高三物理交流电的产生试题

高三物理交流电的产生试题
1.可调理想变压器原线圈与一台小型发电机相连，副线圈与灯泡L、可调电阻R、电容器C连成如图所示的电路。

当副线圈上的滑片P 处于图示位置时，灯泡L 能发光. 要使灯泡变亮，可以采取的方法有
A．增大发动机的转速
B．将滑片P向下滑动
C．将可调电阻R减小
D．增大电容器极板间的距离
【答案】A
【解析】要使灯泡变亮，应使副线圈两端电压增大，由知，当增大发动机的转速时，交流电源的电压增大，根据理想变压器工作原理可知，副线圈两端电压增大，灯泡变亮，故A正确；当滑片P向下滑动时，副线圈匝数减少，根据理想变压器工作原理可知，副线圈两端电压增大，灯泡变暗，故B错误；将可调电阻R减小，副线圈两端电压不变，通过灯泡的电流不变，灯
泡亮度不变，故C错误；由知，当增大电容器极板间的距离时，电容器的电容减小，增
大了容抗，通过灯泡的电流减小，灯泡变暗，故D错误。

所以选A。

【考点】本题考查变压器的工作原理、交流发电机及其产生正弦式电流的原理和电容器对交流电的影响，意在考查考生对所学知识的理解分析能力。

2.如图所示，电阻不计的正方形导线框abcd处于匀强磁场中。

线框绕中心轴OO'匀速转动时，产生的电动势e= 200。

线框的输出端与理想变压器原线圈相连，副线圈连接着一只“20V、8W”的灯泡，且灯泡能正常发光，电路中熔断器熔断电流为0.4A，熔断器与输电导线
的电阻忽略不计。

下列判断正确的是（）
A．t=0s时刻的线框中磁通量变化率为最大
B．理想变压器原、副线圈匝数之比为10：1
C．若副线圈两端并联多只“20V、8W”的灯泡，则最多不能超过10只
D．若线框转速减半，产生的电动势e=100cos（l00t）V
【答案】AB
【解析】由题意知线圈产生的电动势e= 200，故t=0s时刻电动势最大，线框中磁通量的变化率最大，所以A正确；变压器原线圈的电压U
=200V，又灯泡能正常发光，副线圈的
1
=20V，根据变压规律，所以B正确；灯泡的电流，因为熔断器电压U
2
熔断电流为0.4A，故原线圈的电流有效值最大为，根据变流规律可知副线圈的电流最大为大于10I，所以副线圈并联的灯泡能超过10只，故C错误；若线框转速减半，即角速
度减半产生的电动势e=100cos（50t）V，故D错误。

【考点】本题考查交流电、变压器
3.如图矩形线圈面积为S，匝数为n，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕OO、轴以角速度匀速转动，外电路电阻R。

在线圈由图示位置转过90o的过程中
A．磁通量的变化量B．平均感应电动势
C．通过电阻的电量为D．电阻R产生的焦耳热
【答案】BCD
【解析】据题意，如图所示状态，线圈平面与磁场平行，当线圈平面转过90°后，改变的面积为S，变化的磁通量为：，故A选项错误；平均感应电动势为：，故B选项正确；平均感应电流为：，当线圈转过90°的过程中电阻上通过的电荷量为
，故C选项正确；该时间内线圈内产生的电动势最大值为，有效值为：，电路中产生的电流为：，则电阻上产生的焦耳热为：，故D选项正确。

【考点】本题考查交变电流的产生。

4.图甲为远距离输电示意图，升压变压器原副线圈匝数比为1:100，降压变压器原副线圈匝数比为100:1，远距离输电线的总电阻为100Ω．若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为750kw．下列说法中正确的有（）
A．用户端交流电的频率为50Hz
B．用户端电压为250V
C．输电线中的电流为30A
D．输电线路损耗功率为180kW
【答案】AC
【解析】由图乙知交流电的周期为0.02s，故频率为50He，所以A正确；升压变压器原线圈电压
U
1=250V，根据变压规律得副线圈电压U
2
=25000V，又输入功率为750kw，输电线中电流
，故C正确；输电线上损耗电压U=IR=3000V，降压变压器原线圈电压U
3
=U
2
-
U=22000V，根据变压规律可得：用户端电压U
4
=220V，故B错误；输电线损耗的功率，故D错误。

