高考物理一轮复习：交变电流

试卷更新日期：2024-09-13 类型：一轮复习

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一、选择题

1. 小型发电机的发电原理可简化为图甲所示，矩形线圈abcd线圈处于匀强磁场中，通过理想交流电流表与阻值为R的电阻相连。某段时间在骑行者的踩踏下，线圈绕垂直磁场方向的轴OO^'匀速转动，图乙是线圈转动过程中穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像，则（　　）

A、t=0时刻线圈处于中性面位置 B、t₃时刻，穿过线圈的磁通变化率为零，感应电动势为零 C、t₁时刻电流表示数为0，t₂时刻电流表的示数最大 D、t₂、t₄时刻电流方向发生改变，线圈转动一周，电流方向改变两次

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2. 下列关于交流电说法正确的是（　　）

A、用交流电流表和电压表测定的读数值是交变电流的瞬时值 B、保险丝的额定电流、电容器的耐压值都是交变电流的有效值 C、因为有效值表示交流电产生的平均效果，所以有效值与平均值相同 D、我国交流电的频率是 $50 Hz$ ，表明发电厂发电机转子（线圈）转动的角速度 $ω = 100 π rad/s$

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3. 右图为交流发电机的示意图，矩形线圈 $A B C D$ 在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴 $O O^{'}$ 匀速转动，发电机的电动势随时间的变化规律为 $e = 20 sin1 00 π t (V)$ 。下列说法正确的是（　　）

A、此交流电动势的有效值为20V B、线圈转动的角速度为100rad/s C、当线圈平面转到图示位置时穿过线圈的磁通量的变化率最大 D、当线圈平面由图示位置转过90°时线圈中电流的方向为 $D C B A$

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4. 一正弦交变电流的 $i - t$ 图像如图所示。下列说法正确的是（　　）

A、该交变电流的周期为0.25s B、该交变电流的有效值为2A C、在 $t = 0 ． 10 s$ 时电流改变方向 D、将该交变电流通过一个 $R = 1 Ω$ 的电阻，通电10s产生的热量为20J

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5. 二极管是常用的电子元件，具有单向导电的性质，其电路符号为“”。如图（a）所示为一个 $R = 1 Ω$ 定值电阻和一个理想二极管串联后连接到一正弦交流电源两端，经测量发现，通过定值电阻的电流随时间的变化如图（b）所示。下列说法正确的是（　　）

A、电源的频率为2Hz B、电源的电压有效值为5V C、通过电阻的电流周期为1s D、通过电阻的电流有效值为2.5A

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6. 在如图所示的电路中， $L_{1}$ 、 $L_{2}$ 、 $L_{3}$ 为三盏完全相同的灯泡，L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈，E为电源，S为开关，C是电容很大的电容器。关于三盏灯泡，下列说法正确的是（　　）

A、合上开关时， $L_{2}$ 不亮， $L_{1}$ 、 $L_{3}$ 同时亮 B、合上开关时，三盏灯泡同时亮 C、开关合上足够长时间后， $L_{3}$ 最亮， $L_{1}$ 、 $L_{2}$ 一样亮 D、开关合上一段时间后再断开， $L_{1}$ 、 $L_{2}$ 亮一下后一起缓慢熄灭， $L_{3}$ 立即熄灭

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7. ETC （Electronic Toll Collection）是高速公路全自动电子收费系统的简称，车辆通过收费站时无须停车，该系统具有收费时间短，通行能力强的特点。如图甲所示，在收费站自动栏杆前、后的地面各自铺设完全相同的传感器线圈 $A 、 B$ ，两线圈各自接入相同的电路，如图乙所示，电路ɑ、b端与电压有效值恒定的交变电源连接，回路中流过交变电流，当汽车接近或远离线圈时，线圈的自感系数发生变化，线圈对交变电流的阻碍作用发生变化，使得定值电阻R的c、d两端电压变化，这一变化的电压输入控制系统，控制系统就能做出抬杆或落杆的动作，下列说法正确的是( )

