交變電流習(xí)題(答案解析)

1、一. 教學(xué)內(nèi)容： 專題一 交變電流教學(xué)過程一. 交流電： 1. 交流電：大小和方向隨時間作周期性變化的電流。 如： 2. 正弦交流電的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場軸勻速轉(zhuǎn)動。 （1）電動勢的產(chǎn)生： 任意時刻t，線圈從中性面轉(zhuǎn)過角度=t 說明：交流電的峰值與線圈轉(zhuǎn)軸位置和線圈形狀都無關(guān)。 交流電瞬時表達(dá)式是正弦或余弦，取決于計時零點(diǎn)線圈所處位置。 （2）外電路閉合，R外，r （3）線圈轉(zhuǎn)動一圈，交流電變化一個周期，電流方向變化兩次。（每經(jīng)過中性面時，e=0，i=0，電流方向?qū)l(fā)生改變） 3. 描述交流電變化規(guī)律： 4. 描述交流電物理量： （5）有效值：根據(jù)交流電熱效應(yīng)利用等效原理規(guī)定

2、：讓交流電和恒定電流通過同樣阻值的電阻，在相等時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q相等，則恒定電流的值為交流電有效值。 式交流電，依據(jù)定義Q交=Q直求有效值。 （2）通常所說交流電值均指交流電的有效值。 秒電流方向改變100次） 交流電器的銘牌上標(biāo)明U額、I額是有效值，交流電表（電壓表、電流表）讀數(shù)也是有效值。 （3）計算通過電量，用平均值，計算交流產(chǎn)生熱量，電功率用有效值。Q=I2Rt，P=I2R 二. 變壓器 1. 主要構(gòu)造：輸入線圈（原、初級）、輸出線圈（副、次級）、閉合鐵芯 符號： 2. 工作原理：原線圈輸入交流電U1，在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁通量，這樣原線圈產(chǎn)生自感，副線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)，反過來，副線圈在鐵

3、芯中產(chǎn)生變化的磁通量，引起原線圈的電磁感 3. （1）理想變壓器：傳輸交流電能時，自身不消耗電能。P2=P1。 原、副線圈沒有電阻，不產(chǎn)生焦耳熱，不計銅損。 不計鐵芯內(nèi)電磁感應(yīng)，即不計鐵損。 注：三. 遠(yuǎn)距離輸電 1. 輸電原理：輸電線總電阻R線，輸送電功率P，輸電電壓U。 2. 高壓輸電原理：已知P輸，輸電電壓U，輸電線電阻R線，n1，n2，n3，n4。 【典型例題】 例1. 如圖所示，N=100匝的正方形線圈，邊長L=10cm，電阻r=1，在勻強(qiáng)磁場中，B=0.4T，以n=100/（r/s）的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，線圈通過滑環(huán)和電刷與R=9的電阻組成閉合回路（伏特表是恒熱電表），求： （1）從中性

4、面開始計時，寫出線圈中產(chǎn)生電動勢e的表達(dá)式。 （2）伏特表的示數(shù)。 （3）當(dāng)線圈和中性面夾角=30時，安培力的力矩M安=？ （4）1min內(nèi)，外力所做的功WF=？ 解析：（1）線圈轉(zhuǎn)動的角速度為，電動勢最大值為Em，則 （2）伏特表的示數(shù)為U （3）轉(zhuǎn)過=30角時，安培力的力矩M安 （4）1min內(nèi)外力的功為WF 例2. 如圖所示，（a）圖為電熱毯的電路示意圖，電熱毯接在u=311sint（V）的電源上，電熱毯被加熱到一定程度后，由于裝置P的作用，使加在電熱絲ab兩端的電壓變?yōu)槿鐖D（b）所示的波形，從而進(jìn)入保溫狀態(tài)，若電熱絲電阻保持不變，此時圖（a）中交流電壓表讀出交流電的有效值是（ ）圖（a

5、） A. 156V B. 220V C. 311V D. 110V 解析：圖（b）所示波形雖然是正弦波的一半，但在一個周期中，只有半個周期有電流做功產(chǎn)生焦耳熱，另外半個周期電流為零不做功。因此整個周期內(nèi)有效值也不能是正弦交流電最大值與有效值的關(guān)系，仍然應(yīng)該從有效值定義出發(fā)求出一個周期內(nèi)的有效值。圖（b） 圖（b）所示電壓波形在一個周期內(nèi)，交流電在電阻R上所產(chǎn)生的焦耳熱為： 設(shè)直流電壓U在R上經(jīng)一個周期T產(chǎn)生焦耳熱 答案：A 例3. 如圖所示為一理想變壓器，K為單刀雙擲開關(guān)，T為滑動變阻器的滑動觸頭，U1為加在原線圈兩端的電壓，I1為原線圈中的電流強(qiáng)度，則（ ） A. 保持U1及T的位置不變，K

