1、北京曲一线图书策划有限公司 2024版5年高考3年模拟A版专题十二交变电流1.(2022浙江6月选考,5,3分)下列说法正确的是()A.恒定磁场对静置于其中的电荷有力的作用B.小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向C.正弦交流发电机工作时,穿过线圈平面的磁通量最大时,电流最大D.升压变压器中,副线圈的磁通量变化率大于原线圈的磁通量变化率答案B磁场对电流有力的作用,静止的电荷不会产生等效电流,所以恒定的磁场不会对其有力的作用,选项A错误;小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向,选项B正确;正弦交流发电机工作时,穿过线圈平面的磁通量最大时,磁通量变化率最小,此时电流为零,选
2、项C错误;变压器中,考虑到漏磁因素,副线圈的磁通量变化率小于原线圈的磁通量变化率,选项D错误。2.(2022北京,4,3分)某理想变压器的原线圈接在220 V的正弦交流电源上,副线圈输出电压为22 000 V,输出电流为300 mA。该变压器()A.原、副线圈的匝数之比为1001B.输入电流为30 AC.输入电流的最大值为152 AD.原、副线圈交流电的频率之比为1100答案B由题干知,U1=220 V,U2=22 000 V,I2=300 mA,由U1U2=n1n2=I2I1,可得n1n2=1100,I1=30 A,A错,B对;I1max=2I1=302A,C错;变压器不改变交流电频率,D错
3、。3.(2022重庆,3,4分)低压卤素灯在家庭电路中使用时需要变压器降压。若将“12 V 50 W”的交流卤素灯直接通过变压器(视为理想变压器)接入电压为220 V的交流电后能正常工作,则()A.卤素灯两端的电压有效值为62 VB.变压器原、副线圈的匝数比为553C.流过卤素灯的电流为0.24 AD.卤素灯的电阻为968 答案B卤素灯上标记的额定电压12 V即卤素灯两端的电压有效值,A错误;根据理想变压器变压的规律可知n1n2=U1U2=553,B正确;流过卤素灯的电流为I=PU=5012 A4.17 A,C错误;卤素灯的电阻R=U2P=12250 =2.88 ,D错误。4.(2022山东,
4、4,3分)如图所示的变压器,输入电压为220 V,可输出12 V、18 V、30 V电压,匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u=Um cos (100t)。单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表,电压表的示数为0.1 V。将阻值为12 的电阻R接在BC两端时,功率为12 W。下列说法正确的是()A.n1为1 100,Um为220 VB.BC间线圈匝数为120,流过R的电流为1.4 AC.若将R接在AB两端,R两端的电压为18 V,频率为100 HzD.若将R接在AC两端,流过R的电流为2.5 A, 周期为0.02 s答案D由单匝线圈所接电压表的读数有:n11=2200.1,则n1=2 200,另外U
5、m=2202 V,故A错误;由n1nBC=U1UBC和UBC2R=P代入数据解得,UBC=12 V,nBC=120,则I=UBCR=1 A,故B错误;由=2f=100 rad/s,得f=50 Hz,T=1f=0.02 s,故C错误;R接在AC两端时,I=UACR=3012 A=2.5 A,故D正确。5.(2022广东,4,4分)如图是简化的某种旋转磁极式发电机原理图。定子是仅匝数n不同的两线圈,n1n2,二者轴线在同一平面内且相互垂直,两线圈到其轴线交点O的距离相等,且均连接阻值为R的电阻,转子是中心在O点的条形磁铁,绕O点在该平面内匀速转动时,两线圈输出正弦式交变电流。不计线圈电阻、自感及两
6、线圈间的相互影响,下列说法正确的是()A.两线圈产生的电动势的有效值相等B.两线圈产生的交变电流频率相等C.两线圈产生的电动势同时达到最大值D.两电阻消耗的电功率相等答案B由题意知两线圈输出正弦交流电,则e=Em sin(t+0),Em=NBS,又知n1n2,得Em1Em2,U有1U有2,A错。P=U有2R,得P1P2,D错。条形磁铁与线圈轴线平行时磁通量最大,电动势e最小,条形磁铁与线圈轴线垂直时磁通量最小,电动势e最大,故e1=0时,e2最大,C错。f=1T=2,B正确。6.(2022河北,3,4分)张家口市坝上地区的风力发电场是北京冬奥会绿色电能的主要供应地之一,其发电、输电简易模型如图
7、所示。已知风轮机叶片转速为每秒z转,通过转速比为1n的升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动,发电机线圈面积为S,匝数为N,匀强磁场的磁感应强度为B。t=0时刻,线圈所在平面与磁场方向垂直。发电机产生的交变电流经过理想变压器升压后,输出电压为U。忽略线圈电阻,下列说法正确的是()A.发电机输出的电压为2NBSzB.发电机输出交变电流的频率为2nzC.变压器原、副线圈的匝数比为2NBSnzUD.发电机产生的瞬时电动势e=2NBSnz sin(2nzt)答案C已知风轮机叶片转速为每秒z转,通过转速比为1n的升速齿轮箱带动发电机线圈转动,则线圈转速为每秒nz转,其角速度=2nz,线圈中的电动势的最大值为E
8、m=NBS=2NBSnz,发电机输出的电压为有效值E=Em2=2NBSnz,A错误;线圈转动的频率f=2=nz,发电机输出交变电流的频率为nz,B错误;变压器输入电压为2NBSnz,输出电压为U,则变压器原、副线圈的匝数比为2NBSnzU,C正确;发电机产生的瞬时电动势e=Em sin t=2NBSnz sin (2nzt),D错误。7.(2022浙江1月选考,9,3分)如图所示,甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况,摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动;乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况,皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是()A.甲图中线圈转动区域
