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2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí)備考 第十四單元 交變電流 新人教版 選擇題部分共13小題。在每小題給出的四個選項中,1~7小題只有一個選項正確,8~13小題有多個選項正確;全部選對的得4分,選不全的得2分,有選錯或不答的得0分。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動,下列說法正確的是 A.在中性面時,通過線圈的磁通量最小 B.在中性面時,磁通量的變化率最大,感應(yīng)電動勢最大 C.線圈通過中性面時,電流的方向發(fā)生改變 D.穿過線圈的磁通量為零時,感應(yīng)電動勢也為零 解析:在中性面時,通過線圈平面的磁通量為最大,但此時的磁通量的變化率為零,感應(yīng)電動勢為零,選項A、B錯誤;線圈通過中性面時,電流的方向發(fā)生改變,選項C正確;通過線圈的磁通量為零時,線圈平面與磁感線平行,此時感應(yīng)電動勢最大,選項D錯誤。 答案:C 2.如圖所示,理想變壓器的原線圈接入電壓為7200 V的交變電壓,r為輸電線的等效電阻,且r=5 Ω,電器RL的規(guī)格為“220 V　880 W”,已知該電器正常工作,由此可知 A.原、副線圈的匝數(shù)比為30∶1 B.原線圈中的電流為 A C.副線圈中的電流為2 A D.變壓器的輸入功率為880 W 解析:由電器RL正常工作,可得通過副線圈的電流I==A=4 A,故選項C錯誤;副線圈導(dǎo)線上的電壓損失Ur=45 V=20 V,副線圈兩端的電壓U2=220 V+20 V=240 V,因此原、副線圈的匝數(shù)比===,選項A正確;又P1=P2=U2I2=2404 W=960 W,故選項D錯誤;原線圈中的電流I1=== A, 選項B錯誤。 答案:A 3.一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2=11∶5。原線圈與正弦交變電源連接,交變電源的電壓U隨時間t的變化規(guī)律如圖所示,副線圈僅接入一個10 Ω的電阻,則 A.交變電壓的頻率為100 Hz B.電阻中的電流為10 A C.經(jīng)過1分鐘,電阻發(fā)出的熱量為6103 J D.理想變壓器的輸入功率為1103 W 解析:交變電壓的頻率f==Hz=50Hz,選項A錯誤;電壓的有效值U1==220 V,又=,得U2=U1=100 V,故電阻中的電流I2==10 A,選項B錯誤;1分鐘內(nèi),電阻發(fā)出的熱量Q=I2Rt=6.0104 J,選項C錯誤;理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,故P入=U2I2=1103 W,故選項D正確。 答案:D 4.一個長為a、寬為b的單匝矩形線框,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動,從線圈平面與磁場垂直的位置開始計時,轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)/秒,則 A.線框產(chǎn)生的交變電動勢的最大值為nπBab B.線框產(chǎn)生的交變電動勢的有效值為2nπBab C.從開始轉(zhuǎn)動經(jīng)過周期,線框中的平均感應(yīng)電動勢為2nBab D.感應(yīng)電動勢的瞬時值e=2nπBabsin 2nπt 解析:線框產(chǎn)生交變電動勢的最大值Em=BSω=2nπBab,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值為e=2nπBabsin 2nπt,選項A錯誤、D正確;該線框產(chǎn)生交變電動勢的有效值E==nπBab,選項B錯誤;線框中的平均感應(yīng)電動勢E==4nBab,選項C錯誤。 答案:D 5.某工廠為了防止意外停電,配備了一臺柴油發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)正常工作時能夠產(chǎn)生與我國照明電網(wǎng)相同的交變電流?，F(xiàn)在該發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了故障,轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)速只能達(dá)到正常工作時的一半,則它產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖象可能是 解析:線圈轉(zhuǎn)速為正常時的一半,據(jù)ω=2πn=知,周期變?yōu)檎r的2倍,又據(jù)Em=NBSω知,最大值變?yōu)檎r的一半,我國電網(wǎng)交流電的周期為0.02 s,最大電壓為220 V,則此發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電的周期為0.04 s,最大電壓為110 V,選項B正確。 