2019高考物理二轮专项练习精品卷--交变电流

2019高考物理二轮专项练习精品卷--交变电流
考试范围：交变电流
【一】选择题〔此题共10小题，每题4分，共40分。

在每题给出的四个选项中，有的只有一个选项符合题目要求，有的有多个选项符合题目要求。

全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

〕
1、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〔 〕
【思路点拨】解答此题需要掌握两个关键知识点：①交流电的定义；②Y 轴正负半轴图象的含义。

【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。

2、如右图所示，面积为S 的单匝闭合线框在磁感应强度为B 匀强磁场中，以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，以下说法中正确的选项
是〔〕
A 、在穿过线框的磁通量为
2BS 的时刻，线框中的感应电动势为2ωBS B 、在穿过线框的磁通量为
22BS 的时刻，线框中的感应电动势为22ω
BS
C 、线框转动四分之一周过程中，感应电动势的平均值为πBS ω
2
D 、线框转动一周过程中，感应电动势的平均值为0
【命题立意】此题考查磁通量的计算及交流电瞬时值、平均值的计算。

【思路点拨】解答此题需要掌握以下几个关键的知识点：①磁通量是穿过线圈的磁感线的条数；②交流电瞬时值的计算方法；③交流电平均值的计算方法。

【答案】BCD
【解析】闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，假设从中性面开始计时，穿过线框的磁通量Φ按余弦规律变化，线框中产生的感应电动势按正弦规律变化，在穿过线框的磁通量为
2BS 的时刻，线圈转过60°，此时的电动势2360sin BS ω
BS ωe =︒=，A 错误；穿过线框的磁通量为22BS 的时刻，线框中的感应电动势等于2245sin BS ω
BS ωE =︒=，B 正确；线框转动四分之一周过程中，感应电动势的平均值为
πωϕBS t E 2=∆∆=，线框每转动一周，磁通量的改变量等于零，平均感应电动势等于零，C 、D 正确。

3、夏天由于用电器的增多，每年都会出现“用电荒”，只好拉闸限电。

假设某发电站在供电过程中，用电高峰时输电的功率是正常供电的2倍，输电线电阻不变，以下说法正确的选项是〔〕
A 、假设输送电压不变，那么用电高峰时输电电流为正常供电时的2倍
B 、假设输送电压不变，那么用电高峰时输电线损失的功率为正常供电时的2倍
C 、假设用电高峰时的输送输电电压变为正常供电的2倍，那么此时输电电流为正常供电时的4倍
D 、假设用电高峰时的输送输电电压变为正常供电的2倍，那么此时输电线损失的功率为正常供电时的4倍
【命题立意】考查远距离输电的导线损失功率的计算。

【思路点拨】解答此题需要掌握两个关键知识点：①导线上的电流与输送电流的关系；②损失功率的计算方法。

【答案】A
【解析】高压输电时P ＝UI ，I 是输送电路上的电流。

用电高峰时，假设输送电压不变，那么I 为正常时的2倍，A 正确；高压线上的热耗功率ΔP ＝I2R 线那么热耗功率变为4倍，B 错误；用电高峰时，假设输送电压也加倍，那么I 不变，与正常时相同，C 错误；由ΔP ＝I2R 线那么热耗功率也不变，D 错误。

4、如右图所示，矩形线框置于竖直向下的磁场中，通过导线与灵敏电流表相连，线框在磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，图中线框
平面处于竖直面内。

下述说法正确的选项是〔〕
A 、当线框由此转过90°时，线框转至中性面，那么电流
表示数为零
B 、线框通过图中位置瞬间，穿过线框的磁通量最大，感
应电流最大
C 、当线框由此转过90°时，穿过线框的磁通量最大，感应电流最大
D 、假设使线框转动的角速度增大一倍，那么通过电流表电流的示数也增大一倍
【命题立意】此题考查中性面的性质与交流电仪表的读数特点。

【思路点拨】解答此题需要掌握以下三个关键的知识点：①中性面的性质特点；②交流电仪表的读数为交流电的有效值；③交流电最大值与转速的关系。

【答案】D
【解析】线框在匀强磁场中匀速转动时，在中性面即线框与磁感线垂直时，磁通量最大感应电动势最小，而在题中图示位置线框与磁感应线平行时，磁通量最小感应电动
势最大，电流表示数为有效值，不为零，A 、B 、C 错误；电流的有效值
R nBS ω
I 2=，现在其余的量都不变，角速度增大一倍后，电流也增大一倍，那么电流表示数也增大一倍，D 正确。

