选修二+第三章 交变电流+讲义+-2023-2024学年物理人教版（2019）

这是一份选修二+第三章 交变电流+讲义+-2023-2024学年物理人教版（2019），共17页。
电感和电容对交变电流的影响
变压器
远程输电
题型体系
题型一：交变电流产生原理（重点图像问题）
1.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时
间t的变化关系如图所示，下面说法正确的是（ ）
①t1时刻通过线圈的磁通量为零
②t2时刻通过线圈的磁通量最大
③t3时刻通过线圈的磁通量最大
④每当e变换方向时，通过线圈的磁通量最大
A．①③B．②④C．②③D．①④
t3
t1
t2
t4
t
e
0
2．矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化规律如图所示，下列说法正确的是 ( )
A．t1时刻通过线圈的磁通量为零
B．t2时刻通过线圈的磁通量绝对值最大
C．t3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大
D．每当e的方向变化时，通过线圈的磁通量绝对值都为最大
3.处在匀强磁场中的矩形线圈abcd，以恒定的角速度绕曲边转动，磁场方向平行于纸面且与ab垂直在t：O时刻，线圈平面与纸面重合(如图甲)，线圈的cd边离开纸面向外运动．若规定由a一b一c—d一a方向的感应电流为正，则图乙中能反映线圈中感应电流I随时间t变化的图线是( )
4．如图(a)所示，一矩形线圈abcd放置在匀强磁场中，并绕过ab、cd中点的轴OO’以角速度。逆时针匀速转动．若以线圈平面与磁场夹角θ=45时(如图(b))为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正．则图(c)四幅图中正确的是 ( )

5．如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时 ( )
A.线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流
B.线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势
C.线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是由a-b-c-d
D.线圈绕P1转动时dc受到的安培力大于绕P2转动时dc受到的安培力
6.如图所示，正方形线圈绕中心轴OO′匀速转动，在OO′的左侧充满匀强磁场，则线圈中产生的感应电动势与时间的关系是哪个图所表示？（从图示时刻计时）（ ）
7．将硬导线中间一段折成不封闭的正方形，边长为l，它的磁感应强度为B、方向如图所示的匀强磁场中匀速转动，转速为n，导线在a、b两处通过电刷与外电路连接，外电路接有额定功率为P的小灯泡并正常发光，电路中除灯泡外，其余部分的电阻不计．灯泡的电阻应为
A.（2πl2nB）2P B. 2（πl2nB）2P
C. （l2nB）22P D. （l2nB）2P
8一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n=100匝．穿过每匝线圈的磁通量=随时间按正弦规律变化，如图所示．发电机内阻r=5.0 Ω，外电路电阻R=95 Ω．已知感应电动势的最大值Em=nωфm成，其中фm为穿过每匝线圈磁通量的最大值．求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数，
9．磁铁在电器中有广泛的应用，如发电机．如图所示，已知一台单相发电机转子导线框共有N匝，线框长为l1、宽为l2，转子的转动角速度为ω，磁极间的磁感应强度为B．试导出发电机的瞬时电动势E的表达式．现在知道有一种强永磁材料钕铁硼，用它制成发电机的磁极时，磁感应强度可增大到原来的k倍．如果保持发电机结构和尺寸、转子转动角速度、需产生的电动势都不变，那么这时转子上的导线框需要多
少匝?
题型二：交表电流描述（重点是四值）
1．如图是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的 ( )
A.周期是0.01S.
B.最大值是311 V
C.有效值是220V
D.表达式为u=220sinl007rt(V)
2．小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图所示．此线圈与一个R=10 Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，下列说法正确的是 ( )
A．交变电流的周期为0．125 S
B．.交变电流的频率为8 Hz
C．交变电流的有效值为2A
D．交变电流的最大值为4A
3．一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示．由图可知 ( )
A.该交流电的电压瞬时值的表达式为u=100sin(25t)V
B.该交流电的频率为25 Hz
C.该交流电的电压有效值为1002V
D.若将该交流电压加在阻值R=100 Ω的电阻两端，则电阻消耗的功率是50W
4．将阻值为5 Ω的电阻接到内阻不计的交流电源上，电源电动势随时间变化的规律如图所示．下列说法正确的是
A.电路中交变电流的频率为0．25 Hz
B.通过电阻的电流为2A
C.电阻消耗的电功率为2.5W
D.用交流电压表测得电阻两端的电压是5 V
5.某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示．如果其他条件不变，仅使线圈的转速加倍，则交流电动势的最大值和周期分别变为( )
A .400 V，0.02 S B. 200 V，0.02 S
C. 400V，0.08 S D．200V，0.08 S
6．图甲、图乙分别表示两种电压的波形，其中图甲所示电压按正弦规律变化．下列说法正确的是 ( )
A．图甲表示交流电，图乙表示直流电
B．两种电压的有效值相等
C．图甲所示电压的瞬时值表达式为u=311sinl00πtV
D．图甲所示电压经匝数比为l0：1的变压器变压后，频率变为原来的110
7.如图所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R．线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度叫匀速转动，线框中感应电流的有效值I= ．线框从中性面开始转过π2的过程中，通过导线横截面的电荷量q= ．
8.正弦交变电源与电阻R、交流电压表按照如图甲所示的方式连接，R=10Ω，交流电压表的示数是10v图乙是交变电源输出电压u随时间t变化的图象．则( )

