2019年高考物理備考 藝體生百日突圍系列 專題12 交變電流與傳感器（含解析）.docx

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專題12交變電流與傳感器 第一部分 名師綜述 本章內(nèi)容實際上是電磁感應(yīng)現(xiàn)象研究的繼續(xù)及其規(guī)律的具體應(yīng)用。其知識特點是了解識記的基本概念較多，主要圍繞交變電流的產(chǎn)生、變化規(guī)律及表征交變電流的物理量這一中心展開，在此基礎(chǔ)上研究了變壓器的工作原理和遠距離輸電。另外，簡單介紹了電感、電容對交變電流的影響。本章知識的另一個特點是與科學(xué)技術(shù)和生活實際聯(lián)系密切，在學(xué)習(xí)的過程中，要注意理論聯(lián)系實際，要善于知識的遷移、綜合和應(yīng)用。復(fù)習(xí)時應(yīng)特別注意的內(nèi)容為： 1.交變電流的產(chǎn)生及描述(e、u、i的瞬時值表達式、峰值、有效值、周期、頻率)，特別是交流電的圖象和有效值的計算是考查的熱點. 2.變壓器的原理，電壓比、電流比及功率關(guān)系，遠距離輸電問題等是考查的重點. 3.將本章知識與電磁感應(yīng)知識結(jié)合的力、電綜合題以計算題為主. 4.掌握傳感器的一些簡單使用和一些敏感元件的基本原理. 第二部分 知識背一背 一、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律 1．交變電流 大小和方向都隨時間做周期性變化的電流．如圖(a)、(b)、(c)、(d)所示都屬于交變電流．其中按正弦規(guī)律變化的交變電流叫正弦式交變電流，簡稱正弦式電流，如圖(a)所示． 2．正弦交流電的產(chǎn)生和變化規(guī)律 (1)產(chǎn)生：在勻強磁場里，線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動． (2)中性面：①定義：與磁場方向垂直的平面． ②特點：a.線圈位于中性面時，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動勢為零．b.線圈轉(zhuǎn)動一周，兩次經(jīng)過中性面．線圈每經(jīng)過中性面一次，電流的方向就改變一次． (3)圖象：用以描述交流電隨時間變化的規(guī)律，如果線圈從中性面位置開始計時，其圖像為正弦曲線．如上圖(a)所示． 二、描述交變電流的物理量 1．周期和頻率 (1)周期T：交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)一周)所需的時間，單位是秒(s)．公式：T＝. (2)頻率f：交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲(Hz)． (3)周期和頻率的關(guān)系： 2．交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值 (1)瞬時值：交變電流某一時刻的值，是時間的函數(shù)． (2)峰值：交變電流的電流或電壓所能達到的最大值． (3)有效值：讓交流與恒定電流分別通過相同的電阻，如果它們在交流的一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，則這個恒定電流I、恒定電壓U就是這個交流的有效值． (4)正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系：有效值為峰值除以 (5)平均值：是交變電流圖象中波形與橫軸所圍面積跟時間的比值. 三、理想變壓器 1．變壓器的構(gòu)造：如圖所示，變壓器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成的． (1)原線圈：與交流電源連接的線圈，也叫初級線圈． (2)副線圈：與負載連接的線圈，也叫次級線圈． 2．變壓器的原理：電流通過原線圈時在鐵芯中激發(fā)磁場，由于電流的大小、方向 在不斷變化，鐵芯中的磁場也在不斷變化．變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，所以盡管兩個線圈之間沒有導(dǎo)線相連，副線圈也能夠輸出電流．互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)． 3．理想變壓器：沒有能量損失的變壓器，即輸入功率等于輸出功率． 4．基本關(guān)系式 (1)功率關(guān)系：. (2)電壓關(guān)系：＝；有多個副線圈時，＝＝. (3)電流關(guān)系：只有一個副線圈時，＝ 由P入＝P出及P＝UI推出有多個副線圈時，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn 四、遠距離輸電 1．