2013年高考物理二轮典型例题冲刺测试专题10交变电流(含解析)

2013年高考物理二轮典型例题冲刺测试《专题10交变电流》（含解析）

1.2012·北京理综，15一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

2大值为( )

A．5V C．10V D．

B．52V 102V PU2102

[解析] 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；

RRPU2效

接交流电源时，＝②，联立①②得U效＝52V，故最大值Um＝2U效＝10V，C选项正确．

2R[答案] C 2.2012·广东理综，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502V C．有效值是252V B．频率是100Hz D．周期是0.02s

[解析] 从中性面开始计时，交变电动势的表达式为e＝Emsinωt，因e＝50sin100πt(V)，所以最大值Em＝50V，A错误．由ω＝2πf＝100πHz得f＝50Hz, B错误．有效值E＝0.02s，D项正确．

[答案] CD 3.2012·江西八校联考，17调压变压器就是一种自耦变压器，它的构造如图乙所示．线圈AB绕

Em

21

＝252V，C正确．T＝＝

f在一个圆环形的铁芯上，CD之间输入交变电压，转动滑动触头P就可以调节输出电压．图乙中两电表均为理想交流电表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器．现在CD两端输入图甲所示正弦式交流电，变压器视为理想变压器，那么( )

A．由甲图可知CD两端输入交流电压u的表达式为u＝362 sin(100t)(V)

B．当滑动触头P逆时针转动时，MN之间输出交流电压的频率变大

1

C．当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电流表读数变大，电压表读数也变大 D．当滑动变阻器滑动触头向下滑动时，电阻R2消耗的电功率变小

[解析] 由图甲可知u＝362sin100πt(V)，A错误．M、N之间输出交流电压的频率由输入的交流电压的频率决定，B错误．滑动变阻器的滑动触头向下滑动时，R3减小，由“串反并同”可知电压表读数减

U2

小，电流表读数增大，R2消耗的电功率P2＝减小，C错误，D正确．

R2

[答案] D 4.2012·广东茂名一模远距离输电装置如图所示，升压变压器和降压变压器均是理想变压器，当

K由2改接为1时，下列说法正确的是( )

A．电压表读数变大 C．电流表读数变小

B．电流表读数变大 D．输电线损失的功率减小

[解析] 由U2＝U1知，当K由2改接为1时，升压变压器的原线圈匝数不变，副线圈匝数变大，输送电压变大，降压变压器的输入电压和输出电压均变大，电压表示数变大，选项A正确；降压变压器的输出电压变大时，流过灯泡的电流I灯也变大，输电线上的电流I线也随着I灯的变大而变大，所以电流表读数变大，选项B正确而C错误；I线变大时，输电线损失的功率P线＝I线R变大，选项D错误．

[答案] AB 5.2012·江苏单科，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

2

n2n1

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( )

2

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

[解析] 电路正常或短路时，火线和零线中通过的电流大小相等、方向相反，故L1中火线与零线中电流产生的磁场相抵消，铁芯中的磁通量为零，L2中无感应电流产生，电磁铁中也就无电流，开关K不会被吸起．由上述分析可知，A、B项正确，C项错误．当地面上的人接触火线发生触电时，火线与零线中的电流大小不再相等，则L2中产生感应电流，电磁铁也就能把开关K吸起，即D正确．

[答案] ABD 6.2012·海南单科，4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，原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想的)的示数分别是( )

A. 120V,0.10A C. 120V,0.05A

B．240V,0.025A D．240V,0.05A

[解析] 副线圈电压U2＝12V，由＝得U1＝240V，副线圈中电流I2＝2·＝1A，由＝得I1＝0.05A. [答案] D 7.2012·福建理综，14和

如图，理想变压器原线圈输入电压u＝Umsinωt，副线圈电路中R0为定值是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；

和

是理想交流电流表，

U1n1

U2n2PUI1n2I2n1

电阻，R是滑动变阻器.

示数分别用I1和I2表示．下列说法正确的是( )

3

A. I1和I2表示电流的瞬时值 B．U1和U2表示电压的最大值

C．滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大 D．滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小

[解析] 交流电表测量的是交变电流的有效值，故A、B皆错误．由于理想变压器的输出电压U2＝U1

与负载无关，即滑片P下滑时U2不变，故D错误．由I1U1＝[答案] C 8.2012·陕西师大附中模拟如图所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦交流电

n2n1

U22

R0＋R知R减小时I1变大，故C正确．

的图象，当只改变线圈的转速后，产生正弦交流电的图象如图线b所示，以下说法正确的是( )

A．线圈先后两次转速之比为2∶3 B．通过线圈的磁通量最大值之比为3∶2 C．先后两次交流电的最大值之比为3∶2 D．先后两次交流电的有效值之比为3∶2

Ta2

[解析] 由Φmax＝BS知，通过线圈的磁通量最大值之比为1∶1，选项B错；由图象可知，＝，根

Tb3

据T＝

2πna3EamaxωaTb3

、ω＝2πn知，＝，选项A错；电动势最大值Emax＝NBSω＝NΦmaxω，故＝＝＝，选ωnb2EbmaxωbTa2

4

项C对；由有效值公式E＝[答案] C 9.Emax

2知，＝EaEamax3

＝，选项D错 .

