2020年高考物理 高考試題+模擬新題分類匯編專題13 交變電流（通用）

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1、M單元　交變電流 　　　　　　　　 M1 交變電流的產(chǎn)生及描述 19．M1[2020·廣東卷] 某小型發(fā)電機產(chǎn)生的交變電動勢為e＝50sin100πt(V)，對此電動勢，下列表述正確的有(　　) A．最大值是50 V B．頻率是100 Hz C．有效值是25 V D．周期是0.02 s 19．CD　[解析] 由電動勢的表達式可知，最大值為50 V，而有效值為：E＝ V＝25 V，A錯、C對；ω＝2πf＝100π，故f＝50 Hz，周期T＝＝0.02 s，B錯、D對． 15.M1 [2020·北京卷] 一個小型電熱器若接到輸出電壓為10 V的直流電源上，消耗電功率為

2、P；若把它接在某個正弦交流電源上，其消耗的電功率為.如果電熱器電阻不變，則此交流電源輸出電壓的最大值為(　　) A．5 V　　　　　　　　　　 B．5 V C．10 V D．10 V 15．C　[解析] 由電流熱效應(yīng)可知，直流電在T時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q直＝T＝PT，該交流電在T時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q交＝T＝PT，兩式聯(lián)立可得，Umax＝10 V．本題答案為C項． 23．M1[2020·安徽卷] 圖15是交流發(fā)電機模型示意圖．在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO′轉(zhuǎn)動，由線圈引出的導線ae和df分別與兩個跟線圈一起繞OO′轉(zhuǎn)動的金屬圓環(huán)

3、相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個固定的電刷保持滑動接觸，這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路．圖16是主視圖，導線ab和cd分別用它們的橫截面來表示．已知ab長度為L1，be長度為L2，線圈以恒定角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動．(只考慮單匝線圈) 圖15 圖16　　　　　　圖17 (1)線圈平面處于中性面位置時開始計時，試推導t時刻整個線圈中的感應(yīng)電動勢e1的表達式； (2)線圈平面處于與中性面成φ0夾角位置時開始計時，如圖17所示，試寫出t時刻整個線圈中的感應(yīng)電動勢e2的表達式： (3)若線圈電阻為r，求線圈每轉(zhuǎn)動一周電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱．(其他電阻均不計) 23．[

4、解析] (1)如圖18所示，矩形線圈abcd轉(zhuǎn)動過程中，只有ab和cd切割磁感線，設(shè)ab和cd的轉(zhuǎn)動速度為v，則 v＝ω· 在t時刻，導線ab和cd因切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢均為 E1＝BL1v⊥ 由圖18可知v⊥＝vsinωt 則整個線圈的感應(yīng)電動勢為 e1＝2E1＝BL1L2ωsinωt 圖18 (2)當線圈由圖17位置開始運動時，在t時刻整個線圈的感應(yīng)電動勢為 e2＝BL1L2ωsin(ωt＋φ0) (3)由閉合電路歐姆定律可知 I＝ 這里E為線圈產(chǎn)生的電動勢的有效值 E＝＝ 則線圈轉(zhuǎn)動一周在R上產(chǎn)生的焦耳熱為 QR＝I2RT 其中T＝ 于是QR

5、＝πRω2 M2 變壓器 遠距離輸電 15．M2 [2020·重慶卷] 如圖所示，理想變壓器的原線圈接u＝11000sin100πt(V)的交變電壓，副線圈通過電阻r＝6 Ω的導線對“220 V/880 W”的電器RL供電，該電器正常工作．由此可知(　　) A．原、副線圈的匝數(shù)比為50∶1 B．交變電壓的頻率為100 Hz C．副線圈中電流的有效值為4 A D．變壓器的輸入功率為880 W 15．C　[解析] 輸入電壓的有效值為11000 V，用電器的額定電壓為220 V，所以變壓器的輸出電壓大于220 V，原副線圈的匝數(shù)比小于，A錯誤；由輸入電壓的表達式知，f＝ Hz

