2024届高考物理第一轮复习：交变电流

试卷更新日期：2023-09-03 类型：一轮复习

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一、选择题

1. 图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场， $A$ 为交流电流表。线圈绕垂直于磁场方向的水平轴 $O O^{'}$ 沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示，以下判断正确的是（　　）

A、电流表的示数为10A B、线圈转动的角速度为50πrad/s C、0.01s时线圈平面与磁场方向垂直 D、0.02s时线圈中磁通量最大

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2. 某小组用如图甲所示的风速仪研究交流电，风杯在风力作用下带动与其连在一起的永磁铁转动。某一风速时，线圈中产生的交变电流如图乙所示，已知风杯转速与风速成正比，则（　　）

A、1s内线圈中的电流方向改变了50次 B、该交变电流的峰值为20A C、风速增大，产生的交变电流周期增大 D、风速增大，产生的交变电流有效值增大

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3. 如图所示为一个经双可控硅调节后加在电灯上的电压，正弦式交变电流的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去，则现在电灯上电压的有效值为（）

A、 $U_{m}$ B、 $\frac{U_{m}}{\sqrt{2}}$ C、 $\frac{U_{m}}{3}$ D、 $\frac{U_{m}}{2}$

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4. 如图所示，L是直流电阻不计的自感系数较大的线圈，a灯泡的电阻小于b灯泡的电阻，b、c灯泡相同。下列说法正确的是（）

A、闭合S时a、c灯瞬间变亮，b灯逐渐变亮 B、闭合S，电路稳定后b、c灯一样亮 C、断开S时c灯立即熄灭，b灯闪亮一下后逐渐熄灭 D、断开S时通过a灯的感应电流与原电流方向相反

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5. 如图所示，A、 $B$ 是两个完全相同的灯泡， $L$ 是自感系数较大的线圈，其电流电阻忽略不计，当电键 $K$ 闭合时，下列说法正确的是（　　）

A、A比B先亮，然后A熄灭 B、B比A先亮，然后B逐渐变暗，A逐渐变亮 C、A、B一齐亮，然后A熄灭 D、A、B一齐亮，然后A逐渐变亮，B的亮度不变

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6. 如图所示为一含有理想变压器的电路，其中定值电阻 $R_{1} = 200 Ω$ ， $R_{2} = 15 Ω$ ，正弦交变电压u最大值为 $220 \sqrt{2} V$ ，电流表和电压表均为理想电表，电流表示数为0.5A，则电压表的示数为（）

A、30V B、45V C、60V D、90V

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7. 一含有理想变压器的电路如图，图中电阻R₁、R₂和R₃的阻值分别为3Ω、1Ω和4Ω， $A$ 为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流表的示数为1A；当开关S闭合时，电流表的示数为4A，下列说法正确的是（）

A、该交流电源电压最大值为 $48 \sqrt{2}$ V B、该变压器原、副线圈匝数比为4：1 C、开关S闭合时，R₁消耗功率大于R₂消耗功率 D、开关S从闭合到断开，电源输出功率增大

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8. 如图所示，一理想变压器接在电压有效值为200V、频率为 $50 H z$ 的正弦交流电源上，原、副线圈的匝数比 $n_{1} ： n_{2} = 5 ： 1$ ，副线圈与定值电阻 $R_{1}$ 和滑动变阻器 $R_{2}$ 相连， $R_{1}$ 的阻值为 $80 Ω$ ， $R_{2}$ 的最大阻值为 $120 Ω$ 。下列说法正确的是（）

A、电阻 $R_{1}$ 中的电流方向每秒钟变化20次 B、改变滑动变阻器 $R_{2}$ 接入电路的阻值时，滑动变阻器两端电压的最大值为24V C、通过原线圈的电流最大值为0.5A D、滑动变阻器 $R_{2}$ 消耗的最大电功率为5W