6、由a合到b時，I1將增大 B. 保持T的位置及U1不變，K由b合到a時，R消耗的功率減小 C. 保持U1不變，K合在a處，使T上滑，I1將增大 D. 保持T的位置不變，K合在a處，若U1增大，I1將增大 解析：選項(xiàng)A正確。 K由b合到a時，與上述情況相反，副線圈電壓U2將減小，R消耗的功率將減小，選項(xiàng)B正確。 錯誤。 所以本題的正確選項(xiàng)為ABD。 答案：ABD 重難點(diǎn)處理這類問題的關(guān)鍵是要分清變量和不變量，弄清理想變壓器中各量間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系。在理想變壓器中，U2由U1和匝數(shù)比決定；I2由U2和負(fù)載電阻決定；I1由I2和匝數(shù)比決定。 例4. 在繞制變壓器時，某人誤將兩個線圈分別繞在了如圖

7、所示形狀鐵芯的左右兩臂，當(dāng)通以交流電時，每個線圈產(chǎn)生的磁通量都只有一半通過另一個線圈，另一個半通過中間的臂。已知線圈1、2的匝數(shù)比N1：N2=2：1，在不接負(fù)載的情況下（ ） A. 當(dāng)線圈1輸入電壓220V時，線圈2輸出電壓為110V B. 當(dāng)線圈1輸入電壓220V時，線圈2輸出電壓為55V C. 當(dāng)線圈2輸入電壓110V時，線圈1輸出電壓為220V D. 當(dāng)線圈2輸入電壓110V時，線圈1輸出電壓為110V 解析：已知線圈1與線圈2匝數(shù)之比為N1：N2=2：1，當(dāng)線圈1中通過交流電時產(chǎn)生的磁場，其磁通量只有一半通過線圈2，則線圈2中每匝產(chǎn)生的電動勢的數(shù)值只有線圈1中電壓值的一半。 設(shè)線圈1中

8、每匝電壓為U0，則有 當(dāng)線圈2輸入110V時，同理解得U1=110V 正確答案：B、D。 例5. （1997年高考）如圖（甲）、（乙）所示兩電路中，當(dāng)a、b兩端與e、f兩端分別加上220伏的交流電壓時，測得c、d間與g、h間的電壓均為110伏。若分別在c、d間與g、h兩端加上110伏的交流電壓，則a、b間與e、f間的電壓分別為（ ） A. 220伏，220伏 B. 220伏，110伏 C. 110伏，110伏 D. 220伏，0 解析：電路（甲）是變壓器，當(dāng)在原線圈中加上220V的交流電壓時，在原線圈中有交流電流通過，從而在鐵心中產(chǎn)生交變磁場。由于鐵心閉合，通過鐵心任一橫截面的磁通量為110V

9、，可斷定c、d間的線圈匝數(shù)為a、b間線圈匝數(shù)的一半，若在c、d間加110V交流電壓，則鐵心中的磁通量仍等于，每匝線圈中的磁通量變化率仍為，所以在a、b間可測得交流電壓為220V。 電路（乙）是分壓器，當(dāng)在e、f兩端間加上220V交流電壓，在滑動變阻器R上都有電流通過，現(xiàn)測得g、h間電壓為110V，則此時電阻e、g之間的電壓也為110V，若改在g、h兩點(diǎn)間有電流通過，而e、g兩點(diǎn)沒有電流。因此此時電阻上有e、g兩點(diǎn)間的交流電壓為零，而g、h兩點(diǎn)間的交流電壓為110V，故此在e、f間測得的交流電壓只有110V。 說明：本題主要是考查變壓器與分壓器兩種電路的工作原理不相同的規(guī)律，變壓器工作原理是電磁

10、感應(yīng)；分壓器的工作原理是歐姆定律與電阻串并聯(lián)。 例6. 有條河流，流量Q2m3s-1，落差h5m，現(xiàn)利用其發(fā)電，若發(fā)電機(jī)總效率為50，輸出電壓為240V，輸電線總電阻R30，允許損失功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的6。為滿足用電的需要，使用戶獲得220V電壓，則該輸電線路所使用的理想升壓、降壓變壓器的匝數(shù)比各是多少？能使多少盞“220V 100W”的電燈正常發(fā)光？ 解析：按題意畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖如下圖所示，電源端的輸出功率： 輸電線上的功率損失P損I2R，所以輸電線中電流為 則升壓變壓器B1的原線圈電壓U1U出240V 據(jù)題意知，U2220V，所以降壓變壓器的匝數(shù)比為 因?yàn)槔硐胱儔浩鳑]有能量損失，所

