知識點十三 交變電流-2022年高考物理分類題庫

知識點十三交變電流1.(2022·廣東選擇考)如圖是簡化的某種旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)原理圖。定子是僅匝數(shù)n不同的兩線圈,n1>n2,二者軸線在同一平面內(nèi)且相互垂直,兩線圈到其軸線交點O的距離相等,且均連接阻值為R的電阻,轉(zhuǎn)子是中心在O點的條形磁鐵,繞O點在該平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動時,兩線圈輸出正弦式交變電流。不計線圈電阻、自感及兩線圈間的相互影響,下列說法正確的是 ()A.兩線圈產(chǎn)生的電動勢的有效值相等B.兩線圈產(chǎn)生的交變電流頻率相等C.兩線圈產(chǎn)生的電動勢同時達(dá)到最大值D.兩電阻消耗的電功率相等【解析】選B。根據(jù)E=nΔΦΔt,兩線圈中磁通量的變化率相等,但是匝數(shù)不等,則產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值不相等,有效值也不相等,根據(jù)P=U2R,可知兩電阻的電功率也不相等,選項A、D錯誤;因兩線圈放在同一個旋轉(zhuǎn)磁鐵的旁邊,則兩線圈產(chǎn)生的交流電的頻率相等,選項B正確;當(dāng)磁鐵的磁極到達(dá)線圈附近時,磁通量變化率最大,感應(yīng)電動勢最大,2.(2022·河北選擇考)張家口市壩上地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場是北京冬奧會綠色電能的主要供應(yīng)地之一,其發(fā)電、輸電簡易模型如圖所示,已知風(fēng)輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)速為每秒z轉(zhuǎn),通過轉(zhuǎn)速比為1∶n的升速齒輪箱帶動發(fā)電機(jī)線圈高速轉(zhuǎn)動,發(fā)電機(jī)線圈面積為S,匝數(shù)為N,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,t=0時刻,線圈所在平面與磁場方向垂直,發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電流經(jīng)過理想變壓器升壓后。輸出電壓為U。忽略線圈電阻,下列說法正確的是 ()A.發(fā)電機(jī)輸出的電壓為2πNBSzB.發(fā)電機(jī)輸出交變電流的頻率為2πnzC.變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2πNBSnz∶UD.發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的瞬時電動勢e=2πNBSnzsin(2πnz)【解析】選C。發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速為nz,輸出交變電流的頻率為f=ω2π=nz,B錯誤;線圈繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生正弦交流電,最大值為Em=NBS·2π·nz,輸出電壓的有效值為E=Em2=2πNBSnz,A錯誤;變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1n2=EU=2πNBSnzU,C正確;發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的瞬時電動勢為e=Emsinωt3.(多選)(2022·湖北選擇考)近年來,基于變壓器原理的無線充電技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用,其簡化的充電原理圖如圖所示。發(fā)射線圈的輸入電壓為220V、匝數(shù)為1100匝,接收線圈的匝數(shù)為50匝。若工作狀態(tài)下,穿過接收線圈的磁通量約為發(fā)射線圈的80%,忽略其他損耗,下列說法正確的是 ()A.接收線圈的輸出電壓約為8VB.接收線圈與發(fā)射線圈中電流之比約為22∶1C.發(fā)射線圈與接收線圈中交變電流的頻率相同D.穿過發(fā)射線圈的磁通量變化率與穿過接收線圈的相同【解析】選A、C。根據(jù)n1n2=80%U1U2,可得接收線圈的輸出電壓約為U2=8V,故A正確;根據(jù)n1n2=I280%I1可得I1I2=4.(2022·山東等級考)如圖所示的變壓器,輸入電壓為220V,可輸出12V、18V、30V電壓,匝數(shù)為n1的原線圈中電壓隨時間變化為u=Umcos(100πt)。單匝線圈繞過鐵芯連接交流電壓表,電壓表的示數(shù)為0.1V。將阻值為12Ω的電阻R接在BC兩端時,功率為12W。下列說法正確的是 ()A.n1為1100匝,Um為220VB.BC間線圈匝數(shù)為120匝,流過R的電流為1.4AC.若將R接在AB兩端,R兩端的電壓為18V,頻率為100HzD.若將R接在AC兩端,流過R的電流為2.5A,周期為0.02s【解析】選D。變壓器的輸入電壓為220V,原線圈中交流電的電壓與時間成余弦函數(shù)關(guān)系,故輸入交流電壓的最大值為2202V,根據(jù)理想變壓器原線圈與單匝線圈的匝數(shù)比為n11=220V0.1V,解得原線圈為2200匝,A錯誤;根據(jù)題圖可知,當(dāng)原線圈輸入電壓為220V時,BC間的電壓應(yīng)該為12V,故BC間的線圈匝數(shù)關(guān)系有nBC1=12V0.1V=120,BC間的線圈匝數(shù)為120匝,流過R的電流為IBC=PUBC=12W12V=1A,B錯誤;若將R接在AB端,根據(jù)題圖可知,當(dāng)原線圈輸入電壓為220V時,AB間的電壓應(yīng)該為18V。根據(jù)交流電原線圈電壓的表達(dá)式可知,交流電的角速度為100πrad/s,故交流電的頻率為f=1T=ω2π=50Hz,C錯誤;若將R接在AC端,根據(jù)題圖可知,當(dāng)原線圈輸入電壓為220V時,AC間的電壓應(yīng)該為30V,根據(jù)歐姆定律可知,流過電阻R的電流為IAC=5.(2022·湖南選擇考)如圖,理想變壓器原、副線圈總匝數(shù)相同,滑動觸頭P1初始位置在副線圈正中間,輸入端接入電壓有效值恒定的交變電源。定值電阻R1的阻值為R,滑動變阻器R2的最大阻值為9R,滑片P2初始位置在最右端。理想電壓表V的示數(shù)為U,理想電流表A的示數(shù)為I。下列說法正確的是 ()A.保持P1位置不變,P2向左緩慢滑動的過程中,I減小,U不變B.保持P1位置不變,P2向左緩慢滑動的過程中,R1消耗的功率增大C.保持P2位置不變,P1向下緩慢滑動的過程中,I減小,U增大D.保持P2位置不變,P1向下緩慢滑動的過程中,R1消耗的功率減小【解析】選B。由題意可知,原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1,則副線圈的電流為2I,根據(jù)歐姆定律可得副線圈的電壓有效值為U2=2IR1,則變壓器原線圈的電壓有效值為U1=2U2=4IR1,設(shè)輸入交流電的電壓有效值為U0,則U0=4IR1+IR2,可得I=U04R1+R2,保持P1位置不變,P2向左緩慢滑動的過程中,I不斷變大,根據(jù)歐姆定律U1=4IR,可知變壓器原線圈的電壓有效值變大,輸入電壓有效值不變,則R2兩端的電壓不斷變小,則電壓表示數(shù)U變小,原線圈的電壓電流都變大,則功率變大,根據(jù)原、副線圈的功率相等,可知R1消耗的功率增大,故B正確,A錯誤;設(shè)原、副線圈匝數(shù)的比值為n,同理可得U1=n2IR1,則U0=n2I