A．通过R的电流in随时间t变化的规律是iR=2cs100πA
B．通过R的电流ie随时间t变化的规律是iR=2cs50πA
C．R两端的电压uR随时间t变化的规律是uR= 52cs100πV
D．R两端的电压uR一随时间t变化的规律是52cs50πA
题型三：变压器原理(一对一或一对多)
1．一理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2=11：5．原线圈与正弦交变电源连接，输入电压u如图所示规律变化，副线圈仅接入一个lO Ω的电阻．则( )
A.流过电阻的电流是20A
B.与电阻并联的电压表的示数是1002V
C.经过l分钟电阻发出的热量是6×103 J
D.变压器的输入功率是l×103W
2．某变压器原、副线圈匝数比为55︰9，原线圈所接电源电压按图示规律变化，副线圈接有负载。下列判断正确的是
A．输出电压的最大值为36V
B．原、副线圈中电流之比为55︰9
C．变压器输入、输出功率之比为55︰9
D．交流电源有效值为220V，频率为50Hz
7．如图，霓虹灯的供电电路，电路中的变压器可视为理想变压器，已知变压器原线圈与副线圈匝数比n1n2=120，加在原线圈的电压为u1=311sin100πt（V），霓虹灯正常工作的电阻R=440kΩ，I1、I2表示原、副线圈中的电流，下列判断正确的是
A．副线圈两端电压6220V，副线圈中的电流14.1mA B．副线圈两端电压4400V，副线圈中的电流10.0mA
C．I1I2
8．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为20∶1,原线圈接正弦交流电源，副线圈接入“220 V,60 W”灯泡一只，且灯光正常发光。则
A.电流表的示数为32200A B.电源输出功率为1 200W
C.电流表的示数为3200A D.原线圈端电压为11 V
9. 一台理想降压变压器从10kV的线路中降压并提供200A的负载电流。已知两个线圈的匝数比为40:1，则变压器的原线圈电流、输出电压及输出功率是
A. 5A，250V，50kWB. 5A、10kV，50kW
C. 200A，250V，50kWD. 200A，10kV，2×103kW
10.如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为l0：1，Rl=20 Ω，R2=Ω，C为电容器，已知通过R1的正弦交流电如图乙所示，则 ( )
A.交流电的频率为0．02 HzB.原线圈输入电压的最大值为2002V
C.电阻R2的电功率约为6．67 WD.通过R3电流始终为零
11.如图所示，理想变压器的原线圈匝数n=100，原线圈中的电流I=10A，负载电阻R1=R2=10Ω，副线圈匝数n1=20，n2=40，则变压器的输入电压是 V。
12．如图，在绕制变压器时，某人误将两个线圈绕在图示变压器铁芯的左右两个臂上，当通交变电流时，每个线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈，另一半通过中间的臂，已知线圈1、2的匝数之比为N1∶N2=2∶1，在不接负载的情况下 （）
1
2
A．当线圈1输入电压22V0时，线圈2的输出电压110V
B．当线圈1输入电压220V时，线圈2的输出电压55V
C．当线圈2输入电压110V时，线圈1的输出电压220V
D．当线圈2输入电压110V时，线圈1的输出电压110V
题型四：变压器动态变化
1．一理想变压器的原线圈上接有正弦交变电压，其最大值保持不变，副线圈接有可调电阻R．设原线圈的电流为I1，输入功率为P1，副线圈的电流为I2，输出功率为P2．当R增大时 ( )
A.11减小，P1增大
B.Il减小，Pl减小
C.I2增大，P2减小
D.I2增大，P2增大
2．一理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P为滑动变阻器的触头,则：
A．副线圈输出电压的频率为50Hz
B．副线圈输出电压的有效值为31V
C．P为右移动时，原、副线圈的电流比减小
D．P向右移动时，变压器的输出功率增加
3.如图所示，自耦变压器输入端A、B接交流稳压电源，其电压有效值UAB＝100V，R0＝40，当滑动片处于线圈中点位置时，C、D两端电压的有效值UCD为___________V，通过电阻R0的电流有效值为_____________A。
4.如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为1：5，原线圈两端的交变电压为u=202Sin100πt．氖泡在两端电压达到l00 V时开始发光．下列说法
中正确的有 ( )
A.开关接通后，氖泡的发光频率为l00 Hz
B.开关接通后，电压表的示数为l00 V
C.开关断开后，电压表的示数变大
D.开关断开后，变压器的输出功率不变

