山东专用高考物理一轮复习专题十三交变电流_基础集训含解析

专题十三　交变电流

备考篇

【考情探究】

【真题探秘】

命题立意

以生活中常用的变压器为命题情境,构建电路模型,并根据正弦式交变电流的u-t图像和变压器的构造和原理解决问题。山东卷考查交变电流的内容时多以选择题的形式出现,图像是常用载体,涉及多个知识点的应用(欧姆定律、正弦式电流的图像和三角函数表达式、变压器的构造和原理),体现山东卷多综合的特点。考查考生推理能力、论证能力。

解题指导

根据图乙电压u随时间t的变化关系,确定理想变压器的输入电压,再由变压器的电压与匝数关系,求得变压器的输出电压,依据灯泡能正常工作,求得通过其电流,由灯泡分压得并联的R1和R2两端电压;求得通过R1的电流,结合通过灯泡的电流从而算出通过滑动变阻器的电流,最后由R=,解得滑动变阻器接入电路的电阻。

拓展延伸

考查理想变压器的变压比公式,掌握电路串、并联的特点,理解欧姆定律的应用,注意交流电的有效值与最大值的区别,副线圈两端的电压是等效电路的电源电动势(不考虑内阻),灯泡在额定电压下的电阻是一定值,故副线圈所在的电路是个混联电路,根据闭合电路欧姆定律进行求解,此电路中含有滑动变阻器,亦可以出电路的动态分析问题。

[教师专用题组]

1.真题多维细目表

2.命题规律与趋势

本专题高考考查内容主要有:交变电流的产生及变化规律,交变电流的四值及应用,理想变压器的工作原理与规律,理想变压器的动态电路分析,远距离输电的模式以及电压和功率的损耗,传感器的简单应用。题型主要为选择题,物理核心素养上面主要考查学生的模型建构和科学推理要素。能力主要考查理解与推理能力。整体难度中偏易。

3.备考方法与策略

复习时要重点关注:交变电流的产生过程,交变电流的图像和交变电流的四值,理想变压器电路中原、副线圈与各物理量之间的制约关系,理想变压器的工作原理,远距离输电的特点。我国远距离输变电设备远远领先世界,与之相关的信息给予题多多训练。现代技术与人工智能的发展,传感器的应用越来越广泛,与传感器有关的信息题和实验题应增加关注。变压器的动态变化问题应作为本专题复习的重点和难点。

基础篇

【基础集训】

考点一　交流电的产生和描述

1.(2020山东疫情开学摸底考,5)如图甲所示,在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,有一矩形单匝线圈,其面积为S,总电阻为r,线圈两端外接一电阻R和一个理想交流电流表。若线圈绕对称轴OO'以角速度ω做匀速转动,图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势e随时间t变化的图像,下列说法正确的是              (　　)

A.在t1~t3时间内,穿过线圈平面的磁通量的变化量为BS

B.在t3~t4时间内,通过电阻R的电荷量为

C.在t1时刻穿过线圈平面的磁通量的变化率为2BSω

D.在t1时刻电流表的示数为

答案　D　

2.(2020山东疫情开学摸底考,10)(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

D.从t=0到t=过程中线框的平均感应电动势为

答案　BC　

考点二　变压器、电能的输送

1.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,Iab<Icd　　

B.ab接MN、cd接PQ,Iab>Icd

C.ab接PQ、cd接MN,Iab<Icd　　

D.ab接PQ、cd接MN,Iab>Icd

答案　B　

2.[2020山东高考押题预测(三),10](多选)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈接电压恒定的交流电,副线圈输出端接有R=4 Ω的电阻和两个“18 V,9 W”相同小灯泡,当开关S断开时,小灯泡L1刚好正常发光,则              (　　)

A.原线圈输入电压为200 V

B.S断开时原线圈中的电流为0.05 A

C.闭合开关S后,原、副线圈中的电流之比增大

D.闭合开关S后,小灯泡L1消耗的功率减小

答案　ABD　

3.[2020山东高考押题预测(一),10](多选)某兴趣小组用实验室的手摇发电机和一个近似理想的小变压器给一个灯泡供电,电路如图所示。当线圈以较大的转速n匀速转动时,额定电压为U0的灯泡正常发光,电压表示数是U1。已知线圈电阻是r,灯泡电阻是R,则              (　　)

A.变压器输入电压的瞬时值是u=U1 sin 2πnt(V)

B.变压器的原、副线圈匝数比是U1/U0

C.电流表的示数是

D.线圈中产生的感应电动势最大值是Em=U1

答案　BC　

4.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.=　　B.I2=　　C.I1U1=R　　D.I1U1=I2U2

答案　D　

综合篇

【综合集训】

拓展一　交流电有效值的求解

1.已知某电阻元件在正常工作时,通过它的电流按如图所示的规律变化,其中0~时间内为正弦交流电的一部分,将一个多用电表(已调至交变电流电流挡)与这个电阻元件串联,则多用电表的读数为              (　　)

A.4 A　　B. A

C. A　　D.5 A

答案　B　

2.电压u随时间t的变化情况如图所示,求电压的有效值。

答案　174 V

拓展二　交变电流“四值”的理解

1.(2020山东德州一模,9)(多选)如图所示,磁极N、S间的磁场看作匀强磁场,磁感应强度为B0,矩形线圈ABCD的面积为S,共n匝,内阻为r,线圈通过滑环与理想电压表V和阻值为R的定值电阻相连,AB边与滑环E相连;CD边与滑环F相连。若线圈正在绕垂直于磁感线的轴OO'以角速度ω逆时针匀速转动,图示位置恰好与磁感线垂直。以下说法正确的是(　　)

A.线圈在图示位置时,电阻R中的电流方向为自M到N

B.线圈自图示位置开始转过180°的过程中,通过电阻R的电荷量为

C.线圈转动一周的过程中克服安培力做的功为

D.线圈在图示位置时电压表的示数为0

答案　BC　

2.(多选)如图甲所示是一种振动发电装置的示意图,半径为r=0.1 m、匝数n=20的线圈位于辐向分布的磁场中,磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示),线圈所在位置的磁感应强度的大小均为B= T,线圈电阻为R1=0.5 Ω,它的引出线接有R2=9.5 Ω的小电珠L,外力推动线圈框架的P端,使线圈沿轴线做往复运动,线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示(摩擦等损耗不计),则              (　　)

A.小电珠中电流的峰值为0.16 A

B.小电珠中电流的有效值为0.16 A

C.电压表的示数约为1.5 V

D.t=0.1 s时外力的大小为0.128 N

答案　AD　

[教师专用题组]

【综合集训】

1.(2020江苏南通栟茶高中月考)如图所示为一交变电流的图像,则该交变电流的有效值为多大              (　　)

A.I0　　B.I0　　C.+I0　　D.

答案　B　设交流电电流的有效值为I,周期为T,电阻为R,则有I2RT=(I0)2R·+R·,解得I=I0,选项B正确。

2.(2020山东日照元月校级联考)电阻为R的单匝闭合金属线框,在匀强磁场中绕着与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势的图像如图所示。下列判断正确的是              (　　)

A.时刻线框平面与中性面平行

B.穿过线框的磁通量最大为

C.线框转动一周做的功为

D.从t=到t=的过程中,线框的平均感应电动势为

答案　B　由图可知t=时刻感应电动势最大,此时线框所在平面与中性面垂直,A错误。当感应电动势等于零时,穿过线框回路的磁通量最大,且由Em=NBSω得Φm===,B正确。线框转一周所做的功为转动一周的发热量,Q=T=T=T,C错误。从到的过程中平均感应电动势为