A、当汽车接近线圈A时，c、d两端电压升高 B、当汽车离开线圈A时，c、d两端电压升高 C、当汽车接近线圈B时，c、d两端电压升高 D、当汽车离开线圈B时，c、d两端电压降低

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8. 如图所示，10匝矩形线框处在磁感应强度 $B = \sqrt{2} T$ 的匀强磁场中，绕垂直磁场的轴以恒定角速度 $ω = 10 rad/s$ 在匀强磁场中转动，线框电阻不计，面积为 $0.4 m^{2}$ ，线框通过滑环与一理想自耦变压器的原线圈相连，副线圈接有一只灯泡L（规格为“ $4W 100Ω$ ”）和滑动变阻器，电流表视为理想电表，则下列正确的是（　　）

A、若从图示线框位置开始计时，线框中感应电动势的瞬时值为 $40 \sqrt{2} \sin (10 t) V$ B、当灯泡正常发光时，原、副线圈的匝数比为 $2 : 1$ C、若将滑动变阻器滑片向上移动，则电流表示数增大 D、若将自耦变压器触头向下滑动，灯泡会变亮

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9. 如图甲所示为某一理想变压器，原线圈接入如图乙所示的正弦交流电源，R₀为定值电阻，R为滑动变阻器，图中各电表均为理想电表，t=0时刻滑片处于最下端，下列说法正确的是（）

A、副线圈两端电压的变化频率为0.5Hz B、在t=0时刻，电流表A₂的示数不为0 C、滑片向上移动过程中，电压表V₁和V₂的示数不变，V₃的示数变小 D、滑片向上移动过程中，电流表A₁示数变小，滑动变阻器R消耗的功率变大

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10. 如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“6V，3W”的灯泡．若灯泡正常发光，下列说法正确的是（）

A、原线圈两端电压的有效值为 $24 \sqrt{2} V$ B、副线圈中电流的有效值为0.5A C、原、副线圈匝数之比为1∶4 D、原线圈的输入功率为12W

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11. 如图所示，一理想自耦变压器 $A$ 、 $B$ 端接在输出电压有效值恒定的正弦交流电源上， $P$ 为滑动触头， $A_{1}$ 和 $A_{2}$ 均为理想交流电表， $R$ 为定值电阻，当 $P$ 向上移动时，下列判断正确的是（）

A、电流表 $A_{1}$ 示数变大， $A_{2}$ 示数变小 B、电流表 $A_{1}$ 示数变大， $A_{2}$ 示数变大 C、电流表 $A_{1}$ 示数变小， $A_{2}$ 示数变小 D、电流表 $A_{1}$ 示数变小， $A_{2}$ 示数变大

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12. 2023年2月16日国家电网有限公司特高压直流输电工程—通山抽水蓄能电站开工建设。如图是特高压输电过程的示意图，发电站输出电压稳定，经升压后被整流成800 $kV$ 的直流电，经输电线后，被逆变成交流电，再被降压后供用户使用，假设电压在整流和逆变前后有效值不变。则下列说法正确的是（　　）

A、将发电站输出的电压整流后仍能利用升压变压器升压 B、采用高压直流输电时，可减小输电线路上电感的影响 C、用户越多，输电线上损耗的功率越小 D、保持输电功率不变，若电压经升压和整流后为400 $kV$ ，输电线上损耗的功率加倍

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二、多项选择题

13. 2024年1月18日，随着国能永福堡里风电场风电项目首台风机并网发电成功，国能永福发电有限公司风电装机实现“零”的突破。这标志着广西首个“风光火”多能互补电源项目实现并网发电，进一步加快了永福百万千瓦级“风光火储”能源基地的建设进程。如图为其远距离输电示意图，发电机输出电压 $U_{1} = 250 V$ ，输出功率 $1.32 \times 10^{8} W$ ，经升压变压器升压至 $220 kV$ 进行远距离输电：降压变压器输出电压 $U_{4} = 220 V$ ，输电线上损失 $6 %$ 的功率（变压器均可视为理想变压器）。下列说法正确的是（　　）

