河南2013年高考易考知识点三轮复习冲刺
交变电流
交变电流部分的知识点不是很多，一般以难度中等或中等偏下的选择题出现。高考题型以选择题为主，重点考查交流电的产生原理、图像、表达式以及交流电的有效值，变压器的原理，远距离输电中的线路损耗问题，其中考查频度最高是交流电有效值、变压器的有关知识。本部分知识常与电场和力学知识结合在一起考查考生的综合分析能力，如带电粒子在交变电场中的运动等。虽然交流电的有关知识不属于高考物理的重点内容，但也不能因此而放弃对其基本内容的理解和掌握。因为交流电路与工农业生产和日常生活紧密结合，在近几年的高考试题中出现的频率较高。
【题型示例】
【示例1】交流发电机产生的感应电动势为＝sin，若发电机的转速和线圈的匝数都增加到原来的两倍，这时产生的感应电动势为
A． B．2
C．＝ 2 sin D．＝2 sin 2
【名师解读】本题涉及到交流发电机及其产生正弦式电流的原理、正弦式电流的三角函数表达、最大值、周期与频率等知识点，考查理解能力和推理能力，体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义，能够清楚地认识概念和规律的表达形式（包括文字表述和数学表达）”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。通过本题要熟记交流电动势的最大值。
【示例2】一理想变压器的原线圈连接一只交流电流表，副线圈接入电路的匝数可以通过触头Q调节，如图11－1所示。在副线圈两输出端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，在原线圈上加一电压为U的交流电，则
A．保持Q位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变大
B．保持Q位置不动，将P向上滑动时，电流表的读数变小
C．保持P位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变大
D．保持P位置不动，将Q向上滑动时，电流表的读数变小
【名师解读】本题涉及到变压器的原理、电压比、电流比、欧姆定律等知识点，考查理解能力和推理能力，体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义”和“能够根据已知的知识和物理事实、条件，对物理问题进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断”的能力要求。求解变压器问题时要注意原线圈两端电压保持不变，要熟记电压比、电流比，同时利用欧姆定律分析动态电路问题。
【示例3】如图11－2所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平均数垂直的均匀分布的磁场。已知线圈的匝数n ＝ 100匝，电阻r ＝ 1.0，所围成矩形的面积S ＝ 0.040m2，小灯泡的电阻R ＝ 9.0，磁场感应强度随时间按如图11－3所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e ＝ nBmS，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期。不考虑灯丝电阻随温度的变化，求：
（1）线圈中产生感应电动势的最大值。
（2）小灯泡消耗的电功率。
（3）在磁感应强度变化的0 ~的时间内，通过小灯泡的电荷量。
（3）在磁感应强度变化的确良0－1/4周期内，线圈中感应电动势的平均值E ＝
通过灯泡的平均电流
通过灯泡的电荷量 C
【答案】 （1）8.0V （2）2.88W （3）4.0(10-3C
【名师解读】本题涉及到正弦交流电的三角函数表达、最大值、有效值、周期、电功率、感应电动势、电荷量、法拉第电磁感应定律等知识点，考查理解能力、推理能力应用数学处理物理问题的能力，体现了《考试大纲》中对“理解物理概念、物理规律的确切含义，理解物理规律的适用条件，以及它们在简单情况下的应用”和“必要时能运用几何图形、函数图像进行表达、分析”的能力要求。要熟记交流电最大值、有效值、平均值的求法，求能量问题要用有效值，求电量要用平均值。
【专家预测】
1．下列四幅图是交流电的图象，其中能正确反映我国居民日常生活所用交流电的是2．矩形线框在匀强磁场内匀速转动过程中，线框输出的交流电电压随时间变化的图象如图所示，下列说法中正确的是 ( )
A．交流电压的有效值为36V
B．交流电压的最大值为36V，频率为0.25Hz
C．2s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量最大
D．1s末线框平面垂直于磁场，通过线框的磁通量变化最快
【答案】 BC
【解析】由图象可知，交流电压的最大值为36V，有效值为36V，周期T＝4s，则f＝＝0.25Hz，故A错误，B正确；1s末交流电电压达到最大值，线框平面应与磁场平行，故D错误；2s末交流电压为零，线框平面与磁场垂直，磁通量最大，故C正确．
3．如图甲所示是某种型号的电热毯的电路图，电热毯接在交变电源上，通过装置P使加在电热丝上的电压的波形如图乙所示．此时接在电热丝两端的交流电压表的读数为 ( )
A．110V B．156V C．220V D．311V
【答案】 B
【解析】根据有效值的定义可得T＝ ，故U＝Um＝×311V≈156V.