根據(jù)，降低輸電損耗有兩種方法 (1)減小輸電線的電阻． (2)減小輸電導(dǎo)線中的電流：在輸送功率一定的情況下，根據(jù)P＝UI，要減小電流，必須提高輸電電壓． 2．遠距離輸電的功率損失 輸送功率一定時，線路電流I＝，輸電線上的損失功率P損＝I2R線＝，可知P損∝. 遠距離輸電中的功率關(guān)系：P輸＝P損＋P用戶. 第三部分 技能+方法 一、正弦交流電的變化規(guī)律 1．正弦式電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時) 規(guī)律 物理量 函數(shù) 圖像 磁通量 Φ＝Φmcos ωt ＝BScos ωt 電動勢 e＝Emsin ωt ＝nBSωsin ωt 電壓 u＝Umsin ωt ＝sin ωt 電流 i＝Imsin ωt ＝sin ωt 2.兩個特殊位置的特點 (1)線圈平面與中性面重合時，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，電流方向?qū)l(fā)生改變． (2)線圈平面與中性面垂直時，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，電流方向不改變． 3．書寫交變電流瞬時值表達式的基本思路 (1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em＝nBSω求出相應(yīng)峰值． (2)明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式． 如：①線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則i－t圖像為正弦函數(shù)圖像，函數(shù)式為i＝Imsin ωt. ②線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則i－t圖像為余弦函數(shù)圖像，函數(shù)式為i＝Imcos ωt. 二、交變電流“四值”的比較與理解 交變電流的瞬時值、峰值、有效值和平均值的比較 物理量 物理含義 重要關(guān)系 適用情況及說明 瞬時值 交變電流某一時刻的值 e＝Emsin ωt i＝Imsin ωt 計算線圈某時刻的受力情況 峰值 最大的瞬時值 Em＝nBSω Im＝ 討論電容器的擊穿電壓 有效值 跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值 E＝ U＝ I＝ 適用于正(余)弦式電流 (1)計算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等) (2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標的一般是有效值 (3)保險絲的熔斷電流為有效值 平均值 交變電流圖象中圖線與時間軸所夾的面積與時間的比值 ＝Bl ＝n ＝ 計算通過電路截面的電荷量 三、　理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系 理想 變壓器 ①沒有能量損失(銅損、鐵損) ②沒有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯中) 基本關(guān)系 功率 關(guān)系 P入＝P出 電壓 關(guān)系 原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比，與負載情況、副線圈個數(shù)的多少無關(guān) 電流 關(guān)系 只有一個副線圈時，電流和匝數(shù)成反比有多個副線圈時，由輸入功率和輸出功率相等確定電流關(guān)系 頻率 關(guān)系 原、副線圈中電流的頻率相等 制約關(guān)系 電壓 副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定 功率 原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定 電流 原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定 四、遠距離輸電問題 1．遠距離輸電的處理思路 對高壓輸電問題，應(yīng)按“發(fā)電機→升壓變壓器→遠距離輸電線→降壓變壓器→用電器”，或從“用電器”倒推到“發(fā)電機”的順序一步一步進行分析． 2．