备战2025年高考二轮复习物理（广东版）专题分层突破练10 恒定电流和交变电流（Word版附解析）

这是一份备战2025年高考二轮复习物理（广东版）专题分层突破练10 恒定电流和交变电流（Word版附解析），共7页。试卷主要包含了用一台理想变压器对电动汽车充电，2 A等内容，欢迎下载使用。
基础巩固
1.(2023广东卷)用一台理想变压器对电动汽车充电。该变压器原、副线圈的匝数比为1∶2,输出功率为8.8 kW,原线圈的输入电压u=2202sin (100πt) V。关于副线圈输出电流的有效值和频率正确的是( )
A.20 A,50 Hz
B.202 A,50 Hz
C.20 A,100 Hz
D.202 A,100 Hz
答案 A
解析 由正弦式交变电流中有效值和峰值的关系可知,原线圈电压的有效值为U1=um2=22022 V=220 V,根据变压器的工作原理可得U1U2=n1n2=12,代入数据解得U2=440 V,因为理想变压器原、副线圈的功率相等,则I2=P1U2=8 800440 A=20 A,变压器无法改变电流的频率,则f=ω2π=100π2π Hz=50 Hz,故A正确,B、C、D错误。
2.(多选)(2024新课标卷)电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转,在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间,磁场方向恰与线圈平面垂直,如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场,则磁极再转过90°时,线圈中( )
A.电流最小
B.电流最大
C.电流方向由P指向Q
D.电流方向由Q指向P
答案 BD
解析 本题考查交变电流的产生过程。开始时线圈处于中性面,这时电流最小,再转过90°,电流最大,选项A错误,B正确。应用右手定则可得,磁极再转过90°时,线圈中的电流方向由Q指向P,选项D正确,C错误。
3.(2021广东卷)某同学设计了一个充电装置,如图所示。假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电,周期为0.2 s,电压最大值为0.05 V。理想变压器原线圈接螺线管,副线圈接充电电路,原、副线圈匝数比为1∶60。下列说法正确的是( )
A.交流电的频率为10 Hz
B.副线圈两端电压最大值为3 V
C.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
答案 B
解析 交变电流的频率为f=1T=5 Hz,选项A错误;根据U1U2=n1n2可得,副线圈两端电压最大值为3 V,选项B正确;Em=NBSω,变压器输入电压,与永磁铁的磁场强弱有关,选项C错误;充电电路的输入功率等于变压器的输出功率,而理想变压器的输出功率等于输入功率,故选项D错误。
4.(2024广东卷)将阻值为50 Ω的电阻接在正弦式交流电源上,电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是( )
A.该交变电流的频率为100 Hz
B.通过电阻电流的峰值为0.2 A
C.电阻在1 s内消耗的电能为1 J
D.电阻两端电压表达式为u=102sin(100πt) V
答案 D
解析 本题考查交变电流的表达式和“四值”问题。交变电流的频率f=1T=50 Hz,选项A错误;交变电流的峰值为Im=UmR=0.22 A,选项B错误;电阻在1 s内消耗的电能Q=U2Rt=10250×1 J=2 J,选项C错误;根据u-t图像得,ω=2πT=100π rad/s,电阻两端电压表达式为u=102sin(100πt) V,选项D正确。
5.(2022河北卷)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、输电简易模型如图所示,已知风轮机叶片转速为每秒z转,通过转速比为1∶n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2πNBSz
B.发电机输出交变电流的频率为2πnz
C.变压器原、副线圈的匝数比为2πNBSnz∶U
D.发电机产生的瞬时电动势e=
2πNBSnzsin 2πnzt
答案 C
解析 发电机线圈的转速为nz,输出交变电流的频率为f=ω2π=nz,B错误;线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生正弦式交变电流,最大值为Em=NBS·2π·nz,输出电压的有效值为E=Em2=2πNBSnz,A错误;变压器原、副线圈的匝数比为n1n2=EU=2πNBSnzU,C正确;发电机产生的瞬时电动势为e=Emsin ωt=2πNBSnzsin 2πnzt,D错误。
6.(2024广东梅州一模)某电学研究小组根据电工技术中“钳形电流测量仪”的工作原理,自制了一个50 Hz的钳形电流表,如图所示,铁芯左侧绕有匝数为n=100的线圈,并与电流表A组成闭合电路。某次进行测量时,钳口打开,把被测的通电导线放在钳口中间,通过电流表A,可以间接测出通电导线中的电流。不考虑铁芯的漏磁及各种能量损耗,下列说法正确的是( )
A.该测量仪属于升压变压器
B.该测量仪是利用自感现象工作的
C.若导线中通过的是电流为10 A的直流电,电流表中通过的电流是10 mA
D.电流表的示数随铁芯左侧线圈匝数的增加而变大
答案 A
