2020年高三物理寒假攻關---備戰(zhàn)一模第一部分考向精練專題19交流電的三類題型1．交變電流的產(chǎn)生線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉動．2．線圈通過中性面時的特點(1)穿過線圈的磁通量最大；(2)線圈中的感應電動勢為零；(3)線圈每經(jīng)過中性面一次，感應電流的方向改變一次．3．交變電流“四值”的應用(1)最大值：Em＝nBSω，分析電容器的耐壓值；(2)瞬時值：E＝Emsinωt(從中性面開始計時)，計算閃光電器的閃光時間、線圈某時刻的受力情況；(3)有效值：電表的讀數(shù)及計算電熱、電功、電功率及保險絲的熔斷電流；(4)平均值：eq\x\to(E)＝neq\f(ΔФ,Δt)，計算通過電路橫截面的電荷量．4．理想變壓器的基本關系式(1)功率關系：P入＝P出．(2)電壓關系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).(3)電流關系：只有一個副線圈時eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).5．動態(tài)分析的兩種情況(1)負載電阻不變，討論變壓器原、副線圈兩端的電壓、電流、電功率等隨匝數(shù)比的變化情況．(2)匝數(shù)比不變，討論變壓器原、副線圈兩端的電壓、電流、電功率等隨負載電阻的變化情況．6．四點說明(1)變壓器不能改變直流電壓．(2)變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率．(3)理想變壓器本身不消耗能量．(4)理想變壓器基本關系中的U1、U2、I1、I2均為有效值．7．輸電線路功率損失的計算方法(1)P損＝P－P′，P為輸送的功率，P′為用戶所得功率．(2)P損＝I線2R線，I線為輸電線路上的電流，R線為輸電線路的總電阻．(3)P損＝eq\f(ΔU2,R線)，ΔU為在輸電線路上損失的電壓，R線為線路總電阻．(4)P損＝ΔU·I線，ΔU為在輸電線路上損失的電壓，I線為輸電線路上的電流．類型一交流電的產(chǎn)生及描述【例1】(2019·安徽皖江名校聯(lián)盟摸底大聯(lián)考)圖所示為交流發(fā)電機發(fā)電的簡易原理圖，n匝矩形線圈的面積為S，整個裝置處在磁感應強度大小為B、方向豎直向下的勻強磁場中，已知線圈的總電阻為r，通過電刷與定值電阻R相連接，與定值電阻并聯(lián)一理想的交流電壓表，現(xiàn)矩形線圈繞中心軸線OO′以恒定的角速度ω勻速轉動．t＝0時刻線圈處在中性面．下列說法正確的是()A．t＝0時刻流過定值電阻的電流方向向左B．線圈中產(chǎn)生感應電動勢的瞬時值表達式為e＝nBSωsinωt(V)C．線圈轉動的過程中，電壓表的讀數(shù)為nBSωeq\f(R,R＋r)D．從t＝0時刻起，線圈轉過60°角時流過定值電阻的瞬時電流為eq\f(\r(3)nBSω,2R＋r)【答案】BD【解析】t＝0時刻線圈與磁場方向垂直，即線圈的速度與磁場方向平行，因此t＝0時感應電動勢為零，感應電流為零，A錯誤；從中性面開始計時，感應電動勢隨時間按正弦規(guī)律變化，且最大感應電動勢Em＝nBSω，所以感應電動勢的瞬時值表達式為e＝nBSωsinωt(V)，B正確；線圈轉動的過程中，最大感應電動勢Em＝nBSω，則產(chǎn)生的感應電動勢的有效值為E＝eq\f(\r(2),2)nBSω，因此電壓表的示數(shù)為U＝eq\f(\r(2)R,2R＋r)nBSω，C錯誤；線圈從t＝0開始轉過60°角時，瞬間電流為i＝eq\f(e,R＋r)＝eq\f(nBSωsin\f(π,3),R＋r)＝eq\f(\r(3)nBSω,2R＋r)，D正確．【規(guī)律總結】(1)線圈通過中性面時的特點①穿過線圈的磁通量最大。②線圈中的感應電動勢為零。③線圈每經(jīng)過中性面一次，感應電流的方向改變一次。(2)交流電的“四值”①最大值：Em＝NBSω?？捎脕矸治鲭娙萜鞯哪蛪褐?。②瞬時值：e＝NBSωsinωt。計算閃光電器的閃光時間、線圈某時刻的受力情況。③有效值：正弦式交流電的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))；非正弦式交流電的有效值必須根據(jù)電流的熱效應，用等效的思想來求解。計算交流電路的電功、電功率和測定交流電路的電壓、電流都是指有效值。④平均值：eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)。