A、升压变压器的匝数比 $\frac{n_{1}}{n_{2}} = \frac{1}{880}$ B、输电线上的电流为 $36 A$ C、输电线路的电阻为 $22 Ω$ D、降压变压器的匝数比 $\frac{n_{3}}{n_{4}} = \frac{1000}{1}$

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14. 电动汽车充电站变压器输入电压为10kV，输出电压为220V，每个充电桩输入电流16A，设原副线圈匝数分别为 $n_{1}$ 、 $n_{2}$ ，输入正弦交流的频率为50Hz，则下列说法正确的是（　　）

A、交流电的周期为0.02s B、原副线圈匝数比 $n_{1} : n_{2} = 11 : 500$ C、输出的最大电压为220V D、若10台充电桩同时使用，输入功率为35.2kW

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15. 如图所示的交流电路中，灯 $L_{1}$ 、 $L_{2}$ 和 $L_{3}$ 均发光，如果保持交变电源两端电压的有效值不变，当频率减小时，各灯的亮、暗变化情况为( )

A、 $L_{1}$ 不变 B、 $L_{2}$ 变暗 C、 $L_{3}$ 变暗 D、 $L_{3}$ 变亮

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16. 面积均为S的两个电阻相同的线圈，分别放在如图甲、乙所示的磁场中，甲图中是磁感应强度为 $B_{0}$ 的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T绕 $O O'$ 轴匀速转动，乙图中磁场变化规律为 $B = B_{0} \sin \frac{2 π}{T} t$ 从图示位置开始计时，则（　　）

A、两线圈的磁通量变化规律相同 B、甲线圈中感应电动势达到最大值时，乙线圈中感应电动势达到最小值 C、经任意相同的时间t，两线圈产生的热量总相等 D、在 $\frac{T}{4} ~ \frac{T}{2}$ 时间，通过两线圈横截面的电荷量相同

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17. 如图所示是物理实验室常见的手摇交流发电机，快速摇动发电机手柄，能看到灯泡可以发光，下列说法正确的是（　　）

A、手柄摇得越快，发电机产生的交流电峰值越大 B、手柄摇得越快，发电机产生的交流电频率越高 C、手柄每转动一周，感应电流方向都会改变一次 D、把磁铁N、S极位置互换，发电机将不能发电

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三、非选择题

18. 在“探究变压器两个线圈的电压关系”的实验中，操作步骤如下：
①将两个线圈套到可拆变压器的铁芯上；
②闭合电源开关，用多用电表的交流电压挡分别测量原线圈和副线圈两端的电压；
③将匝数较多的一组线圈接到学生电源的交流电源输出端上，另一个作为副线圈，接上小灯泡；
④将原线圈与副线圈对调，重复以上步骤。
(1)以上操作的合理顺序是（只填步骤前数字序号）；
(2)如图所示，在实验中，两线圈的匝数 $n_{1} = 1600$ ， $n_{2} = 400$ ，当将 $n_{1}$ 做原线圈时， $U_{1} = 16 V$ ，副线圈两端电压 $U_{2} = 4 V$ ；原线圈与副线圈对调后，当 $U_{1}' = 8 V$ 时， $U_{2}' = 32 V$ ，那么可初步确定，变压器两个线圈的电压 $U_{1}$ 、 $U_{2}$ 与线圈匝数 $n_{1}$ 、 $n_{2}$ 的关系是。

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19. 一正弦式交变电流的电压随时间变化规律如图所示，由图可知该交流电压的峰值为V，有效值为V， $t = 5 \times 10^{- 3} s$ 时的瞬时值为V。