解析 根据题意可知,原线圈匝数为1,副线圈匝数为100,则该测量仪属于升压变压器,故A正确;该测量仪是利用互感现象工作的,故B错误;若导线中通过的是电流为10 A的直流电,变压器不工作,电流表无示数,故C错误;铁芯左侧线圈匝数增加,即n2增大,n1和I1不变,根据公式n1n2=I2I1可知,I2减小,故电流表示数减小,故D错误。
7.(2024广东广州一模)无线充电技术已经在新能源汽车领域得到应用。如图甲所示,与蓄电池相连的受电线圈置于地面供电线圈正上方,供电线圈输入如图乙所示的正弦式交变电流,下列说法正确的是( )
A.供电线圈中电流的有效值为202 A
B.受电线圈中的电流方向每秒钟改变50次
C.t=0.01 s时受电线圈的感应电流最小
D.t=0.01 s时两线圈之间的相互作用力最大
答案 C
解析 根据图乙可知供电线圈中电流的最大值为Im=202 A,得有效值为I=Im2=20 A,故A错误;根据图乙可知供电线圈中电流的周期为T=0.02 s,则频率为f=1T=50 Hz,由于交变电流一个周期内电流方向改变2次,且受电线圈中电流的周期和频率与供电线圈中电流的周期和频率相同,可知受电线圈中的电流方向每秒钟改变N=2×50次=100次,故B错误;由图乙可知,t=0.01 s时供电线圈电流达到最大值,其变化率最小,为零,由楞次定律可知受电线圈中的感应电流最小,为零,两线圈之间的相互作用力最小,为零,故C正确,D错误。
综合提升
8.(2024广东惠州一模)某电动汽车在充电过程中,可视为理想变压器的原线圈输入电压为220 V,输入功率为6.6 kW,副线圈中的电流为15 A,副线圈通过相关设备连接汽车电池,电池容量为33 kW·h。忽略充电过程中的能量损耗,则变压器原副线圈的匝数比和电池完全充满所需要的时间分别是( )
A.1∶2,2.2 h
B.2∶1,5 h
C.2∶1,2.2 h
D.1∶2,5 h
答案 D
解析 变压器原线圈中的电流为I1=PU1=6 600220 A=30 A,则变压器原副线圈的匝数比n1n2=I2I1=1530=12;电池完全充满所需要的时间t=EP=336.6 h=5 h,故选D。
9.(多选)(2024广东佛山阶段练习)如图所示的电路中,理想变压器三个线圈的匝数比为n1∶n2∶n3=44∶3∶1,原线圈n1接220 V交流电源。有两只电阻R1=45 Ω,R2=5 Ω。某同学进行如下连接并作出分析,正确的是( )
A.当R1接到a、b两端时获得的电压为15 V
B.当R2接到c、d两端时流过的电流为1 A
C.串联R1、R2接到a、d两端,再用一导线连接b、c两端时它们获得的电压为20 V
D.串联R1、R2接到a、c两端,再用一导线连接b、d两端时它们获得的电压为20 V
答案 ABC
解析 当R1接到a、b两端时获得的电压为U2=n2n1U1=15 V,故A正确;当R2接到c、d两端时获得的电压为U3=n3n1U1=5 V,流过的电流为I3=U3R2=1 A,故B正确;用一导线连接b、c两端,串联R1、R2接到a、d两端,它们获得的电压为U4=n2+n3n1U1=20 V,故C正确;用一导线连接b、d两端,串联R1、R2接到a、c两端,它们获得的电压为U5=n2-n3n1U1=10 V,故D错误。
10.(2024广东广州二模)如图为某发电厂输电示意图,发电厂的输出电压为U,输电线的等效电阻为r,输电线路中的电流为I,理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2,则该变压器( )
A.输入电压为U
B.输入电压为Ir
C.输出电压为n2(U-Ir)n1
D.输出电压为n2(U+Ir)n1
答案 C
解析 该变压器的输入电压为U1=U-Ir,根据理想变压器U2U1=n2n1,可得该变压器的输出电压为U2=n2n1U1=n2(U-Ir)n1,故选C。
11.(多选)(2023天津卷)“西电东送”是我国重要的战略工程,从西部发电厂到用电量大的东部区域需要远距离输电。如图为远距离输电的示意图,升压变压器T1和降压变压器T2均视为理想变压器,T1的原线圈接有电压有效值恒定的交变电源,R为输电导线的电阻,T2的副线圈并联多个用电器,下列说法正确的是( )
A.T1输出电压等于T2输入电压
B.T1输出功率大于T2输入功率
C.用电器增多后,R消耗的功率减小
D.用电器增多后,T2的输出电压降低
答案 BD
解析 由于远距离输电过程中,输电线路中电阻R会分压且产生热量,产生功率损失,故T1输出功率大于T2输入功率,T1输出电压大于T2输入电压,故A错误,B正确。设升压变压器T1原、副线圈匝数比为n1∶n2,输入、输出电压分别为U1、U2,根据理想变压器电压与原、副线圈匝数关系可得U1U2=n1n2,由于输入电压U1不变,原、副线圈匝数比n1n2不变,则升压变压器T1输出电压U2恒定;设降压变压器T2的原、副线圈匝数比为n3∶n4,输入、输出电压分别为U3、U4,通过T2原、副线圈的电流分别为I3、I4,T2的副线圈并联多个用电器等效电阻为R用,则有U3U4=n3n4,I3I4=n4n3,R用=U4I4,得U2=I3R+U3=I3R+n3n42I3R用,令R等=n3n42R用,则U2=I3(R+R等),随着用户接入的用电器增多,副线圈接入用电器的总电阻R用减小,则R等减小,输入线路中电流I3增大,电阻R消耗的功率P损=I32R,T2的输出电压U4=n4n3(U2-I3R),用电器增多后,I3增大,电阻R消耗的功率增大,T2的输出电压U4降低,故C错误,D正确。