9、磁场可视为匀强磁场B.乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场C.甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电D.乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电答案A细短铁丝被磁化之后,其作用相当于小磁针,甲图中细短铁丝显示的磁场分布均匀,则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场,选项A正确;而乙图中,细短铁丝显示的磁场分布不均匀,则线圈转动区域磁场不可视为匀强磁场,选项B错误;甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时产生的电流才是正弦式交变电流,选项C错误;乙图中磁场为非匀强磁场,所以线圈匀速转动时不能产生正弦式交变电流,选项D错误。8.(2022湖南,6,4分)如图,理想变压器原、副线圈总匝数相同,滑动触
10、头P1初始位置在副线圈正中间,输入端接入电压有效值恒定的交变电源。定值电阻R1的阻值为R,滑动变阻器R2的最大阻值为9R,滑片P2初始位置在最右端。理想电压表的示数为U,理想电流表的示数为I。下列说法正确的是()A.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,I减小,U不变B.保持P1位置不变,P2向左缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率增大C.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,I减小,U增大D.保持P2位置不变,P1向下缓慢滑动的过程中,R1消耗的功率减小答案B本题使用等效法最简捷,如图,对于原线圈回路,将理想变压器等效为电阻,由R等=U1I1,U1UR1=n1n2,I1IR1=n2n
11、1,UR1=IR1R1,得R等=n1n22R1(n1和n2分别为变压器原、副线圈匝数),若保持P1位置不变,则R等=4R,P2向左缓慢滑动,R2接入电路的阻值减小,I=U总R2+R等,I增大,U=U总-IR等,U减小,A项错误;PR1=P等=I2R等,PR1增大,B选项正确;若保持P2在最右端位置不变,R2=9R,P1向下缓慢滑动,n2减小,R等增大,I减小,U=UR2=IR2,U减小,C项错误;将R2等效为电源内阻R内,当R等=R内=9R时,R1消耗的功率最大,P1向下缓慢滑动,R等由4R逐渐增大,故R1消耗的功率先增大,后减小,D选项错误。归纳总结在原线圈上接有负载时,可以将不变的电阻等效
12、为电源内阻,借助闭合电路欧姆定律分析副线圈中功率变化问题,如R等=r内时,P等有最大值。9.(2022湖北,9,4分)(多选)近年来,基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用,其简化的充电原理图如图所示。发射线圈的输入电压为220 V、匝数为1 100匝。接收线圈的匝数为50匝。若工作状态下,穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%,忽略其他损耗,下列说法正确的是()A.接收线圈的输出电压约为8 VB.接收线圈与发射线圈中电流之比约为221C.发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同D.穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同答案AC因穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%,故在相等时
13、间内穿过接收线圈的磁通量变化量约为发射线圈的80%,故穿过接收线圈的磁通量变化率约为发射线圈的80%,D错误。由法拉第电磁感应定律,E=nt,可得U2U1=0.8n2n1,故U2=0.8n2n1U1=8 V,A正确。非理想变压器的原、副线圈的电流比不等于匝数的反比,B错误。原、副线圈中磁通量仍是在相同时间内各自完成一个周期性的变化,故线圈中交变电流的频率相同,C正确。10.(2018课标,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.12B.2
14、1C.12D.21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=u02RT2+u02RT2=u02RT,Q正=(u0/2)2RT=12u02RT,故Q方Q正=21,选项D正确。易错点拨正弦式交变电流的有效值是其峰值的12,其他交流电的有效值和峰值间一般不存在该关系。11.(2015山东理综,19,6分)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图像可能正确的是()
15、图甲图乙答案C圆环内磁场的变化周期为0.5T0,则产生的感应电动势的变化周期也一定是0.5T0,四个图像中,只有C的变化周期是0.5T0,根据排除法可知,C正确。12.(2014天津理综,7,6分)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23C.曲线a表示的交变电动势频率为25 HzD.曲线b表示的交变电动势有效值为10 V解析由题图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