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20. 如图所示，四只相同的灯泡D₁、D₂、D₃、D₄分别与自感线圈L₁、L₂和电容器C₁、C₂串联，再并联接入电路中，自感线圈的电阻不计，交流电源电压220 V，频率50 Hz。若电容C₁>C₂ ，则灯泡D₃的亮度D₄的亮度；若灯泡D₁的亮度大于D₂的亮度，则自感系数L₁L₂。（选填“大于”“小于”或“等于”）

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21. 如图所示，水平向右的匀强磁场磁感应强度为B。一个匝数为n的矩形线圈，ab边长为 $l_{1}$ ， ad边长为 $l_{2}$ ，总电阻为R。线圈以角速度 $ω$ 绕ab边所在直线沿逆时针方向（俯视）匀速转动，矩形线圈由图示位置转过角度 $θ$ ，已知 $0 < θ < \frac{π}{2}$ 。求：

(1)、转过角度 $θ$ 的过程中线圈平均感应电动势的大小；

(2)、转过角度 $θ$ 时线圈感应电动势的大小。

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22. 如图甲所示为某小型水电站的发电机示意图，已知正方形线圈边长 $L = 100 c m$ ，匝数 $N = 100$ 匝，线圈电阻不计；线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴 $O O^{'}$ 匀速转动，转速 $n = 100 r / s$ ；已知电动势最大值 $E_{m} = 500 \sqrt{2} V$ 。

(1)、求发电机中匀强磁场的磁感应强度大小；

(2)、从线圈在图甲所示位置开始计时，写出感应电动势随时间变化的函数表达式；

(3)、如图乙所示，将发电机通过升压变压器 $T_{1}$ 升压后向远处输电，发电机的输出功率为200kW，输电线的总电阻为4Ω，在用户端用降压变压器 $T_{2}$ 把电压降为220V，要求在输电线上损失的功率控制在10kW，则 $T_{1}$ 、 $T_{2}$ 的原副线圈匝数比 $\frac{n_{1}}{n_{2}}$ 和 $\frac{n_{3}}{n_{4}}$ 分别为多少？

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23. 如图所示为交流发电机示意图，匝数为 $n = 100$ 匝的矩形线圈，边长分别为 $10 cm$ 和 $20 cm$ ，内阻为 $5 Ω$ ，在磁感应强度 $B = 0.5 T$ 的匀强磁场中绕 $O O^{'}$ 轴以 $50 \sqrt{2} rad/s$ 的角速度匀速转动，线圈外部和 $20 Ω$ 的电阻 $R$ 相连接。求：
（1）S断开时电压表示数；
（2）开关S闭合时电压表的示数；
（3）电阻 $R$ 上所消耗的电功率是多少？

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24. 某个小水电站发电机的输出功率为100kW，发电机的电压为250V。通过升压变压器升压后向远处输电，输电线的总电阻为8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为220V。要求在输电线上损失的功率控制在5kW（即用户得到的功率为95kW）。请你设计两个变压器的匝数比。为此，请你计算：

(1)、降压变压器输出的电流为多少？输电线上通过的电流是多少？

(2)、输电线损失的电压为多少？升压变压器输出的电压是多少？

(3)、两个变压器的匝数比各应等于多少？

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25. 如图，用一小型交流发电机向远处用户供电，发电机线圈ABCD匝数 $N = 100$ 匝，面积 $S = 0.03 m^{2}$ ，线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，匀强磁场的磁感应强度 $B = \sqrt{2} T$ ，输电时先用升压变压器将电压升高，到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用，输电导线的总电阻 $R = 100 Ω$ ，变压器都是理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数比 $n_{1} : n_{2} = 1 : 8$ ，降压变压器原、副线圈的匝数比 $n_{3} : n_{4} = 10 : 1$ ，若用户区标有“220V，4.4kW”的电动机恰能正常工作，且不计发电机内阻。求：
（1）输电线路上的损耗电压；
（2）电流表的读数；
（3）交流发电机线圈匀速转动的角速度。

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