常用來計算通過電路的電荷量。類型二理想變壓器的分析與計算問題【例2】(2019·山東省“評價大聯(lián)考”三模)如圖，理想變壓器T的原線圈接在電壓為U的交流電源兩端，P為滑動變阻器的滑片，RT為熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小，則()A．P向左滑動時，變壓器的輸出電壓變大B．P向左滑動時，變壓器的輸入功率變大C．RT溫度升高時，燈L變亮D．RT溫度升高時，適當向右滑動P可保持燈L亮度不變【答案】D【解析】P向左滑動時，變壓器原線圈電壓和原、副線圈的匝數(shù)比均不變，輸出電壓不變，故A錯誤；P向左滑動時，滑動變阻器電阻變大，副線圈回路總電阻增大，輸出功率減小，所以變壓器的輸入功率也變小，故B錯誤；RT溫度升高時，其阻值減小，副線圈回路總電阻減小，總電流增大，滑動變阻器的分壓增大，燈L兩端電壓減小，燈L變暗，故C錯誤；RT溫度升高時，其阻值減小，只有適當向右滑動P，才能使燈L分壓不變，從而保持燈L的亮度不變，故D正確?！疽?guī)律總結】(1)理想變壓器動態(tài)分析的兩種情況①負載電阻不變，討論變壓器原、副線圈兩端的電壓、電流、電功率等隨匝數(shù)比的變化情況。②匝數(shù)比不變，討論變壓器原、副線圈兩端的電壓、電流、電功率等隨負載電阻的變化情況。(2)分析技巧①根據(jù)題意分清變量和不變量。②弄清“誰決定誰”的制約關系。對電壓而言，輸入決定輸出；對電流、電功(率)而言，輸出決定輸入。類型三遠距離輸電【例3】(2019·湖南衡陽三模)(多選)如圖所示為某小型水電站的電能輸送示意圖，輸電線總電阻為r，升壓變壓器、降壓變壓器均為理想變壓器。假設發(fā)電機的輸出電壓不變。則下列說法正確的是()A．若使用的電燈減少，則發(fā)電機的輸出功率不變B．若使用的電燈減少，則發(fā)電機的輸出功率將減小C．若使用的電燈增多，則降壓變壓器的輸出電壓不變D．若使用的電燈增多，則降壓變壓器的輸出電壓減小【答案】BD【解析】輸入的功率的大小是由輸出功率的大小決定的，當使用的電燈減少時，輸出功率減小，則輸入功率也減小，即發(fā)電機的輸出功率減小，故A錯誤，B正確；當使用的電燈增多時，輸出功率增大，降壓變壓器的輸出電流增大，則降壓變壓器的輸入電流變大，輸電線上的電流增大；輸電線上的電壓損失Ur增大，發(fā)電機的輸出電壓U1不變，升壓變壓器匝數(shù)比不變，則升壓變壓器輸出電壓U2不變，由U2＝U3＋Ur可知降壓變壓器的輸入電壓U3減小，又降壓變壓器的匝數(shù)比不變，故降壓變壓器的輸出電壓U4減小，故D正確，C錯誤。【規(guī)律總結】遠距離輸電問題的“三二一”(1)理清三個回路(2)抓住兩個聯(lián)系①理想的升壓變壓器聯(lián)系了回路1和回路2，由變壓器原理可得：線圈1(匝數(shù)為n1)和線圈2(匝數(shù)為n2)中各個量間的關系是eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，P1＝P2.②理想的降壓變壓器聯(lián)系了回路2和回路3，由變壓器原理可得：線圈3(匝數(shù)為n3)和線圈4(匝數(shù)為n4)中各個量間的關系是eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3)，P3＝P4.(3)掌握一個守恒：能量守恒關系式P1＝P損＋P3.1．(2019·福建泉州泉港區(qū)第一中學高三上質量檢測)如圖為小型旋轉電樞式交流發(fā)電機的原理圖，其矩形線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中，繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉動，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與電阻R＝10Ω連接，t＝0時線圈以T＝0.02s的周期從圖中位置開始轉動，轉動時理想交流電壓表示數(shù)為10V，則下列說法正確的是()A．電阻R上的電功率為20WB．R兩端的電壓u隨時間變化的規(guī)律是u＝10eq\r(2)·cos100πt(V)C．t＝0.02s時R兩端的電壓瞬時值最大D．一個周期內電阻R產(chǎn)生的熱量是0.2J2.(多選)(2019·山東日照市3月模擬)教學用發(fā)電機能夠產(chǎn)生正弦式交變電流．