2025新課改-高中物理-選修第2冊（16講）09 C交變電流 提升版

2025新課改-高中物理-選修第2冊（16講）09C交變電流提升版交變電流知識點一：交變電流一、交變電流1．交變電流：大小和方向隨時間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡稱交流．2．直流：方向不隨時間變化的電流稱為直流．二、交變電流的產(chǎn)生交流發(fā)電機(jī)的線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直，用右手定則判斷線圈切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向．三、交變電流的變化規(guī)律1．中性面(1)中性面：與磁感線垂直的平面．(2)當(dāng)線圈平面位于中性面時，線圈中的磁通量最大，線圈中的電流為零．2．從中性面開始計時，線圈中產(chǎn)生的電動勢的瞬時值表達(dá)式：e＝Emsinωt，Em叫作電動勢的峰值，Em＝NωBS.3．正弦式交變電流：按正弦規(guī)律變化的交變電流叫作正弦式交變電流，簡稱正弦式電流．4．正弦式交變電流和電壓電流表達(dá)式i＝Imsin_ωt，電壓表達(dá)式u＝Umsin_ωt.其中Im、Um分別是電流和電壓的最大值，也叫峰值．四、交流發(fā)電機(jī)1．主要構(gòu)造：電樞和磁體．2．分類(1)旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)：電樞轉(zhuǎn)動，磁極不動．(2)旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)：磁極轉(zhuǎn)動，電樞不動．技巧點撥一、交變電流與直流1．交變電流大小和方向隨時間做周期性變化的電流叫作交變電流，簡稱交流．2．常見的交變電流的波形圖實際應(yīng)用中，交變電流有著不同的變化規(guī)律，常見的有以下幾種，如下圖所示．3．直流方向不隨時間變化的電流叫作直流，大小和方向都不隨時間變化的電流叫作恒定電流．二、兩個特殊位置假定線圈繞OO′軸沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，如下圖所示：1．中性面位置(S⊥B，如圖中的甲、丙)線圈平面與磁場垂直的位置，此時Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)為0，e為0，i為0.線圈經(jīng)過中性面時，電流方向發(fā)生改變，線圈轉(zhuǎn)一圈電流方向改變兩次．2．垂直中性面位置(S∥B，如圖中的乙、丁)此時Φ為0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大．三、交變電流的變化規(guī)律1．正弦交變電流的瞬時值表達(dá)式(1)從中性面位置開始計時e＝Emsinωt，i＝Imsinωt，u＝Umsinωt(2)從與中性面垂直的位置開始計時e＝Emcosωt，i＝Imcosωt，u＝Umcosωt.2．交變電流的峰值Em＝NωBS，Im＝eq\f(NωBS,R＋r)，Um＝eq\f(NωBSR,R＋r).四、交變電流的圖像如圖甲、乙所示，從圖像中可以得到以下信息：(1)交變電流的峰值Em、Im.(2)兩個特殊值對應(yīng)的位置：①e＝0(或i＝0)時：線圈位于中性面上，此時eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，Φ最大．②e最大(或i最大)時：線圈平行于磁感線，此時eq\f(ΔΦ,Δt)最大，Φ＝0.(3)e、i大小和方向隨時間的變化規(guī)律．例題精練1．（2021春?龍巖期末）如圖甲所示，在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，則下列說法正確的是（）A．t＝0.01s時，線框平面與磁感線相互平行 B．t＝0.005s時，穿過線框的磁通量最大 C．當(dāng)電動勢瞬時值為22V時，線圈平面與中性面夾角為45° D．線框中的感應(yīng)電流方向每秒鐘改變50次2．（2021春?蕪湖期中）在勻強(qiáng)磁場中的一個矩形金屬線圈繞垂直磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動，線圈中產(chǎn)生的交變電動勢e隨時間t按照如圖所示正弦規(guī)律變化，已知線圈匝數(shù)為10匝，下列說法中正確的是（）A．此交流電每秒鐘電流方向改變5次 B．此交變電動勢的有效值為1V C．t＝0.1s時，線圈平面與磁場方向平行 D．在線圈轉(zhuǎn)動過程中，穿過線圈的最大磁通量為Wb隨堂練習(xí)1．（2020秋?建鄴區(qū)校級期末）一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸線勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生正弦式交變電流，其電動勢的變化規(guī)律如圖甲中的線a所示，用此線圈給圖乙電路供電，發(fā)現(xiàn)三個完全相同的燈泡亮度相同。當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，電動勢的變化規(guī)律如圖甲中的線b所示，以下說法正確的是（）A．曲線a、b對應(yīng)的線圈角速度之比為2：3 B．當(dāng)t＝0時刻，線圈平面恰好與磁場方向平行 C．轉(zhuǎn)速調(diào)整后，L2燈泡最亮 D．轉(zhuǎn)速調(diào)整后，三個燈泡的亮度仍然相同2．（2021春?青銅峽市校級月考）如圖所示，圖象中不屬于交流電的是（）A． B． C． D．