遠距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系(以下圖為例)： (1)功率關(guān)系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P損＋P3. (2)電壓、電流關(guān)系：＝＝，＝＝，U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I線． (3)輸電電流：I線＝＝＝. (4)輸電線上損耗的電功率：P損＝I線ΔU＝IR線＝()2R線．當輸送功率一定時，輸電電壓增大到原來的n倍，輸電線上損耗的功率就減小到原來的. 第四部分 基礎(chǔ)練+測 一、單選題 1．在圖乙的電路中，通入如圖甲所示的交變電流，此交變電流的每個周期內(nèi)，前三分之一個周期電壓按正弦規(guī)律變化，后三分之二周期電壓恒定。電阻R的阻值為12Ω，電表均為理想電表。下列判斷正確的是（　　） A．電壓表的示數(shù)為62V B．該交變電流的有效值為43V C．電阻R一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量一定大于9J D．電流表的示數(shù)為0.5A 【答案】 D 【解析】 【詳解】 由焦耳定律得6222R1+62R2=U2R3，可得電壓有效值U=6V，電表讀數(shù)為有效值，故A錯；電壓變的讀數(shù)為有效值，即U=6V，故B錯誤；熱量根據(jù)有效值進行計算，則Q=U2RT=9J，故C錯誤；電流表讀數(shù)為有效值，則I=UR=612A=0.5A，故D正確。 2．圖示電路中,變壓器為理想變壓器,a、b接在電壓有效值不變的變流電源兩端,R0為定值電阻,R為光敏電阻(阻值隨光照強度的增大而減小).現(xiàn)觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2 A,電流表A2的示數(shù)增大了1.0 A,則下列說法正確的是( ) A．電壓表V2示數(shù)增大 B．電壓表V3示數(shù)增大 C．R光敏電阻上光照強度在增強 D．該變壓器起升壓作用 【答案】 C 【解析】 【詳解】 由于a、b接在電壓有效值不變的交流電源兩端，匝數(shù)比不變，所以副線圈電壓不變，即V1，V2示數(shù)不變，故A錯誤；由于R0兩端電壓增大，所以電阻R兩端電壓減小，即電壓表V3示數(shù)減小，故B錯誤；次級電流增大，說明次級電阻減小，即R的阻值減小，則R光敏電阻上光照強度在增強，選項C正確；觀察到電流表A1的示數(shù)增大了0.2A，電流表A2的示數(shù)增大了1.0A，即原線圈電流增大量小于副線圈電流增大量，根據(jù)電流與匝數(shù)成反比，所以該變壓器起降壓作用，故D錯誤；故選C. 3．如圖所示，理想變壓器原線圈匝數(shù)n1=1100匝，副線圈匝數(shù)n2=220匝，交流電源的電壓u=2202sin100πt(V)，電阻R=44Ω，電表均為理想交流電表。則下列說法中不正確的是( ) A．交流電的頻率為50Hz B．電流表A1的示數(shù)為0.20A C．變壓器的輸入功率為88W D．電壓表的示數(shù)為44V 【答案】 C 【解析】 【詳解】 A：交流電源的電壓u=2202sin100πt(V)，則ω=100πrad/s，據(jù)ω=2πT=2πf可得，交流電的頻率f=ω2π=100π2πHz=50Hz。故A項正確。 D：交流電源的電壓u=2202sin100πt(V)，則變壓器原線圈兩端電壓U1=220V，據(jù)U1:U2=n1:n2可得，變壓器副線圈兩端電壓U2=n2n1U1=2201100220V=44V，則電壓表的示數(shù)為44V。故D項正確。 B：變壓器副線圈的電流I2=U2R=4444A=1A，據(jù)I1:I2=n2:n1可得，變壓器原線圈的電流I1=n2n1I2=22011001A=0.2A，所以電流表A1的示數(shù)為0.20A。故B項正確。 C：變壓器輸出功率P2=U22R=44244W=44W，變壓器的輸入功率P1=P2=44W。故C項錯誤。 本題選不正確的，答案是C。 4．如圖所示為教學(xué)演示用交流發(fā)電機。以不太快的速度搖動發(fā)電機，與發(fā)電機相連的小燈泡將一閃一閃發(fā)光。現(xiàn)將搖動速度加倍，下列分析正確的是： A．小燈泡閃光周期將加倍，亮度增大 B．小燈泡閃光頻率將加倍，亮度增大 C．小燈泡閃光頻率將不變，亮度增大 D．小燈泡閃光頻率將加倍，亮度不變 【答案】 B 【解析】 【詳解】 搖動速度加倍，則轉(zhuǎn)速變大，則產(chǎn)生交流電的頻率增加，可知小燈泡閃光頻率將加倍；感應(yīng)電流的大小與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速越大，輸出的電流也越大，則燈泡的亮度增加；故選B。 5．下列關(guān)于物理現(xiàn)象及其在科技中的應(yīng)用的說法正確的是（ ） A．交流感應(yīng)電動機是利用電磁驅(qū)動的原理工作的 B．穿過線圈的磁通量為0，感應(yīng)電動勢一定為0 C．