5、如右图所示的交变电压是矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中产生的，以下说法中正确的选项是〔〕
A 、交流电压的有效值为25V
B 、交流电压的最大值为10V ，频率为0.25HZ
C 、0.01S 末线框平面平行于磁场，通过线框的磁通量变化最快
D 、0.02S 时通过线框的磁通量为零
【命题立意】此题考查交流电图象的意义，交流电最大值与有效值之间的关系。

【思路点拨】解答此题需要掌握以下三个关键的知识点：①交流电图象能够提供哪些信息？②线圈转动过程中磁通量变化率的意义；③交流电最大值与有效值的关系。

【答案】AC
【解析】由图象可知，交流电压的最大值为10V ，有效值为25V ，周期T ＝0.04S ，
那么F ＝1T
＝25HZ ，故A 正确，B 错误；0.01S 末交流电压达到最大值，线框平面应与磁场平行，C 正确；0.02S 末交流电压为零，线框平面与磁场垂直，磁通量最大，D 错误。

6、如右图甲所示，在闭合的铁芯上绕着两个线圈，两个线圈的匝数比N1∶N2＝1∶
3。

A 、B 两端加上如右图乙所示的交流电；C 、D 两端接一个可变电阻R 。

以下说法正确的选项是〔〕
A 、C 、D 两端电压的有效值是933V
B 、通过电阻R 的电流频率是150HZ
C 、减小电阻R 的阻值，A 、B 两端的输入电流
将变小
D 、减小电阻R 的阻值，A 、B 两端的输入功率将增大
【命题立意】此题综合考查交流电的图象和变压器的的有关知识。

【思路点拨】解答此题需要掌握以下四个关键的知识点：①交流电图象能够提供的信息；②交流电有效值与最大值之间的关系；③变压器的变压、变流决定关系；④变压器输入功率与输出功率的关系。

【答案】D
【解析】由图可知，该电流频率是50HZ ，变压器不改变交流电的频率，B 错误；A 、B 两端电压的最大值为311V ，有效值为220V ，所以C 、D 两端电压的有效值是660V ，故A 错误；电阻R 减小，负载电流增大，故原线圈电流增大，C 错误；由R U P 2
出 ，输出电
压不变，故输出功率增大，输入功率变大，D 正确。

7、如右图所示，L1和L2是输电线，用电压互感器和电流互感器测输电功率。

假设甲的两线圈匝数比为50∶1，乙的两线圈匝数比为20∶L ，并且加在电压表两端的电压为220V ，通过电流表的电流为5A ，那么输电线的输送功率为
〔〕
A 、甲是电压互感器，乙是电流互感器
B 、乙是电压互感器，甲是电流互感器
C 、1.21×107W
D 、1.1×106W
【命题立意】电流、电压互感器的基本知识。

【思路点拨】解答此题需要掌握以下几个关键的知识点：①电压、电流互感器的接法及线圈匝数关系。

②变压器电流、电压的计算。

③交流电输送功率的计算。

【答案】AD
【解析】电压互感器并联在电路中，电流互感器串联在电路中，故甲是电压互感器，乙是电流互感器，A 对，B 错；由U1∶U2＝N1∶N2得U1＝220×50V ＝1.1×104V ；由I1N1＝I2N2得I1＝1.0×102A 。

故输送功功率P ＝I1U1＝1.1×106W ，D 对。

8、如右图所示，N 匝矩形导线框以角速度ω在磁感应强度为B 的匀强磁场中绕轴OO ′匀速转动，线框面积为S ，线框的电阻、电感均不计，外电路接有电阻R 、理想电
流表和二极管D 。

二极管D 具有单向导电性，即正向电阻为零，
反向电阻无穷大。

以下说法正确的选项是〔〕
A 、图示位置电流为0
B 、R 两端电压的有效值
NBS ωU 2= C 、交流电流表的示数NBS R ωI 2=
D 、一个周期内通过R 的电荷量R BS
q 2=
【命题立意】交流电路的分析与计算、非正弦交流电有效值的计算，及二极管的性质。