3．（2020秋?杭州期中）新安江水電站交流發(fā)電機(jī)在正常工作時，電動勢e＝310sin100πt（V），若水輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加到1.2倍，其它條件不變，則電動勢為（）A．e′＝372sin120πt（V） B．e′＝310sin120πt（V） C．e′＝372sin100πt（V） D．e′＝310sin100πt（V）知識點二：交變電流的描述一、周期和頻率1．周期(T)：交變電流完成一次周期性變化所需的時間．2．頻率(f)：周期的倒數(shù)叫作頻率，數(shù)值等于交變電流在單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)．3．周期和頻率的關(guān)系：T＝eq\f(1,f)或f＝eq\f(1,T).4．角速度與周期、頻率的關(guān)系：ω＝eq\f(2π,T)＝2πf.二、峰值和有效值1．峰值：交變電流的電壓、電流能達(dá)到的最大數(shù)值叫峰值．電容器所能承受的電壓要高于交流電壓的峰值，否則電容器就可能被擊穿．2．有效值：讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交變電流的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，則此恒定電流的數(shù)值叫作交變電流的有效值．3．在正弦式交變電流中，最大值與有效值之間的關(guān)系E＝eq\f(Em,\r(2))＝0.707Em，U＝eq\f(Um,\r(2))＝0.707Um，I＝eq\f(Im,\r(2))＝0.707Im三、正弦式交變電流的公式和圖像1．正弦式交變電流的公式和圖像可以詳細(xì)描述交變電流的情況．若線圈通過中性面時開始計時，交變電流的圖像是正弦曲線．2．若已知電壓、電流最大值分別是Um、Im，周期為T，則正弦式交變電流電壓、電流表達(dá)式分別為u＝Umsineq\f(2π,Τ)t，i＝Imsineq\f(2π,T)t.技巧點撥一、周期和頻率1．周期：交變電流完成一次周期性變化所需的時間．在交變電流的圖像中，一個完整的正弦波形對應(yīng)的時間為一個周期T.2．頻率：周期的倒數(shù)叫作頻率，其數(shù)值等于單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)．3．周期和頻率的關(guān)系：f＝eq\f(1,T)，如圖3為我國照明電路的u－t圖像，則交流電的周期T＝二、峰值和有效值1．峰值：(1)交變電流的電壓、電流能達(dá)到的最大數(shù)值叫峰值，若將交流電接入純電阻電路中，則電路中的電流及外電阻兩端的電壓的最大值分別為Im＝eq\f(Em,R＋r)，Um＝ImR.(2)電容器耐壓值要高于交流電壓的峰值才不會被擊穿．2．有效值：確定交變電流有效值的依據(jù)是電流的熱效應(yīng)．讓交變電流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交變電流的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，則此恒定電流值叫作交流電的有效值．(1)在正弦式交變電流中，最大值與有效值之間的關(guān)系為：E＝eq\f(Em,\r(2))＝0.707Em，U＝eq\f(Um,\r(2))＝0.707Um，I＝eq\f(Im,\r(2))＝0.707Im.(2)當(dāng)電流是非正弦式交變電流時，必須根據(jù)有效值的定義求解．先計算交變電流在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q，再將熱量Q用相應(yīng)的物理量的有效值表示，即Q＝I2RT或Q＝eq\f(U2,R)T，最后代入數(shù)據(jù)求解有效值．說明(1)E＝eq\f(Em,\r(2))、I＝eq\f(Im,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))只適用于正弦式交變電流，對于按其他規(guī)律變化的交變電流，上述關(guān)系式一般不再適用．(2)對于非正弦式交變電流有效值的計算，時間一般選取一個周期．(3)凡涉及能量、電功以及電功率等物理量時均用有效值，在確定保險絲的熔斷電流時也用有效值．例題精練1．（2021春?黎川縣校級期末）小型交流發(fā)電機(jī)向燈泡供電的示意圖如圖所示。已知繞與勻強(qiáng)磁場垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動的線圈電阻為10Ω，外接的燈泡額定電壓為20V，額定電流為0.2A，若發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以50r/s的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動時，燈泡正常發(fā)光，不計電路的其他電阻，則下列說法正確的是（）A．發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢的峰值為 B．每秒鐘燈泡中的電流方向改變50次 C．1min內(nèi)燈泡消耗480J的電能 D．從圖示位置開始計時，燈泡兩端的電壓表達(dá)式為2．（2021春?和平區(qū)期末）如圖甲所示，在勻強(qiáng)磁場中，有一匝數(shù)為N、總電阻為r的矩形線圈abcd繞軸OO'以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，線圈通過理想交流電流表與阻值為R的電阻相連。