高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流课后作业题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流课后作业题，共47页。试卷主要包含了交变电流的产生和描述，远距离输电模型分析，LC振荡电路，传感器，电磁波，实验等内容，欢迎下载使用。
类型1 正弦式交变电流的产生及变化规律
【例1】如图所示，属于交流电的是（ ）
A． B． C． D．
【例2】（多选）如图所示，面积均为的单匝线圈（均绕其虚线所示对称轴，绕中心轴）在匀强磁场中以角速度匀速转动，能产生正弦式交变电动势的是（ ）
A．B．C．D．
【例3】下图为交流发电机示意图，线圈沿逆时针方向以角速度匀速转动，下列说法正确的是（ ）
A．图甲中，线圈平面与磁场垂直，磁通量最大，磁通量的变化率也最大
B．从图乙开始计时，线圈中感应电动势e随时间变化的关系是
C．当线圈转到图丙位置时，感应电流最小，但感应电流方向不发生改变
D．当线圈转到图丁位置时，感应电动势最大，CD边感应电流方向为D→C
类型2 交变电流的图像的分析
【例1】某矩形闭合金属线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间t按如图所示正弦规律变化。则时刻（ ）
A．穿过该线圈的磁通量最小
B．穿过该线圈的磁通量最大
C．该线圈中的电流最大
D．该线圈中的电流不为零
【例2】图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈ABCD绕转轴匀速转动，A为电流传感器（与计算机相连），为定值电阻，线圈电阻为，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像。下列说法中正确的是（ ）
A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0，对应图乙中或时刻
B．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中或时刻
C．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大
D．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大
类型3 交变电流的有效值的求解
【例1】如图甲所示为一台小型发电机构造示意图。当线圈转动时，产生的电动势随时间变化的图像如图乙所示。发电机线圈的内阻为，外接灯泡的电阻为，则（ ）
A．电压表的示数为
B．电流表的示数一直变化
C．小灯泡的功率为
D．在时刻，穿过线圈的磁通量最大
【例2】已知有两列交流电，其电流随时间变化图像如下图中的甲、乙所示。则甲、乙两交流电的电流有效值分别为（ ）
A．和3.5A B．1A和3.5A C．1A和 D．和
【例3】如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与纸面垂直，虚线表示匀强磁场的边界，一半径为r、圆心角为的扇形单匝线框圆心O在边界线上。当线框围绕圆心O在纸面内以角速度匀速转动时，线框中产生交变电动势的有效值为（ ）
A．B．C．D．
【例4】R1、R2 为两个完全相同的定值电阻，R1 两端的电压随时间周期性变化的规律如图甲所示（三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的3 倍，R2 两端的电压随时间按正弦规律变化如图乙所示，则两电阻在一个周期 T 内产生的热量之比 Q1:Q2 为（ ）
A. 2:3
B. 4:3
C. 2:3
D. 5:4
类型4 交变电流“四值”的理解和计算
【例1】图（a）为一交流发电机示意图，线圈abcd在匀强磁场中绕固定轴OO'沿顺时针方向匀速转动，图（b）是该发电机的电动势已随时间t按余弦规律变化的图像。已知线圈电阻为2.5Ω，定值电阻R=10Ω，电表均为理想交流电表。由此可以判定（ ）
A．电流表读数为0.8A
B．电压表读数为10V
C．t=0.1s时刻，穿过线圈的磁通量最大
D．0~0.05s内，通过电阻R的电荷量为0.04C
【例2】（多选）如图1所示为风力发电的简易模型，在风力作用下，风叶带动与杆固定连接的永久磁铁转动，磁铁下方的线圈与电压传感器相连。在两种不同风速下，传感器显示的电压随时间变化的图像分别如图2中的图线、所示，下列说法正确的是（ ）
A．、两图线对应的磁铁转速之比为
B．产生交流电的电压最大值为
C．产生交流电的电压的瞬时值表达式为
D．产生交流电可以直接加在击穿电压为的电容器上
【例3】如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，电阻为r，外电路的电阻为R，过ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B，若线圈从图示位置开始，以角速度ω绕轴OO′匀速转动，以下判断正确的是（ ）
A．图示位置线圈中的感应电动势最大，其值为Em=BL2ω
B．闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e=BL2ωsin ωt
C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为
D．线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为
【例4】如图所示为一交流发电机和外接负载的示意图，发电机电枢线圈为匝的正方形线圈，边长为，绕轴在磁感应强度大小为的磁场中以角速度转动（不计一切摩擦），线圈电阻为，外接负载电阻为。求：
(1)由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转动过程中感应电动势瞬时值的表达式；
(2)由图示位置转过时的感应电动势；
(3)由图示位置转过的过程中产生的平均感应电动势（结果保留两位有效数字）；
(4)由图示位置转过的过程中流过电阻的电荷量（结果保留两位有效数字）。
类型5 感抗、容抗、二极管
【例1】如图，交流电源的输出电压为，频率为，、、灯亮度相同。下列说法正确的是（ ）
A．拔出电感线圈中的铁芯后，B灯将变暗
B．在电容器中插入电介质之后，灯将变暗
C．将交流电源的频率提高为时，灯亮度不变，灯变暗，灯变亮
D．改接输出电压为的直流电源时，灯将变亮，灯将变暗，灯将熄灭
【例2】如图所示电路，电阻与电阻阻值相同，都为，和并联的D为理想二极管（正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大），在A、B间加一正弦交流电，加在上的电压有效值为（ ）
A．30V
B．60V
D．
类型6 产生交变电流的其它方式
【例1】边长为L的单匝正方形线框处在匀强磁场中，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度随时间变化规律如图所示（前半个周期为正弦波形的一半），线框的电阻为R，则线框中感应电流的功率为（ ）
A．B．
C．D．
【例2】如图所示，将一根绝缘硬金属导线弯曲成一个完整的正弦曲线形状，电阻为R，它通过两个小金属环与电阻不计的长直金属杆导通，图中a、b间距离为L，导线组成的正弦图形顶部或底部到杆的距离都是d，已知该金属导线与ab段金属杆围成的面积为，右边虚线范围内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于弯曲导线所在平面向里的匀强磁场，磁场区域的宽度为L，现在外力作用下导线沿杆以恒定的速度v向右运动，时刻a环刚从O点进入磁场区域，则下列说法错误的是（ ）
A．时刻，回路中的感应电流第一次开始改变方向
B．从到时间内，流过导线横截面的电荷量为
C．时刻，回路中的感应电动势的大小为Bdv
D．从到时间内，回路产生的电热为
【例3】（多选）如图所示，水平间距为L，半径为r的二分之一光滑圆弧导轨，bb′为导轨最低位置，aa′与cc′为最高位置且等高，右侧连接阻值为R的电阻，圆弧导轨所在区域有磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场。现有一根电阻值也为R的金属棒在外力的作用下以速度v0从aa′沿导轨做匀速圆周运动至bb′处，金属棒与导轨始终接触良好，导轨的电阻均不计，则该过程中（ ）
A．经过最低位置bb′处时，通过金属棒的电流方向为b→b′
B．通过电阻R的电荷量为
C．电阻两端的电压为
D．到达最低bb′处过程中外力所做的功为
【例4】我国自主研发的"海能-3号"波浪发电装置在南海海域成功运行。下图为时刻沿轴正方向传播的海水波的图像。圆柱形浮子定位在处的波面上，随波浪做简谐运动，此时质点的速率为，浮子上端固定连接匝的圆形线圈，线圈半径，线圈在磁感应强度的辐向稳定磁场中垂直切割磁感线运动，发电系统通过匝数比n1：n2=1：5的理想变压器接入的纯电阻负载，磁铁、变压器、纯电阻负载等固定，下列判断正确的是（ ）