6、＝50 Hz，B錯誤；副線圈中的電流與用電器中的電流相同，I＝＝4 A，C正確；變壓器的輸出功率為用電器的功率和導線電阻損耗的功率之和，大于880 W，所以變壓器的輸入功率大于880 W，D錯誤． 4．M2 [2020·天津卷] 通過一理想變壓器，經(jīng)同一線路輸送相同的電功率P，原線圈的電壓 U保持不變，輸電線路的總電阻為R.當副線圈與原線圈的匝數(shù)比為k時，線路損耗的電功率為P1，若將副線圈與原線圈的匝數(shù)比提高到nk，線路損耗的電功率為P2，則P1和分別為(　　) A.，　　　　　　B.2R， C.， D.2R， 4．D　[解析] 原線圈的電壓為U，副線圈與原線圈的匝數(shù)比為k，則副

7、線圈的電壓為kU，輸電線路中的電流為，所以線路損耗的電功率P1＝2R，故線路損耗的電功率與成正比，即若將副線圈與原線圈的匝數(shù)比提高到nk，輸電線路損耗的電功率將變?yōu)樵瓉淼?，選項D正確． 18．M2[2020·山東卷] 圖甲是某燃氣爐點火裝置的原理圖．轉(zhuǎn)換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為圖乙所示的正弦交變電壓，并加在一理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，V為交流電壓表．當變壓器副線圈電壓的瞬時值大于5000 V時，就會在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進而點燃氣體．以下判斷正確的是(　　) 　　　　 　　　　圖甲　　　　　　　　圖乙 A．電壓表的示數(shù)等于5 V B．電壓表的示數(shù)

8、等于 V C．實現(xiàn)點火的條件是>1000 D．實現(xiàn)點火的條件是<1000 18．BC　[解析] 交流電壓表顯示的是有效值，而原線圈輸入的是正弦交流電，所以交流電壓表的示數(shù)為 V，故B正確．如果副線圈電壓的瞬時值大于5000 V，則＝＞1000，故C正確． 圖3 17．M2[2020·課標全國卷] 自耦變壓器鐵芯上只繞有一個線圈，原、副線圈都只取該線圈的某部分．一升壓式自耦調(diào)壓變壓器的電路如圖所示，其副線圈匝數(shù)可調(diào)．已知變壓器線圈總匝數(shù)為1900匝；原線圈為1100匝，接在有效值為220 V的交流電源上．當變壓器輸出電壓調(diào)至最大時，負載R上的功率為2.0 kW.設(shè)此時原線圈中電

9、流有效值為I1，負載兩端電壓的有效值為U2，且變壓器是理想的，則U2和I1分別約為(　　) A．380 V和5.3 A　　　　　　　　　　　　　　　B．380 V和9.1 A C．240 V和5.3 A　　　　　　　　　　　　　　　D．240 V和9.1 A 17．B　[解析] 因變壓器輸出電壓調(diào)至最大，故副線圈為1900匝，由變壓器兩端的電壓與匝數(shù)成正比，即＝，故副線圈的電壓有效值U2為380 V；因變壓器為理想變壓器，故其輸入功率等于輸出功率，即P1＝P2，由P1＝U1I1得I1＝9.1 A，B正確． 7．M2[2020·江蘇卷] 某同學設(shè)計的家庭電路保護裝置如圖所示，鐵芯左側(cè)

10、線圈L1由火線和零線并行繞成．當右側(cè)線圈L2中產(chǎn)生電流時，電流經(jīng)放大器放大后，使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)K，從而切斷家庭電路．僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場，下列說法正確的有(　　) 圖5 A．家庭電路正常工作時，L2中的磁通量為零 B．家庭電路中使用的電器增多時，L2中的磁通量不變 C．家庭電路發(fā)生短路時，開關(guān)K將被電磁鐵吸起 D．地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時，開關(guān)K將被電磁鐵吸起 7．ABD　[解析] 由于火線和零線并行繞制，所以在家庭電路正常工作時，火線和零線的電流大小相等，方向相反，因此合磁通量為零，L2中的磁通量為零，A項正確；當家庭電路中使用的電器增多時，火線和零線的電流仍