圖乙是線圈轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e隨時間t變化的圖像，則下列說法中正確的是（）A．t＝0時刻，穿過線圈的磁通量為0 B．t＝t1時刻，穿過線圈的磁通量變化率為 C．從t3時刻到t4時刻這段時間內(nèi)通過電阻R的電荷量為 D．電流表的示數(shù)為隨堂練習(xí)1．（2021春?阜陽期末）如圖甲所示，在勻強(qiáng)磁場中，一單匝矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢與時間的關(guān)系圖像如圖乙中正弦曲線a、b所示，則曲線b表示的交變電動勢的有效值為（）A．8V B． C． D．2．（2021?浙江模擬）如圖所示，一小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈的面積為S，匝數(shù)為n，轉(zhuǎn)軸與線圈相交于a點，ab段線圈與滑環(huán)Q相接觸，ac段線圈與滑環(huán)P相接觸。金屬線圈處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，繞軸以角速度ω0勻速轉(zhuǎn)動，K1閉合K2斷開時，交流電流表的示數(shù)為I0，額定功率為P0小燈泡恰好正常發(fā)光。假設(shè)小燈泡電阻不隨溫度變化，線圈、滑環(huán)、電刷、導(dǎo)線電流表總電阻為r。下列說法正確的是（）A．線圈處于如圖所示的平面時，電流最大，此時電流表的讀數(shù)為 B．線圈從水平位置轉(zhuǎn)過90°，通過小燈泡的電荷量為 C．同時閉合K1和K2，其他條件不變，則發(fā)電機(jī)的輸出功率將增大 D．若僅將角速度減小為，則燈泡的功率將減小為原來的3．（2021?成都模擬）圖為一交流發(fā)電機(jī)示意圖，線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞固定軸OO'沿順時針方向勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電動勢的瞬時值表達(dá)式為e＝110sin100πtV。已知線圈電阻r＝2Ω，定值電阻R＝20Ω，電表均為理想交流電表。下列說法正確的是（）A．電流表讀數(shù)為5A B．電壓表讀數(shù)為110V C．t＝5×10﹣3s時刻，穿過線圈的磁通量最大 D．0～5×10﹣3s內(nèi)，通過電阻R的電荷量為綜合練習(xí)一．選擇題（共20小題）1．（2020春?宜賓期末）圖甲為一小型發(fā)電機(jī)的示意圖，發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為1Ω，燈泡L的電阻為9Ω，電壓表為理想交流電壓表。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢e隨時間t按圖乙的正弦規(guī)律變化，則（）A．t＝0.01s時，穿過線圈的磁通量為零 B．線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50rad/s C．電壓表的示數(shù)為9V D．燈泡L的電功率為10W2．（2020春?青羊區(qū)校級期中）在勻強(qiáng)磁場中，一個閉合矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過該線圈的磁通量隨時間變化規(guī)律如圖所示。則（）A．t＝0時，線圈平面與中性面平行 B．t＝1s時，線圈中的電流改變方向 C．t＝2s時，線圈中磁通量的變化率為零 D．在1.5s﹣2s內(nèi)，線圈內(nèi)感應(yīng)電動勢逐漸增大3．（2020?龍鳳區(qū)校級模擬）在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)動軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖甲所示，產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示。下列說法正確的是（）A．t＝0.01s時穿過線框的磁通量最小 B．當(dāng)電動勢的瞬時值為22V時，線框平面與中性面的夾角為45° C．該交變電動勢的瞬時值表達(dá)式為e＝22cos（100πt）V D．該交變電動勢的有效值為11V4．（2020春?大武口區(qū)校級期中）交變電動勢瞬時值表達(dá)式e＝10sin4πtV，下列說法正確的是（）A．此交變電流的頻率是4πHz B．該交變電流的周期為0.5s C．當(dāng)t＝0時，產(chǎn)生此交變電流的線圈與中性面垂直 D．當(dāng)t＝0.5s時，此交變電動勢有最大值5．（2020?大興區(qū)一模）如圖（a）→（b）→（c）→（d）→（e）過程是交流發(fā)電機(jī)發(fā)電的示意圖。線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上，cd邊連在金屬滑環(huán)L上，用導(dǎo)體制成的兩個電刷分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路連接。下列說法正確的是（）A．圖（a）中，線圈平面與磁感線垂直，磁通量變化率最大 B．從圖（b）開始計時，線圈中電流i隨時間t變化的關(guān)系是i＝Imsinωt C．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖（c）位置時，感應(yīng)電流最小，且感應(yīng)電流方向改變 D．