高中物理-專題-交變電流電路問題(解析版)

2021年高考物理100考點最新模擬題千題精練（選修3-2）第五部分交變電流專題5.21交變電流電路問題一、選擇題1．（2020江蘇高考仿真模擬2）如圖所示，電路中完全相同的三只燈泡L1、L2、L3分別與電阻R、電感L、電容C串聯(lián)，先把雙刀雙擲開關(guān)S與“220V，100Hz”的交流電路a、b兩端連接，三只燈泡亮度恰好相同。若保持交變電壓有效值不變，而將雙刀雙擲開關(guān)S變?yōu)榕c“220V，50Hz”的交流電路c、d兩端連接，則發(fā)生的現(xiàn)象是（）圖圖220V,50Hz220V,100HzA．三燈均變暗B．三燈均變亮C．L1亮度不變，L2變亮，L3變暗D．L1亮度不變，L2變暗，L3變亮【參考答案】C【名師解析】由題意知，交變電流的電壓有效值不變，頻率減小了，電阻R的阻值不隨頻率而變化，交變電壓不變，燈泡L1的電壓不變，亮度不變。電感L的感抗減小，流過L2的電流增大，L2變亮。電容C的容抗增大，流過L3的電流減小，L3變暗，選項C正確，選項A、B、D錯誤。

2．（2020江蘇高考仿真模擬2）如圖所示，一個邊長L=10cm，匝數(shù)n=100匝的正方形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直于磁感線的對稱軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，磁感應(yīng)強度B=0.50T，角速度ω=10πrad/s，閉合回路中兩只燈泡均能正常發(fā)光。下列說法正確的是（）A．從圖中位置開始計時，感應(yīng)電動勢瞬時表達式為e＝5πcos10πt（V）B．增大線圈轉(zhuǎn)動角速度ω時，感應(yīng)電動勢的峰值Em不變 C．抽去電感器L的鐵芯時，燈泡L2變亮D．增大電容器C兩極板間的距離時，燈泡L1變亮 圖圖【參考答案】AC【名師解析】：由Em＝nBSω=5πV，線框垂直于中性面開始計時，所以閉合電路中電動勢瞬時值的表達式：e=5πcos10πt（V），選項A正確；根據(jù)電動勢最大值公式Em＝nBSω，增大線圈轉(zhuǎn)動角速度ω時，感應(yīng)電動勢的峰值Em變大，選項B錯誤；抽去電感器L的鐵芯時，即減小自感系數(shù)，則減小感抗，燈泡L2變亮，選項C正確；當(dāng)增大電容器C兩極板間的距離時，電容器的電容C變小，容抗增大，燈泡L1變暗，選項D錯誤。3.（2020高考模擬示范卷3）如圖1所示，R1和R2是材料相同、厚度相同、表面為正方體的導(dǎo)體，邊長之比為2∶1，通過導(dǎo)體電流方向如虛線所示；現(xiàn)將這兩個電阻R1、R2串聯(lián)接入正弦交流電路，電路圖如圖2所示；交流電源電壓u隨時間t變化的情況如圖3所示。則下列說法中正確的是A.電阻R1和R2的阻值之比為1∶2 B.流過電阻R1和R2是的電流之比為1∶2C.電阻R1兩端的電壓最大值為220V D.