自感現(xiàn)象是收音機中“磁性天線”工作的基礎(chǔ) D．磁電式電流表中，極靴與鐵質(zhì)圓柱間產(chǎn)生的是勻強磁場 【答案】 A 【解析】 【詳解】 A．交流感應(yīng)電動機是利用電磁驅(qū)動的原理工作的，故A正確； B．穿過線圈的磁通量為0，感應(yīng)電動勢最大，故B錯誤； C．收音機中“磁性天線”工作是利用互感現(xiàn)象，故C錯誤； D．磁電式電流表內(nèi)部的蹄形磁鐵的極靴與圓柱鐵芯間的磁場是均勻輻向分布的，故D錯誤； 6．LED燈電由于具有發(fā)光效率高、使用壽命長、無輻射和低功耗等特點而被廣泛應(yīng)用于生活和生產(chǎn)。為了研究LED燈的特性，某科技小組設(shè)計了如圖所示甲、乙兩種實驗電路，LED均正常發(fā)光。圖甲將220V交流電經(jīng)整流電路（將交流電轉(zhuǎn)換為直流電裝置，功耗很小可忽略不計）后讓LED燈與一分壓電阻R串聯(lián)，圖乙經(jīng)理想變壓器變壓、再整流后直接給LED燈供電，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為275:4。則兩種電路消耗的電功率之比為（） A．1:1 B．4:275 C．275:4 D．(275:4)2 【答案】 C 【解析】 【詳解】 圖甲電路消耗的電功率P1=IU，其中I為通過LED燈的電流。圖乙電路消耗的電功率P2=IU，其中I為變壓器原線圈中的電流，由變流比可知I=n2n1I=4275I，解得P1:P2=I:I=275:4，選項C正確。 7．一含有理想降壓變壓器的電路如圖所示，U為正弦交流電源，輸出電壓的有效值恒定，L為燈泡(其燈絲電阻可以視為不變)，R、R1和R2為定值電阻，R3為光敏電阻，其阻值的大小隨照射光強度的增強而減小?，F(xiàn)將照射光強度增強，則 A．原線圈兩端電壓不變 B．通過原線圈的電流減小 C．R1兩端的電壓將增大 D．燈泡L將變暗 【答案】 C 【解析】 【詳解】 當光照增強時，光敏電阻的阻值減小，總電阻減小，電源輸出的電壓有效值不變，所以原線圈中的電流變大，電阻R兩端的電壓增大，原線圈兩端的電壓減小，故AB錯誤；根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比知，副線圈兩端的電壓變小，由電流與匝數(shù)成反比，知副線圈中的電流增大，電阻R1兩端的電壓增大，并聯(lián)部分的電壓減小，電阻R2中的電流減小，燈泡中的電流增大，燈泡L將變亮，故C正確，D錯誤；故選C。 8．面積均為S的線圈以虛線為軸在勻強磁場B中勻速轉(zhuǎn)動，角速度均為ω。下列圖中能產(chǎn)生電動勢為e=BSωsin(ωt)的交變電的是 A． B． C． D． 【答案】 B 【解析】 【分析】 根據(jù)題意可知，產(chǎn)生正弦交變電動勢e=BSωsinωt的圖必須切割磁感線，導(dǎo)致磁通量在變化，從而即可求解； 【詳解】 由題意可知，只有B圖在切割磁感線，導(dǎo)致磁通量在變化，從而產(chǎn)生正弦交變電動勢e=BSωsinωt，而ACD圖均沒有導(dǎo)致磁通量變化，故B正確，A、C、D錯誤； 故選B。 【點睛】 在勻強磁場里，線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生正弦交變電。 9．如圖所示為一交流電電流隨時間而變化圖像，此交流電電流的有效值為（） A．7 A B．5A C．3.52A D．3.5A 【答案】 B 【解析】 【分析】 根據(jù)有效值的定義求解．取一個周期時間，將交流與直流分別通過相同的電阻，若產(chǎn)生的熱量相同，直流的電流值，即為此交流的有效值． 【詳解】 將交流與直流通過阻值都為R的電阻，設(shè)直流電流為I，則根據(jù)有效值的定義有：(42)2R0.01+(32)2R0.01=I2R0.02，解得I=5A，故選B. 10．如圖1所示，一個矩形導(dǎo)線框放置在勻強磁場中，并繞過ab、cd中點的固定軸OO以角速度ω=π2rad/s順時針轉(zhuǎn)動。若以線框平面與磁場方向垂直時（如圖2）為計時起點，并規(guī)定bc邊中電流i的方向由b流向c時為正，則i-t圖像正確的是 A． B． C． D． 【答案】 A 【解析】 【分析】 由題意可知，線圈從中性面開始旋轉(zhuǎn)，所以是正弦函數(shù)，根據(jù)楞次定律可以判斷出電流方向，寫出電流的瞬時表達式即可求解。 【詳解】 線圈從中性面開始旋轉(zhuǎn)，由楞次定律可判斷，初始時刻電流為零，在0-1s內(nèi)，電流方向從b到c，為正值，故電流的瞬時電流的表達式為i=Imsinωt，根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知，A正確，BCD錯誤。 故選A。 【點睛】 本題考查正弦交流電的產(chǎn)生過程、楞次定律等知識和規(guī)律，是一道基礎(chǔ)題。 