A．t=0时刻浮杆正随海水向下振动
B．t=0时刻发电机产生的电动势为
C．变压器副线圈输出电压的峰值为
D．负载消耗的功率为
题型二 变压器及其应用
类型1 理想变压器基本物理量的分析与计算
【例1】如图所示，边长为L、匝数为N，电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴转动，轴垂直于磁感线，在线圈外接一含有理想变压器的电路，变压器原、副线圈的匝数分别为和。保持线圈以恒定角速度转动，下列判断正确的是（ ）
A．在图示位置时线框中磁通量为零，感应电动势也为零
B．当可变电阻R的滑片P向上滑动时，电压表的示数变大
C．电压表示数等于
D．变压器的输入与输出功率之比为1∶1
【例2】如图所示的变压器，输入电压为，可输出、、电压，匝数为的原线圈中电压随时间变化为．单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为。将阻值为的电阻R接在两端时，功率为。下列说法正确的是（ ）
A．n1为1100匝，为
B．间线圈匝数为120匝，流过R的电流为
C．若将R接在两端，R两端的电压为，频率为
D．若将R接在两端，流过R的电流为，周期为
类型2 互感器和自耦变压器
【例1】互感器又称仪用变压器，是电流互感器和电压互感器的统称。它能将高电压变成低电压、大电流变成小电流，用于测量或保护系统。如图所示，、是监测交流高压输电参数的互感器，a、b是交流电压表或交流电流表，若高压输电线间电压为220kV，的原、副线圈匝数比为，交流电压表的示数为100V，交流电流表的示数为1A，则（ ）
A．a是交流电压表，b是交流电流表 B．的原、副线圈匝数比为
C．高压线路输送的电流为1A D．高压线路输送的电功率为
【例2】（多选）如图所示是一种调压变压器的原理图，线圈AB绕在一个圆形的铁芯上，A、B端加上的交流电压，通过移动滑动触头P来调节C、D端输出电压。当P处于图示位置时，原、副线圈的匝数比。现想将一个“12V，6W”的灯泡接到输出端C、D，下列操作可使灯泡正常发光的是（ ）
A．仅将P顺时针旋转到合适位置
B．仅将P逆时针旋转到合适位置
C．仅将灯泡串联一个阻值为196Ω的电阻
D．仅将灯泡并联一个阻值为196Ω的电阻
类型3 原线圈接负载
【例1】如图所示，两个相同的灯泡，分别接在理想变压器的原、副线圈上（灯泡电阻不随温度变化），已知原、副线圈的匝数比，电源电压为U，则（ ）
A．通过A、B灯泡的电流之比为
B．灯泡A、B两端的电压之比为
C．灯泡A、B两端的电压分别为、
D．两灯泡A、B消耗的功率相等
【例2】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．B．
C．D．
类型4 一原多副
【例1】如图所示，理想变压器有两个副线圈，L1、L2是两盏规格为“8 V，10 W”的灯泡，L3、L4是两盏规格为“6 V，12 W”的灯泡，当变压器的输入电压为U1＝220 V时，四盏灯泡恰好都能正常发光，如果原线圈的匝数n1＝1 100匝，求：
(1)副线圈n2、n3的匝数；
(2)电流表的读数．
【例2】如图所示，两种情况下灯泡、的功率均为P，且、、为相同的灯泡，原、副线圈匝数比为，则图（a）中的功率和图（b）中的功率分别为（ ）
A．、
B．、
C．、
D．、
【例3】如图所示的理想变压器，“日”字形铁芯的左右、上下结构均对称，交流电源的输出电压为定值，原线圈的匝数为匝，左、右两个副线圈的匝数分别为匝、匝，左右两个副线圈所接电阻的阻值分别为，，下列说法正确的是（ ）
A．两端的电压为
B．流过的电流为
C．的功率与的功率之比为
D．左右两个副线圈的电流频率之比为
【例4】如图所示的“日”字形理想变压器，铁芯的上下左右结构均对称，中间线圈的匝数为4，左、右线圈的匝数分别为4和2，左、右线圈所接的电阻均为，不计线圈的电阻，在中间线圈两端加上正弦交流电压，下列说法正确的是（ ）
A．左、右两个线圈的输出电压之比为
B．中间线圈的端电压与左线圈的端电压之比为
C．左、右两个线圈的输出电流之比为
D．流过中间线圈、左线圈的电流之比为
类型5 含二极管的变压器
【例1】如图甲所示为半波整流电路，在理想变压器的输出电路中有一只理想整流二极管，已知原、副线圈的匝数比为22:1，电阻，原线圈的输入电压随时间的变化关系如图乙所示，电表均为理想交流电表，则（ ）
A．电压表V1的示数为7V
B．电压表 V2的示数为10V
C．电流表A的示数约为0.05A
D．原线圈的输入功率为5W
【例2】（多选）图乙中，理想变压器原、副线圈匝数比，原线圈接入如图甲所示的正弦交流电。电路中电表均为理想电表，定值电阻，D为理想二极管（该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大），则（ ）
A．电阻R2两端的电压频率为50Hz
B．电流表的示数为5A
C．原线圈的输入功率为15W
D．将R1摘掉，电压表的示数不变
类型6 理想变压器的动态分析
【例1】如图为理想自耦变压器，其中P为变压器上的滑动触头，为滑动变阻器上的滑片，则以下说法正确的是（ ）
A．P不动，向下滑动时，一直在减小
B．不动，P逆时针转动，可使电压减小
C．不动，P顺时针转动一个小角度时，电流表读数增大
D．P顺时针转动一个小角度，同时向下滑动时，小灯泡的亮度可以不变
【例2】如图所示，电路中理想变压器原、副线圈接入电路的匝数可通过单刀双掷开关改变，A为理想交流电流表．在变压器原线圈a、b两端加上一峰值不变的正弦交变电压．下列分析正确的是
A．只将S1从1拨向2时，电流表示数变小
B．只将S2从3拨向4时，电流表示数变大
C．只将R的滑片上移，R1的电功率变大
D．只将R的滑片上移，R2的电功率减小
【例3】（多选）如图所示，理想变压器的原线圈与稳定的正弦交流电源相连（电源内阻不计），原、副线圈匝数比为n1∶n2，电压表和电流表均为理想电表，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，当滑片向左滑动时，电压表V1、V2、电流表A1、A2的示数变化分别为、、、表示，则下列关系一定正确的是（ ）
A．B．
C．D．
类型7 等效电阻法
【例1】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3 Ω、1 Ω和4 Ω，Ⓐ 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．2 B．3 C．4 D．5
【例2】如图所示为一简易发电机与理想变压器原线圈相接的简化图，发电机转子为电阻、面积的100匝矩形导线框，导线框在磁感应强度为的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，转动周期为0.02s。理想变压器原、副线圈匝数比，定值电阻，R是滑动变阻器（阻值变化范围为），电压表和电流表均为理想交流电表，以下说法正确的是（ ）
A．增加发电机转速，电压表示数不变
B．时，理想变压器的输出功率最大
C．理想变压器的最大输出功率为
D．理想变压器的输出功率最大时，电流表的示数为1.20A
题型三 远距离输电模型分析
【例1】如图为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述不正确的是（ ）
A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失
B．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗
C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小
D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好
【例2】（多选）如图所示，某小型水电站发电机的输出功率，发电机输出电压经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻，用户端用降压变压器把电压降为。已知输电线上损失的功率，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是（ ）
A．发电机输出的电流
B．输电线上的电流
C．降压变压器匝数比
D．升压变压器匝数比
【例3】如图甲为某中小型水力发电站远距离输送单相交流电示意图，每根导线电阻为4Ω，远距离输电线的输送电流为100A，若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为720kW，在用户端起点接有交流电压表，求：
（1）升压变压器原副线圈匝数比；
（2）设降压变压器原副线圈匝数比，求用户端交流电压表的示数；
（3）若用户端全是照明用电，能使多少盏“220V、20W”的节能灯正常发光？