當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到圖（d）位置時，感應(yīng)電動勢最大，ab邊感應(yīng)電流方向為a→b6．（2020春?禪城區(qū)校級月考）一臺小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象如圖甲所示。已知發(fā)電機(jī)共100匝線圈內(nèi)阻為5.0Ω，外接一只電阻為105.0Ω的燈泡，如圖乙所示，則（）A．電壓表的示數(shù)為210V B．電路中的電流方向每秒鐘改變2次 C．不可能求出線圈中最大磁通量 D．發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J7．（2020?寧河區(qū)校級模擬）如圖所示，一交流發(fā)電機(jī)的線圈通過滑環(huán)與理想變壓器相連，理想變壓器原線圈接有理想電壓表和電流表，副線圈接有定值電阻和燈泡，它們的阻值相等（設(shè)燈泡阻值不變），且均為R．當(dāng)線圈由圖示位置（磁場恰好與線圈平面垂直）以轉(zhuǎn)速n勻速轉(zhuǎn)動時，燈泡恰能正常發(fā)光，電壓表示數(shù)為U，已知燈泡的額定功率為P．下列選項正確的是（）A．線圈在圖示位置磁通量的變化率最大 B．電流表的示數(shù)為 C．變壓器原、副線圈匝數(shù)比為 D．從圖示位置開始計時，變壓器輸入電壓的瞬時值表達(dá)式u＝Usin2nπt8．（2020?全國卷Ⅱ模擬）利用示波器可以顯示輸入信號的波形，單匝正方形金屬線框abed處在勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)以線圈平面內(nèi)某虛線OO′為軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈內(nèi)產(chǎn)生的電流隨時間的變化關(guān)系如圖所示。則在四個選項所示的情景中，無論從線圈平面處于哪個位置開始計時，都不可能產(chǎn)生該電流的是（）A． B． C． D．9．（2020?杭州模擬）一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸線勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生正弦式交變電流，其電動勢的變化規(guī)律如圖甲中的線a所示，用此線圈給圖乙中電路供電，發(fā)現(xiàn)三個完全相同的燈泡亮度均相同。當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，電動勢的變化規(guī)律如圖甲中的線b所示，以下說法正確的是（）A．t＝0時刻，線圈平面恰好與磁場方向平行 B．圖線b電動勢的瞬時值表達(dá)式為e＝40sin（t）V C．線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為2：3 D．轉(zhuǎn)速調(diào)整后，三個燈泡的亮度仍然相同10．（2019秋?黃浦區(qū)期末）位于磁場中的甲、乙兩個矩形金屬線框可繞各自的軸轉(zhuǎn)動，兩根導(dǎo)線將兩個線框按如圖方式連接?，F(xiàn)用外力使甲線框順時針方向轉(zhuǎn)動。某時刻甲、乙線框恰處于如圖所示的位置。設(shè)此時乙線框的ab邊受到的安培力為F，則（）A．F向上，乙線框表示電動機(jī)的原理 B．F向上，乙線框表示發(fā)電機(jī)的原理 C．F向下，乙線框表示電動機(jī)的原理 D．F向下，乙線框表示發(fā)電機(jī)的原理11．（2021?錦州一模）如圖甲所示為一臺小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造示意圖，內(nèi)阻r＝1Ω，外電路電阻R2＝R2＝18Ω，電路中其余電阻不計，發(fā)電機(jī)的矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中以恒定的角速度ω繞垂直于磁場方向的固定軸轉(zhuǎn)動，線圈匝數(shù)n＝10，轉(zhuǎn)動過程中穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時間t按正弦規(guī)律變化，如圖乙所示，取π＝3.14，則（）A．t＝1.57×10﹣2s時，該小型發(fā)電機(jī)的電動勢為零 B．t＝3.14×10﹣2s時，矩形線圈轉(zhuǎn)到中性面位置 C．串聯(lián)在外電路中的交流電流表的示數(shù)為2A D．感應(yīng)電動勢的最大值為20V12．（2021春?七里河區(qū)校級月考）家用電子調(diào)光燈的調(diào)光原理是利用電子線路將輸入的正弦交流電壓的波形截去一部分，由截去部分的多少來調(diào)節(jié)電壓，從而實現(xiàn)燈光的調(diào)節(jié)，比過去用變壓器調(diào)壓方便且體積較小。如圖所示為一個經(jīng)過雙向可控硅電子元件調(diào)節(jié)后加在臺燈上的電壓，即在正弦式電壓的每一個周期中，前面的波形被截去，從而改變了臺燈上的電壓。那么現(xiàn)在臺燈上電壓的有效值為（）A．Um B． C．Um D．Um13．（2020秋?東湖區(qū)校級期末）手搖式發(fā)電機(jī)是我們教學(xué)中常用的演示工具，如圖甲所示，可以簡化為圖乙。一個小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈面積為S，匝數(shù)為n，線圈總電阻為r，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以矩形線圈中軸線為軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交流電通過M、N與外電路連接，如圖所示，外電路電燈電阻為R，電壓表為理想交流電表。