二、多選題 11．甲、乙兩矩形單匝金屬線圈分別繞與磁感線垂直的軸在同一勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，輸出交流電的感應(yīng)電動勢圖象如圖中甲、乙所示，則( ) A．甲的頻率是乙的頻率的2倍 B．甲線圈的截面積是乙線圈截面積的6倍 C．t=1s時，兩線圈中的磁通量均最大 D．t=2s時，兩線圈均與磁感線平行 【答案】 BC 【解析】 【詳解】 A、由圖象知甲的周期為2s，乙的周期為1s，所以f甲:f乙=1T甲:1T乙=1:2，故A錯誤； B、甲的感應(yīng)電動勢最大值為6V，乙的感應(yīng)電動勢最大值為2V，所以E甲:E乙=3:1，由Emax=NBSω可知S甲:S乙=6:1，故B正確； CD、當線圈處于中性面時磁通量最大，而感應(yīng)電動勢為零；當線圈平行磁感線時，通過線圈的磁通量為零，而感應(yīng)電動勢最大，t=1s和t=2s時線圈均處于中性面位置，故C正確，D錯誤； 故選BC。 12．關(guān)于下列器材的原理和用途，敘述正確的是（） A．變壓器既可以改變交流電壓也可以改變穩(wěn)恒直流電壓 B．經(jīng)過回旋加速器加速的帶電粒子最大速度與加速電壓大小無關(guān) C．真空冶煉爐的工作原理是通過線圈發(fā)熱使爐內(nèi)金屬熔化 D．磁電式儀表中用來做線圈骨架的鋁框能起電磁阻尼的作用 【答案】 BD 【解析】 【詳解】 變壓器只能改變交流電壓，不可以改變穩(wěn)恒直流電壓，選項A錯誤；由qvB＝mv2R得：v=qBRm，則最大動能：EKm=12mv2=q2B2R22m；可知經(jīng)過回旋加速器加速的帶電粒子最大速度與加速電壓大小無關(guān)，選項B正確；真空冶煉爐的工作原理是爐中金屬產(chǎn)生渦流使爐內(nèi)金屬熔化，不是線圈發(fā)熱，故C錯誤；磁電式儀表中用來做線圈骨架的鋁框中可以產(chǎn)生感應(yīng)電流能起電磁阻尼的作用，故D正確。故選BD. 13．如圖，將手搖交流發(fā)電機與一理想變壓器的原線圈相連，副線圈電路中接有三個定值電阻、開關(guān)、燈泡及一個壓敏電阻。壓敏電阻具有這樣的特點：只有加在它兩端的電壓大于某一值時，才會有電流通過?，F(xiàn)將手搖發(fā)電機的手柄勻速轉(zhuǎn)動，小燈泡周期性的閃亮，閉合開關(guān)后，小燈泡不再閃亮。下列說法正確的是( ) A．將滑動頭P向下滑動，可能使燈泡繼續(xù)閃亮，但閃亮頻率變小 B．將滑動頭P向上滑動，可能使燈泡繼續(xù)閃亮，且閃亮頻率不變 C．將滑動頭P向上滑動，可能使燈泡繼續(xù)閃亮，但閃亮頻率變大 D．增大發(fā)電機手柄的轉(zhuǎn)速，可能使燈泡繼續(xù)閃亮，但閃亮頻率變大 【答案】 BD 【解析】 【分析】 根據(jù)變壓器原理結(jié)合滑動變阻器的移動情況確定輸出電壓的變化情況；根據(jù)發(fā)動機輸出電壓最大值的表達式分析轉(zhuǎn)速增大時產(chǎn)生的交流電的頻率和電壓的變化，由此分析燈泡亮度的變化。 【詳解】 將滑動頭P向上滑動，根據(jù)變壓器原理可得副線圈匝數(shù)增加則輸出電壓增大，可能使燈泡繼續(xù)閃亮，變壓器變壓不變頻，所以燈泡閃亮頻率不變，故B正確、C錯誤；將滑動頭P向下滑動，根據(jù)變壓器原理可得副線圈匝數(shù)減小則輸出電壓減小，不可能使燈泡繼續(xù)閃亮，故A錯誤；增大發(fā)電機手柄的轉(zhuǎn)速，則交流電的頻率增大，根據(jù)Em=NBSω=NBS?2πf可知發(fā)電機輸出電壓變大，根據(jù)變壓器原理可知副線圈兩端電壓增大，可能使燈泡繼續(xù)閃亮，但閃亮頻率變大，故D正確。故選BD。 【點睛】 本題主要是考查了變壓器的知識；解答本題的關(guān)鍵是知道變壓器的電壓之比等于匝數(shù)之比，在只有一個副線圈的情況下的電流之比等于匝數(shù)的反比；知道理想變壓器的輸出功率決定輸入功率且相等。原線圈的電壓決定副線圈的電壓；理想變壓器在改變電壓和電流的同時，不改變功率和頻率。 14．理想變壓器原線圈a匝數(shù)n1＝200匝，副線圈b匝數(shù)n2＝100匝，線圈a接在u＝44sin 314t V的交流電源上，“12 V　6 W”的燈泡恰好正常發(fā)光，電阻R2＝16 Ω，電壓表V為理想電表。下列推斷正確的是 ( 　) A．交變電流的頻率為100 Hz B．穿過鐵芯的磁通量的最大變化率為25Wb/s C．電壓表V的示數(shù)為22 V D．