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9. 如图所示，有一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n∶1，原线圈两端接入正弦交流电源，电压为u=U₀cos100πtV，副线圈接有一个交流电流表和一个电动机。电动机线圈电阻为R，当开关S接通后，电流表读数为I，在磁感应强度为B的匀强磁场中，电动机带动一电阻为r、质量为m、长为l的金属杆在光滑的没有电阻的导轨上以速度v匀速上升，重力加速度为g。下列判断正确的是（）

A、电动机两端电压为IR，其消耗的电功率为I²R B、电动机的热功率为I²R，副线圈电压的有效值为 $\frac{U_{0}}{n}$ C、原线圈中的电流为nI，副线圈电流的频率为50Hz D、变压器的输入功率为 $I^{2} R + m g v + \frac{B^{2} l^{2} v^{2}}{r}$

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10. 交流发电机的简化结构如图所示，两磁极间产生的磁场可近似为匀强磁场。已知水平匀强磁场的磁感应强度大小 $B = \frac{\sqrt{2}}{10} T$ ，矩形线框 $A B C D$ 共100匝，面积 $S = 0.2 m^{2}$ ，电阻不计。线框绕垂直于磁场的转轴 $O O$ 以角速度 $ω = 50 r a d / s$ 匀速转动，通过熔断电流（有效值）为10A的保险丝与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220V 20W”的灯泡，下列说法正确的是（）

A、若灯泡正常发光，通过保险丝的电流为0.2A B、为使灯泡正常发光，变压器原、副线圈的匝数之比为20：11 C、线框平面与磁场方向垂直时，穿过线框的磁通量为 $\sqrt{2} W b$ D、线框中产生的感应电动势的有效值为 $100 \sqrt{2} V$

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11. 手摇发电机产生的正弦交流电经变压器给灯泡L供电，其电路如图所示，当线圈以角速度 $ω$ 匀速转动时，电压表示数为 $U$ ，灯泡正常发光。已知发电机线圈的电阻为 $r$ ，灯泡正常发光时的电阻为 $R$ ，其他电阻可忽略，变压器原线圈与副线圈的匝数比为 $k$ ，变压器可视为理想变压器。则（）

A、转动一个周期，通过线圈横截面的电荷量为 $\frac{2 π U}{ω r}$ B、减小转速，交流电的频率变小，灯泡仍能正常发光 C、若仅在负载再并联一个相同的灯泡，则灯泡L的亮度不变 D、副线圈输出电压的有效值为 $\frac{U}{k}$

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12. 发电机的示意图如图所示，n匝正方形线圈在匀强磁场中以恒定角速度 $ω$ 绕 $O O^{'}$ 轴转动，阻值为R的电阻两端电压的有效值为 $U_{0}$ 。线圈电阻为r，其余电阻不计，转动过程中，线圈中磁通量的最大值为（）

A、 $\frac{U_{0} (R + r)}{2 n ω R}$ B、 $\frac{\sqrt{2} U_{0} (R + r)}{2 n ω R}$ C、 $\frac{U_{0} (R + r)}{n ω R}$ D、 $\frac{\sqrt{2} U_{0} (R + r)}{n ω R}$

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二、多项选择题

13. 某探究小组利用图甲所示的电路探究一标签模糊的理想变压器的原、副线圈匝数比。R为定值电阻， $L_{1} 、 L_{2}$ 为两只标有“ $5 V ， 2 A$ ”的相同小灯泡，在输入端加如图乙所示的交变电压。开关S断开时，灯泡 $L_{1}$ 正常发光，测得电阻R两端的电压与灯泡 $L_{1}$ 两端的电压相等，则下列说法正确的是（）

A、定值电阻的阻值为 $7.5 Ω$ B、闭合开关S后，灯泡 $L_{1}$ 变亮 C、理想变压器原、副线圈的匝数比为 $2 ： 1$ D、理想变压器原、副线圈的匝数比为 $3 ： 1$