【思路点拨】解答此题需要掌握以下几个关键的知识点：①二极管的单向导电性；②交流电有效值的定义与非正弦交流电有效值的计算；③交流电路的分析与计算；④电路中电量的计算方法。

【答案】C
【解析】由题图可知，图示位置通过R 的电流为最大值，A 选项错误；R 两端电压
的瞬时值可用上图来表示，设电压的有效值为U ，在一个周期内有：(
NBS ω2
)2R T 2＝U2R
T 解得：U ＝12NBS ω，电流的有效值I ＝U R ＝NBS ω2R
，在一个周期内，只有半周期的时间有电流通过R ，故：R NBS R N q 2=φ∆=。

9、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，如下图所示。

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示数变小，V1与V2示数的比值不变 【命题立意】交流电路变压器的动态分析。

【思路点拨】解答此题需要掌握以下几个关键的知识点：①交流电路的电路分析；②交流电路原副线圈的电流、电压的决定关系与动态变化关系。

【答案】A
【解析】由于是理想变压器，开关闭合前后理想电压表的读数、比值均不变；由于负载并联个数增多，电阻减小，故A1、A2均增大，但比值不变，与变压器匝数成反比。

故A 正确。

10、如右图所示，理想变压器输入端接在电动势为ε，
内阻为R 的交流电压上，输出端接负载R ，如果要求负载R 上
消耗的电功率最大，那么〔〕
A 、变压器原副线圈的匝数比为
R r 2 B 、变压器原副线圈的匝数比为r R
C 、负载R 上消耗的电功率最大值是r 42
ε
D 、负载R 上消耗的电功率最大值是r 2
ε
【命题立意】此题综合考查变压器的工作原理以及闭合电路欧姆定律的功率问题。

【思路点拨】解答此题要掌握三个关键点：一是原线圈组成的回路，求出输出电压；二是副线圈与用电器组成的回路，求出负载R 上消耗的电功率；三是利用数学知识求极值。

【答案】C
【解析】设原副线圈的匝数分别为N1，N2，电流分别为I1，I2，电压分别为U1，
U2，那么：r I U 11-=ε电阻R 消耗的电功率为1122I U I U P ==，即12111)(I r I I r I P εε+⋅-=-= 可见当
r I 21ε=时，P 有最大值r P 42max ε=此时2211εεεε=⋅-=-=r r r I U ，那么2121122ε⋅=⋅=n n U n n U R n n R U I 21222ε⋅==又因：1221n n I I =代入上述所求I1，I2得：R r
n n =21，说明当R r n n =21时，
电阻R 消耗功率最大。

【二】非选择题〔此题共6小题，共60分。

解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

〕
11、〔10分〕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。

发电机线圈内阻为5.0Ω，那么外接一只电阻为95.0Ω的灯泡，如下图乙所示。

求：〔1〕电压表的示数；
〔2〕发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热；
〔3〕假设发电机是单匝线圈，通过线圈的最大磁通量。

【命题立意】此题考查交流电的图象识别和交流电最大值的计算。

【思路点拨】解答此题需要掌握以下三个关键知识点：①通过交流电的图象能得到哪些信息？②交流电最大值的计算、最大值与有效值之间的关系；③焦耳热的计算。

【答案】〔1〕147.8V 〔2〕12.17J 〔3〕0.7WB
【解析】〔1〕电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由图象知电动势的最大值EM ＝220V ，有效值V
2110=E ，灯泡两端电压8.147=+=r R RE U V 〔3分〕 电路中的电流：56.1=+=r R E I A 〔1分〕，
发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为1556.122⨯⨯==rt I
Q J ＝12.17J 〔2分〕 EM ＝ΦM ω＝220V 由图知T ＝0.02S 又ππω1002==T RAD ／S 〔3分〕ΦM ＝0.7WB 〔1分〕
12、〔10分〕如下图所示，匀强磁场磁感应强度B ＝0.5T ，匝数为N ＝50匝的矩形线圈，绕垂直于匀强磁场的转轴OO ′匀速转动，每匝线圈长为L ＝25CM ，宽为D ＝20CM ，线圈每分钟转动1500R ，在匀速转动过程中，从线圈平面经过图示位置时开始计时。