【考点】本题考查交流电、变压器
5.如图所示，50匝矩形闭合导线框ABCD处于磁、感应强度大小的水平匀强磁场电线框
面积S=0.5m2，线框电阻不计。

线框绕垂直于磁场的轴00’以角速度 =" 200" rad/s匀速转动，
并与理想变压器原线圈相连，副线圈接人一只“220V，60W"灯泡，且灯泡正常发光，电流表的示
数为10A，下列说法正确的是
A．中性面位置穿过线框的磁通量为零
B．线框中产生交变电压的有效值为500V
C．变压器原、副线圈匝数之比为25：10
D．允许变压器输出的最大功率为5000W
【答案】 D
【解析】试题分析:中性面位置，此时线圈和磁场垂直，此时穿过线框的磁通量最大，所以A错误；矩形闭合导线框ABCD在磁场中转动，产生的交流电的最大值为Em=500V，所以有效值为
500V，故B错；由于电压与匝数成正比，所以变压器原、副线圈匝数之比为500/220=22/11，故
C错误；由于熔断器允许通过的最大电流为10A，所以允许变压器输出的最大功率为
P=UI=500×10=5000W，所以D正确
【考点】交流发电机及其产生正弦式电流的原理；正弦式电流的最大值和有效值
6.如图甲所示电路中，L
1、L
2
、L
3
为三只“6V 3W”的灯泡，变压器为理想变压器，各电表均为理想
电表，当ab端接如图乙所示的交变电压时，三只灯泡均正常发光．下列说法中正确的是
A．变压器原副线圈的匝数比为3 ：l
B．输出端交流电的频率为50Hz
C．电流表的示数为0．5A
D．电压表的示数为18V
【答案】B
【解析】根据乙图可得ab端接入的交流电有效值为，灯泡正常发光，说明灯泡电压为额定电压，那么变压器输入电压，变压器副线圈为两个灯泡并联，灯泡电压
等于副线圈输出电压即，原副线圈匝数比为，选项A错。

电压表示数为原线圈输入电压即，选项D错。

灯泡正常发光的额定电流，电流表测量副线圈干路电流所以读数为，选项C错。

根据乙图可知输入交流电的频率，
经过变压器后交流电频率不变，选项B对。

【考点】交流电变压器
7.某兴趣小组用实验室的手摇发电机和理想变压器给一个灯泡供电，电路如图，当线圈以较大的
转速n匀速转动时，电压表示数是U
1，额定电压为U
2
的灯泡正常发光，灯泡正常发光时电功率
为P，手摇发电机的线圈电阻是r，导线电阻忽略不计，则有A．电流表的示数是是
B．变压器的原副线圈的匝数比是U
1：U
2
C．手摇发电机线圈电阻的发热功率为
D．手摇发电机的线圈中产生的电动势的有效值为U
1
＋r
【答案】BD
【解析】理想变压器原副线圈匝数比等于电压比，电压表测原线圈电压即为，副线圈只有一个
灯泡正常发光，所以副线圈电压等于灯泡额定电压，所以，选项B对。

副线圈电流，原副线圈电流与匝数成反比，所以有,求得电流表示数即，选项
A错。

手摇发电机线圈电阻的发热功率，线圈电阻两端的电压并不是，选项C错。

手摇发电机的线圈中产生的电动势的有效值为,选项D对。

【考点】理想变压器
8.某交流发电机给灯泡供电,产生交变电流的图像如图所示,下列说法中正确的是
A．交变电流的频率为100Hz
B．交变电流的瞬时表达式为i="5cos(50πt)" A
C．该交流电的电压的有效值为5
D．在t=5×10-3s时,穿过交流发电机线圈的磁通量最大
【答案】D
【解析】由图象可知，交变电流的周期，可知频率为50Hz，A错误；电流的最大值为
5A，根据图象可在瞬时值表达式为：i="5cos(100πt)" A ，B错误；由于交流电流的有效值，此交流电流的有效值，而题中没给出灯泡的电阻，因此无法知道交流电压的有效值，C错误；在t=5×10-3s时，回路的感应电流最小，此时线圈处于中性面上，穿过交流发电机线圈的磁通量
最大，D正确。

【考点】交变电流
9.（16分）如图所示，一矩形导线框ABCD处于水平匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动，线框ABCD的输出端通过电刷与电流表、理想变压器原线圈相连，副线圈两端接有一只“18V、12W ”的灯泡Ｌ。

当线框ABCD转速时，灯泡Ｌ正常发光，此时电流表示数为0.2A。

（1）求通过灯泡Ｌ的电流周期；
（2）求变压器原、副线圈匝数之比；
（3）从线框ABCD经中性面位置开始计时，写出线框中产生的感应电流瞬时值的表达式。

【答案】（1）（2）（3）
【解析】试题分析:（1） (3分)
（2）副线圈的电流（3分）
由变压器原理得（3分）
（3）由得（3分）
（2分）
则从中性面计时开始：（2分）
【考点】本题考查了交变电流规律、变压器的知识。