11、然大小相等，方向相反，L2中的磁通量不變，B項正確；家庭電路發(fā)生短路時，火線和零線的電流同時增大，合磁通量仍然為零，因此開關(guān)K不會被電磁鐵吸起，C項錯誤；當?shù)孛嫔系娜私佑|火線發(fā)生觸電時，火線的電流突然變大，即L1中的磁場發(fā)生變化，導致L2中的磁通量變化，L2中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電磁鐵將開關(guān)K吸起，D項正確． M3 交變電流綜合 13．M3[2020·江蘇卷] 某興趣小組設(shè)計了一種發(fā)電裝置，如圖所示．在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場區(qū)域的圓心角α均為π，磁場均沿半徑方向．匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長ab＝cd＝l、bc＝ad＝2l.線圈以角速度ω繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動，bc和ad邊同時

12、進入磁場．在磁場中，兩條邊所經(jīng)過處的磁感應(yīng)強度大小均為B、方向始終與兩邊的運動方向垂直．線圈的總電阻為r，外接電阻為R.求： (1)線圈切割磁感線時，感應(yīng)電動勢的大小Em； (2)線圈切割磁感線時，bc邊所受安培力的大小F； (3)外接電阻上電流的有效值I. 圖16 13．[解析] (1)bc、ad邊的運動速度v＝ω 感應(yīng)電動勢Em＝4NBlv 解得Em ＝2NBl2ω (2)電流Im＝ 安培力F ＝2NBIml 解得F＝ (3)一個周期內(nèi)，通電時間t＝T R上消耗的電能W ＝IRt 且W＝I2RT 解得I＝ 14．M3 [2020·福建卷] 如圖，理想變

13、壓器原線圈輸入電壓u＝Um sinωt，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動變阻器，V1和V2是理想交流電壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示；A1和A2是理想交流電流表，示數(shù)分別用I1和I2表示．下列說法正確的是(　　) A．I1和I2表示電流的瞬時值 B．U1和U2表示電壓的最大值 C．滑片P向下滑動過程中，U2不變、I1變大 D．滑片P向下滑動過程中，U2不變、I1變小 14．C　[解析] 電壓表、電流表的讀數(shù)都是交流電的有效值，A 、B錯；由＝可知U2不變，當滑片P向下滑動時，副線圈的電阻變小，由I2＝可知通過副線圈的電流變大，即I2變大，由＝可知通過原線圈的電流變大，即I1變

14、大，C對、D錯． 1．2020·新鄉(xiāng)調(diào)研如圖所示為交流發(fā)電機示意圖，線圈的AB邊連在金屬滑環(huán)K上，CD邊連在滑環(huán)L上，導體做的兩個電刷E、F分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路的連接．關(guān)于其工作原理，下列分析正確的是(　　) A．當線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間，穿過線圈的磁通量最大 B．當線圈平面轉(zhuǎn)到中性面的瞬間，線圈中的感應(yīng)電流最大 C．當線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間，穿過線圈的磁通量最小 D．當線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間，線圈中的感應(yīng)電流最小 1．AC　[解析] 我們把與磁感線垂直的平面稱為中性面，當線圈處在中性面位置

15、時，穿過線圈的磁通量最大，但線圈中的感應(yīng)電動勢為零，感應(yīng)電流也為零，當線圈平面轉(zhuǎn)到跟中性面垂直的瞬間，穿過線圈的磁通量最小，但磁通量的變化率最大，線圈中的感應(yīng)電動勢最大，感應(yīng)電流也最大．本題答案為A、C. 2．2020·滄州模擬如圖所示，正方形線框abcd長為L，每邊電阻均為r，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞cd軸以角速度ω轉(zhuǎn)動，c、d兩點與外電路相連，外電路電阻也為r.則下列說法中正確的是(　　) A．S斷開時，電壓表讀數(shù)為BωL2 B．S斷開時，電壓表讀數(shù)為BωL2 C．S閉合時，電流表讀數(shù)為BωL2 D．S閉合時，線框從圖示位置轉(zhuǎn)過過程中流過電流表的電荷量為 2．