〔1〕写出交流感应电动势E 的瞬时值表达式；
〔2〕假设每匝线圈本身电阻R ＝0.02Ω，外接一阻值为13Ω的用电器，使线圈与外电路组成闭合电路，写出交流感应电流I 的瞬时值表达式；
〔3〕假设从线圈平面垂直于磁感线的位置开始计时，感应电动势E ′和感应电流I ′的瞬时表达式如何？
【命题立意】此题考查正弦交流电的电压和电流的瞬时值表达式的书写。

【思路点拨】解答此题需要掌握以下三个关键的知识点：①如何计算交流电感应电动势的最大值；②交流电流最大值的计算和瞬时值的书写方法；③从中性面开始计时和与中性面垂直开始计时，交流电的表达式的区别。

【答案】〔1〕E ＝196COS 〔50πT 〕V 〔2〕I ＝14COS 〔50πT 〕A 〔3〕E ′＝196SIN 〔50πT 〕VI ′＝14SIN 〔50πT 〕A
【解析】〔1〕线圈匝数N ＝50，磁场的磁感应强度B ＝0.5T ，线圈转动的角速度ω＝2πF ＝2π×601500RAD ／S ＝50πRAD ／S ，
线圈的面积S ＝LD ＝0.05M2〔2分〕
所以EM ＝NBS ω＝50×0.5×0.05×50πV ＝196V 〔1分〕
从图示位置计时，有E ＝EMCOS ωT ＝196COS 〔50πT 〕V 〔1分〕
假设R ＝0.02Ω，那么R ′＝50R ＝0.02×50Ω＝1.0Ω〔1分〕
R 总＝R ＋R ′＝13Ω＋1Ω＝14Ω〔1分〕
IM ＝14196m =总R E A ＝14A 〔1分〕
所以I ＝IMCOS ωT ＝14COS 〔50πT 〕A 〔1分〕
假设从线圈平面与磁感线垂直的位置开始计时，即从中性面开始计时，感应电动势
和电流的瞬时值分别为E ′＝196SIN 〔50πT 〕V 〔1分〕，I ′＝14SIN 〔50πT 〕A 〔1分〕
13、〔9分〕核发电在我们国家的技术已比较成熟，一个直径不足3米的圆球，一天能发100万度电，足够一个中型城市的工、农业需求。

考虑到安全，应将其建在偏远山区。

输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。

有一个小型发电站，输送的电功率为P ＝1000KW ，输电线电阻为当使用U ＝5KV 的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差8000度。

求：〔1〕这时的输电效率η和输电线的总电阻R 。

〔2〕假设想使输电效率提高到98％，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？
【命题立意】此题考查交流电输电损失的计算。

【思路点拨】解答此题需要掌握以下几个关键的知识点：
①明确输电过程中1度的含义②输电损失功率的计算公式的选择。

③输电电流的计算。

【答案】〔1〕66.7％R ＝8.35Ω〔2〕20.4KV
【解析】〔1〕由于输送功率为P ＝1000KW ，一昼夜输送电能E ＝PT ＝24000度，终端得到的电能E ／＝16000度〔2分〕，因此效率η＝66.7％。

输电线上的电流可由I ＝P ／U 计算，为I ＝200A 〔2分〕，而输电线损耗功率可由PR ＝I2R 计算，其中PR ＝8000／24＝334KW ，因此可求得R ＝8.35Ω〔2分〕
〔2〕输电线上损耗功率
r U P P 2S ⎪⎭⎫ ⎝⎛'='，现在要求kw 20S ='P ，计算可得输电电压应调节为kv 420.U ='〔3分〕
14、〔9分〕如下图所示，一个变压器〔可视为理想变压器〕的原线圈接在220V 的市电上，向额定电压为18V 的霓虹灯供电，使它正常发光。

为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，假设副线圈电路中电流超过12A 时，熔丝就熔断。

〔1〕求变压器原副线圈匝数比。

〔2〕熔丝的熔断电流是多大？
〔3〕当副线圈电路中电流为10A 时，变压器的输入功率是多大？
【命题立意】此题考查变压器的相关计算。

【思路点拨】解答此题需要掌握以下两个关键知识点：①变压器的变压比的求法；②变压器输入、输出功率的关系及计算。

【答案】〔1〕9110
〔2〕0.98A 〔3〕180W
【解析】〔1〕由变压器的变压关系得2121n n U U =，所以91101822021==n n 〔3分〕。