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14. 如图，在理想变压器的原线圈的两端加上电压 $u = 311 s i n 100 π (V)$ 的正弦交流电，在副线圈上连接有定值电阻 $R_{0}$ 和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头。图中两电压表均为理想电压表。下列说法正确的是（）

A、电压表 $V_{1}$ 的示数为311V B、将P向上滑动时，电压表 $V_{2}$ 的示数不变 C、将P向上滑动时，交变电流的频率增大 D、将P向上滑动时， $R_{0}$ 的电功率减小

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15. 甲、乙两种亮度可调的台灯内部电路示意图如图所示，其中甲台灯通过变阻器调节灯泡亮度，乙台灯通过改变理想变压器副线圈的匝数调节灯泡亮度，两台灯所用电源和灯泡均相同，下列说法正确的是（　　）

A、两台灯均可使用直流电源 B、甲台灯的旋转开关从1调到4的过程中，灯泡两端的电压逐渐变大 C、乙台灯的旋转开关从1调到4的过程中，灯泡两端的电压逐渐变大 D、当两台灯亮度相同时，电源的输出功率相同

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16. 如图所示的理想变压器电路中，两交流电表均为理想电表，副线圈有一滑动触头P可上下移动以调节副线圈的匝数，滑动变阻器R₃的滑动触头Q可调节接入电路的电阻值，现在原线圈两端加一交流电压u ，则下列说法正确的是（）

A、仅将P向下移动， $V$ 的示数减小， $A$ 的示数减小 B、仅将P向上移动，原线圈的输入功率增大 C、仅将Q向下移动， $V$ 的示数减小， $A$ 的示数增大 D、仅将Q向上移动，原线圈的输入功率增大

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17. 风能是一种清洁且利用方便的能源，我国已探明的风能约为16亿千瓦，主要分布在西北、华北、东北的草原和戈壁，以下为某风力发电机的模型图，风带动叶片转动，升速齿轮箱通过 $1 ： k$ 的转速比带动匝数为N的发电机线圈高速转动，线圈产生的交变电流经过理想变压器后向用户端的m盏灯泡供电，其中电路中的A灯为指示灯，A与用户端的灯泡规格完全相同，额定电压为U；若某段时间内叶片的转速为n转/秒，电路中的所有灯泡均正常发光，已知磁体间的磁场为匀强磁场，磁感应强度为B，线圈电阻不计，则下列说法正确的是（　　）

A、经过理想变压器后输出交变电流的频率为 $k m n$ B、理想变压器原副线圈的匝数比为 $m ： 1$ C、线圈的面积为 $S = \frac{\sqrt{2} (m + 1) U}{2 π k n N B}$ D、若此时用户突然增多，则A灯变亮，其余灯泡的亮度变暗，发电机的总功率变小

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18. 如图，理想变压器原线圈与定值电阻R₀=18Ω、一只理想二极管和电流表串联后接在 $u = 36 \sin 100 π t (V)$ 的交流电源上，理想变压器原、副线圈总匝数相同，滑动触头P₀初始位置在副线圈正中间，原、副线圈匝数比为n。定值电阻R₁=6Ω，滑动变阻器R的最大阻值为30Ω，滑片P₁初始位置在R=3Ω处。电流表、电压表均为理想交流电表，电源内阻不计，下列说法正确的是（）

A、若保持P₀位置不变，P₁向上滑动，则电压表示数变大，电流表示数变小 B、若保持P₁位置不变，P₀向下滑动，则电压表示数先变大后变小，电流表示数变小 C、若保持P₀位置不变，P₁向上滑动，当R=18Ω时，理想变压器的输出功率有最大值9W D、若保持P₁位置不变，P₀向下滑动，当n=3时，理想变压器的输出功率有最大值4.5W

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19. 如图所示，理想变压器原线圈和副线圈上分别接有阻值均为R的电阻 $R_{1}$ 、 $R_{2}$ ，原线圈接电压有效值为U的交流电源。现通过滑片P改变原线圈的匝数，使原线圈和副线圈接入电路的匝数分别为 $n_{1}$ 、 $n_{2}$ ，则下列说法正确的是（）