在線圈由平行于磁場方向位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，下面說法正確的是（）A．電壓表V的示數(shù)為nBSω B．通過燈泡的電荷量為 C．當(dāng)線圈由平行于磁場方向位置轉(zhuǎn)過90°時，流過線圈的電流為 D．電燈中產(chǎn)生的焦耳熱為14．（2021?五華區(qū)校級模擬）將如圖所示的交流電壓加在一個阻值R＝1Ω的定值電阻兩端，通電時間1min，則（）A．通過該電阻的電荷量為90C B．通過電阻電流的平均值為A C．電流流過電阻產(chǎn)生的焦耳熱為150J D．通過電阻電流的有效值為1.5A15．（2020秋?葫蘆島期末）通過某交流電流表的電流i隨時間t變化的關(guān)系，如圖所示。該電流表的示數(shù)是（）A．5A B． C． D．16．（2021春?南昌期中）如圖所示的交變電流，每個周期的前三分之一周期按正弦規(guī)律變化，后三分之二周期電壓恒定，將該電壓加在阻值為3Ω的定值電阻兩端，電阻消耗的功率為10W，則圖中U0的值為（）A．3V B．5V C．6V D．5V17．（2020?海南）圖甲、乙分別表示兩種電流的波形，其中圖乙所示電流按正弦規(guī)律變化，分別用I1和I2表示甲和乙兩電流的有效值，則（）A．I1：I2＝2：1 B．I1：I2＝1：2 C．I1：I2＝1： D．I1：I2＝：118．（2020春?雙城區(qū)校級期末）阻值為R電阻上通以如圖所示的交變電流，則此交流電的有效值為（）A．10A B．20A C．30A D．19．（2020春?開封期中）圖甲為一臺小型發(fā)電機(jī)構(gòu)造示意圖，線圈逆時針轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示。發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為1.0Ω，外接燈泡的電阻為9.0Ω，則（）A．電壓表V的示數(shù)為6V B．在t＝0.01s時刻，穿過線圈的磁通量為零 C．若線圈轉(zhuǎn)速改為25r/s，則電動勢有效值為6V D．若線圈轉(zhuǎn)速改為25r/s，則通過燈泡的電流為0.3A20．（2020春?西城區(qū)校級月考）兩個完全相同的電熱器M和N，分別通以圖甲、乙所示的交變電流，則下列判斷正確的是（）A．通過兩電熱器M、N的電流有效值之比為IM：IN＝3：4 B．通過兩電熱器M、N的電流有效值之比為IM：IN＝3：2 C．兩電熱器M、N的電功率之比為PM：PN＝3：2 D．兩電熱器M、N的電功率之比為PM：PN＝5：4二．多選題（共12小題）21．（2021春?七里河區(qū)校級月考）如圖為某交流電的e﹣t圖像，則下列關(guān)于該交流電的說法正確的是（）A．t1、t3時刻，線圈垂直于中性面 B．t2、t4時刻，線圈中磁通量變化率最大 C．t1、t3時刻，線圈中感應(yīng)電流的方向改變 D．t2、t4時刻，線圈中磁通量最大22．（2021春?六合區(qū)校級期中）圖甲是小型交流發(fā)電機(jī)的示意圖，在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線圈繞與磁場方向垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖像如圖乙所示。發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為10Ω，外接一只電阻為90Ω的燈泡，不計電路的其他電阻，則（）A．t＝0時刻，線圈平面與中性面垂直 B．每秒鐘內(nèi)電流方向改變100次 C．燈泡兩端的電壓為22V D．0～0.02s時間內(nèi)，通過燈泡的電量為023．（2021?廣東模擬）如圖所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的水平勻強(qiáng)磁場中，線框面積為S，電阻為R．線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度ω從中性面開始勻速轉(zhuǎn)動，則下列說法中正確的是（）A．轉(zhuǎn)過時，線框中的電流方向為abcda B．線框中感應(yīng)電流的有效值為 C．線框轉(zhuǎn)一周的過程中，產(chǎn)生的熱量為 D．線框從中性面開始轉(zhuǎn)過過程，通過導(dǎo)線橫截面的電荷量為24．（2021春?金川區(qū)校級期中）某交流發(fā)電機(jī)給燈泡供電，產(chǎn)生正弦式交變電流的圖象如圖所示，下列說法中錯誤的是（）A．交變電流的頻率為0.02Hz B．交變電流的瞬時表達(dá)式為i＝5cos50πt（A） C．在t＝0.01s時，穿過交流發(fā)電機(jī)線圈的磁通量最大 D．若發(fā)電機(jī)線圈電阻為0.4Ω，則其產(chǎn)生的熱功率為5W25．（2020春?白云區(qū)校級期中）一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動時穿過線圈的磁通量中隨時間變化關(guān)系如圖所示，下列說法中正確的是（）A．t1時刻線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大 B．t2時刻線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零 C．t3時刻線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零 D．