16、的周期之比TaTb=23,再由周期与转速的关系n=1T得nanb=32,故B错误。因Ta=410-2 s,故fa=1Ta=25 Hz,C正确。因Ema=15 V,而Em=NBS=2NBST,故Emb=TaTbEma=10 V,Eb=Emb2=52 V,D错误。答案AC解题指导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,对学生的分析能力要求较高,难度中等。解题时应重点关注图像中提供的所有信息。13.(2013山东理综,17,5分)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,为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平
17、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像如图乙所示。以下判断正确的是()A.电流表的示数为10 AB.线圈转动的角速度为50 rad/sC.0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D.0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左答案AC由题图乙知Im=102 A,I=Im2=10 A,A正确。T=210-2 s,=2T=100 rad/s,B错误。t=0.01 s时,i=Im,此时线圈平面与磁场方向平行,C正确。由右手定则判定 0.02 s 时电阻R中电流方向自左向右,D错误。14.(2013海南单科,3,3分)通过一阻值R=100 的电阻的交变电流如图所示,其周
18、期为1 s。电阻两端电压的有效值为()A.12 VB.410 VC.15 VD.85 V答案B由有效值定义可得U2R1 s=(0.1 A)2R0.4 s2+(0.2 A)2R0.1 s2,其中R=100 ,可得U=410 V,B正确。15.(2012全国,19,6分)一台电风扇的额定电压为交流220 V。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。这段时间内电风扇的用电量为()A.3.910-2 度B.5.510-2 度C.7.810-2 度D.11.010-2 度答案B因1度=3.6106 J,且电流表示数为电流有效值,故用电量W=U(I1t1+I2t
19、2+I3t3),代入数值得W=5.510-2 度,故B项正确。16.(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10 V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P2。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 VB.52 VC.10 VD.102 V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10 V直流电源时,P=U2R=102R;接交流电源时,P2=U效2R,联立得U效=52 V,故最大值Um=2U效=10 V,C选项正确。17.(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
20、10,当输入电压增加20 V时,输出电压()A.降低2 VB.增加2 VC.降低200 VD.增加200 V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,U1U2=n1n2,则U2=n2n1U1,得U2=200 V,故选项D正确。18.(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12,则()A.R消耗的功率变为
21、12PB.电压表V的读数变为12UC.电流表A的读数变为2ID.通过R的交变电流频率不变答案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=NBS,而=2n,有效值E=22Em,线圈转速变为原来的12,则U1=E变为原来的12。由U1U2=n1n2知U2变为原来的12,电压表读数变为原来的12,选项B正确;R消耗的功率P=U22R,故R消耗的功率变为原来的14,选项A错误;由P入=P出得,U1I1=U22R,故I1变为原来的12,即电流表读数变为原来的12,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12,选项D错误。解
22、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。19.(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41,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()A.此时原线圈两端电压的最大值约为34 VB.此时原线圈两端电压的最大值约为24 VC.原线圈两端原来的电压有效值约为68 VD.原线圈两端原来的电压有效值约为48 V答案AD当R=5R0时,示数
23、为5.0 V,所以输出电流I出=5.0V5R0,UR0=I出R0=1 V,则变压器输出电压为6 V,由n1n2=U1U2得到输入电压的有效值为24 V,所以原线圈两端电压最大值为2U134 V,A正确,B错误。因I入I出=n2n1不变,故输入电流不变时输出电流也不变,当负载由R=11R0变为R=5R0时,由U=IR知副线圈电压由I(R0+11R0)降到I(R0+5R0)=6 V,则副线圈两端原来的电压有效值为12 V,原线圈两端原来的电压有效值为48 V,C错误,D正确。20.(2014山东理综,17,6分)(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