11、以可正常發(fā)光的電燈盞數(shù)為 重難點(diǎn)（1）為便于分析，應(yīng)先畫出輸電線路簡圖，弄清楚電路的結(jié)構(gòu)后再著手求解。 （2）變壓器B1的輸出電流和輸電線上的電壓損失、功率損失是聯(lián)系兩個變壓器的紐帶，解題時要抓住這個“綱”，綱舉才會目張?！灸M試題】 1. （全國I黑蒙桂理綜，20）（6分）處在勻強(qiáng)磁場中的矩形線圈abcd，以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動，磁場方向平行于紙面并與ab垂直。在t=0時刻，線圈平面與紙面重合（如圖所示），線圈的cd邊離開紙面向外運(yùn)動。若規(guī)定由方向的感應(yīng)電流為正，則能反映線圈中感應(yīng)電流I隨時間t變化的圖線是（ ） 2. （北京理綜，18）（6分）正弦交變電源與電阻R、交流電壓表按照圖1所

12、示的方式連接，交流電壓表的示數(shù)是10V。圖2是交變電源輸出電壓u隨時間t變化的圖象。則（ ） A. 通過R的電流隨時間t變化的規(guī)律是 B. 通過R的電流隨時間t變化的規(guī)律是 C. R兩端的電壓隨時間t變化的規(guī)律是 D. R兩端的電壓隨時間t變化的規(guī)律是 3. 當(dāng)交流發(fā)電機(jī)的線圈平面與磁感線成60角時，電流瞬時值為0.5A，則該電流的有效值是（ ） A. B. C. D. 4. 一閉合矩形線圈abcd繞固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動，OO位于線圈平面內(nèi)垂直于勻強(qiáng)磁場的磁感線，如圖甲所示，通過線圈內(nèi)的磁通量隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示，下列說法正確的是（ ） A. 時刻通過線圈的磁通量變化率最大 B. 時刻線圈

13、中感應(yīng)電流方向改變 C. 時刻線圈中感應(yīng)電流方向改變 D. 時刻線圈中感應(yīng)電動勢最小 5. （南京）一個矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，周期為T，從中性面開始計時，當(dāng)時，感應(yīng)電動勢的瞬時值為2V，則此交變電動勢的有效值為（ ） A. B. C. D. 6. 一個電熱器接在10V的直流電源上，在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，今將該電熱器接在一交流電源上，它在2t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，則這一交流電源的交流電壓的最大值和有效值分別是（ ） A. 最大值是V，有效值是10V B. 最大值是10V，有效值是V C. 最大值是V，有效值是5V D. 最大值是20V，有效值是V 7. （西城）有一理想變

14、壓器，原、副線圈的匝數(shù)比為4：1，原線圈接在一個交流電源上，交流電的變化規(guī)律如圖所示，副線圈所接的負(fù)載電阻是。則（ ） A. 原線圈交流電的頻率為50Hz B. 副線圈輸出電壓為55V C. 流過副線圈的電流是5A D. 變壓器輸入、輸出功率之比為4：1 8. （天津）如圖所示，理想變壓器原線圈接在正弦交變電壓，副線圈通過輸電線連接兩只相同的燈泡L1、L2，輸電線的等效電阻為R，在圖示狀態(tài)下，形狀S是斷開的，當(dāng)開關(guān)S閉合時，下列說法正確的是（ ） A. 副線圈兩端的輸出電壓減小 B. 等效電阻R兩端的電壓減小 C. 通過燈泡L1的電流減小 D. 原線圈中的電流減小 9. （南京）如圖所示，T為

15、理想變壓器，A1、A2為理想交流電流表，V1、V2為理想交流電壓表，R1、R2、R3為電阻，原線圈兩端接電壓一定的正弦交流電，當(dāng)開關(guān)S閉合時，各交流電表的示數(shù)變化情況應(yīng)是（ ） A. 電壓表V1讀數(shù)變小 B. 電壓表V2讀數(shù)變大 C. 電流表A1讀數(shù)變大 D. 電流表A2讀數(shù)變小 10. 如圖所示，已知，變壓器沒有功率損耗，在原線圈上加上交流電壓，則上的發(fā)熱功率是_W。若，發(fā)熱功率與R2一樣，則流過原線圈的電流I1和流過R3的電流I3之比為_。 11. （04江蘇，13）如圖所示，一個變壓器（可視為理想變壓器）的原線圈接在220V的市電上，向額定電壓為1.80104V的霓虹燈供電，使它正常發(fā)光

16、。為了安全，需在原線圈回路中接入熔斷器，使副線圈電路中電流超過12mA時，熔絲就熔斷。 （1）熔絲的熔斷電流是多大？ （2）當(dāng)副線圈電路中電流為10mA時，變壓器的輸入功率是多大？ 12. （西城區(qū)）如圖所示，一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞OO軸勻速轉(zhuǎn)動，磁場方向與轉(zhuǎn)軸垂直。線圈匝數(shù)，電阻，長，寬，角速度，磁場的磁感強(qiáng)度B=0.2T，線圈兩端外接電阻的用電器和一個交流電流表。求： （1）線圈中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢； （2）電流表的讀數(shù)； （3）用電器上消耗的電功率。 13. 如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，邊長L10cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈電阻，線圈繞垂直于磁感線的對稱軸OO勻速轉(zhuǎn)動，角速度，外電路