答案:B 6.某水電站的輸出功率恒為3106 kW,現(xiàn)用總電阻為2.5 Ω的輸電線對500 km外的用戶供電,已知輸電電壓為500 kV,則下列說法正確的是 A.輸電線上輸送的電流大小為2105 A B.輸電線上由電阻造成的損失電壓為15 kV C.若改用5 kV電壓輸電,則輸電線上損失的功率為9108 kW D.輸電線上損失的功率P=,U為輸電電壓,r為輸電線的電阻 解析:由P=UI可得輸電電流為6103 A,選項A錯誤;由ΔU=Ir可得,輸電線上由電阻造成的損失電壓為1.5104 V,選項B正確;輸電線上損失的功率不可能比輸出的總功率還高,選項C錯誤;輸電線上損失的功率P=,選項D錯誤。 答案:B 7.如圖所示,L1和L2是輸電線,甲是電壓互感器,乙是電流互感器。已知圖甲中原、副線圈的匝數(shù)比為500∶1,圖乙中原、副線圈的匝數(shù)比為1∶50,電壓表的示數(shù)為220 V,電流表的示數(shù)為10 A,則輸電線的輸送功率為 A.5.5103 W B.5.5107 W C.2.2104 W D.2.2103 W 解析:由=可得輸送電壓U1=U2=1.1105 V;由=可得輸送電流I1=I2=500 A;所以輸電線的輸送功率P=U1I1=5.5107 W,選項B正確。 答案:B 8.如圖所示,一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的中心軸以較小的角速度ω轉(zhuǎn)動,并通過兩滑環(huán)與電刷和演示用的電流表相連,演示用的電流表的0刻度在表盤中央,則可以看到 A.線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中,電流表的指針左右擺動 B.線圈轉(zhuǎn)動的周期越大,電流表指針偏轉(zhuǎn)的最大角度越小 C.線圈轉(zhuǎn)動的角速度越大,電流表指針偏轉(zhuǎn)的最大角度越小 D.線圈轉(zhuǎn)動時,電流表的指針只向一個方向偏轉(zhuǎn),不會左右擺動 解析:線圈在勻強(qiáng)磁場中以較小的角速度轉(zhuǎn)動,可以認(rèn)為電流表的示數(shù)反映了感應(yīng)電流的大小、方向的變化;線圈轉(zhuǎn)動一周,電流的方向變化兩次,故電流表的指針將左右擺動,選項A正確、D錯誤;線圈轉(zhuǎn)動的周期越大,即轉(zhuǎn)動越慢,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流越小,選項B正確;線圈轉(zhuǎn)動的角速度越大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流越大,選項C錯誤。 答案:AB 9.中國已投產(chǎn)運(yùn)行的1000 kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程,圖示是高壓輸電的示意圖。關(guān)于高壓輸電,下列表述正確的是 A.輸送電壓越高,輸電線上的電流越大 B.高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗 C.在輸送電壓一定時,輸送的電功率越大,輸電過程中的電能損失越小 D.高壓輸電必須綜合考慮各種因素,不一定是電壓越高越好 解析:依據(jù)輸電原理,電路中的功率損耗ΔP=I2R線,而R線=ρ,由P=UI來看在輸送功率一定的情況下,輸送電壓U越大,則輸電電流越小,功率損耗越小,選項A、 C錯誤,選項B正確;輸電電壓并不是電壓越高越好,因為電壓越高,對于安全和技術(shù)的要求越高,也會增加架線成本,因此并不是輸電電壓越高越好,選項D正確。 答案:BD 10.自耦變壓器的鐵芯上只繞有一個線圈,原、副線圈都只取該線圈的某部分。一升壓式理想自耦調(diào)壓變壓器的電路如圖所示,其原線圈匝數(shù)可調(diào),P為自耦變壓器的滑片,Q為滑動變阻器的滑動觸頭,原線圈接在電壓有效值恒定的交流電源上,下列說法正確的是 A.Q不動,P向下移動,則電流表的示數(shù)減小,電壓表的示數(shù)增大 B.Q不動,P向上移動,則電流表的示數(shù)減小,電壓表的示數(shù)減小 C.P不動,Q向上移動,則電流表的示數(shù)增大,電壓表的示數(shù)不變 D.P不動,Q向下移動,則電流表的示數(shù)增大,電壓表的示數(shù)不變 解析:當(dāng)Q不變,P下移時,n1減小,U2增大,電壓表的示數(shù)增大,滑動變阻器上消耗的功率變大,則變壓器的輸入功率增大,原線圈的電流I1也增大,電流表的示數(shù)增大,選項A錯誤;同理可分析得,選項B正確;當(dāng)P不動時,n1不變,由=知U2不變,電壓表的示數(shù)不變,Q上移,R減小,原、副線圈的電流都增大,故選項C正確,同理可分析得,選項D錯誤。 答案:BC 11.圖示為某小型水電站的電能輸送示意圖,發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電,已知輸電線的總電阻R=10 Ω,降壓變壓器T2的原、副線圈的匝數(shù)比為5∶1,副線圈與用電器R0組成閉合電路。