A、 $R_{1}$ 、 $R_{2}$ 两端的电压比为 $n_{2} ： n_{1}$ B、 $R_{1}$ 、 $R_{2}$ 消耗的功率比为 $n_{1}^{2} ： n_{2}^{2}$ C、 $n_{1}$ 越大， $R_{1}$ 两端电压越大 D、当 $n_{1} = n_{2}$ 时， $R_{2}$ 两端电压达到最大

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三、非选择题

20. 如图所示，匝数 $N = 50$ 匝的矩形线圈，线圈总电阻 $r = 1 Ω$ ，边长为 $a b = 25$ cm， $a d = 20$ cm。外电路电阻 $R = 9 Ω$ ，匀强磁场磁感应强度的大小 $B = 0.4 T$ ，线圈绕垂直于磁感线的 $O O^{'}$ 轴以角速度 $ω = 50 π rad/s$ 匀速转动。试求：

(1)、电路中感应电动势的最大值；

(2)、从此位置开始转过 $\frac{π}{2}$ 的过程中，通过电阻R的电荷量q；

(3)、在时间 $t = 1 \min$ 内R上消耗的电能；（取 $π^{2} = 10$ ）

(4)、从此位置开始计时，线圈ab边所受安培力的瞬时值表达式（取垂直于纸面向里为安培力的正方向）。

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21. 如图所示，匝数 $N = 50$ 匝的矩形线圈，线圈总电阻 $r = 1 Ω$ ，边长为 $a b = 25$ cm， $a d = 20$ cm。外电路电阻 $R = 9 Ω$ ，匀强磁场磁感应强度的大小 $B = 0.4 T$ ，线圈绕垂直于磁感线的 $O O^{'}$ 轴以角速度 $ω = 50 π r a d / s$ 匀速转动。试求：

(1)、电路中感应电动势的最大值；

(2)、从此位置开始转过 $\frac{π}{2}$ 的过程中，通过电阻R的电荷量q；

(3)、在时间 $t = 1 m i n$ 内R上消耗的电能。（取 $π^{2} = 10$ ）

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22. 如图，某小型水电站的发电机的输出电功率为 $P = 7.2 \times 1 0^{4} W$ ，输电电压为 $U_{2} = 6 \times 1 0^{3} V$ ，输电线的总电阻为 $R = 5 Ω$ ，用户端需要的电压为 $U_{4} = 220 V$ ，升压变压器和降压变压器均为理想变压器。求：

(1)、输电线上损失的电功率 $P_{损}$ ；

(2)、降压变压器原、副线圈的匝数比 $n_{3} ： n_{4}$ ；

(3)、此输电线路最多可以让用户端多少盙“ $220 V 60 W$ ”的灯泡正常发光。

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23. 山区某村在较远的地方建立了一座小型水电站，发电机的输出功率为100kW，输出电压为250 V，输电导线的总电阻为8Ω，导线上损耗的电功率为5kW，该村的用电电压是220 V。求：

(1)、升压变压器副线圈上的输出电流；

(2)、升压变压器的原、副线圈的匝数比；

(3)、升压变压器副线圈上的输出电压；

(4)、降压变压器的原、副线圈的匝数比。

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24. 如图所示为交流发电机示意图，匝数n＝100匝的矩形线圈，边长分别为10cm和20cm，内阻为5Ω，在磁感应强度B＝0.5T的匀强磁场中绕OO′轴以50 $\sqrt{2}$ rad/s的角速度匀速转动，线圈和外部20Ω的电阻R相连接，已知线圈绕OO′轴转动求：