【例4】如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图；图中变压器均可视为理想变压器，电表均为理想交流电表；设发电厂输出的电压不变，两条输电线总电阻用表示，滑动变阻器相当于用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于变小，则当用电进入高峰时，下列说法正确的是（ ）
A．输电线电阻消耗的功率增加，电流表示数均变大
B．电压表示数均不变，电压表示数均变大
C．电压表的示数之差与电流表的示数的比值变大
D．当时，用户的功率达到最大值
题型四 LC振荡电路
【例1】如图为振荡电路某时刻的状态图，其中电容器的电容大小为C，电感线圈的自感系数为L，不考虑电磁辐射，下列说法正确的是（ ）
A．该时刻电容器正在充电，线圈自感电动势正在变小
B．若仅在线圈中插入铁芯，则振荡周期变小
C．若仅增大电容极板间距，则振荡频率变大
D．电场能与磁场能转换的周期
【例2】如图所示，图甲是LC振荡回路中电流随时间的变化关系，若以图乙回路中顺时针方向的电流为正，a、b、c、d均为电场能或磁场能最大的时刻，下列说法正确的是（ ）
A．图乙中的a是电场能最大的时刻，对应图甲中的时刻
B．图乙中的b是电场能最大的时刻，此后的内电流方向为正
C．图乙中的c是磁场能最大的时刻，对应图甲中的时刻
D．图乙中的d是磁场能最大的时刻，此后电容C的下极板将充上正电荷
【例3】如图所示为LC振荡电路中，从t=0时刻开始描绘的两平行板电容器所带的电荷量q关于时间t的变化规律.则下列说法正确的是（ ）
A．0~t1时间内，LC振荡电路中的电流正在减少
B．t2时刻线圈产生的磁场最强
C．t2~t3时间内，回路中的电场能正向磁场能转化
D．t4时刻，两极板之间的电场能最少
题型五 传感器
【例1】用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是( )
A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
【例2】（多选）如图所示为苹果自动分拣装置示意图，该装置可以把质量不同的苹果自动分拣后分别进入两通道。该装置的托盘秤压在压力传感器R1上，R1所受压力越大阻值越小，当电磁铁磁力达到某一阈值时，便可吸动分拣开关的衔铁，分拣板可绕 O 点转动，使苹果落入下通道，不计线圈导线的电阻。则下列说法正确的是（ ）
A．经过分拣，质量小的苹果落入下通道
B．为了分拣出质量更大的苹果，可以减小电源的输出电压
C．为了分拣出质量更大的苹果，可以减少缠绕电磁铁线圈匝数
D．为了分拣出质量更大的苹果，可以减小电阻R2的阻值
题型六 电磁波
【例1】下列各组电磁波中，按波长由长到短排列正确的是
A．红外线、紫外线、可见光、射线B．射线、紫外线、红外线、可见光
C．射线、紫外线、可见光、红外线D．红外线、可见光、紫外线、射线
【例2】如图所示是我国500m口径球面射电望远镜（FAST），它可以通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。我国也因此成为世上发现脉冲星数量最多的国家。下列关于电磁波的说法正确的是（ ）
A．频率越高的电磁波，波长越长
B．电磁波在任何介质中传播速度均为
C．赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了奥斯特的电磁理论
D．波速、波长与频率的关系，对机械波和电磁波都适用
题型七 实验:探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系
【例1】在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。

（1）观察变压器的铁芯，它的结构和材料是： ；
A．整块硅钢铁芯 B．整块不锈钢铁芯 C．绝缘的铜片叠成 D．绝缘的硅钢片叠成
（2）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数 ；（填“多”或“少”）
（3）以下给出的器材中，本实验需要用到的是 ；（填字母）
A． 干电池 B． 学生电源
C． 实验室用电压表 D． 多用电表
（4）为了保证安全，低压交流电源的电压不要超过 ；（填字母）
A．2V B．12V C．36V
（5）在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线的输入电压可能为 ；（填字母）
A．1.5V B．6.0V C．7.0V
（6）等效法、理想模型法是重要的物理学方法，合理采用物理学方法会让问题变得简单，这体现了物理学科“化繁为简”之美。产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可以等效为（左侧虚线框内的交流电源和定值电阻串联）与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原副线圈的匝数分别为（右侧虚线框内的电路也可以等效为一个电阻）。在交流电源的电压有效值不变的情况下，在调节可变电阻R的过程中，当 时，R获得的功率最大。

交变电流与变压器
题型一 交变电流的产生和描述
类型1 正弦式交变电流的产生及变化规律
【例1】如图所示，属于交流电的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【解析】方向随时间做周期性变化是交变电流最重要的特征。A、B、D三项所示的电流大小随时间做周期性变化，但其方向不变，不是交变电流，它们是直流电。C选项中电流的大小和方向都随时间做周期性变化，是交流电。
故选C。
【例2】（多选）如图所示，面积均为的单匝线圈（均绕其虚线所示对称轴，绕中心轴）在匀强磁场中以角速度匀速转动，能产生正弦式交变电动势的是（ ）
A．B．C．D．
AC
【详解】A．图中线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生正弦式周期变化，根据法拉第电磁感应定律，从而产生正弦交变电动势，故A正确；
BD．图中线圈转动时穿过线圈的磁通量一直为零，均没有变化，根据法拉第电磁感应定律，不产生感应电动势，故BD错误；
C．图中线圈从垂直于中性面位置开始匀速转动，穿过线圈的磁通量发生正弦式周期变化，根据法拉第电磁感应定律，从而产生正弦交变电动势，故C正确。
故选AC。
【例3】下图为交流发电机示意图，线圈沿逆时针方向以角速度匀速转动，下列说法正确的是（ ）
A．图甲中，线圈平面与磁场垂直，磁通量最大，磁通量的变化率也最大
B．从图乙开始计时，线圈中感应电动势e随时间变化的关系是
C．当线圈转到图丙位置时，感应电流最小，但感应电流方向不发生改变
D．当线圈转到图丁位置时，感应电动势最大，CD边感应电流方向为D→C
【答案】B
【解析】A．图甲中，线圈平面与磁场垂直，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量的变化率最小为零，故A错误；
B．从图乙开始计时，此时线圈平面与磁场平行，穿过线圈的磁通量最小，但磁通量的变化率最大，产生余弦交流电，线圈中感应电动势e随时间变化的关系是
故B正确；
C．当线圈转到图丙位置时，此时也是线圈的中性面的位置，此时感应电流最小，且感应电流方向将要改变，故C错误；
D．当线圈转到图丁位置时，线圈的两边切割磁感线的速度最大，故感应电动势最大，由右手定则可知，CD边感应电流方向为C→D，故D错误。
故选B。
类型2 交变电流的图像的分析
【例1】某矩形闭合金属线圈在匀强磁场中匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间t按如图所示正弦规律变化。则时刻（ ）
A．穿过该线圈的磁通量最小B．穿过该线圈的磁通量最大
C．该线圈中的电流最大D．该线圈中的电流不为零
【答案】B
【解析】AB．由图像易知，时刻穿过该线圈的磁通量最大，A错误B正确；
CD．由图像易知，时刻穿过线圈的磁通量变化率为零，产生的感应电动势为零，线圈中的电流为零，CD均错误。
故选B。
【例2】图甲是交流发电机的示意图，两磁极之间的磁场可视为匀强磁场，金属线圈ABCD绕转轴匀速转动，A为电流传感器（与计算机相连），为定值电阻，线圈电阻为，其余电阻不计。图乙为计算机上显示的电流数据随时间变化的图像。下列说法中正确的是（ ）
A．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势为0，对应图乙中或时刻
B．金属线圈恰好处于图甲所示的位置时感应电动势最大，对应图乙中或时刻
C．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大
D．、时刻穿过线圈的磁通量的绝对值最小，磁通量的变化率最大
【答案】D
【解析】AB．图甲所示位置线圈平面与磁场垂直，即为中性面，此时的感应电动势为0，回路中的感应电流为0，对应图乙中或时刻，故AB错误；
C．结合上述，、时刻线圈处于中性面，穿过线圈的磁通量的绝对值最大，由于此时的感应电动势为0，则此时的磁通量的变化率最小，故C错误；