若T1、T2均為理想變壓器,T2的副線圈兩端的電壓u=220sin 100πt(V),當(dāng)用電器電阻R0=5.5 Ω時,則 A.升壓變壓器的輸出電壓為1180 V B.升壓變壓器的輸入功率為4 650 W C.通過輸電線的電流的有效值為8 A D.當(dāng)用電器的電阻R0減小時,發(fā)電機(jī)的輸出功率減小 解析:由所給的電壓的表達(dá)式知,副線圈兩端電壓的有效值為220 V,電流I4==40 A,輸電線電流I3=I4=8 A,選項C正確;升壓變壓器的輸出電壓U2=U線+U3=I3R+U4=1180 V,選項A正確;升壓變壓器的輸入功率P=P線+=R+=9440 W,選項B錯誤;當(dāng)用電器的電阻R0減小時,其消耗的功率變大,發(fā)電機(jī)的輸出功率變大,選項D錯誤。 答案:AC 12.圖甲所示是交流發(fā)電機(jī)的模型示意圖。兩磁極間的磁場可以視作磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場,有一矩形線圈可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示。發(fā)電機(jī)線圈的內(nèi)阻為1 Ω,外接燈泡的電阻為9 Ω,則 A.電壓表的示數(shù)為6 V B.在t=0.005 s時,穿過線圈的磁通量為最大 C.若線圈的轉(zhuǎn)速改為25 r/s,則電動勢的有效值為3 V D.若線圈的轉(zhuǎn)速改為25 r/s,則通過電燈的電流為0.3 A 解析:電壓表的示數(shù)是有效值,U=R=9 V=5.4 V,選項A錯誤;t=0.005 s時,感應(yīng)電動勢最大,穿過線圈的磁通量為零,選項B錯誤;原來線圈的轉(zhuǎn)速n===50 r/s,當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速改為25 r/s時,感應(yīng)電動勢的最大值Um= V=3 V,有效值為3 V,選項C正確;若線圈的轉(zhuǎn)速改為25 r/s,通過燈泡的電流為0.3 A,選項D正確。 答案:CD 13.一臺理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為4∶1,原線圈接入電壓為220 V的正弦交流電,一只理想二極管和一個滑動變阻器R串聯(lián)接在副線圈上,如圖所示。電壓表和電流表均為理想交流電表,則下列說法正確的是 A.原、副線圈中的電流之比為1∶4 B.電壓表的示數(shù)為55 V C.若滑動變阻器接入電路的阻值為30 Ω,則1 min內(nèi)產(chǎn)生的熱量為3025 J D.若將滑動變阻器的滑片向下滑動,則電流表的示數(shù)變小 解析:原、副線圈的電壓與匝數(shù)成正比,故副線圈兩端的電壓U2=55 V,由P入=P出,即U1I1=U2I2,得=,選項A正確;由有效值的定義得=T,得R兩端電壓的有效值U有效= V,選項B錯誤;由Q=60=3025 J,選項C正確;將滑動變阻器的滑片向下滑動,接入電路中的阻值變大 ,但對原、副線圈兩端的電壓無影響,即電壓表的示數(shù)不變,副線圈中的電流變小,則電流表的示數(shù)變小,選項D正確。 答案:ACD 第Ⅱ卷　(非選擇題　共48分) 非選擇題部分共4小題,把答案填在題中的橫線上或按題目要求作答。解答題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟,只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計算的題,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。 14.(10分)如圖所示,在勻強(qiáng)磁場中有一個矩形線圈abcd,ab邊與磁場垂直,MN邊始終與金屬滑環(huán)K相連,PQ邊始終與金屬滑環(huán)L相連。金屬滑環(huán)L、電流表、定值電阻R、金屬滑環(huán)K通過導(dǎo)線串聯(lián)。使矩形線圈繞bc、ad中點(diǎn)的軸以角速度ω=10π rad/s勻速轉(zhuǎn)動,線圈共20匝,線圈的總電阻r=5 Ω,ab=0.2 m,bc=0.5 m,定值電阻R=45 Ω,磁感應(yīng)強(qiáng)度B= T。 (1)寫出從圖示位置開始計時,線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式。 (2)電阻R在0.05 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量。 (3)設(shè)線圈從圖示位置開始轉(zhuǎn)動,求0.05 s內(nèi)流經(jīng)電阻R上的電荷量。 