(1)、电压表和电流表示数？

(2)、电阻R上所消耗的电功率是多少？

(3)、由图示位置转过90°的过程中，通过R的电量是多少？

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25. “感应焊”是一种常用的焊接方法，可以在不接触工件的情况下完成焊接工作。图甲是焊接的原理示意图。将半径为 $r = 10 c m$ 的待焊接的环形金属工件放在直径为d=30cm线圈中，然后在线圈中通以变化电流，线圈产生垂直于工件所在平面的匀强磁场，磁感应强度 $B$ 随时间t的变化规律如图乙所示，t=0时刻磁场方向垂直线圈所在平面向外。工件非焊接部分单位长度的电阻 $R_{0} = 1.0 \times 1 0^{- 3} Ω \cdot m^{- 1}$ ，焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的 $9$ 倍，焊接的缝宽非常小，不计温度变化对电阻的影响。

(1)、在图丙中画出感应电流随时间变化的 $i - t$ 图像 $（$ 以逆时针方向电流为正 $）$ ，并写出必要的计算过程；

(2)、求环形金属工件中感应电流的有效值；（结果可以保留根号形式）

(3)、求 $t = 2 s$ 内电流通过焊接处所产生的焦耳热。（π值取3）

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26. 如图甲所示，在 $x O y$ 水平面内，固定放置着间距为l的两平行金属直导轨，其间连接有阻值为R的电阻，电阻两端连接示波器（内阻可视为无穷大），可动态显示电阻R两端的电压。两导轨间存在大小为B、方向垂直导轨平面的匀强磁场。 $t = 0$ 时一质量为m、长为l的导体棒在外力F作用下从 $x = x_{0}$ 。位置开始做简谐运动，观察到示波器显示的电压随时间变化的波形是如图乙所示的正弦曲线。取 $x_{0} = - \frac{U_{m} T}{2 π B l}$ ，则简谐运动的平衡位置在坐标原点O。不计摩擦阻力和其它电阻，导体棒始终垂直导轨运动。（提示：可以用 $F - x$ 图象下的“面积”代表力F所做的功）

(1)、求导体棒所受到的安培力 $F_{A}$ 随时间t的变化规律；

(2)、求在0至0.25T时间内外力F的冲量；

(3)、若 $t = 0$ 时外力 $F_{0} = 1 N ， l = 1 m ， T = 2 π s ， m = 1 kg ， R = 1 Ω ， U_{m} = 0.5 V ， B = 0.5 T$ ，求外力与安培力大小相等时棒的位置坐标和速度。

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27. 变压器线圈中的电流较大，所用的导线应当较粗。升压变压器的原线圈的漆包线比副线圈的漆包线（填“粗”或“细”）。远距离输电时，采用升压变压器使输送电压升高为原来的n倍，当输送电功率一定时，输电线路上因发热损耗的电功率将减少为原来的。

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28. 在如图所示的理想变压器的电路中，变压器原、副线圈的匝数比为2︰1，电阻R₁=R₂ ，电流表和电压表均为理想电表，若电流表的示数为0.5A，电压表的示数为5V，则电阻R₁的大小为多少？

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29. 收音机的变压器的初级线圈有1210匝，接在U₁=220 V的交流电源上，变压器有两个次级线圈。次级线圈Ⅱ的匝数为35匝，次级线圈Ⅲ的匝数是1925匝。如果不计变压器自身的能量损耗，当变压器工作时，线圈Ⅱ的电流是0.3A时，初级线圈的电流I₁=0.114A。求线圈Ⅲ中电流和输出电压。(电流的计算结果保留3位有效数字)

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30. 在“探究变压器线圈两端的电压与匝数之间的关系”实验中，利用如图甲所示可拆式变压器（铁芯不闭合）进行研究。

(1)、在图乙中选择实验中还需要的器材（选填器材下的字母）；

(2)、实验中，图甲中变压器的原线圈接线“0、8”接线柱，副线圈接线“0、4”接线柱，副线圈所接电表示数为2.5V，则所接电源电压可能为。
A.10.0V B.5.0V C.2.5V D.1.0V

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2024届高考物理第一轮复习： 交变电流

一、选择题

二、多项选择题

三、非选择题

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