16、BD　[解析] 正方形線框在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞cd軸以角速度ω轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值為BωL2，電源電動勢為E＝BωL2.S斷開時，內(nèi)電路電流I＝＝BωL2，電壓表讀數(shù)等于c、d兩點之間的電壓，為U＝Ir＝BωL2，選項B正確，選項A錯誤；S閉合時，電路總電阻為3r＋＝r，ab中電流為I＝＝BωL2，電流表讀數(shù)為＝BωL2，選項C錯誤；S閉合時，線框從圖示位置轉(zhuǎn)過過程中，磁通量變化ΔФ＝BL2，時間Δt＝，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的平均值為＝，電流平均值為，流過電流表的電流平均值為I＝，電荷量為q＝IΔt＝，選項D正確． 3．2020·茂名模擬遠距離輸電裝置如圖所示，升壓變壓器和降壓變

17、壓器均是理想變壓器．當S由2改接為1時，下列說法正確的是(　　) A．電壓表讀數(shù)變大 B．電流表讀數(shù)變大 C．電流表讀數(shù)變小 D．輸電線損失的功率減小 3．AB　[解析] 當S由2改接為1時，升壓變壓器的原線圈匝數(shù)不變，副線圈匝數(shù)變大，所以輸送電壓變大，降壓變壓器的輸入電壓和輸出電壓均變大，電壓表示數(shù)變大，選項A正確；降壓變壓器的輸出電壓變大時，流過燈泡的電流I燈也變大，輸電線上的電流I線也隨著I燈的變大而變大，所以電流表讀數(shù)變大，選項B正確，選項C錯誤；I線變大時，輸電線上損失的功率P線＝IR變大，選項D錯誤． 4．2020·天水模擬如圖所示為一正弦交變電壓隨時間變化的圖象，

18、由圖可知(　　) A．交流電的周期為2 s B．用電壓表測量該交流電壓時，讀數(shù)為311 V C．交變電壓的有效值為220 V D．將它加在電容器上時，電容器的耐壓值必須大于311 V 4．CD　[解析] 由圖可知正弦電壓的周期為0.02 s，最大值為311 V，有效值為220 V，故選項A、B錯誤，選項C正確；電容器的耐壓值指的是瞬時值，所以必須大于311 V，選項D正確． 5．2020·揚州模擬如圖所示，邊長為L的正方形線圈abcd，其匝數(shù)為n，總電阻為r，外電路的電阻為R，ab的中點和cd的中點的連線OO′恰好位于勻強磁場的邊界線上，磁場的磁感應(yīng)強度為B.若線圈從圖示位

19、置開始，以角速度ω繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動，下列判斷正確的是(　　) A．閉合電路中感應(yīng)電動勢的瞬時表達式e＝nBL2ωsinωt B．在t＝時刻，磁場穿過線圈的磁通量為零，但此時磁通量隨時間變化最快 C．從t＝0 時刻到t＝時刻，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q＝ D．從t＝0 時刻到t＝時刻，通過R的電荷量q＝ 5．BCD　[解析] 初始時刻，線圈平面處在中性面，穿過線圈的磁通量最大為BL2，線圈中的感應(yīng)電動勢為0，即t＝0時，e＝0，閉合電路中感應(yīng)電動勢的瞬時表達式e＝nBL2ωsinωt，選項A錯誤；在t＝時刻，感應(yīng)電動勢e＝nBL2ω最大，表示此時磁通量隨時間變化最快，磁場穿過線圈的磁通量為零，選項B正確；U有＝＝nBL2ω，I有＝＝，從t＝0時刻到t＝時刻，電阻R上產(chǎn)生的熱量為Q＝IRt＝，選項C正確；根據(jù)q＝Δt＝n.Δt＝n以及從t＝0 時刻到t＝時刻磁場穿過線圈的磁通量ΔΦ＝BL2，可得此時間段內(nèi)通過R的電荷量q＝，選項D正確．