利用該發(fā)電機通過理想變壓器向用電器供電，電路如圖所示．副線圈的匝數(shù)可以通過滑動觸頭Q來調節(jié)，副線圈兩端連接定值電阻R0、燈泡L和滑動變阻器R，P為滑動變阻器的滑片，原線圈上連接一只理想交流電流表A，閉合開關S，電流表的示數(shù)為I，則()A．僅增大發(fā)電機線圈的轉速，I增大B．僅將P向上滑動，I增大C．僅將Q向上滑動，I增大D．僅將開關S斷開，I增大3.(2019·河南安陽二模)(多選)如圖所示，發(fā)電機的輸出電壓U＝1000eq\r(2)sin100πt(V)，通過理想降壓變壓器給若干盞燈泡供電，輸電線上連接可調電阻r。變壓器原線圈兩端接有理想交流電壓表V，副線圈干路接有理想交流電流表A，下列說法正確的是()A．電壓表V的示數(shù)始終為1000VB．僅增多接入燈泡，電流表A的示數(shù)增大C．僅增大可調電阻r，電壓表V的示數(shù)增大D．僅增大可調電阻r，電流表A的示數(shù)減小4.(2019·山東臨沂高三上期末)如圖所示，OO′是磁感應強度大小為B的勻強磁場的左邊界，也是一面積為S的n匝矩形金屬線框的對稱軸，若線框以角速度ω繞與磁感線垂直的轉軸OO′勻速轉動，并從圖示位置(線框與磁感線平行)開始計時，則()A．t＝eq\f(2π,ω)時，線框中的感應電流最小B．t＝eq\f(π,2ω)時，穿過線框的磁通量變化率最大C．線框中產(chǎn)生的交變電動勢的最大值為nBSωD．線框中產(chǎn)生的交變電動勢的有效值為eq\f(\r(2),4)nBSω5.(2019·南京、鹽城一模)一只電阻分別通過四種不同形式的電流，電流隨時間變化的情況如下圖所示，在相同時間內電阻產(chǎn)生熱量最大的是 ()6.(2019·湖北恩施州2月教學質量檢測)在如圖所示的電路中，變壓器為理想變壓器，原、副線圈的匝數(shù)比為1︰2，三個定值電阻的阻值相同，電壓表為理想交流電表．現(xiàn)在a、b端輸入正弦式交變電流，電鍵S斷開時，電壓表的示數(shù)為U1，電鍵S閉合后，電壓表的示數(shù)為U2，則eq\f(U1,U2)的值為()A.eq\f(2,3)B.eq\f(3,2)C.eq\f(3,5)D.eq\f(5,3)7.(2019·山西高三二模)如圖所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為10∶1，原線圈兩端連接正弦交流電源u＝220eq\r(2)sin314t(V)，副線圈接電阻R，同時接有理想電壓表和理想電流表。下列判斷正確的是()A．電壓表讀數(shù)約為31.1VB．若僅將副線圈匝數(shù)增加到原來的2倍，則電流表的讀數(shù)增大到原來的2倍C．若僅將R的阻值增加到原來的2倍，則輸入功率也增加到原來的2倍D．若R的阻值和副線圈匝數(shù)同時增加到原來的2倍，則輸出功率增加到原來的4倍8．(多選)(2019·廣東清遠市期末質量檢測)如圖所示，一個小型水電站，其交流發(fā)電機的輸出電壓U1一定，通過理想升壓變壓器T1和理想降壓變壓器T2向遠處用戶供電，輸電線的總電阻為R.T1的原、副線圈匝數(shù)分別為n1、n2，輸入電壓和輸入功率分別為U1和P1，輸出電壓和輸出功率分別為U2和P2；T2的原、副線圈匝數(shù)分別為n3、n4，輸入電壓和輸入功率分別為U3和P3，輸出電壓和輸出功率分別為U4和P4.下列說法正確的是()A．當用戶的用電器增加時，U2、U3、U4均變小B．輸電線的總電阻R兩端的電壓等于(U2＋U3)，且隨用戶的用電器增加而增加C．輸電線上損失的功率為eq\f(P32R,U32)，且隨用戶的用電器增加而增加D．要減小線路的損耗，應增大eq\f(n2,n1)，同時增大eq\f(n3,n4)9.(2019·河南省鄭州市一模)如圖甲所示，變壓器原、副線圈上有L1、L2、L3、L4四只燈泡，它們的規(guī)格都是“9V12W”，當在該變壓器cd端輸入交變電壓u(u-t圖象如圖乙所示)時，四只燈泡都正常發(fā)光，各電表均為理想交流電表。以下說法正確的是()A．a(chǎn)b端輸入電壓的瞬時值表達式為uab＝27eq\r(2)·sin100πt(V)B．原、副線圈匝數(shù)比為3∶1C．流過燈泡L2的電流方向每秒鐘改變50次D．電流表的示數(shù)為4A，ab端輸入的功率Pab為48W10.(2019·山西質量監(jiān)測)某小型水電站的電能輸送示意圖如圖所示，發(fā)電機通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向R0＝11Ω的純電阻用電器供電．