U2U1;在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中,n2减小,U2降低,选项C正确,选项A、B、D错误。11Un22Un9.(2015安徽理综,16,6分)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0.2A,电流表A2的示数增大了0.8A,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的方向滑动答案D变压器输入电压不变,原、副线圈的匝数比不变,故原、副线圈两端的电压不变,即电压表V1、V2示数不变,选项A、B均错误;I1、I2增加,则副线圈电路中总电阻减小,故变阻器滑片应沿c→d方向滑动,选项D正确;由原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率P入=P出知,调节滑动变阻器前I1n1=I2n2,调节滑动变阻器后I1'n1=I2'n2,联立得(I1'-I1)n1=(I2'-I2)n2,即ΔI1n1=ΔI2n2, = = =4,故该变压器起降压作用,选项C错误。12nn21II0.80.210.(2015海南单科,10,5分)(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5.0V,则 () A.此时原线圈两端电压的最大值约为34VB.此时原线圈两端电压的最大值约为24VC.原线圈两端原来的电压有效值约为68VD.原线圈两端原来的电压有效值约为48V答案AD当R=5R0时