24、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 WB.通过原线圈的电流的有效值为0.6 AC.通过副线圈的电流的最大值为2.2 AD.变压器原、副线圈匝数比n1n2=113答案BD对于理想变压器,P入=P出,所以输入功率P入=602.2 W=132 W,A错。I1=P入U1=132220 A=0.6 A,B正确。通过副线圈的电流的最大值I2m=2I2=2.22 A,C错误。变压器原、副线圈匝数比n1n2=U1U2=113,D正确。21.(2013广东理综,16,4分)如图,理想变压器原、副线圈匝数
25、比n1n2=21,和均为理想电表,灯泡电阻RL=6 ,AB端电压u1=122 sin 100t(V)。下列说法正确的是()A.电流频率为100 HzB.的读数为24 VC.的读数为0.5 AD.变压器输入功率为6 W答案D由u1=122 sin 100t(V)可知,Um=122 V,=100 rad/s,则频率f=2=50 Hz,A项错误。U1=Um2=12 V,U2=n2n1U1=6 V,B项错误。I2=U2RL=1 A,C项错误。P1=P2=U2I2=6 W,D项正确。22.(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
26、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,IabIcdC.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,I1I2=n2n1,I大n小,故ab端应接MN,cd端应接PQ,IabIcd,选项B正确。23.(2012课标,17,6分)自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分。一升压式自耦调压变压器的电路如图所示,其副线圈匝数可调。已知变压器线圈总匝数为1 900匝;原线圈为 1 100匝,接在有
27、效值为220 V的交流电源上。当变压器输出电压调至最大时,负载R上的功率为2.0 kW。设此时原线圈中电流有效值为I1,负载两端电压的有效值为U2,且变压器是理想的,则U2和I1分别约为()A.380 V和5.3 AB.380 V和9.1 AC.240 V和5.3 AD.240 V和9.1 A答案B对理想变压器有U2=n2n1U1=380 V,由P2=I2U2得I2=P2U25.3 A。依据I1I2=n2n1得I1=n2n1I29.1 A,故只有选项B正确。24.(2011课标,17,6分)如图,一理想变压器原副线圈的匝数比为12;副线圈电路中接有灯泡,灯泡的额定电压为220 V,额定功率为2
28、2 W;原线圈电路中接有电压表和电流表。现闭合开关,灯泡正常发光。若用U和I分别表示此时电压表和电流表的读数,则()A.U=110 V,I=0.2 AB.U=110 V,I=0.05 AC.U=1102 V,I=0.2 AD.U=1102 V,I=0.22 A答案A由变压原理n1n2=U1U2可得U1=110 V,即电压表示数为110 V。由P入=P出,灯泡正常发光可得P入=U1I1=P出=22 W,I1=22110 A=0.2 A,故A正确。25.(2016江苏单科,4,6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
29、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U1n1=U2n2,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。26.(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
30、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cd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cd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I1n1=I2n2,联立得(I1-I1)n1=(I2-I2)n2,即I1n1=I2n2,n1n2=I2I1
31、=0.80.2=4,故该变压器起降压作用,选项C错误。27.(2013江苏单科,8,4分)(多选)如图所示,理想变压器原线圈接有交流电源,当副线圈上的滑片P处于图示位置时,灯泡L能发光。要使灯泡变亮,可以采取的方法有()A.向下滑动PB.增大交流电源的电压C.增大交流电源的频率D.减小电容器C的电容答案BC向下滑动P,变压器副线圈电压降低,灯泡变暗,A错误;增大交流电源电压,副线圈电压升高,灯泡变亮,B正确;增大交流电源频率,电容器容抗减小,电流变大,灯泡变亮,C正确;减小电容器的电容,容抗增大,电流减小,灯泡变暗,D错误。28.(2014江苏单科,3,3分)远距离输电的原理图如图所示,升压变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,电压分别为U1、U2,电流分别为I1、I2,输电线上的电阻为R。变压器为理想变压器,则下列关系式中正确的是()A.I1I2=n1n2B.I2=U2RC.I1U1=I22RD.I1U1=I2U2答案D由理想变压器可知I1I2=n2n1,选项A错;I2=URR,而U2=UR+U3,故I2U2R,B错;P入=P出,即U1I1=U2I2,而U2I2R,C项错,D项正确。第16页共16页