D．根据图乙可知，、时刻的感应电流最大，即此时的感应电动势最大，则此时线圈平面与中性面垂直，即线圈平面平行于磁场方向，穿过线圈的磁通量的绝对值最小，由于此时感应电动势最大，则此时磁通量的变化率最大，故D正确。
故选D。
类型3 交变电流的有效值的求解
【例1】如图甲所示为一台小型发电机构造示意图。当线圈转动时，产生的电动势随时间变化的图像如图乙所示。发电机线圈的内阻为，外接灯泡的电阻为，则（ ）
A．电压表的示数为
B．电流表的示数一直变化
C．小灯泡的功率为
D．在时刻，穿过线圈的磁通量最大
【答案】C
【详解】
A．交流电压表示数为电压的有效值，由乙图知线圈电动势最大值为，则根据正弦式交变电流有效值和最大值的关系可知，其有效值，对整个闭合电路，由闭合电路欧姆定律,
解得I=0.6A，U=5.4V , 所以电压表示数为5.4V，故A错误；
B．交流电流表显示的是电流的有效值，为0.6A，保持不变，故B错误；
C．由可解得P= , 故C正确；
D．在时刻，线圈上电动势达到最大值，由法拉第电磁感应定律可知此刻磁通量的变化率最大，磁通量为零，故D错误。
故选C。
【例2】已知有两列交流电，其电流随时间变化图像如下图中的甲、乙所示。则甲、乙两交流电的电流有效值分别为（ ）
A．和3.5A B．1A和3.5A C．1A和 D．和
C
【详解】设图甲的电流有效值为，则有
解得
设图乙的电流有效值为，则有
解得
故选C。
【例3】如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与纸面垂直，虚线表示匀强磁场的边界，一半径为r、圆心角为的扇形单匝线框圆心O在边界线上。当线框围绕圆心O在纸面内以角速度匀速转动时，线框中产生交变电动势的有效值为（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】设线框转动周期为T，而线框转动一周中只有进、出磁场过程才产生感应电动势，因此一周之内产生感应电动势的时间
此时感应电动势的大小为，根据有效值的定义有
所以感应电动势的有效值为
故选B。
【例4】R1、R2 为两个完全相同的定值电阻，R1 两端的电压随时间周期性变化的规律如图甲所示（三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的3 倍，R2 两端的电压随时间按正弦规律变化如图乙所示，则两电阻在一个周期 T 内产生的热量之比 Q1:Q2 为（ ）
A. 2:3
B. 4:3
C. 2:3
D. 5:4
类型4 交变电流“四值”的理解和计算
【例1】图（a）为一交流发电机示意图，线圈abcd在匀强磁场中绕固定轴OO'沿顺时针方向匀速转动，图（b）是该发电机的电动势已随时间t按余弦规律变化的图像。已知线圈电阻为2.5Ω，定值电阻R=10Ω，电表均为理想交流电表。由此可以判定（ ）
A．电流表读数为0.8A
B．电压表读数为10V
C．t=0.1s时刻，穿过线圈的磁通量最大
D．0~0.05s内，通过电阻R的电荷量为0.04C
【答案】A
【详解】A．由图b可知，线圈产生的感应电动势的最大值为V，周期T=0.2s，线圈产生的感应电动势的有效值
V
根据闭合电路的欧姆定律可知
A
故A正确；
B．电压表的示数
故B错误；
C．t=0.1s时刻，线圈产生的感应电动势最大，此时线圈位于与中性面垂直位置，故穿过线圈的磁通量为零，故C错误；
D．线圈转动的角速度
rad/s
线圈产生的最大感应电动势
故
＝ Wb
0～0.05s内，通过电阻R的电荷量为
＝0.036C
故D错误
故选A。
【例2】（多选）如图1所示为风力发电的简易模型，在风力作用下，风叶带动与杆固定连接的永久磁铁转动，磁铁下方的线圈与电压传感器相连。在两种不同风速下，传感器显示的电压随时间变化的图像分别如图2中的图线、所示，下列说法正确的是（ ）

A．、两图线对应的磁铁转速之比为
B．产生交流电的电压最大值为
C．产生交流电的电压的瞬时值表达式为
D．产生交流电可以直接加在击穿电压为的电容器上
【答案】AC
【详解】A．由
可知转速与周期成反比，则
故A正确；
B．由
可得
可得生交流电的电压最大值为
故B错误；
C．产生交流电的电压的瞬时值表达式为
代值可得
故C正确；
【例3】如图所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，电阻为r，外电路的电阻为R，过ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B，若线圈从图示位置开始，以角速度ω绕轴OO′匀速转动，以下判断正确的是（ ）
A．图示位置线圈中的感应电动势最大，其值为Em=BL2ω
B．闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e=BL2ωsin ωt
C．线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为
D．线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为
CD
【详解】A．如题图所示，图示位置为中性面，线圈中的感应电动势为0，选项A错误；
B．线圈的有效面积为正方形面积的一半，故闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为
e=BL2ωsin ωt
选项B错误；
C．线圈从图示位置转过180°的过程中，根据
ΔΦ=BS有效＋BS有效=BL2
可得流过电阻R的电荷量为
选项C正确；
D．线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为
选项D正确；
故选CD。
【例4】如图所示为一交流发电机和外接负载的示意图，发电机电枢线圈为匝的正方形线圈，边长为，绕轴在磁感应强度大小为的磁场中以角速度转动（不计一切摩擦），线圈电阻为，外接负载电阻为。求：
(1)由图示位置（线圈平面与磁感线平行）转动过程中感应电动势瞬时值的表达式；
(2)由图示位置转过时的感应电动势；
(3)由图示位置转过的过程中产生的平均感应电动势（结果保留两位有效数字）；
(4)由图示位置转过的过程中流过电阻的电荷量（结果保留两位有效数字）。
(1)
(2)
(3)2.6V
(4)0.087C
【详解】（1）线圈转动过程中感应电动势的最大值
从线圈平面与磁感线平行位置开始转动，感应电动势的瞬时值的表达式为
（2）从图示位置转过时的感应电动势
（3）根据法拉第电磁感应定律可得，从图示位置转过的过程中产生的平均感应电动势
（4）从图示位置转过的过程中流过电阻的电荷量
类型5 感抗、容抗、二极管
【例1】如图，交流电源的输出电压为，频率为，、、灯亮度相同。下列说法正确的是（ ）
A．拔出电感线圈中的铁芯后，B灯将变暗
B．在电容器中插入电介质之后，灯将变暗
C．将交流电源的频率提高为时，灯亮度不变，灯变暗，灯变亮
D．改接输出电压为的直流电源时，灯将变亮，灯将变暗，灯将熄灭
C
【详解】A．根据，拔出电感线圈中的铁芯后，变小，感抗变小，灯将变亮，A错误；
B．根据，在电容器中插入电介质后，电容变大，根据，容抗变小，灯将变亮，B错误；
C．将交流电源的频率提高为时，根据，容抗变小，灯将变亮，根据，感抗变大，灯变暗，根据，电阻不变，灯亮度不变，C正确；
D．改接输出电压为的直流电源时，直流电流不能通过电容器，灯将熄灭，感抗减小到零，灯将变亮，电阻不变，灯亮度不变，D错误。
故选C。
【例2】如图所示电路，电阻与电阻阻值相同，都为，和并联的D为理想二极管（正向电阻可看作零，反向电阻可看作无穷大），在A、B间加一正弦交流电，加在上的电压有效值为（ ）
A．30VB．60VC．D．
D
【详解】在半个周期内二极管导通，此时R1短路，则R2两端电压有效值为60V，在二极管不导通的半个周期内R2两端电压有效值为30V，则在一个周期内
解得
故选D。
类型6 产生交变电流的其它方式
【例1】边长为L的单匝正方形线框处在匀强磁场中，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度随时间变化规律如图所示（前半个周期为正弦波形的一半），线框的电阻为R，则线框中感应电流的功率为（ ）
A．B．C．D．
D
【详解】根据题意可知，前半个周期感应电动势最大值为
则前半个周期感应电动势有效值为
后半个周期感应电动势大小恒定不变，则有
线框一个周期内产生的焦耳热为
联立可得线框中感应电流的功率为
故选D。
【例2】如图所示，将一根绝缘硬金属导线弯曲成一个完整的正弦曲线形状，电阻为R，它通过两个小金属环与电阻不计的长直金属杆导通，图中a、b间距离为L，导线组成的正弦图形顶部或底部到杆的距离都是d，已知该金属导线与ab段金属杆围成的面积为，右边虚线范围内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于弯曲导线所在平面向里的匀强磁场，磁场区域的宽度为L，现在外力作用下导线沿杆以恒定的速度v向右运动，时刻a环刚从O点进入磁场区域，则下列说法错误的是（ ）