R1消耗的功率是1 W 【答案】 BD 【解析】 【詳解】 由表達式知ω=100π，交變電流的頻率為f=1T=ω2π=50Hz，故A錯誤；副線圈電流的有效值為I2=PU=612A=0.5A，電阻R2兩端的電壓為：U2=I2R2=0.516V=8V，副線圈兩端電壓的有效值為：U2=U2+UL=20V，副線圈電壓的最大值為：Em=202V，根據(jù)Em=n2ΔΦΔt，可得：ΔΦΔt=Emn2=202100=25Wb/s，故B正確；由B可知：電壓表V的示數(shù)為20V，故C錯誤；原線圈的電流強度為：I1=n2n1I2=0.25A，原線圈的電壓為：U1=n2n1U2=40V，電阻R1消耗的功率為：P=（E-U1）I1=（44-40）0.25W=1W，故D正確。所以BD正確，AC錯誤。 15．如圖所示，理想變壓器原線圈輸入電壓u=Umsinωt，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動變阻器，V1和V2是理想交流電壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示；A1和A2是理想交流電流表，示數(shù)分別用I1和I2表示，下列說法正確的是 A．滑片P不動，滑片Q向上滑動過程中，U2變小，I1變小 B．滑片P不動，滑片Q向上滑動過程中，U2不變，I1變小 C．滑片Q不動，滑片P向下滑動過程中，U2變大，I1變大 D．滑片Q不動，滑片P向下滑動過程中，U2變大，I1變小 【答案】 BC 【解析】滑片P不動，則變壓器次級電壓不變，即U2不變，滑片Q向上滑動過程中，R變大，則次級電流較小，則根據(jù)I1I2=n2n1可知，初級電流I1變小，選項A錯誤，B正確；滑片Q不動，滑片P向下滑動過程中，初級匝數(shù)減小，根據(jù)U1U2=n1n2則次級電壓變大，即U2變大，次級電流I2變大，則初級電流I1變大，選項C正確，D錯誤；故選BC. 16．如圖甲，交流發(fā)電機與一理想變壓器連接，給“220V，1100W”的電飯煲和“220V，220W”的抽油煙機正常供電。交流發(fā)電機的兩磁極間視為勻強磁場內(nèi)阻不計的線圈繞垂直于勻強磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從中性面開始計時，產(chǎn)生的電動勢如圖乙所示。所有導(dǎo)線的電阻均不計，交流電流表是理想電表。下列說法正確的是（） A．變壓器原線圈兩端電壓的瞬時值表達式為L=11002sinl00πt(V) B．正常工作時，電飯鍋和抽煙機的發(fā)熱功率之比為5︰1 C．t=0時刻，穿過發(fā)電機線圈的磁通量和A表的示數(shù)均為零 D．電飯鍋和抽油煙機同時正常工作時，A表示數(shù)為1.2A 【答案】 AD 【解析】A、由圖乙可知，該發(fā)電機產(chǎn)生的交流電的周期為0.02s，則圓頻率為：ω=2πT=2π0.02=100πrad/s，發(fā)電機的最大值為11002V，所以其瞬時表達式為：u=11002sin100πt(V)，,即原線圈兩端的電壓瞬時表達式為：u=11002sin100πt(V)，故A正確； B、抽油煙機消耗的電能大部分轉(zhuǎn)化為機械能，所以電飯鍋的發(fā)熱功率大于抽煙機發(fā)熱功率的5倍，故B錯誤； CD、變壓器的輸出功率為1100W+220W=1320W，所以變壓器的輸入功率也是1320W，發(fā)電機電壓的有效值：U1=Um2=1100V，所以電流表的讀數(shù)：I=P入U1=13201100A=1.2A，故D正確； C、t=0時刻，變壓器原線圈兩端電壓的瞬時值e=0，穿過發(fā)電機線圈的磁通量最大，電流表的示數(shù)為有效值，故電流表的讀數(shù)為1.2A，故C錯誤； 故選AD。 【點睛】由題圖乙可知交流電電流的最大值、周期，電流表的示數(shù)為有效值，感應(yīng)電動勢最大，則穿過線圈的磁通量變化最快。 17．如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為4：1，原線圈接交流電源和交流電壓表，副線圈通過電阻為R的導(dǎo)線與電飯鍋、空調(diào)連接。已知原線圈兩端的電壓保持不變，副線圈上的電壓按圖乙所示規(guī)律變化，現(xiàn)閉合開關(guān)S接通空調(diào)，下列說法正確的是 A．電壓表示數(shù)為880 V B．電飯鍋的實際功率增大 C．變壓器的輸入功率增大 D．空調(diào)兩端電壓的瞬時值表達式為u=2202sin100πtV 【答案】 AC 【解析】U1=n1n2U2=41220=880V，則電壓表示數(shù)為880V，故A正確；接通開關(guān)，副線圈電阻減小，電流增大，R上的分壓增大，電飯鍋兩端的電壓減小，所以實際功率減小，故B錯誤；接通開關(guān)，電流增大，電壓不變，所以次級線圈消耗的功率增大，輸入功率等于輸出功率，則變壓器的輸入功率增大，故C正確；次級電壓有效值為880V，由于電阻R的分壓，則空調(diào)兩端的電壓小于880V，則空調(diào)兩端電壓的瞬時值表達式肯定不是u=2202sin100πtV，故D錯誤；故選AC。 18．