4．两相同的白炽灯L1、L2接到如图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值为Um，频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同．更换一个新的正弦交流电源后灯L1的亮度大于灯L2的亮度，新电源的电压最大值和频率应满足什么条件？ ( )
A．最大值仍为Um，而频率大于f
B．最大值仍为Um，而频率小于f
C．最大值大于Um，而频率为f
D．最大值小于Um，而频率仍为f
5．阻值为10Ω的电阻接到电压波形如图所示的交流电源上，以下说法正确的是 ( )
A．电压的有效值为10V
B．通过电阻的电流有效值为A
C．电阻消耗电功率为5W
D．电阻每秒钟产生的热量为10J
【答案】 BC
【解析】由U－t图象，交流电压最大值为10V，有效值为5V，A错误．根据I＝，B正确．再根据P＝I2R，C正确，电阻每秒产生热量Q＝Pt＝5J，故D错误．
6．汽车消耗的主要燃料是柴油和汽油．柴油机是靠压缩汽缸内的空气点火的；而汽油机做功冲程开始时，汽缸中汽油和空气的混合气是靠火花塞点燃的．但是汽车蓄电池的电压只有12V，不能在火花塞中产生火花，因此，要使用如图所示的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈通过开关连到蓄电池上，副线圈接到火花塞的两端，开关由机械控制，做功冲程开始时，开关由闭合变为断开，从而在副线圈中产生10000V以上的电压，这样就能在火花塞中产生火花了．下列说法中正确的是 ( )
A．柴油机的压缩点火过程是通过做功使空气的内能增加的
B．汽油机点火装置的开关若始终闭合，副线圈的两端也会有高压
C．接该变压器的原线圈的电源必须是交流电源，否则就不能在副线圈中产生高压
D．汽油机的点火装置中变压器的副线圈匝数必须远大于原线圈的匝数
7．如图甲中所示，变压器为理想变压器，其原线圈接到U1＝220V的交流电源上，副线圈与阻值为R1的电阻接成闭合电路；图乙中阻值为R2的电阻直接接到电压为U1＝220V的交流电源上，结果发现R1与R2消耗的电功率恰好相等，则变压器原、副线圈的匝数之比为 ( )
A．R1/R2 B．R2/R1
C. D.
【答案】 C
【解析】对题图甲，＝，PR1＝
对题图乙：PR2＝
据题意又PR1＝PR2
联立以上各式解得：n1/n2＝
8．正弦交流电经过匝数比为＝的变压器与电阻R、交流电压表V、交流电流表A按如图甲所示方式连接，R＝10Ω.图乙是R两端电压U随时间变化的图象．Um＝10V，则下列说法中正确的是 ( )
A．通过R的电流iR随时间t变化的规律是iR＝cos100πt(A)
B．电流表A的读数为0.1A
C．电流表A的读数为A
D．电压表的读数为Um＝10V
9．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比n1n2n3＝4431，原线圈两端输入电压U1＝220V，在变压器输出端如何连接可使一盏“20V,10W”灯泡正常发光？如何连接可使一盏“10V,5W”灯泡正常发光？通过计算，分别画出连接图．
【答案】见解析图
【解析】由变压器关系＝求得U2＝＝15V，同理，＝，U3＝＝5V.
变压器副线圈的输出电压与两灯的额定电压不等，应通过组合使用的方式，使两灯获得适当的电压．
具体接法如下图a、b所示．
10．原始的电话机将听筒和话筒串联成一个电路，当自己对着话筒讲话时，会从听筒中听到自己的声音，导致听觉疲劳而影响通话．现代的电话将听筒电路与话筒电路分开，改进的电路原理示意图如图所示，图中线圈Ⅰ与线圈Ⅱ的匝数相等，R0＝1.2kΩ，R＝3.6kΩ，Rx为可变电阻．当Rx调到某一值时，从听筒中就听不到话筒传出的声音了，这时Rx为多少？
11．在远距离输电时，要尽量考虑减少输电线上的功率损失．有一个电站，输送的电功率P＝500kW，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能表一昼夜表示数相差4800kW·h.求：
(1)输电效率η和输电线总电阻r.
(2)若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．
【答案】 (1)60% 20Ω (2)22.4kV
【解析】(1)由于输送功率P＝500kW，一昼夜输送电能E＝Pt＝12000kW·h，终点得到的电能E′＝7200kW·h，因此效率η＝60%.输电线上的电流可由I＝计算，I＝100A，而输电线损耗功率可由Pr＝I2r计算，其中Pr＝kW＝200kW，因此可求得r＝20Ω.
(2)输电线上损耗功率Pr＝2r∝，原来Pr＝200kW，现在要求Pr′＝10kW，计算可得输电电压应调节为U′＝22.4kV.