A．时刻，回路中的感应电流第一次开始改变方向
B．从到时间内，流过导线横截面的电荷量为
C．时刻，回路中的感应电动势的大小为Bdv
D．从到时间内，回路产生的电热为
A
【详解】A．由右手定则判断可知时刻前，ab中感应电流方向由a到b；时刻后，ab中感应电流方向由b到a，则知时刻，回路中的感应电流第一次开始改变方向，故A错误，符合题意；
B．从到时间内，流过导线横截面的电荷量为
故B正确，不符合题意；
C．时刻，有效切割长度为d，回路中的感应电动势为Bdv，故C正确，不符合题意；
D．从到时间内，电动势的最大值为
有效值为
回路产生的电热为
故D正确，不符合题意。
故选A。
【例3】（多选）如图所示，水平间距为L，半径为r的二分之一光滑圆弧导轨，bb′为导轨最低位置，aa′与cc′为最高位置且等高，右侧连接阻值为R的电阻，圆弧导轨所在区域有磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场。现有一根电阻值也为R的金属棒在外力的作用下以速度v0从aa′沿导轨做匀速圆周运动至bb′处，金属棒与导轨始终接触良好，导轨的电阻均不计，则该过程中（ ）
A．经过最低位置bb′处时，通过金属棒的电流方向为b→b′
B．通过电阻R的电荷量为
C．电阻两端的电压为
D．到达最低bb′处过程中外力所做的功为
AD
【详解】A．由右手定则可知，经过最低位置bb′处时，通过金属棒的电流方向为b→b′，故A正确；
B．通过电阻R的电荷量为
故B错误；
C．金属棒做匀速圆周运动，切割磁感线的有效速度为
则金属棒产生的感应电动势为
电阻两端电压
故C错误；
D．回路中产生正弦式交变电流，可得感应电动势的最大值为
有效值为
由焦耳定律可知，回路产生的热量
根据能量守恒
得
故D正确。
故选AD。
【例4】我国自主研发的"海能-3号"波浪发电装置在南海海域成功运行。下图为时刻沿轴正方向传播的海水波的图像。圆柱形浮子定位在处的波面上，随波浪做简谐运动，此时质点的速率为，浮子上端固定连接匝的圆形线圈，线圈半径，线圈在磁感应强度的辐向稳定磁场中垂直切割磁感线运动，发电系统通过匝数比n1：n2=1：5的理想变压器接入的纯电阻负载，磁铁、变压器、纯电阻负载等固定，下列判断正确的是（ ）
A．t=0时刻浮杆正随海水向下振动
B．t=0时刻发电机产生的电动势为
C．变压器副线圈输出电压的峰值为
D．负载消耗的功率为
ABD
【详解】A．波向x轴正方向传播，根据峰前质点上振，可知位于x坐标值4m的质点在t=0时刻，沿y轴负方向振动，所以浮杆正随海水向下振动，故A正确；
B．在t= 0时刻发电机产生的电动势的瞬时值最大且为
故B正确；
C．根据变压器电压之比与线圈匝数之比关系
解得变压器副线圈输出电压的峰值为
故C错误；
D．负载消耗的功率为
故D正确；
故选ABD。
题型二 变压器及其应用
类型1 理想变压器基本物理量的分析与计算
【例1】如图所示，边长为L、匝数为N，电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴转动，轴垂直于磁感线，在线圈外接一含有理想变压器的电路，变压器原、副线圈的匝数分别为和。保持线圈以恒定角速度转动，下列判断正确的是（ ）
A．在图示位置时线框中磁通量为零，感应电动势也为零
B．当可变电阻R的滑片P向上滑动时，电压表的示数变大
C．电压表示数等于
D．变压器的输入与输出功率之比为1∶1
D
【详解】A．在题图所示位置时线圈与磁感线平行，线框中磁通量为零，感应电动势最大，A错误；
B．当可变电阻R的滑片P向上滑动时，R的有效阻值增大，但由于副线圈的电压不变，内阻不计，所以电压表V2的示数不变，B错误；
C．此时感应电动势的最大值为NBωL2，有效值为，即电压表V1示数等于，C错误；
D．由于变压器是理想的，所以输入与输出功率之比为1：1，故D正确。
故选D。
【例2】如图所示的变压器，输入电压为，可输出、、电压，匝数为的原线圈中电压随时间变化为．单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为。将阻值为的电阻R接在两端时，功率为。下列说法正确的是（ ）
A．n1为1100匝，为
B．间线圈匝数为120匝，流过R的电流为
C．若将R接在两端，R两端的电压为，频率为
D．若将R接在两端，流过R的电流为，周期为
D
【详解】A．变压器的输入电压为220V，原线圈的交流电的电压与时间成余弦函数关系，故输入交流电压的最大值为，根据理想变压器原线圈与单匝线圈的匝数比为
解得原线圈为2200匝，A错误；
B．根据图像可知，当原线圈输入220V时，BC间的电压应该为12V，故BC间的线圈匝数关系有
BC间的线圈匝数为120匝，流过R的电流为
B错误；
C．若将R接在AB端，根据图像可知，当原线圈输入220V时，AB间的电压应该为18V。根据交流电原线圈电压的表达式可知，交流电的角速度为，故交流电的频率为
C错误；
D．若将R接在AC端，根据图像可知，当原线圈输入220V时，AC间的电压应该为30V，根据欧姆定律可知，流过电阻R的电流为
交流电的周期为
D正确。
故选D。
类型2 互感器和自耦变压器
【例1】互感器又称仪用变压器，是电流互感器和电压互感器的统称。它能将高电压变成低电压、大电流变成小电流，用于测量或保护系统。如图所示，、是监测交流高压输电参数的互感器，a、b是交流电压表或交流电流表，若高压输电线间电压为220kV，的原、副线圈匝数比为，交流电压表的示数为100V，交流电流表的示数为1A，则（ ）
A．a是交流电压表，b是交流电流表 B．的原、副线圈匝数比为
C．高压线路输送的电流为1A D．高压线路输送的电功率为
B
【详解】A．两端接在同一根电线上，因此a是交流电流表，两端接在两根电线上，因此b是交流电压表，故A错误；
B．变压器原、副线圈电压之比等于匝数之比，所以原、副线圈匝数之比为
故B正确；
C．变压器原、副线圈电流与匝数成反比，则高压线路输送的电流为100A，故C错误；
D．高压线路输送的电功率为
故D错误。
故选B。
【例2】（多选）如图所示是一种调压变压器的原理图，线圈AB绕在一个圆形的铁芯上，A、B端加上的交流电压，通过移动滑动触头P来调节C、D端输出电压。当P处于图示位置时，原、副线圈的匝数比。现想将一个“12V，6W”的灯泡接到输出端C、D，下列操作可使灯泡正常发光的是（ ）
A．仅将P顺时针旋转到合适位置
B．仅将P逆时针旋转到合适位置
C．仅将灯泡串联一个阻值为196Ω的电阻
D．仅将灯泡并联一个阻值为196Ω的电阻
【答案】AC
【解析】AB．输入电压的有效值为
根据变压器两端的电压与线圈的匝数的关系，可知
灯泡的额定电压为12V，可知现在想将一个“12V，6W”的灯泡接到输出端C、D，要想让灯泡正常发光，可以将P顺时针旋转到合适的位置，减小副线圈的匝数。故A正确，B错误；
CD．可以在副线圈串联一个电阻，起到分压的作用；因为副线圈中的电流为
则串联的电阻阻值为
故C正确，D错误。
故选AC。
类型3 原线圈接负载
【例1】如图所示，两个相同的灯泡，分别接在理想变压器的原、副线圈上（灯泡电阻不随温度变化），已知原、副线圈的匝数比，电源电压为U，则（ ）
A．通过A、B灯泡的电流之比为
B．灯泡A、B两端的电压之比为
C．灯泡A、B两端的电压分别为、
D．两灯泡A、B消耗的功率相等
C
【详解】A．通过电灯的电流分别为变压器原、副线圈的电流，故
A错误；
B．因为是相同的两只灯泡，所以两端的电压比等于电流比，故
B错误；
C．因为B灯电压为副线圈输出电压，则原线圈电压是
U1=n1n2UB=2UB
而A灯电压
由于A灯跟原线圈串联在电源电压U上，即
所以
，
C正确；
D．因为是相同的两只灯泡，根据可知消耗的功率比等于电流的平方比
D错误。
故选C。
【例2】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．B．
C．D．
A
【详解】原副线圈电压比等于匝数比，根据副线圈负载电阻的电压U，可知副线圈电压为U，原线圈电压为3U，副线圈电流
原副线圈电流与匝数成反比，所以原线圈电流
那么原线圈输入电压
整理可得
原副线圈电阻消耗的功率根据
电阻相等，电流为1:3，可得功率比为1:9
故选A。
类型4 一原多副
【例1】如图所示，理想变压器有两个副线圈，L1、L2是两盏规格为“8 V，10 W”的灯泡，L3、L4是两盏规格为“6 V，12 W”的灯泡，当变压器的输入电压为U1＝220 V时，四盏灯泡恰好都能正常发光，如果原线圈的匝数n1＝1 100匝，求：
(1)副线圈n2、n3的匝数；
(2)电流表的读数．
【答案】：(1)40匝 60匝 (2)0.2 A
【解析】：(1)由变压器原理可知n1∶n2∶n3＝U1∶U2∶U3，则n2＝eq \f(U2,U1)n1＝eq \f(8,220)×1 100匝＝40匝
n3＝eq \f(U3,U1)n1＝eq \f(2×6,220)×1 100匝＝60匝．
(2)由输入功率等于输出功率知I1U1＝2PL2＋2PL3，则I1＝eq \f(2PL2＋2PL3,U1)＝eq \f(2×10＋2×12,220) A＝0.2 A.