如圖所示，匝數(shù)為30匝的矩形閉合導(dǎo)線框ABCD處于磁感應(yīng)強度大小的水平勻強磁場中，線框繞垂直于磁場的軸以角速度=10rad/s勻速轉(zhuǎn)動(線框面積S=0.5m2，線框電阻不計)，并與理想變壓器原線圈相連，副線圈接入一只“2.5V、1.5W”的小燈泡，且燈泡正常發(fā)光，下列說法正確的是 A．在圖示位置線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大 B．線框中產(chǎn)生電動勢的有效值為30V C．變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為12:1 D．流過閉合導(dǎo)線框的電流為0.6A 【答案】 BC 【解析】由圖可知，此時線圈和磁場垂直，此時線框的磁通量最大，感應(yīng)電動勢為0，所以A錯誤．矩形閉合導(dǎo)線框ABCD在磁場中轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交流電的最大值為Em=nBSω=300.510=30V，所以交流電的有效值為U1=30V，所以B正確．由于電壓與匝數(shù)成正比，所以變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為，所以C正確．根據(jù)P1=U1I1=P2=1.5W，解得I1=0.05A，則選項D錯誤；故選BC． 19．如圖所示，圖線a是線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生正弦式交變電流的圖象，當調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦式交變電流的圖象如圖線b所示，下列關(guān)于這兩個正弦式交變電流的說法正確的是(　　) A．在圖中t＝0時刻穿過線圈的磁通量均為0 B．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2 C．交變電流a的有效值為10 V D．交變電流b的最大值為5 V 【答案】 B 【解析】 由圖可知，t=0時刻線圈均在中性面，穿過線圈的磁通量最大，故A錯誤；由圖象可知Ta:Tb=2:3，根據(jù)n=1T，得na:nnb=3:2，故B正確；由圖象可知，交流電a的最大值為10V，角速度為ω=2πTA=2π0.4=5π，所以交流電a的瞬時值為u=10sin5πtV，故C正確；交流電最大值Um=NBSω，因ω=2πn，交流電電壓最Uma:Umb=na:nb=3:2，Umb=23Uma=203V，故D錯誤；故選BC. 【點睛】根據(jù)圖象可以知道交流電的最大值和交流電的周期，根據(jù)交流電周期之間的關(guān)系可以求得線圈的轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系和交流電的瞬時值表達式． 20．鉗形電流表的外形和結(jié)構(gòu)如圖甲所示．圖甲中電流表的讀數(shù)為0．9 A，圖乙中用同一電纜線繞了3匝，則 A．這種電流表能測出交變電流的有效值 B．這種電流表既能測直流電流，又能測交變電流 C．這種電流表能測交變電流，圖乙的讀數(shù)為0．3A D．這種電流表能測交變電流，圖乙的讀數(shù)為2．7 A 【答案】 AD 【解析】 試題分析：由于變壓器工作原理是通過原線圈的電流發(fā)生變化，則原線圈產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化，故穿過副線圈的磁通量發(fā)生變化，從而在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，故這種電流表只能測交流電流，而且測量的是交變電流的有效值，故A正確B錯誤；根據(jù)輸入功率和輸出功率的關(guān)系有：P1=P2，即U1I1=U2I2，所以：I1I2=n2n1，由題意可知：當n1=1，I2=0.9A，即I10.9=n21，當n1=3時：I1I2=n23，解得：I2=2.7A，故C錯誤D正確； 考點：考查了理想變壓器 【名師點睛】該知識點題目比較簡單，且題目單一，只要記住了原副線圈的輸入功率和輸出功率關(guān)系，輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系一切題目都能順利解出． 三、解答題 21．如圖所示是交流發(fā)電機模型示意圖，N=100匝的矩形閉合導(dǎo)線框ABCD處于磁感應(yīng)強度大小B=210πT的水平勻強磁場中，線框面積S=0.48m2．線框繞垂直于磁場的軸OO′以角速度ω=100πrad/s逆時針勻速轉(zhuǎn)動，并與理想升壓變壓器相連，變壓器副線圈接入一只“12V、24W”的燈泡，且燈泡正常發(fā)光，線框、輸電線路的電阻都不計． （1）將圖示時刻記為t=0，請判斷此刻線圈AB邊中的電流方向，并寫出該線框產(chǎn)生正弦交變電動勢的瞬時值表達式； （2）求變壓器的原副線圈匝數(shù)比； （3）求燈泡正常發(fā)光時，電流表的讀數(shù)． 