電阻R2兩端的電壓有效值為110V【參考答案】D【名師解析】根據(jù)電阻定律：，可知電阻R1和R2的阻值之比為1∶1，選項A錯誤；兩電阻串聯(lián)，則流過電阻R1和R2的電流之比為1∶1，選項B錯誤；兩電阻阻值相等，則兩端電壓的最大值相等，均為110V，有效值也相等，均為110V，選項C錯誤，D正確.4.（2020山東模擬2）在勻強磁場中有一不計電阻的矩形線圈，繞垂直磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生如圖甲所示的正弦交流電，把該交流電接在圖乙中理想變壓器的A、B兩端，電壓表和電流表均為理想電表，Rt為熱敏電阻（溫度升高時其電阻減小），R為定值電阻。下列說法正確的是()A．在t＝0.01s，穿過該矩形線圈的磁通量為零B．變壓器原線圈兩端電壓的瞬時值表達式為u＝36sin50πt（V）C．Rt處溫度升高時，電壓表V1、V2示數(shù)的比值不變D．Rt處溫度升高時，電流表的示數(shù)變大，變壓器輸入功率變大【參考答案】D【名師解析】：在t＝0.01s，感應(yīng)電動勢為零，線圈平面與磁場垂直，穿過該矩形線圈的磁通量有最大值，故A錯誤；由甲圖可知交變電流周期為，，電壓的瞬時值表達式為，故B錯誤；Rt處溫度升高，Rt阻值減小，電壓表V1測原線圈兩端電壓，示數(shù)不變，電壓表V2測Rt兩端電壓，示數(shù)減小，電壓表V1、V2示數(shù)的比值變大，故C錯誤；副線圈兩端電壓不變，回路中阻值減小，電流增大，電流表的示數(shù)變大，變壓器輸入功率變大，故D正確。5.（2020成都調(diào)研）如圖所示，一理想變壓器原線圈匝數(shù)匝，副線圈匝數(shù)匝，原線圈中接一交變電源，交變電電壓.副線圈中接一電動機，電阻為，電流表2示數(shù)為1A。電表對電路的影響忽略不計，則（）A.此交流電的頻率為100HzB.電壓表示數(shù)為C.電流表1示數(shù)為0.2AD.此電動機輸出功率為30W【參考答案】C【名師解析】此交流電的頻率為，選項A錯誤；電壓表示數(shù)為交流電的有效值，即：，選項B錯誤；根據(jù)可知，選項C正確；變壓器次級電壓，故此電動機輸出功率為，選項D錯誤。.6.（天一中學(xué)2019屆調(diào)研）如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1∶n2＝3∶1，L1、L2為兩相同燈泡，R、L、D和C分別為定值電阻、理想線圈、理想二極管和電容器，其中C＝10μF。當(dāng)原線圈兩端接如圖乙所示的正弦交流電壓時，下列說法中正確的是()A．燈泡L1一定比L2暗B．電容器C所帶電荷量的最大值為CC．電容器C充電周期為sD．副線圈兩端的電壓有效值為V【參考答案】C【名師解析】原線圈有正弦交流電，則副線圈中也有正弦式交流電。由于L1與電阻相串聯(lián)，而L2與電感器相串聯(lián)，燈泡L1與L2的亮度，取決于電感和電阻的阻礙作用，本題未給條件無法判斷，故A錯誤；電容器與二極管串聯(lián)，含有電容的支路經(jīng)1.0×10-2s充電后，再經(jīng)過1.0×10-2s再次充電，則周期為2.0×10-2s，故C正確；由題意可知，原線圈的電壓的最大值為36V，由于原、副線圈的匝數(shù)比