【例2】如图所示，两种情况下灯泡、的功率均为P，且、、为相同的灯泡，原、副线圈匝数比为，则图（a）中的功率和图（b）中的功率分别为（ ）
A．、 B．、
C．、 D．、
A
【详解】对甲图，根据电压与匝数成正比知
则
对乙图，根据输入功率等于输出功率知
所以
而
所以
故选A。
【例3】如图所示的理想变压器，“日”字形铁芯的左右、上下结构均对称，交流电源的输出电压为定值，原线圈的匝数为匝，左、右两个副线圈的匝数分别为匝、匝，左右两个副线圈所接电阻的阻值分别为，，下列说法正确的是（ ）
A．两端的电压为
B．流过的电流为
C．的功率与的功率之比为
D．左右两个副线圈的电流频率之比为
C
【详解】AB．原线圈中的磁通量按线圈匝数比分到两个副线圈，所以、、
解得、
通过的电流为
故AB错误；
C．根据功率的表达式可知的功率与的功率之比为
故C正确；
D．变压器不改变频率，所以左右两个副线圈的电流频率与原线圈中电流的频率相等，比值为1:1，故D错误。
故选C。
【例4】如图所示的“日”字形理想变压器，铁芯的上下左右结构均对称，中间线圈的匝数为4，左、右线圈的匝数分别为4和2，左、右线圈所接的电阻均为，不计线圈的电阻，在中间线圈两端加上正弦交流电压，下列说法正确的是（ ）
A．左、右两个线圈的输出电压之比为
B．中间线圈的端电压与左线圈的端电压之比为
C．左、右两个线圈的输出电流之比为
D．流过中间线圈、左线圈的电流之比为
D
【详解】AC．左、右两个线圈的输出电压之比为，由欧姆定律可得电流之比也为，故A错误；
B．由于字形理想变压器铁芯的上下左右结构均对称，则通过中间铁芯磁感线的条数是左右铁芯磁感线条数的两倍，结合变压器的原理可得
故B错误；
D．左、右线圈两端的电压分别为，电流分别为
由能量守恒定律可得
则有
比较可得
故D正确。
故选D。
类型5 含二极管的变压器
【例1】如图甲所示为半波整流电路，在理想变压器的输出电路中有一只理想整流二极管，已知原、副线圈的匝数比为22:1，电阻，原线圈的输入电压随时间的变化关系如图乙所示，电表均为理想交流电表，则（ ）
A．电压表V1的示数为7VB．电压表 V2的示数为10V
C．电流表A的示数约为0.05AD．原线圈的输入功率为5W
D
【详解】A．由题图乙可知，原线圈输入电压的有效值为
根据原、副线圈匝数与电压的关系
解得
所以电压表V1的示数为10V，A错误；
B．由于二极管具有单向导电性，只有半个周期内能通过电流，故有
解得二极管所在支路电压的有效值为
即电压表V2的示数约为7.07V，B错误；
CD．流过R的电流为
副线圈的输出功率为
理想变压器输入功率等于输出功率，则有
则原线圈电流
即电流表A的示数约为0.02A，C错误，D正确。
故选D。
【例2】（多选）图乙中，理想变压器原、副线圈匝数比，原线圈接入如图甲所示的正弦交流电。电路中电表均为理想电表，定值电阻，D为理想二极管（该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大），则（ ）
A．电阻R2两端的电压频率为50Hz
B．电流表的示数为5A
C．原线圈的输入功率为15W
D．将R1摘掉，电压表的示数不变
AD
【详解】A．由题图甲可知，交流电的周期为0.02s，故频率为50Hz，而变压器及二极管均不会改变交流电的频率，故电阻R2两端的电压频率为50Hz，故A正确；
B．由图甲可知，变压器的输入电压为
由电压与线圈匝数的关系可得，变压器的输出电压为
因二极管的单向导电性，只有一半时间内有电压加在R2两端，由有效值的定义可得，两端的电压为
则电流表的示数为
故B错误；
C．原线圈输入功率等于副线圈输出的功率，副线圈的输出功率为
故C错误；
D．因输出电压由输入电压决定，故将R1摘掉，电压表的示数不变，故D正确。
故选AD。
类型6 理想变压器的动态分析
【例1】如图为理想自耦变压器，其中P为变压器上的滑动触头，为滑动变阻器上的滑片，则以下说法正确的是（ ）
A．P不动，向下滑动时，一直在减小
B．不动，P逆时针转动，可使电压减小
C．不动，P顺时针转动一个小角度时，电流表读数增大
D．P顺时针转动一个小角度，同时向下滑动时，小灯泡的亮度可以不变
D
【详解】A．P不动，向下滑动时，根据，可知，自耦变压器输出电压U2不变，故A错误；
B．电压是电源电压，输入电压，与匝数无关，故B错误；
C．P'不动，P顺时针转动一个小角度时，副线圈匝数减小，根据，副线圈电压减小，则电流减小，副线圈功率减小，原线圈功率等于副线圈功率减小，则原线圈电流减小，故C错误；
D．P顺时针转动一个小角度，U2变小，同时P'向下滑动时，滑动变阻器阻值减小，副线圈电流可能不变，小灯泡的亮度可以不变，故D正确；
故选D。
【例2】如图所示，电路中理想变压器原、副线圈接入电路的匝数可通过单刀双掷开关改变，A为理想交流电流表．在变压器原线圈a、b两端加上一峰值不变的正弦交变电压．下列分析正确的是
A．只将S1从1拨向2时，电流表示数变小
B．只将S2从3拨向4时，电流表示数变大
C．只将R的滑片上移，R1的电功率变大
D．只将R的滑片上移，R2的电功率减小
D
【详解】A．只将S1从1拨向2时，原线圈的匝数减少，根据
可得副线圈上的电压增大，副线圈电阻不变，所以副线圈的电流变大，根据
可得电流表示数变大，故A错误；
B．将S2从3拨向4时，副线圈的匝数减少，根据
可得副线圈上的电压减小，负载上的电流减小，根据
可得电流表示数变小，故B错误；
C．只将R的滑片上移，副线圈输出电压不变，R1的电功率不变，故C错误；
D．将R的滑片上移，接入电路的有效电阻变大，所以串联电路(R和R2)的电阻增大，流过串联电路的电流变小，所以电阻R2的电功率变小，故D正确。
故选D。
【例3】（多选）如图所示，理想变压器的原线圈与稳定的正弦交流电源相连（电源内阻不计），原、副线圈匝数比为n1∶n2，电压表和电流表均为理想电表，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，当滑片向左滑动时，电压表V1、V2、电流表A1、A2的示数变化分别为、、、表示，则下列关系一定正确的是（ ）
A．B．
C．D．
AD
【详解】A．正弦交流电源电压稳定，有
，
所以有
故A正确；
BCD．根据变压器的规律可知，理想变压器原、副线圈电压变化量之比
原、副线圈电流变化量之比
所以有
所以D正确，BC错误。
故选AD。
类型7 等效电阻法
【例1】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3 Ω、1 Ω和4 Ω，Ⓐ 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．2 B．3 C．4 D．5
【答案】 B
【解析】 设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I时，副线圈电流为kI；原线圈电流为4I时，副线圈电流为4kI.