已知輸電線的總電阻R＝10Ω，T2的原、副線圈匝數(shù)比為4∶1，用電器兩端的電壓為u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，將T1、T2均視為理想變壓器．下列說法正確的是()降壓變壓器的輸入功率為4400WB．升壓變壓器中電流的頻率為100HzC．輸電線消耗的功率為500WD．當用電器的電阻減小時，輸電線消耗的功率減小11.(2019·河南開封一模)圖甲所示為一臺小型發(fā)電機構造示意圖，線圈逆時針轉動，產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律如圖乙所示．發(fā)電機線圈內阻為1Ω，外接燈泡的電阻為9Ω恒定不變，則下列說法中正確的為 ()A．電壓表的示數(shù)為6VB．發(fā)電機的輸出功率為4WC．在1.0×10－2s時刻，穿過線圈的磁通量最大D．在1.0×10－2s時刻，穿過線圈的磁通量變化率最大12.(2019·福建廈門市上學期期末質檢)電風扇的擋位變換器電路如圖所示，把它視為一個可調壓的理想變壓器，總匝數(shù)為2400的原線圈輸入電壓u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，擋位1、2、3、4對應的線圈匝數(shù)分別為240、600、1200、2400.電動機M的內阻r＝8Ω，額定電壓為U＝220V，額定功率P＝110W．下列判斷正確的是()A．該交流電源的頻率為100HzB．當選擇擋位3后，電動機兩端電壓的最大值為110VC．當擋位由3變?yōu)?后，原線圈的電流變大D．當選擇擋位4后，電動機的輸出功率為108W

參考答案1.【答案】BCD【解析】電阻R消耗的電功率為P＝eq\f(U2,R)＝eq\f(102,10)W＝10W，A錯誤；R兩端電壓的最大值為Um＝eq\r(2)U＝10eq\r(2)V，角速度ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，線圈從圖中位置開始轉動時，感應電動勢最大，R兩端電壓最大，故R兩端的電壓u隨時間t變化的規(guī)律是u＝10eq\r(2)cos100πt(V)，B正確；t＝0.02s時，即t＝T時，線圈平面與磁場方向平行，磁通量的變化率最大，此時線圈產(chǎn)生的感應電動勢最大，R兩端的電壓瞬時值最大，C正確；根據(jù)焦耳定律可知，一個周期內電阻R產(chǎn)生的熱量Q＝I2RT＝PT＝10×0.02J＝0.2J，D正確。2.【答案】AC【解析】僅增大發(fā)電機線圈的轉速n，則角速度ω＝2πn增大，則最大感應電動勢Em＝NBSω增大，則電動勢的有效值增大，由于原、副線圈匝數(shù)不變，故副線圈兩端電壓增大，則副線圈電流增大，根據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知原線圈電流I增大，故選項A正確；僅將P向上滑動，則副線圈總電阻增大，則副線圈電流減小，根據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知原線圈電流I減小，故選項B錯誤；僅將Q向上滑動，則副線圈的匝數(shù)增大，由于原線圈兩端電壓不變，則根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知，副線圈兩端電壓增大，則副線圈電流增大，根據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知原線圈電流I增大，故選項C正確；僅將開關S斷開，則副線圈總電阻增大，由于原、副線圈電壓均不變，則副線圈電流減小，根據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知原線圈電流I減小，故選項D錯誤．3.【答案】BD【解析】因發(fā)電機輸出電壓有效值為1000V，則變壓器初級電壓為U1＝1000V－I1r，可知電壓表V的示數(shù)小于1000V，A錯誤；僅增多接入燈泡，則次級電阻減小，次級電流變大，電流表A的示數(shù)增大，B正確；僅增大可調電阻r，初級電壓會減小，即電壓表V的示數(shù)減小，次級電壓也會減小，則次級電流減小，即電流表A的示數(shù)減小，C錯誤，D正確。4.