n1：n2=3：1，所以副線圈的電壓最大值為12V，則有效值為12V，故D錯誤；二極管具有單向?qū)щ娦?，電容器兩端電壓的最大值?2V，所以電容器帶電量的最大值為Q＝CU＝10×10-6×12C＝1.2×10-4C，故B錯誤。7.（2018年3月北京朝陽區(qū)一模）如圖所示，將帶鐵芯的電感器L與燈泡A串聯(lián)，再與另一個完全相同的燈泡B并聯(lián)，接在以正弦交流信號發(fā)生器為電源的兩端。通過調(diào)節(jié)交流信號發(fā)生器上的旋鈕，可以改變輸出電壓和信號的頻率。閉合開關(guān)S，A、B兩燈均發(fā)光。關(guān)于該實驗，下列說法中正確的是A.保持交流信號頻率不變，適當(dāng)提高輸出電壓，發(fā)現(xiàn)A燈始終比B燈亮B.保持輸出電壓不變，提高交流信號頻率，發(fā)現(xiàn)A、B燈均變亮C.保持輸出電壓和信號頻率不變，撤去鐵芯后，發(fā)現(xiàn)A燈比原來亮D.斷開開關(guān)S，發(fā)現(xiàn)A燈閃亮一下，然后熄滅【參考答案】C【名師解析】由于帶鐵芯的電感器L與燈泡A串聯(lián)，該支路中電感器對交變電流有感抗作用，再與另一個完全相同的燈泡B并聯(lián)，A燈中電流小于B燈中電流。若保持交流信號頻率不變，適當(dāng)提高輸出電壓，A燈中電流仍小于B燈中電流，所以B燈始終比A燈亮，選項A錯誤；保持輸出電壓不變，提高交流信號頻率，電感器感抗增大，則A燈變暗，B燈亮度不變，選項B錯誤；保持輸出電壓和信號頻率不變，撤去鐵芯后，A燈支路中感抗減小，該支路電流增大，A燈中電流增大，A燈比原來亮，選項C正確；斷開開關(guān)S，由于電感器中產(chǎn)生自感電動勢，則A燈和B燈組成閉合回路，A燈中電流逐漸減小，兩燈逐漸熄滅，選項D錯誤。8．如圖所示，電路中完全相同的三個燈泡L1、L2、L3分別與電阻R、電感L、電容C串聯(lián)，然后再并聯(lián)到“220V50Hz”的交流電源上，三只燈泡的亮度相同．若保持交變電壓不變，將交變電流的頻率增大到60Hz，則發(fā)生的現(xiàn)象為()A．三燈亮度不變B．三燈均變亮C．L1不變、L2變亮、L3變暗D．L1不變、L2變暗、L3變亮【參考答案】D【名師解析】根據(jù)電感的特性：通低頻、阻高頻，當(dāng)電源的頻率增大時，電感對電流的感抗增大，L2變暗；根據(jù)電容器的特性：通高頻，阻低頻，當(dāng)電源的頻率增大時，電容器對電流的容抗減小，L3變亮，而電阻的亮度與頻率無關(guān)，L1不變．9．(2017·高考江蘇卷)某音響電路的簡化電路圖如圖所示，輸入信號既有高頻成分，也有低頻成分，則()A．電感L1的作用是通高頻B．電容C2的作用是通高頻C．揚聲器甲用于輸出高頻成分D．揚聲器乙用于輸出高頻成分【參考答案】BD【名師解析】.電感線圈有通低頻、阻高頻的作用，因此A項錯誤；電容器有通高頻、阻低頻的作用，因此B項正確；由此可以判斷，揚聲器甲主要用于輸出低頻成分，揚聲器乙用于輸出高頻成分，C項錯誤，D項正確．10．（2019湖南師大附中二模）如圖所示，某交流發(fā)電機的發(fā)電原理是矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動。該小型發(fā)電機的線圈共220匝，線圈面積S＝eq\f(\r(2),20)m2，線圈轉(zhuǎn)動的頻率為50Hz，線圈內(nèi)阻不計，磁場的磁感應(yīng)強度B＝eq\f(1,π)T。如果用此發(fā)電機帶動兩個標(biāo)有“220V11kW”的電動機正常工作，需在發(fā)電機的輸出端a、b與電動機之間接一個理想變壓器，電路如圖。下列說法不正確的是(A)A．發(fā)電機的輸出電壓為220VB．原副線圈匝數(shù)比eq\f(n1,n2)＝eq\f(5,1)C．電流表示數(shù)為20AD．發(fā)電機的輸出功率為2.2×104W【參考答案】BCD【名師解析】線圈轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電動勢最大值為：Em＝NBSω＝1100eq\r(2)V，由于線圈內(nèi)阻不計，則輸出電壓就等于電動勢，得發(fā)電機輸出電壓的有效值為1100V，故A錯誤；由于電動機的額定電壓為220V，所以理想變壓器輸出端的電壓也為220V，則理想變壓器原副線圈匝數(shù)比為：eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(5,1)，故B正確；由電路可知電源輸出功率等于電動機的輸入功率，故發(fā)電機的輸出功率為：P出＝2.2×104W，由理想變壓器P入＝P出，而P入＝U1I1，解得I1＝20A，故C、D正確。11.如圖所示把電阻、電感、電容并聯(lián)到某一交流電源上，三個電流表示數(shù)相同，若保持電源電壓不變，而將頻率加大，則三個電流表的示數(shù)I1、I2、I3的大小關(guān)系是（