5.为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1，A2，导线电阻不计，如图所示。当开关S闭合后
A. A1示数变大，A1与A2示数的比值不变
B. A1示数变大，A1与A2示数的比值变大
C. V2示数变小，V1与V2示数的比值变大
D. V2示数不变，V1与V2示数的比值不变
6．图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连：P为滑动头。现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯L两端的电压等于其额定电压为止。用I1表示流过原线圈的电流，I2表示流过灯泡的电流，U2表示灯泡两端的电压，N2表示灯泡消耗的电功率（这里的电流、电压均指有效值：电功率指平均值）。下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是


7.如右图，一理想变压器原副线圈匝数之比为4：1，原线圈两端接入一正弦交流电源，副线圈电路中R为负载电阻，交流电压表和交流电流表都是理想电表，下列结论正确的是（ ）
A．若电压表读数为6V，则输入电压的最大值为242V
B．若输入电压不变，副线圈匝数增加到原来的2倍，则电流表的读数减小到原来的一半
C．若输入电压不变，负载电阻的阻值增加到原来的2倍，则输入功率也增加到原来的2倍
D．若保持负载电阻阻值不变，输入电压增加到原来的2倍，则输出功率增加到原来的4倍
题型五：远程输电
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
2.一台发电机最大输出功率为4000 kW，电压为4000 V，经变压器Tl升压后向远方输电．输电线路总电阻R=1 kΩ．到目的地经变压器T2降压，负载为多个正常发光的灯泡(220 V 60 w)．若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10％，变压器T1和T2的损耗可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则( )
A .Tl原、副线圈电流分别为l03 A和20A
B.T原、副线圈电压分别为1．8×105 V和220 V
C.T1和T2的变压比分别为1：50和40：1
D.有6×104盏灯泡(220 V 60 W)正常发光
3．某发电站的输出功率为l04 kW，输出电压为4 kV，通过理想变压器升压后向80 km远处供电．已知输电导线的电阻率为p=2．4×10-8Ω·m，导线横截面积为1．5×10-4m2，输电线路损失的功率为输出功率的4％，求：
（1）升压变压器的输出电压；
（2）输电线路上的电压损失．
4．某发电厂用2．2 kV的电压将电能输送到远处的用户，后改用22 kV的电压，在既有输电线路上输送同样的电功率．前后两种输电方式消耗在输电线上的电功率之比为 ．要将2．2 kV的电压升高至22 kV，若变压器原线圈的匝数为180匝，则副线圈的匝数应该是 匝．
5.某小型水电站的电能输送示意图如下。发电机的输出电压为200V，输电线总电阻为r，升压变压器原副线圈匝数分别为n1，n2。降压变压器原副线匝数分别为a3、n4（变压器均为理想变压器）。要使额定电压为220V的用电器正常工作，则（ ）
A．B．
C．升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D．升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
6.某水电站，用总电阻为2.5的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3×106kW。现用500kV电压输电，则下列说法正确的是（ ）
A. 输电线上输送的电流大小为2.0×105A
B. 输电线上由电阻造成的损失电压为15kV
C. 若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9×108kW
D. 输电线上损失的功率为△P＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻
7.中国已投产运行的1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原来用500kV的起高压输电，输电线上损耗的电功率为P。保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用100kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为
A. B. C. D.