解:(1)圖示位置,線圈甲的磁通量為零,產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大 感應(yīng)電動勢的最大值Em=nBSω=160 V　(1分) 故瞬時值的表達(dá)式e=Emcos ωt=160cos (10πt) V?！?2分) (2)電流的有效值I=== A　(1分) 所以0.05 s內(nèi)R上產(chǎn)生的熱量 Q=I2Rt=11.52 J?！?2分) (3)由題意可知,周期T==0.2 s,所以t=0.05 s=,線圈剛好轉(zhuǎn)過90 平均感應(yīng)電動勢=n　(1分) 平均感應(yīng)電流=　(1分) 所以通過電阻R的電荷量q=Δt=Δt==0.1 C?！?2分) 15.(12分)圖甲為交流發(fā)電機(jī)的原理圖,其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動,線圈的匝數(shù)n=100、電阻r=10 Ω,定值電阻R=90 Ω與線圈連接成回路。 在t=0時刻,線圈平面與磁場方向平行,穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時間t的關(guān)系如圖乙所示。 求: (1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢的最大值。 (2)線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式。 (3)電路中交流電壓表的示數(shù)。 解:(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢的最大值Em=nBSω　(2分) 而Φm=BS、ω=,由Φ-t圖線可知Φm=2.010-2 Wb,T=6.2810 -2 s　(2分) 所以,Em==200 V?！?2分) (2)線框中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式e=Emcosωt=200cos 100t (V)?！?2分) (3)電動勢的有效值 E=Em=100 V　(1分) 由閉合電路的歐姆定律,電路中電流的有效值I== A　(1分) 交流電壓表的示數(shù)為U=I R=90 V=127 V?！?2分) 16.(12分)圖甲是一理想變壓器的電路連接圖,圖乙是原線圈兩端所加電壓隨時間變化的關(guān)系圖象,已知原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1,兩個相同的燈泡L1和L2的電絲的電阻值均為R=40 Ω,圖中電壓表和電流表均為理想電表。試求: (1)開關(guān)S閉合時,變壓器的輸入功率和電流表的示數(shù)。 (2)閉合S開關(guān),待電路穩(wěn)定后,再將開關(guān)S斷開,定性分析電路中三只電表的示數(shù)變化情況。 解:(1)由圖乙可知輸入電壓的有效值U1=200 V　(1分) 由=得U2==20 V　(2分) 開關(guān)S閉合時,兩燈泡的并聯(lián)電阻R并==20 Ω　(1分) 電流表的示數(shù)I2==1 A　(2分) 變壓器的輸入功率P1等于輸出功率P2 故P1=P2=U2I2=201 W=20 W?！?3分) (2)將開關(guān)S斷開后,U2不變,即電壓表的示數(shù)保持不變　(1分) 由于負(fù)載減少,負(fù)載總電阻增大,電流表的示數(shù)減小;　(1分) 副線圈的輸出功率減小,原線圈的輸入功率隨之減小,電流表的示數(shù)減小。(1分) 17.(14分)在遠(yuǎn)距離輸電時,要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個小型發(fā)電站,發(fā)電機(jī)的輸出電壓為400 V,輸送的電功率P=30 kW,輸電線的總電阻為4 Ω。 (1)若發(fā)電機(jī)直接對用戶輸電,則輸電線上損耗的功率為多少? (2)若要求輸電線上的損耗剛好占總功率的3%,則所用升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比應(yīng)為多大? (3)在輸電線上的損耗恰好等于總功率的3%的情況下,要求用戶得到220 V的電壓,則所用降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比應(yīng)為多大? 解:(1)輸電線上的電流I== A=75 A　(2分) 輸電線上損耗的功率P損=I2R=22.5 kW。　(2分) (2)輸電線上損耗的功率P損=P3%=900 W　(1分) 變壓器副線圈的電流等于輸電線上的電流,I2== A=15 A　(2分) 副線圈兩端的電壓應(yīng)為U2==xx V　(2分) 則升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為==?！?2分) (3)降壓變壓器原線圈的電壓U3=U2-I2R=1940 V　(1分) 則降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為===。　(2分)