高考物理十一、交流电

届高考物理二轮复习典型例题及练习

十一、交流电

例1：给额定功率60W 、额定电压220V 的白炽灯加上如图所示的电压，恰使灯正常发光，则所加电压U 0的大小约为 （ C ） A. 220V B. 310V C. 350V D. 440V

解：所加电压的周期为 20× 10 -3s = 8ms 设电灯的电阻为R ，加上图示的电压时的功率为P L ， P L t 2 = (U 02 /R)t 1 +0 (式中t 1 = 8ms t 2 =20 ms) 由题意 P L = (U 02 /R)t 1/t 2= U 额2 /R =60W U 02 = U 额2 t 2/t 1 =2202 ×20/8 =1102 ×10 ∴ U 0≈350V

例2:如图是一个理想变压器的电路图，若A 、B 两点接交流电压U 时，五个相同的灯泡均正常发光，则原、副线圈的匝数比为： ( C ) A. 5 : 1 B. 1 : 5 C. 4 : 1 D. 1 : 4

解：设灯泡正常发光的电流为I ，

则原、副线圈的电流分别为I 和4I ，如图示。

U

0 U/V

t/10 -3s 20 8 0

28 40 48

60

n 1 n

2 U

A

B

所以原、副线圈的匝数比为 4 : 1

例3.如图所示，abcd 是交流发电机的矩形线圈, ab=30cm,bc=10cm, 共50匝, 它在B=0.8T 的匀强磁场中绕中心轴OO ′顺时针方向匀速转动，转速为480r/min,线圈的总电阻为r=1Ω,外电阻为R=3 Ω,试求: 1. 若线圈从图示位置开始计时,沿abcd 流动 的方向为正方向,画出交流电流的图象. 2. 线圈从图示位置转过1/4 转的过程中, 电阻R 上产生的热量和通过导线截面 的电量

3.电流表和电压表的读数

4.从图示位置转过180°过程中 的平均感应电动势

解：从中性面开始计时有 e=E m sin ω t ，其中E m = NB ω S ， ω=2πn=2 π ×480/60=16π，∴ E m = NB ωS =60.3V ，I m = E m /（R+r ）=15.1A

注意到从开始转动时产生的感应电流沿dcbad 方向，与规定方向相反，为负值。∴i = - I m sin ω t= -15.1 sin 16πt （A ） T=2π/ω=1/8 s 图线如图示

2. 有效值为

转过900的过程中电阻R 上产生的热量为Q=I 2 R t= I 2 R T/4=10.7J 感应电流的平均值为

a

b

c

d

B

R

V

A

3/16

-15.1

15.1 i / A t / s

1/8

0 10.7A

215.1/2/I I m ===

转过900的过程中通过导线横截面的电量为

3.电流表和电压表的读数I=10.7A

4. 求从图示位置转过180°过程中的平均感应电动势

解：由法拉第电磁感应定律

例4. 如图所示，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1.80×104V 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，使副线圈电路中电流超过12mA 时，熔丝就熔断． （1）熔丝的熔断电流是多大? （2）当副线圈电路中电流为10mA 时．变压器的输入功率是多大?

解：(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U 1、U 2、I 1、I 2．

根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有 I 1 U 1= I 2U 2．当I 2=12 mA 时，I 1 即为熔断电流．代人数据，得 I 1 =0.98 A

(2) 设副线圈中电流为 I 2 ′=10 mA 时，变压器的输入功率为P 1 根据理想变压器的输入功 率等于输出功率，有P 1= I 2′U 2，代人数据，得 P 1 =180 W 。

练习1.如图所示，有一理想变压器，原线圈匝数为n 1，两个副线圈的匝数分别为n 2和n 3，原副线圈的电压分别为U 1、U 2、U 3，电流分别为I 1、I 2、I 3，两个副线圈负载电阻的阻值未知，下列结论中，正确的是：( )

r)

(R t

/ΔΦN Δr)(R E I +=

+=

0.3C

r)(R NBS/r)(R /ΦN Δt ΔI q =+=+==32V

310.7IR U =⨯==S

NB ωπ2ωπ221BS BS N t ΔΦΔ N E =--==38.4V 60.3π

2

E π2m =⨯=

=熔断器

(A) U 1:U 2＝n 1:n 2，U 2:U 3=n 2:n 3； (B)

I 1/I 3=n 3/n 1， I 1/I 2=n 2/n 1；

(C) I 1U 1=I 2U 2＋I 3U 3 ； (D) n 1I 1=n 2I 2＋n 3I 3 。

n 2

n 3

n 1

U 1

练习2. 如图所示,一理想变压器的原、副线圈分别由双线圈ab和cd(匝数都为n1)、ef和gh(匝数都为n2)组成.用I1和U1表示输入电流和电压,I2和U2表示输出电流和电压.在下列4种连接法中,符合关系U1/U2=n1/n2, I1/I2=n2/n1的有( )

(A) b与c相连,以a、d为输入端;

f与g相连,以e、h为输出端

(B) b与c相连,以a、d为输入端;

e与g相连,f与h相连作为输出端

(C) a与c相连、b与d相连作为输入端;

f与g相连,以e、h为输出端

(D) a与c相连、b与d相连作为输入端;

e与g相连, f与h相连作为输出端

练习3. 在远距离输电中，当输送的电功率相同时，则关于输电导线上损失的功率下列说法正确的是（）

(A)减小输电导线的电阻可以减小损失的功率，但此种方法很有限.

(B)提高输送电压从而减小输送电流，可大大减小损失的功率

(C)损失的功率与输送电压的二次方成反比

(D)损失的功率与输电线上的电压降成反比

练习4. 如图所示，边长为L,电阻为R的单匝正方形线圈abcd，在磁感应强度为B的匀强磁场中,以cd边为轴以角速度w作匀速转动，转动方向如图, cd

边与磁场方向垂直.求: (1)当它从图示位置转过900的过程中产生的热量

(2)当它从图示位置转过900的过程中通过

导线横截面的电量

(3) ts内外界驱动线圈所做的功

( t >>2p/ω)

练习5. 有一条河流，河水流量为4m 3/s，落差为5m，现利用它来发

电，使用的发电机总效率为50％，发电机输出电压为350V，输电线的电阻为4Ω，允许输电线上损耗功率为发电机输出功率的5％，而用户所需要电压为

220V，求所用的升压、降压变压器上原、副线圈的匝数比．g=9.8m/s2练习6、如图所示,匀强磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度

B=0.20T,OCA金属导轨与OA金属直导轨分别在O点和A点接一阻值为R1 =3.0Ω和R2=6.0 Ω体积可忽略的定值电阻,导轨OCA的曲线方程为h

a

b c

d

e

f

g

a

b c

d

B

ù