【答案】D【解析】由圖可知，該線框的一半在磁場外，則線框產(chǎn)生的最大感應電動勢：Em＝eq\f(1,2)nBSω，圖示位置線框平面與磁場方向平行，則線框產(chǎn)生感應電動勢的瞬時值表達式為：e＝Emcosωt，當t＝eq\f(2π,ω)時，ωt＝ω·eq\f(2π,ω)＝2π，e＝Em，可知此時的感應電動勢最大，則線框中的感應電流最大，A、C錯誤；當t＝eq\f(π,2ω)時，ωt＝ω·eq\f(π,2ω)＝eq\f(π,2)，e＝0，此時感應電動勢最小，所以穿過線框的磁通量變化率最小，B錯誤；線框中產(chǎn)生的交變電動勢的有效值：E＝eq\f(\r(2),2)Em＝eq\f(\r(2),4)nBSω，D正確。5【答案】D【解析】選項A、B中交變電流的有效值都為eq\r(2)A，選項C中恒定電流的大小為1.5A，選項D中交變電流的有效值為2A，根據(jù)熱量的表達式Q＝I2Rt得出選項D正確．6【答案】D【解析】設ab端輸入的電壓有效值為U，當電鍵S斷開時，原線圈兩端的電壓為eq\f(U1,2)，副線圈中的電流為eq\f(U1,2R)；原線圈中的電流為eq\f(U1,R)，則U＝eq\f(U1,2)＋U1＝eq\f(3U1,2)；當電鍵S閉合時，原線圈兩端的電壓為eq\f(U2,2)，副線圈中的電流為eq\f(U2,R)，原線圈中的電流為eq\f(2U2,R)，則U＝eq\f(U2,2)＋2U2＝eq\f(5U2,2)；解得eq\f(U1,U2)＝eq\f(5,3)，故選D.7.【答案】B【解析】根據(jù)u＝220eq\r(2)sin314t(V)可知，原線圈的電壓有效值為U1＝220V，電壓表的讀數(shù)為變壓器輸出電壓的有效值，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得，電壓表讀數(shù)為U2＝22V，A錯誤；若僅將副線圈匝數(shù)增加到原來的2倍，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知，U2增大到原來的2倍，由I2＝eq\f(U2,R)可知，電流表的讀數(shù)增大到原來的2倍，B正確；輸入電壓和匝數(shù)比不變，則輸出電壓U2不變，若僅將R的阻值增加到原來的2倍，由I2＝eq\f(U2,R)可知，副線圈電流變?yōu)樵瓉淼囊话耄敵龉β首優(yōu)樵瓉淼囊话?，由輸入功率等于輸出功率可知，輸入功率也變?yōu)樵瓉淼囊话耄珻錯誤；若副線圈匝數(shù)增加到原來的2倍，則U2增加到原來的2倍，若R的阻值也增加到原來的2倍，輸出功率P2＝eq\f(U\o\al(2,2),R)變?yōu)樵瓉淼?倍，D錯誤。8.【答案】CD【解析】交流發(fā)電機的輸出電壓U1一定，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，知U2不變，故A錯誤；輸電線的總電阻R兩端的電壓等于(U2－U3)，隨用戶的用電器增加，由于輸電線上的電流會增大，則輸電線R上的電壓增加，選項B錯誤；輸電線上的電流I＝eq\f(P3,U3)，則輸電線上損失的功率為P損＝I2R＝eq\f(P32R,U32)，且隨用戶的用電器增加，輸電線上的電流會增大，則輸電線R上損失的功率增加，選項C正確；輸送功率一定時，根據(jù)P＝UI和P損＝I2R知，要減小線路的損耗，應增大輸送電壓，又U1一定，根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)知，所以應增大eq\f(n2,n1)；U3＝U2－IR，U2增大，I2減小，所以U3增大，用戶電壓不變，根據(jù)eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)知，應增大eq\f(n3,n4)，故D正確．9.【答案】BD【解析】由變壓器cd端輸入交變電壓u的圖象，可求出其有效值為27V，燈泡規(guī)格都是“9V12W”，四只燈泡都正常發(fā)光，所以ab端輸入電壓的有效值是27V＋9V＝36V，交流電的周期是0.02s，故ab端輸入電壓的瞬時值表達式為uab＝36eq\r(2)sin100πt(V)，A錯誤；四只燈泡都正常發(fā)光，所以副線圈電壓為9V，根據(jù)理想變壓器電壓比規(guī)律可得出變壓器原、副線圈匝數(shù)比為3∶1，B正確；由圖象知交流電的周期為0.02s，交流電的頻率為50Hz，流過燈泡L2的電流方向每秒鐘改變100次，C錯誤；電流表的示數(shù)為I＝3×eq\f(12,9)A＝4A，ab端輸入的功率Pab＝4×12W＝48W，D正確。10.【答案】：A【解析】：由題可知，用電器兩端電壓有效值為220V，交流