EbEbmax2

2012·河北石家庄二模，15如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝4∶1，原

线圈a、b间接一电压为u＝2202sin100πt(V)的电源，灯泡L标有“36V 18 W”字样．当滑动变阻器R的滑动触头处在某位置时，电流表示数为0.25A，灯泡L刚好正常发光，则( )

A．流经灯泡L的交变电流的频率为100Hz B．定值电阻R0的阻值为19Ω C．滑动变阻器R消耗的功率为36 W

D．若将滑动变阻器R的滑动触头向下滑动，则灯泡L的亮度变暗

[解析] 由ω＝2πf得100π rad/s＝2πf，f＝50Hz,A错误．U2＝U1＝55V, I2＝I1＝1A，R0两端的电压U0＝55V－36V＝19V，R0＝＝

n2n1n1n2

U019

Ω＝19Ω，B正确，IR＝I2－IL＝1A－0.5A＝0.5A，R上消耗的功率I21

P＝IRU＝0.5×36 W＝18 W，C错误．滑动变阻器R的滑动触头向下滑动后，总电阻减小，电流增大，R0

两端电压增大，而灯泡L两端电压减小，故D对．

[答案] BD 10.2011·江苏单科，13图甲为一理想变压器，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图象如图乙所示，若只在ce间接一只Rce＝400Ω的电阻，或只在de间接一只Rde＝225Ω的电阻，两种情况下电阻消耗的功率均为80 W.

5

(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电阻时，原线圈中的电流I1； (3)求ce和de间线圈的匝数比ncen. de[解析] (1)由题图乙知T＝0.01s，则ω＝200π rad/s 电压瞬时值uab＝400sin200πt (V)

(2)电压有效值U1＝2002V 理想变压器P1＝P2 原线圈中的电流IP11＝U

1

解得I21≈0.28A(或5

A) (3)设ab间匝数为n1

U1Ucen＝ 1nce同理U1n＝

Ude 1nde由题意知U2U2ceR＝de

ceRde解得

nceRcen＝deR de代入数据得

ncen＝4. de3

[答案] (1)uab＝400sin200πt (V)

6

(2)0.28A(或(3)11.2A) 5

nce4＝ nde3

2012·衡水高三质检发电机的端电压为220V，输出电功率为44kW，输电导线的电阻为0.2Ω，

如果用原、副线圈匝数之比为1∶10的升压变压器升压，经输电线路后，再用原、副线圈匝数比为10∶1的降压变压器降压供给用户．

(1)画出全过程的线路图． (2)求用户得到的电压和功率．

(3)若不经过变压而直接送到用户，求用户得到的功率和电压．

[解析] 该题是输电线路的分析和计算问题，结合电路结构和输电过程中的电压关系和电流关系可解此题．

(1)线路图如图所示：

(2)升压变压器副线圈上的输出电压U2＝ U1＝2200V， 升压变压器副线圈上的输出电流I2＝I1， 升压变压器原线圈上的输入电流，由P＝U1I1，得

n2

n1

n1n2

P44×103

I1＝＝A＝200A，

U1220 n1P44×103

所以I2＝＝A＝20A.

n2U110×220

输电线路上的电压损失和功率损失分别为

UR＝I2R＝4V，PR＝I22R＝0.08kW.

加到降压变压器原线圈上的输入电流和电压分别为

I3＝I2＝20A, U3＝U2－UR＝2196V.

7

降压变压器副线圈上的输出电压和电流分别为

n4n3

U4＝U3＝219.6V，I4＝I3＝200A.

n3n4

用户得到的功率P4＝U4I4＝43.92kW.

(3)若不采用高压输电，线路损失电压为U′R＝I1R＝40V， 用户得到的电压U′＝U1－U′R＝180V， 用户得到的功率为P′＝U′I1＝36kW. 12.2012·安徽理综，23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逆时针转动．(只考虑单匝线圈)

(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)

8

[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的转动速率为v，则

v＝ω·L2

2

①

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＝BL1vy ② 由图可知vy＝vsinωt ③

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)．

⑤

(3)由闭合电路欧姆定律可知

I＝ER＋r

⑥ E＝

Em

＝

BL1L2ω

⑦

2

2则线圈转动一周在R上产生的焦耳热为

QR＝I2RT ⑧ 其中T＝

2π

ω

⑨ 于是QR＝πRω(BL1L22

R＋r).

⑩

[答案] (1)e1＝BL1L2ωsinωt (2)e2＝BL1L2ωsin(ωt＋φ0) (3)πRω(

BL1L2R＋r)2

9