t4時刻通過線圈的磁通量的變化率最大26．（2021春?杭州期末）如圖所示，abcd是一個矩形金屬框，ab邊長0.3m，ad邊長0.2m，OO'是其對稱軸，OO'上方存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝T。金屬框ad邊的阻值為0.2Ω，bc邊阻值為0.4Ω。金屬框在外力作用下繞OO'以角速度ω＝10πrad/s勻速轉(zhuǎn)動，t＝0s時刻ad邊速度方向垂直紙面向外。不計其它電阻，下列說法中正確的是（）A．金屬框中不能產(chǎn)生正弦式交變電流 B．金屬框在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的最大感應(yīng)電流為1A C．t＝s時刻，bc邊兩端電壓Ubc＝0.2V D．金屬框ad邊的焦耳熱功率為0.1W27．（2021?南山區(qū)校級模擬）如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動的矩形單匝線圈的轉(zhuǎn)速為600r/min，轉(zhuǎn)軸OO′垂直于磁場方向，線圈電阻為2Ω。從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，線圈轉(zhuǎn)過60°時的感應(yīng)電流為2A，則下列說法正確的是（）A．任意時刻線圈中的感應(yīng)電動勢為e＝8sin20πt（V） B．任意時刻穿過線圈的磁通量為Φ＝sin20πt（Wb） C．線圈轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的焦耳熱為1.6J D．線圈從開始計時到轉(zhuǎn)過60°的過程，通過導(dǎo)線橫截面的電量為C28．（2021春?荔灣區(qū)校級期中）如圖所示，處在垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中的矩形線框MNPQ，以恒定的角速度ω繞對角線NQ轉(zhuǎn)動。已知MN長為l1，NP長為l2，線框電阻為R，t＝0時刻線框平面與紙面重合，下列說法正確的是（）A．矩形線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢有效值為Bl1l2ω B．矩形線框轉(zhuǎn)過π時的電流強(qiáng)度最大 C．矩形線框轉(zhuǎn)動一周，通過線框任意橫截面的電荷量為 D．矩形線框轉(zhuǎn)過π過程中產(chǎn)生的熱量為29．（2021春?湖南月考）邊長為0.1m、電阻為1Ω的正方形單匝線圈abcd，放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.2T的勻強(qiáng)磁場中，初始位置如圖所示（ab的中點和cd的中點的連線（OO'恰好位于勻強(qiáng)磁場的邊界線上），外電路接入的電阻為3Ω。現(xiàn)使線圈以400rad/s的角速度繞軸OO'勻速轉(zhuǎn)動，下列說法正確的是（）A．初始位置的磁通量最大，瞬時感應(yīng)電動勢為0.4V B．閉合電路中感應(yīng)電流的瞬時值的表達(dá)式為I＝0.1sin400t C．線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量為×10﹣4J D．線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，通過電阻R的電荷量為2.5×10﹣3C30．（2021?金鳳區(qū)校級二模）如圖所示，將額定電壓為60V的用電器，通過一理想變壓器接在正弦交變電源上。閉合開關(guān)S后，用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表（均為理想電表）的示數(shù)分別為220V和2.2A。以下判斷正確的是（）A．變壓器輸入功率為132W B．通過原線圈的電流的有效值為0.5A C．通過副線圈的電流的最大值為2.2A D．變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1：n2＝11：331．（2021?儀隴縣模擬）如圖所示，有矩形線圈，面積為S，匝數(shù)為N，整個線圈內(nèi)阻為r，在勻強(qiáng)磁場B中繞OO′軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，外電路電阻為R．當(dāng)線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，下列說法正確的是（）A．磁通量的變化量為△Φ＝NBS B．平均感應(yīng)電動勢為＝ C．電阻R所產(chǎn)生的熱量為Q＝ D．通過電阻R的電荷量為q＝32．（2021春?重慶期末）先后用不同的交流電源給同一盞燈泡供電（如圖1）．第一次燈泡兩端的電壓隨時間按正弦規(guī)律變化，如圖2甲所示；第二次燈泡兩端的電壓變化規(guī)律如圖2乙所示．若甲、乙圖中的U0、T所表示的電壓、周期值是相同的，則以下說法正確的是（）A．第一次燈泡兩端的電壓有效值是U0 B．第二次燈泡兩端的電壓有效值是U0 C．第一次和第二次燈泡的電功率之比是2：9 D．第一次和第二次燈泡的電功率之比是1：5三．填空題（共8小題）33．（2020春?海淀區(qū)校級期中）有一正弦式交流，它的瞬時值的表達(dá)式為i＝10sin314tA，那么它的電流的有效值是。34．（2020?湖南學(xué)業(yè)考試）某正弦交流電的峰值為220V，頻率是50Hz．把它接在一個阻值為R＝20Ω的定值電阻兩端，則通過該電阻的電流強(qiáng)度為A，正弦交流電在1個周期內(nèi)定值電阻R上產(chǎn)生的熱量為J（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。