10.下图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴，匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻连接，与
电阻并联的交流电压表为理想电表，示数是10V。

图乙是穿过矩形线圈磁通量随时间t变化的图像，线圈电阻忽略不计，则下列说法正确的是：（）
A．电阻上的电功率为10W
B．0.02s时两端的电压瞬时值为零
C．两端的电压随时间变化的规律是
D．通过的电流随时间变化的规律是
【答案】AC
【解析】根据公式，得：，故A正确；由乙图可知，0.02s通过线圈的磁通量为零，电动势最大，R两端的电压瞬时值为10V，故B错误；由乙图可知，T=0.02s，电动势的最大值为，，又因为此交变电流是从垂直于中性面开始计时的，所以R两
端的电压随时间变化的规律是，故C正确；根据，通过R的
电流电流随时间变化的规律是，故D错误．
【考点】本题考查了交流发电机及其产生正弦式电流的原理、正弦式电流的最大值和有效值、周
期和频率。

11.图乙是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁感线垂直的转轴匀
速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示。

发电机线圈内阻为10Ω，外接一
只电阻为90Ω的灯泡，不计电路的其他电阻，则
A．灯泡两端的电压为198V
B．每秒钟内电流方向改变50次
C．灯泡实际消耗的功率为537．8W
D．发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为48．4J
【答案】AD
【解析】由正弦规律图像可知，有效值V，周期T=0.02s，一个周期内电流改变两次，故B错误；灯泡两端的电压V，所以A对；灯泡实际消耗的功率为
W，所以C错误；内阻每秒产生的热量J，所以D正确。

【考点】交变电流
12.如图甲所示,一固定的矩形导体线圈水平放置,线圈的两端接一只小灯泡,在线圈所在空间内存
在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n=100匝,电阻r="1.0" Ω,所围成矩形的面积S="0.040" m2,小灯泡的电阻R="9.0" Ω,磁场的磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化,线
圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e=nB
m S tV,其中B
m
为磁感应强度的最大值,T
为磁场变化的周期.忽略灯丝电阻随温度的变化,求:
(1)线圈中产生感应电动势的最大值;
(2)小灯泡消耗的电功率;
(3)在磁感应强度变化的0~的时间内,通过小灯泡的电荷量.
【答案】(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×10-3 C
【解析】(1)因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同,所以由图象可知,线圈中产生交变电流的周期为T=3.14×10-2 s
所以线圈中感应电动势的最大值为
E
m
=8.0 V.
(2)根据欧姆定律,电路中电流的最大值为I
m
=="0.80" A
通过小灯泡电流的有效值为I=I
m
/ A
小灯泡消耗的电功率为P=I2R="2.88" W.
(3)在磁感应强度变化的0~内,线圈中感应电动势的平均值 =nS通过灯泡的平均电流=
通过灯泡的电荷量Q=Δt=
=4.0×10-3 C.
13. 如图5所示，图甲和图乙分别表示正弦脉冲波和方波的交变电流与时间的变化关系．若使这两种电流分别通过两个完全相同的电阻，则经过1 min 的时间，两电阻消耗的电功之比W 甲∶W 乙
为 ( )
A ．1∶
B ．1∶2
C ．1∶3
D ．1∶6
【答案】C
【解析】电功的计算，I 要用有效值计算，图甲中，由有效值的定义得()2R×2×
10－
2＋0＋(
)2R×2×10－2＝I 12R×6×10－
2，得I 1＝
A ；图乙中，I 的值不变
I 2＝1 A ，由W ＝UIt ＝I 2Rt 可以得到W 甲∶W 乙＝1∶3.C 正确．
14. 如图所示，50匝矩形线圈ABCD 处于磁感应强度大小B =
T 的水平匀强磁场中，线圈面积
S =0.5m 2，电阻不计。

线框绕垂直于磁场的轴OO ′ 以角速度ω=200rad/s 匀速转动，线圈中产生的感应电流通过金属滑环E 、F 与理想变压器原线圈相连，变压器的副线圈线接入一只“220V ，
60W”灯泡，且灯泡正常发光，下列说法正确的是（ ）
A ．图示位置穿过线圈平面的磁通量为零
B ．线圈中产生交变电压的有效值为V
C ．变压器原、副线圈匝数之比为25︰11
D ．维持线圈匀速转动输入的最小机械功率为60
W
【答案】C
【解析】图示位置穿过线圈平面与磁场方向垂直，磁通量最大，A 错误；线圈中产生交变电压的最大值E=NBSω=V ，有效值为500V ，B 错误；根据电压与匝数成正比，得变压器原、副线圈匝数之比
，C 正确；根据能量守恒，维持线圈匀速转动输入的最小机械功率为
60W ，D 错误。