〔2〕设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有I1U1＝I2U2当I2＝12A 时，I1即为熔断电流，代入数据，得I1＝0.98A 〔3分〕
〔3〕设副线圈中电流为I2′＝10A 时，变压器的输入功率为P1，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有P1＝I2′U2，代入数据得，P1＝180W 〔3分〕
15、〔9分〕如下图甲所示，理想变压器原线圈通有正弦式交变电流，副线圈接有3个电阻和一个电容器。

R1＝R3＝20Ω，R2＝40Ω，原、副线圈的匝数比为10∶1，原线圈的输入功率为P ＝35W ，通过R1的正弦交流电如下图乙所示。

求：〔1〕原线圈输入电压；
〔2〕电阻R2的电功率；
〔3〕电容器C 流过的电流。

【命题立意】此题考查变压器的计算、交流电图象的识别及变压器负载电路的分析。

【思路点拨】解答此题需要掌握三个关键的知识点：①电容器的特点、变压器副线圈电路的分析；②变压器的电压、电流的计算；③含电容器支路的特点。

【答案】〔1〕U ＝200V 〔2〕P2＝10W 〔3〕I3＝0.25A
【解析】〔1〕电阻R1电压有效值
V 2022112⨯==R I U 〔1分〕 所以原线圈输入电压有效值
V 200V 2010221=⨯==U n n U 〔2分〕 电阻R2的电流A 50A 4020222.R U I ===〔1分〕
电阻R2的功率W 10W 405.022222=⨯==R I P 〔1分〕 原线圈输入电流0.175A A 20035===U P I 〔1分〕 副线圈的输出电流A 751A 17501021..I n n I =⨯=='〔1分〕
R3支路中的电流A
250A 50A 1A 751213...I I I I =--=--'=〔2分〕 〔13分〕北京奥运场馆的建设表达了“绿色奥运”的理念。

如下图所示，作为北京奥运台主场馆之一的国家体育馆“鸟巢”拥有9.1万个座位，其扇型屋面和大面积的玻璃幕墙不仅给人以赏心悦目之感。

还隐藏着一座年发电量约为98550千瓦时的太阳能光伏发电系统，供给体育馆内的照明灯等使用。

假如该发电系统的输出功率为1×105W 。

求：〔1〕按平均每天太阳照射6小时计，该发电系统一年〔365天计〕能输出多少电能？
〔2〕假假设输出电压250V ，现准备向远处输电。

所用输电线的总电阻为8Ω，要求输电时在输电线上损失的电功率不超过输送电功率的5％。

用户获得220V 电压，求应选用匝数比多大的升压变压器和降压变压器？
【命题立意】此题考查远距离输电的相关计算。

【思路点拨】解答此题需要掌握以下三个关键知识点：①远距离输电的原理；②输电线路的电压损失、功率损失的计算方法；③变压器的相关计算。

【答案】〔1〕E ＝2.19×105KW ·H 或E ＝7.884×1011J 〔2〕升压变压器的匝数比为：161降压变压器的匝数比为：1317.
【解析】〔1〕P ＝1.0×105WT ＝365×6H
E ＝PT ＝2.19×105KW ·H 或E ＝7.884×1011J 〔3分〕
依题意作出如下图输电示意图〔1分〕，
升压变压器原线圈的电流为A 400A 250101511＝⨯==U P I 〔1分〕
当输电线上损失的电功率为输送电功率的5％时，输电线中的电流为I2，那么P R I ⨯％＝线522〔1分〕 所以A 25A 810105055
2＝＝％线⨯⨯⨯=
.R P I 〔1分〕 升压变压器的匝数比为： 16
140025 1221==I I n n ＝〔1分〕 降压变压器2T 副线圈中电流4I ，即为提供给所有用户的总电流总I ，用户获得的总功率为：P P P P ⨯⨯-％＝％＝用955〔1分〕
又444I U I U P ==总用〔1分〕 所以A 8431A 220101950955
44..U P I ＝＝％＝⨯⨯⨯〔1分〕
其原线圈中电流A 2523==I I 〔1分〕 降压变压器的匝数比为：13.17258.4313443===I I n n 〔1分〕。