35．（2020春?涪城區(qū)月考）如圖所示，N匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中，線框面積為S，電阻為R．線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，線框中感應(yīng)電動勢的有效值E＝。線框從中性面開始轉(zhuǎn)過的過程中，通過導(dǎo)線橫截面的電荷量q＝。36．（2019秋?牡丹江期末）下圖是一個阻值為2Ω的電阻的交變電流圖象，根據(jù)圖象可求出它的頻率為Hz，在一個周期內(nèi)電阻的電熱為J。37．（2019春?七里河區(qū)校級期中）如圖所示，勻強(qiáng)磁場B＝0.05T，矩形線圈的匝數(shù)N＝100，邊長Lab＝0.20m，Lbc＝0.10m，以300r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動，線圈總電阻為2Ω，線圈外接電阻為8Ω．從通過中性面時開始計時，（1）線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，電阻R上產(chǎn)生的熱量J；（2）線圈由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，通過電阻R的電量為C。38．（2019秋?東安區(qū)校級月考）如圖為余弦交流電的圖象，根據(jù)圖象可知：該交流電的電壓有效值是V；該交流電的頻率是HZ。39．（2019?鹽都區(qū)校級學(xué)業(yè)考試）我國家庭照明電路使用的是正（余）弦式交變電流，其電壓為V，電壓的峰值為V．40．（2019春?定遠(yuǎn)縣校級月考）閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為240r/min，若線圈平面轉(zhuǎn)至與磁場方向平行時的電動勢2V，則從中性面開始計時，所產(chǎn)生的交流電動勢的表達(dá)式為e＝V，電動勢的峰值為V，從中性面起經(jīng)s，交流電動勢的大小為V．四．計算題（共8小題）41．（2021春?海珠區(qū)校級月考）圖甲所示為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖，其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，線圈的匝數(shù)N、阻值r，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與阻值為R電阻連接，與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表。在t＝0時刻，線圈平面與磁場方向平行，穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化。求：（1）該交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢的瞬時值表達(dá)式；（2）電路中交流電壓表的示數(shù)；（3）從t＝0開始經(jīng)過，電阻R上通過的電量。42．（2021春?海淀區(qū)校級月考）如圖為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖，其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動周期為6.28×10﹣2s，線圈的匝數(shù)n＝100、電阻r＝10Ω，面積S＝0.1m2。線圈的兩端經(jīng)銅環(huán)與電阻R連接，電阻R＝90Ω，與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表。磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.2T。（π取3.14）求：（1）交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢的最大值；（2）電路中交流電壓表的示數(shù)；（3）線圈轉(zhuǎn)動1分鐘電阻R上產(chǎn)生的熱量Q熱；（4）線圈通過中性面開始計時，到轉(zhuǎn)至與中性面成90°的過程中，通過電阻R的電荷量q。43．（2021春?靜寧縣校級月考）如圖為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖，其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的角速度ω＝10πrad/s，線圈的匝數(shù)N＝10匝、電阻r＝1Ω，線圈所圍面積S＝0.1m2．線圈的兩端經(jīng)滑環(huán)和電刷與阻值R＝9Ω的電阻相連，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T．在t＝0時刻，線圈平面與磁場方向平行，（π取3.14，π2取10）則：（1）從圖示位置開始計時，寫出通過R的電流的瞬時表達(dá)式；（2）若在R兩端接一個交流電壓表，它的示數(shù)為多少？（3）線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°過程中，通過R的電荷量q為多少？44．（2020春?