）

A.

I1＝I2＝I3

B.

I1>I2>I3

C.

I2>I1>I3

D.

I3>I1>I2【參考答案】D【名師解析】原來三個電流表的示數(shù)相同，說明三個支路中的電阻、感抗、容抗相等，當(dāng)交變電流的頻率加大時，電阻的值不變，感抗變大，容抗減小，因此I1不變，I2減小，I3增大，即有I3>I1>I2，故選項D符合題意?！痉治觥拷涣麟婎l率變大，電感阻礙作用變大，電流變小，電容阻礙作用變小，電流變大。12.(2020·廣西桂林、賀州、崇左高三下學(xué)期3月聯(lián)合調(diào)研)如圖甲所示的電路中，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為5∶1，電流表和電壓表均為理想電表，R是光敏電阻(其阻值隨光強增大而減小)、L是理想線圈、C是耐壓值和電容都足夠大的電容器、D是燈泡、K是單刀雙擲開關(guān)。當(dāng)原線圈接入如圖乙所示的正弦交流電時，下列說法正確的是()A．開關(guān)K連通1時，電壓表的示數(shù)為44VB．開關(guān)K連通1時，若光照增強，電流表的示數(shù)變小C．開關(guān)K連通2時，燈泡不亮D．開關(guān)K連通2時，若光照增強，電壓表的示數(shù)減小【參考答案】A【名師解析】根據(jù)圖乙可知原線圈電壓有效值為：U1＝eq\f(220\r(2),\r(2))V＝220V，則根據(jù)eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可以得到U2＝eq\f(n2,n1)U1＝eq\f(1,5)×220V＝44V，即電壓表的示數(shù)為44V，A正確；開關(guān)K連通1時，若光照增強，則電阻R減小，則副線圈總電阻減小，而U2不變，則副線圈電流I2增大，根據(jù)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)可知，原線圈電流I1增大，即電流表的示數(shù)變大，B錯誤；開關(guān)K連通2時，由于交變電流可以“通過”電容器，故燈泡發(fā)光，C錯誤；開關(guān)K連通2時，若光照增強，則電阻R減小，但是由于原、副線圈兩端電壓之間關(guān)系為eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，與副線圈總電阻無關(guān)，故電壓表的示數(shù)不變，D錯誤。二．計算題1．(14分)如圖18所示，在xOy平面內(nèi)有兩根金屬絲MN和PQ，其形狀分別滿足y＝asineq\f(2πx,λ)和y＝－asineq\f(2πx,λ)，在兩根金屬絲端點M、P和N、Q之間分別接一根阻值為R的電阻絲，兩根金屬絲中間三個相交處均有絕緣表面層相隔，金屬絲電阻不計．x＜0的區(qū)域內(nèi)存在垂直于xOy平面向里的磁感應(yīng)強度大小為B且較寬的勻強磁場，兩金屬絲在沿x軸負(fù)方向的外力作用下，以速度v勻速進入磁場．(1)求金屬絲進入磁場的過程中感應(yīng)電流的最大值；(2)求將兩根金屬絲全部拉入磁場中所產(chǎn)生的熱量；(3)假設(shè)僅在－eq\f(λ,2)≤x≤0的區(qū)域內(nèi)存在垂直于xOy平面向里的磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場，求將兩根金屬絲以速度v勻速拉過磁場過程中外力的最大功率．【參考答案】．(1)eq\f(Bav,R)(2)eq\f(2B2a2vλ,R)(3)eq\f(8B2a2v2,R)【名師解析】(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律得：E＝BLv.而L＝2asineq\f(2πx,λ)，x＝vt.則可得：E＝2Bvasineq\f(2πv,λ)t.產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是一種正弦交流電，其最大值為：Em＝2Bva.則感應(yīng)電流的最大值為：Im＝eq\f(2Bav,2R)＝eq\f(Bav,R).(2)感應(yīng)電流有效值為：I有＝eq\f(Bav,\r(2)R).則將兩根金屬絲全部拉入磁場中產(chǎn)生的熱量為：Q＝Ieq\o\al(2,有)·2Rt＝eq\f(B2a2v2,2R2)·2R·eq\f(2λ,v)＝eq\f(2B2a2vλ,R).(3)假設(shè)僅在－eq\f(λ,2)≤x≤0的區(qū)域內(nèi)存在垂直于xOy平面向里的磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場，則感應(yīng)電流的最大值應(yīng)出現(xiàn)在兩金屬絲在磁場中穿過時如圖所示的一種狀態(tài)，此時：Im′＝eq\f(2×2Bav,2R)＝eq\f(2Bav,R).則Pm＝Im′2·2R＝eq\f(8B2a2v2,R).2．(2016·遼寧大連模擬)(20分)如圖所示，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＝0.040m2，小燈泡的電阻R＝9.0Ω，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＝nB0Seq\f(2π,T)coseq\f(2π,T)t，其中B0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～eq\f(T,4)時間內(nèi)，通過小燈泡的電荷量?！久麕熃馕觥?1)由e＝nB0Seq\f(2π,T)coseq\f(2π,T)t可知最大值Em＝nB0S·eq\f(2π,T)＝8V；(2)電路中電流的最大值Im＝eq\f(Em,R＋r)＝eq\f(4,5)A，I＝eq\f(Im,\r(2))＝eq\f(4,5\r(2))A，P燈＝I2R＝2.88W。(3)eq\o(E,\s\up6(－))＝neq\f(ΔB,Δt)·S①q＝eq\o(I,\s\up6(－))·Δt②eq\o(I,\s\up6(－))＝eq\f(\o(E,\s\up6(－)),R＋r)③；由①②③得：q＝neq\f(B0S,R＋r)＝4×10－3C。答案(1)8V(2)2.88W(3)4×10－33．（23分）如圖所示，匝數(shù)為N1的原線圈和匝數(shù)為N2的副線圈繞在同一閉合鐵芯上，副線圈兩端與電阻R相連，原線圈兩端與平行金屬導(dǎo)軌相連。兩軌之間的距離為L，其電阻可不計。在虛線的左側(cè)，存在方向與導(dǎo)軌所在平面垂直的勻強磁場，磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，pq是一質(zhì)量為m電阻為r與導(dǎo)軌垂直放置的金屬桿，它可在導(dǎo)軌上沿與導(dǎo)軌平行的方向無摩擦地滑動。假設(shè)在任何同一時刻通過線圈每一匝的磁通量相同，兩個線圈的電阻、鐵芯中包括渦流在內(nèi)的各種損耗都忽略不計，且變壓器中的電磁場完全限制在變壓器鐵芯中。現(xiàn)于時刻開始施一外力，使桿從靜止出發(fā)以恒定的加速度a向左運動。不考慮連接導(dǎo)線的自感。若已知在某