【答案】 （1）4802cos100πt(V) （2）40:1（3）0.05A 【解析】 【分析】 根據(jù)右手定則判斷感應(yīng)電流方向，根據(jù)Em=nBsω求解電動勢最大值，然后根據(jù)e=Emcosωt求解該正弦交流電的瞬時表達式；根據(jù)變壓比公式列式求解即可；變壓器的輸入功率和輸出功率相等，先求解功率，再求解電流表讀數(shù)． 【詳解】 （1）線框逆時針轉(zhuǎn)動，根據(jù)右手定則，電流俯視為逆時針；電動勢最大值為：Em=nBsω=100210π0.48100π=4802V， 從垂直中性面位置開始計時，故瞬時值為：e=Emcosωt=4802cos100πt（V） （2）升壓變壓器的輸入電壓為：U1=48022=480V 一只“12V、24W”的燈泡，且燈泡正常發(fā)光，根據(jù)變壓比公式，有U1U2=n1n2 解得：n1n2=48012=401 （3）理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，則U1I1=U2R=24W 代入數(shù)據(jù)解得：I1=0.05A. 【點睛】 本題關(guān)鍵是明確交流電的最大值和瞬時值的求解方法，同時要能夠結(jié)合變壓器的變壓比公式、功率關(guān)系列式求解. 22．如下圖甲所示，一固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置，線圈的兩端接一只小燈泡，在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場。已知線圈的匝數(shù)n＝100匝，總電阻r＝1.0Ω，所圍成矩形的面積S＝0.040 m2，小燈泡的電阻R＝9.0 Ω，磁感應(yīng)強度隨時間按如圖乙所示的規(guī)律變化，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢瞬時值的表達式為e=nBmS2πTcos2πTt，其中Bm為磁感應(yīng)強度的最大值，T為磁場變化的周期，不計燈絲電阻隨溫度的變化，求： (1)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值； (2)小燈泡消耗的電功率； (3)在磁感應(yīng)強度變化的0~T4時間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量。 【答案】 (1) Em＝8.0V (2)P＝2.88W (3) Q＝4.010－3C 【解析】 試題分析：（1）根據(jù)B-t圖象讀出周期T，由公式Em=nBmSω求出線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值；（2）根據(jù)歐姆定律求出電流的最大值，再求出電流的有效值，由電流的有效值求解小燈泡消耗的電功率． (1)由圖象知，線圈中產(chǎn)生的交變電流的周期T=3.1410－2s， 所以ω=2πnBmST=8.0V (2)電流的最大值Im=EmR+r=0.80A 有效值I=Im2=225A 小燈泡消耗的電功率P=I2R=2.88W 23．發(fā)電機的端電壓為220V，輸出功率為44kW，輸電導(dǎo)線的電阻為0.2Ω，如果用原、副線圈匝數(shù)之比為1:10的升壓變壓器升壓，經(jīng)輸電線路后，再用原、副線圈匝數(shù)比為10:1的降壓變壓器降壓供給用戶. （1）畫出全過程的線路圖； （2）求用戶得到的電壓和功率； （3）若不經(jīng)過變壓而直接送到用戶，求用戶得到的功率和電壓. 【答案】 (1)略　(2)219.6 V 　43.92 kW (3)36 kW，180 V 【解析】 根據(jù)U1U2=n1n2 ,計算得出升壓變壓器的輸出電壓為: U2=22010=2200V 則輸電線上的電流為: I2=P2U2=440002200=20A, 損失的功率為: P損=I2R=2020.2=80W . 輸電線上損失的電壓為: ΔU=IR=200.2=4V 則降壓變壓器輸入電壓為: U3=U2-ΔU=2200-4=2196V 根據(jù)U3U4=n3n4 ,得用戶得到的電壓為: U4=219.6V 用戶得到的功率為: P=P2-P損=44000-80=4.392104W . (3)若不經(jīng)過變壓而直接送到用戶,電流為: I=PU=44000220=200A 用戶得到的功率: P″=P-I2R=44000-20020.2=36KW 用戶得到的電壓為: U=U-IR=220-2000.2=180V 綜上所述本題答案是：（1）219.6V ; 4.392104W（2）180V ；3.6104W