15. 如图所示为一交流发电机的示意图．线圈在匀强磁场中以一定的角速度匀速转动，线圈电阻r ＝5Ω，负载电阻R ＝15Ω．当开关断开时，交流电压表的示数为20V ，那么电刷ab 之间的电压
最大值为________V。

当K闭合后，交流电压表的示数为________V。

【答案】或28.2 V； 15 V
【解析】电压表示数为有效值，最大值为有效值的√2倍。

K闭合之后电压表测外电路电压，外电
路电压占总电压的3／4，即为15V
16.如图所示，不计电阻的矩形闭合导线框ABCD处于水平匀强磁场中．线框绕垂直于磁场的轴00’匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈连接着一只“22 V，6 W”灯泡，且灯泡正常发光，电路中熔断器熔断电流为O．3 A，若线框输出电压ME，=66√虿sinl 00t V，下列说法正
确的是
A．图示位置线框中产生交变电动势值最大
B．线框中产生交变电压的频率为100Hz
C．变压器原、副线圈匝数之比为3∶1
D．副线圈可接入消耗电功率为30W的用电器
【答案】 C
【解析】图示位置是中性面，磁通量最大，感应电动势为零，A错；
由题可知：，所以频率f=50Hz,B错；
原线圈的输出电压有效值为66伏，=66：22=3：1，所以C对；
若副线圈接入30W的用电器，则I=P/U=30/22=1.36A>0.3A，所以不可以；D错。

17.如下图所示的四种随时间变化的电流图象，其中属于交变电流的是（）
【答案】CD
【解析】交变电流是大小方向都随时间变化的电流，所以C、D正确，A、B仅是电流的大小发生变化而方向不变，故不属于交变电流。

18.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如下图甲所示。

已知发电机线圈内
阻为5.0Ω，则外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如下图乙所示。

求：
【1】电压表的示数；
【答案】147.8V
【2】发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热；
【答案】12.17J
【3】若发电机是单匝线圈，通过线圈的最大磁通量。

【答案】0.7Wb
19.如图为某小型水电站的电能输送示意图。

已知输电线的总电阻R=10Ω，降压变压器T
2
的原、
副线圈匝数之比为4∶1，电阻R
0=11Ω。

若T
1
、T
2
均为理想变压器，T
2
的副线圈两端电压表达式
为u=220sin 100πt V，下列说法正确的是
A．发电机中的电流变化频率为100 Hz
B．通过R
的电流有效值为20 A
C．升压变压器T
1
的输入功率为4650 W
D．若R
的电阻减小，发电机的输出功率也减小
【答案】BC
【解析】由于T+的副线圈的交流电的频率为f==50Hz，而变压器是不能改变交流电频
率的，故发电机中的电流变化频率为50 Hz，选项A错误；由于T
2
的副线圈的交流电电压的有效
值为U=220V，故通过R
的电流有效值为I==20A，故选项B正确；根据匝数与电流的
关系可得T
2的原线圈中的电流为I′=="5" A，故输电线上损失的功率为P
损
=I′2R=（5A）
2×10Ω=250W，而电阻R
0上消耗的电功率为P
=I2R
=（20A）2×11Ω=4400W，故升压变压器T
1
的输入功率为P=P
损+P
="4400W+250W=4650" W，故选项C正确；若R
的电阻减小，则电阻
R
消耗的电功率将增大，输电线上的电流增大，输电线上消耗的电功率也增大，故发电机的输出
功率也要增大，故选项D错误。

【考点】高压输电的计算，变压器。

20.如图所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比，电源电压，原
线圈电路中接入熔断电流I
=1A的保险丝，副线圈电路中接入一可变电阻R，电压表为理想电表。

则
A．电压表的读数为
B．当可变电阻R的阻值变大时，电源的输出功率变小
C．副线圈的输出功率一定是220W
D．可变电阻R的最小电阻值为13.75
【答案】BD
【解析】电压表的读数等于次级电压有效值，即，选项A错误；当可
变电阻R的阻值变大时，根据可知，次级功率变小，故电源的输出功率变小，选项B正
确；副线圈的输出功率随R的变化而变化，故选项C错误；因保险丝的熔断电流I
=1A，则初级
电流最大值为1A，次级电流最大值为，则可变电阻R的最小电阻值为：，选项D正确；故选BD.
【考点】变压器的计算，电功率.。