12．某小型发电机矩形线圈面积为200cm2，共50匝，电阻0.05Ω，用电磁铁做磁场，磁场的磁感应强度为1T，产生频率为50Hz的单相正弦式交变电流．外电路由110盏“220V,40W”的灯泡组成，当灯泡全部正常发光时，试求：
(1)输电导线的电阻多大？
(2)若只用11盏灯泡，为了使灯泡正常发光，而发出的交变电流频率又不能变化，则电磁铁磁场的磁感应强度应调到多大？
13．如图所示是曾经流行过的一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图(甲)为其结构示意图．图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过ad和bc边中点，并与ab边平行，它的一端有一半径r0＝1.0cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图(乙)所示．当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动．设线框由N＝800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S＝20cm2；磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感应强度B＝0.010T；自行车车轮的半径R1＝35cm，小齿轮的半径R2＝4.0cm，大齿轮的半径R3＝10.0cm.现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮角速度为多大时，才能使发电机输出电压的有效值U＝3.2V.(假定摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动)
14．如图1所示，两块水平放置的平行金属板板长L＝1.4m，板距d＝30cm，两板间有B＝1.25T、垂直纸面向里的匀强磁场。在两板上加如图2所示的脉动电压。在t＝0时，质量m＝2×10－15kg、电荷量q＝1×10－10C的正离子，以速度v0＝4×103m/s从两板中间水平射入，试问：
(1)粒子在板间做什么运动？画出其轨迹。
(2)粒子在场区运动的时间是多少？
【答案】 (1)见解析 (2)6.5×10－4s
【解析】(1)在第一个10－4s，电场、磁场同时存在，离子受电场力、洛伦兹力分别为F＝qE＝q＝5×10－7N(方向向下)、f＝Bqv＝5×10－7N(方向向上)，离子做匀速直线运动．位移为s＝v0t＝0.4m.
第二个10－4s内，只有磁场，离子做匀速圆周运动，r＝＝6.4×10－2m＜，不会碰板，15．用均匀导线弯成正方形闭合线框abcd，线框每边长10 cm，每边的电阻值为0.1 Ω.把线框放在磁感应强度为B＝0.1 T的匀强磁场中，并使它绕轴O1O2以ω＝100 rad/s的角速度旋转，旋转方向如图6所示(沿O2O1由O2向O1看为顺时针方向)．已知O1、O2两点分别在ad和bc上，轴O1O2在线框平面内，并且垂直于B，O1d＝3O1a，O2c＝3O2b.
图6
(1)当线框平面转至和B平行的瞬时(如图6所示位置)
①每个边产生的感应电动势的大小各是多少？
②线框内感应电流的大小是多少？方向如何？
(2)求线框由图所示位置旋转的过程中产生的平均电动势的大小；
(3)线框旋转一周内产生的热量为多少？
【解析】(1)①令L表示正方形线框的边长，R表示其每边的电阻值，则L＝0.1 m，R＝0.1 Ω，设此时cd段感应电动势的大小为E1，ab段感应电动势的大小为E2，则
E1＝BLv1＝3BL2ω/4＝0.075 V
E2＝BLv2＝BL2ω/4＝0.025 V
da段和bc段不切割磁感线，所以它们的电动势都是零
②线框中的感应电动势E＝E1＋E2＝0.1 V线框中的感应电流为I＝E/(4R)＝0.25 A
根据楞次定律或右手定则，可判断电流方向沿dcbad
(2)根据法拉第电磁感应定律，线框由图所示位置旋转的过程中产生的平均电动势的大小，E＝＝＝＝ V＝0.083 V
(3)线框旋转一周产生的热量为Q＝()2R总T＝()24R＝2.5π×10－4 J＝7.85×10－4 J
【答案】(1)①Ecd＝0.075 V Eab＝0.025 V Eda＝Ebc＝0
②I＝0.25 A 方向沿dcbad (2)0.083 V (3)7.85×10－4 J
图7
16．如图7所示，矩形线圈abcd在磁感应强度B＝2 T的匀强磁场中绕轴OO′以角速度ω＝10π rad/s匀速转动，线圈共10匝，每匝线圈的电阻值为0.5 Ω，ab＝0.3 m，bc＝0.6 m，负载电阻R＝45 Ω.求
(1)电阻R在0.05 s内发出的热量；
(2)电阻R在0.05 s内流过的电荷量(设线圈从垂直中性面开始转动)．
17．曾经流行过一种自行车车头灯供电的小型交流发电机，图8甲为其结构示意图．图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点，与ab边平行，它的一端有一半径r0＝1.0 cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图8乙所示．当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动．设线框由N＝800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S＝20 cm2，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感应强度B＝0.010 T，自行车车轮的半径R1＝35 cm，小齿轮的半径R2＝4.0 cm，大齿轮的半径R3＝10.0 cm.现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U＝3.2 V？(假设摩擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动)
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