根据变压器的输入功率等于输出功率得 UI－I2R1＝(kI)2(R2＋R3)
4UI－(4I)2R1＝(4kI)2R2
联立两式代入数据解得k＝3选项B正确．
【例2】如图所示为一简易发电机与理想变压器原线圈相接的简化图，发电机转子为电阻、面积的100匝矩形导线框，导线框在磁感应强度为的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，转动周期为0.02s。理想变压器原、副线圈匝数比，定值电阻，R是滑动变阻器（阻值变化范围为），电压表和电流表均为理想交流电表，以下说法正确的是（ ）
A．增加发电机转速，电压表示数不变
B．时，理想变压器的输出功率最大
C．理想变压器的最大输出功率为
D．理想变压器的输出功率最大时，电流表的示数为1.20A
【答案】B
【解析】A．根据题意匝数N=100，线框面积S=20cm2，磁感应强度，角速度
设原、副线圈电流有效值分别为，根据交变电流电动势有效值
转速增加，角速度增大，则电动势有效值变大，原线圈有效电流变大，根据电流与匝数关系，可得副线圈电流
故增大，则副线圈电阻电压增大，故电压表示数变大，故A错误；
B．将原线圈匝数部分等效为一个电阻，则根据能量守恒有
因为
整理得
则理想变压器的输出功率最大时，有
代入题中数据，解得
故B正确；
C．以上分析可知，理想变压器的输出功率最大时，等效电阻等于内阻r，故最大输出功率为
代入题中数据，解得
故C错误；
D．理想变压器的输出功率最大时，原线圈电流
则副线圈电流
故D错误。
故选 A。
题型三 远距离输电模型分析
【例1】如图为远距离高压输电的示意图，关于远距离输电，下列表述不正确的是（ ）
A．增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失
B．高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗
C．在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小
D．高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好
C
【详解】AB．远距离输电过程中的主要能量损耗是输电导线的发热损耗，由可以看出，在保证输电功率的前提下有两种方式可减小输电中的能量损失。一是减少输电线的电阻，由知可增加输电导线的横截面积，二是减小输电电流，故AB正确，AB项均不合题意；
C．若输电电压一定，由P=UI知输送的电功率越大，输电电流越大，则输电中能量损耗越大，C错误，故C项符合题意；
D．在影响高压输电的因素中另一个重要因素是电晕放电引起的电能损耗，在输出电压越高时，电晕放电引起的电能损失越大，D正确，D项不合题意。
故选C。
【例2】（多选）如图所示，某小型水电站发电机的输出功率，发电机输出电压经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻，用户端用降压变压器把电压降为。已知输电线上损失的功率，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是（ ）
A．发电机输出的电流
B．输电线上的电流
C．降压变压器匝数比
D．升压变压器匝数比
BC
【详解】A．根据题意，由公式可得，发电机输出的电流
故A错误；
B．根据题意，由公式可得，输电线上的电流
故B正确；
CD．升压变压器匝数比
则升压变压器的输出电压为
输电线上损失的电压为
则降压变压器的输入电压为
降压变压器匝数比为
故C正确，D错误。
故选BC。
【例3】如图甲为某中小型水力发电站远距离输送单相交流电示意图，每根导线电阻为4Ω，远距离输电线的输送电流为100A，若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为720kW，在用户端起点接有交流电压表，求：
（1）升压变压器原副线圈匝数比；
（2）设降压变压器原副线圈匝数比，求用户端交流电压表的示数；
（3）若用户端全是照明用电，能使多少盏“220V、20W”的节能灯正常发光？
【答案】（1）；（2）220V；（3）32000盏
【解析】（1）由题图可知，升压变压器的输入电压的有效值为
由于变压器为理想变压器，所以升压变压器的副线圈的功率也为720kW，有
升压变压器的原副线圈之比为
解得
（2）由于远距离输电线每根电阻为4Ω，而远距离输电需要两根输电线，所以输电线的总电阻为
降压变压器输入电压为
由于降压变压器，有
解得
（3）输电线上损耗功率为
降压变压器输出功率为
设共能点亮N盏节能灯，有
记得的
【例4】如图所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图；图中变压器均可视为理想变压器，电表均为理想交流电表；设发电厂输出的电压不变，两条输电线总电阻用表示，滑动变阻器相当于用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于变小，则当用电进入高峰时，下列说法正确的是（ ）
A．输电线电阻消耗的功率增加，电流表示数均变大
B．电压表示数均不变，电压表示数均变大
C．电压表的示数之差与电流表的示数的比值变大
D．当时，用户的功率达到最大值
A
【详解】A．当用电进入高峰时，用电器增多，相当于变小，则电流表示数变大，根据理想变压器电流与匝数关系可知
匝数比不变时，电流表示数变大，输电线电阻消耗的功率增大，又由于
匝数比不变时，电流表示数变大，故A正确；
B．发电厂输出的电压不变，可知电压表示数不变
匝数比不变，电压表示数也不变，由
变大，输电线损耗的电压变大，又
则电压表示数变小，由
可知，电压表示数也变小，故B错误；
C．电压表的示数之差与电流表的示数的比值
即电压表的示数之差与电流表的示数的比值不变，故C错误；
D．降压变压器和的等效电阻为
根据闭合电路欧姆定律可知，当时输出功率最大，即当
用户的功率达到最大值，故D错误。
故选A。
题型四 LC振荡电路
【例1】如图为振荡电路某时刻的状态图，其中电容器的电容大小为C，电感线圈的自感系数为L，不考虑电磁辐射，下列说法正确的是（ ）
A．该时刻电容器正在充电，线圈自感电动势正在变小
B．若仅在线圈中插入铁芯，则振荡周期变小
C．若仅增大电容极板间距，则振荡频率变大
D．电场能与磁场能转换的周期
【答案】C
【解析】A．由图中电流方向流向正极，可知电容器正在充电，电容器两端电压增大，线圈自感电动势与电容器两端电压相同，A错误；
B．线圈中插入铁芯，自感系数增大，振荡周期变大，B错误；
C．电容极板间距增大，电容减小，振荡周期变小，振荡频率变大，C正确；
D．电场能与磁场能转换的周期为电流振荡周期的一半，D错误。
【例2】如图所示，图甲是LC振荡回路中电流随时间的变化关系，若以图乙回路中顺时针方向的电流为正，a、b、c、d均为电场能或磁场能最大的时刻，下列说法正确的是（ ）
A．图乙中的a是电场能最大的时刻，对应图甲中的时刻
B．图乙中的b是电场能最大的时刻，此后的内电流方向为正
C．图乙中的c是磁场能最大的时刻，对应图甲中的时刻
D．图乙中的d是磁场能最大的时刻，此后电容C的下极板将充上正电荷
【答案】B
【解析】A．图乙中的a是电场能最大的时刻，电容器上极板带正电，沿顺时针方向的充电结束，对应图甲中的时刻，故A错误；
B．图乙中的b是电场能最大的时刻，电容器下极板带正电，反向充电结束，此后的内放电，电流沿顺时针方向，故B正确；
C．图乙中的c是磁场能最大的时刻，此后磁场能转化为电场能，由楞次定律判断，电流方向为逆时针方向，对应图甲中的时刻，故C错误；
D．图乙中的d是磁场能最大的时刻，此后磁场能转化为电场能，由楞次定律可知，电流方向为顺时针方向，此后电容C的上极板将充上正电荷，故D错误。
故选B。
【例3】如图所示为LC振荡电路中，从t=0时刻开始描绘的两平行板电容器所带的电荷量q关于时间t的变化规律.则下列说法正确的是（ ）
A．0~t1时间内，LC振荡电路中的电流正在减少B．t2时刻线圈产生的磁场最强
C．t2~t3时间内，回路中的电场能正向磁场能转化D．t4时刻，两极板之间的电场能最少
【答案】C
【解析】A．0~t1时间内，电容器极板带电量减小，电容器放电，则LC振荡电路中的电流正在增加，选项A错误；
B．t2时刻电容器极板带电量最大，电容器充电完毕，此时电路中电流最小，则线圈产生的磁场最弱，选项B错误；
C．t2~t3时间内，电容器极板带电量逐渐减小，则电场能减小，磁场能增加，即回路中的电场能正向磁场能转化，选项C正确；
D．t4时刻电容器极板带电量最大，两极板之间的电场能最多，选项D错误。
故选C。
题型五 传感器
【例1】用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是( )
A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
A
【详解】A．用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程红外线报警装置是感应红外线去转换成电学量，从而引起报警，而遥控器调换电视机的频道的过程，也发出红外线，A正确；
B．走廊照明灯的声控开关，实际是将声波转化成电信号的过程，B不正确；
C．自动洗衣机中的压力传感装置，是将压力转化成电信号的过程，C不正确；
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器，是将温度转化成电信号的过程，D不正确。
故选A。
【例2】（多选）如图所示为苹果自动分拣装置示意图，该装置可以把质量不同的苹果自动分拣后分别进入两通道。该装置的托盘秤压在压力传感器R1上，R1所受压力越大阻值越小，当电磁铁磁力达到某一阈值时，便可吸动分拣开关的衔铁，分拣板可绕 O 点转动，使苹果落入下通道，不计线圈导线的电阻。则下列说法正确的是（ ）
A．经过分拣，质量小的苹果落入下通道
B．为了分拣出质量更大的苹果，可以减小电源的输出电压
C．为了分拣出质量更大的苹果，可以减少缠绕电磁铁线圈匝数
D．为了分拣出质量更大的苹果，可以减小电阻R2的阻值
BC
【详解】A．大苹果通过托盘秤时，所受压力增大阻值减小，使电路中的电流增大电磁铁吸动分拣开关的衔铁，大苹果进入下面的通道，故A错误；
B．为了选出质量更大的苹果，就要保持电磁铁的磁性不变，而因压力越大，电阻R1越小，此时回路中的电流就越大。而要保持电磁铁的磁性不变，可以减小电源的输出电压，使电路中的电流不变，故B正确；
C．为了选出质量更大的苹果，就要保持电磁铁的磁性不变，而因压力越大，电阻R1越小，此时回路中的电流就越大。而要保持电磁铁的磁性不变，可以减少缠绕电磁铁线圈匝数，故C正确；
D．为了选出质量更大的苹果，就要保持电磁铁的磁性不变，而因压力越大，电阻R1越小，此时回路中的电流就越大。而要保持电磁铁的磁性不变，可以增大电阻R2的阻值，使电路中的电流不变，故D错误。
故选BC。
题型六 电磁波
【例1】下列各组电磁波中，按波长由长到短排列正确的是
A．红外线、紫外线、可见光、射线B．射线、紫外线、红外线、可见光
C．射线、紫外线、可见光、红外线D．红外线、可见光、紫外线、射线
D
【分析】根据“下列各组电磁波中，按波长由长到短排列”可知，本题考查电磁波的范围和波长的长短，根据依照波长的由长到短，电磁波谱可大致分为：无线电波，红外线，可见光，紫外线，伦琴射线，射线（伽马射线），分析判断．
【详解】电磁波谱可大致分为：无线电波，红外线，可见光，紫外线，伦琴射线，射线伽马射线，故D正确，ABC错误．
故选D
【例2】如图所示是我国500m口径球面射电望远镜（FAST），它可以通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。我国也因此成为世上发现脉冲星数量最多的国家。下列关于电磁波的说法正确的是（ ）
A．频率越高的电磁波，波长越长
B．电磁波在任何介质中传播速度均为
C．赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了奥斯特的电磁理论
D．波速、波长与频率的关系，对机械波和电磁波都适用
D
【详解】A．根据
可知频率越高的电磁波，波长越短，故A错误；
B．电磁波在不同介质中的传播速度不同，电磁波在真空中传播速度均为，故B错误；
C．赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论，故C错误；
D．波速、波长与频率的关系，对机械波和电磁波都适用，故D正确。
故选D。
题型七 实验:探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系
【例1】在“探究变压器线圈两端的电压和匝数的关系”实验中，可拆变压器如图所示。

（1）观察变压器的铁芯，它的结构和材料是： ；
A．整块硅钢铁芯 B．整块不锈钢铁芯 C．绝缘的铜片叠成 D．绝缘的硅钢片叠成
（2）观察两个线圈的导线，发现粗细不同，导线粗的线圈匝数 ；（填“多”或“少”）
（3）以下给出的器材中，本实验需要用到的是 ；（填字母）
A． 干电池 B． 学生电源
C． 实验室用电压表 D． 多用电表
（4）为了保证安全，低压交流电源的电压不要超过 ；（填字母）
A．2V B．12V C．36V
（5）在实际实验中将电源接在原线圈的“0”和“8”两个接线柱之间，用电表测得副线圈的“0”和“4”两个接线柱之间的电压为3.0V，则原线的输入电压可能为 ；（填字母）
A．1.5V B．6.0V C．7.0V
（6）等效法、理想模型法是重要的物理学方法，合理采用物理学方法会让问题变得简单，这体现了物理学科“化繁为简”之美。产生的脉动转化为电压脉冲的仪器，其输出部分可以等效为（左侧虚线框内的交流电源和定值电阻串联）与一理想变压器的原线圈连接，一可变电阻R与该变压器的副线圈连接，原副线圈的匝数分别为（右侧虚线框内的电路也可以等效为一个电阻）。在交流电源的电压有效值不变的情况下，在调节可变电阻R的过程中，当 时，R获得的功率最大。

D 少 BD/DB B C
【详解】（1）[1]观察变压器的铁芯，它的结构是绝缘的硅钢片叠成，利于导磁与减少涡流的能量损失。
故选D。
（2）[2]观察两个线圈的导线，发现粗细不同，根据
可知匝数少的电流大，则导线越粗，即导线粗的线圈匝数少。
（3） [3]实验中需要交流电源并用多用电表测量交流的电压电流，不需要干电池和直流电压表。
故选BD。
（4） [4]为了人体安全，低压交流电源的电压不要超过12V。
故选B。
（5）[5]依题意，原副线圈匝数比2:1，若为理想变压器，则变压器线圈两端的电压与匝数的关系为
则原线圈的电压为
考虑到不为理想变压器，可能存在漏磁等现象，则原线圈所接的电源电压要大于6V，可能为7V。
故选C。
（6）[6]把变压器和R等效为一个电阻R1，R0当作电源内阻，当内外电阻相等，即
R1=R0
此时输出功率最大，根据
可得
又
解得
即