通遼期中）如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T，邊長L＝10cm的正方形線圈abcd共100匝，線圈電阻r＝1Ω，線圈繞垂直于磁感線的對稱軸OO'勻速轉(zhuǎn)動，角速度ω＝2πrad/s，外電路電阻R＝4Ω，求：（保留三位有效數(shù)字）（1）轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值；（2）由圖示位置（線圈平面與磁感線平行）轉(zhuǎn)過60°角時的瞬時感應(yīng)電動勢；（3）交流電壓表的示數(shù)；（4）周期內(nèi)通過電阻R的電荷量為多少。45．（2020春?沙坪壩區(qū)校級期中）如圖所示為一臺小型發(fā)電機(jī)的示意圖，該發(fā)電機(jī)內(nèi)的矩形線圈面積為S＝0.2m2、匝數(shù)為N＝100匝、電阻為r＝2.0Ω，線圈所處的空間是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝T的勻強(qiáng)磁場，發(fā)電機(jī)正常供電時線圈的轉(zhuǎn)速為n＝r/min。已知外接燈泡的電阻R＝18Ω，其余電阻不計，線圈逆時針轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)正常工作，若從圖示位置開始計時，求：（1）0～內(nèi)流過燈泡的電量q；（2）線圈勻速轉(zhuǎn)動一周的過程中，外力所做的功W。46．（2019春?重慶期中）發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是匝數(shù)為100匝、邊長為20cm的正方形線圈，將它置于磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.05T的勻強(qiáng)磁場中，繞著垂直于磁場方向的軸以ω＝100πrad/s的角速度轉(zhuǎn)動，當(dāng)線圈平面跟磁場方向垂直時開始計時。線圈和外電路的總電阻R＝5Ω。（1）寫出交變電流瞬時值表達(dá)式。（2）線圈從計時開始，轉(zhuǎn)過90°過程中通過線圈某一截面的電荷量為多少？47．（2019春?霞浦縣校級月考）如圖所示，線圈abcd的面積是0.05m2，共100匝，線圈總電阻為1Ω，外接電阻R＝9Ω，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝T．當(dāng)線圈以ω＝10πrad/s的角速度勻速旋轉(zhuǎn)時。（1）若從線圈處于中性面開始計時，寫出線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式；（2）線圈轉(zhuǎn)過s時電動勢的瞬時值是多少；（3）畫出電動勢隨時間變化的圖象。48．（2019春?大武口區(qū)校級月考）如圖所示為交流發(fā)電機(jī)示意圖，匝數(shù)n＝100匝的矩形線圈，邊長分別為10cm和20cm，內(nèi)阻為5Ω，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T的勻強(qiáng)磁場中繞OO′軸以50rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動，線圈和外部20Ω的電阻R相連接．求：（1）線圈繞OO′軸轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的電動勢最大值Em．（2）從中性面開始計時，產(chǎn)生交流電的瞬時值表達(dá)式．（3）電阻R上所消耗的電功率（4）由圖示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中，通過R的電量是多少？變壓器知識點一：變壓器一、變壓器的原理1．構(gòu)造：由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個線圈組成，與交流電源連接的線圈叫作原線圈，與負(fù)載連接的線圈叫作副線圈．2．原理：互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)．原線圈中電流的大小、方向在不斷變化，鐵芯中激發(fā)的磁場也不斷變化，變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢．二、電壓與匝數(shù)的關(guān)系1．理想變壓器：沒有能量損失的變壓器叫作理想變壓器，它是一個理想化模型．2．電壓與匝數(shù)的關(guān)系理想變壓器原、副線圈的電壓之比等于原、副線圈的匝數(shù)之比，即eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).3．兩類變壓器副線圈的電壓比原線圈的電壓低的變壓器叫作降壓變壓器；副線圈的電壓比原線圈的電壓高的變壓器叫作升壓變壓器．三、變壓器中的能量轉(zhuǎn)化原線圈中電場的能量轉(zhuǎn)變成磁場的能量，變化的磁場幾乎全部穿過了副線圈，在副線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，磁場的能量轉(zhuǎn)化成了電場的能量．技巧點撥一、變壓器的原理電壓與匝數(shù)的關(guān)系1．變壓器的構(gòu)造變壓器由閉合鐵芯、原線圈、副線圈組成，其構(gòu)造示意圖與電路中的符號分別如圖甲、乙所示．2．變壓器的工作原理(1)原理互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ)．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，所以鐵芯中的磁場也在不斷變化．變化的磁場在副線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢，副線圈也能夠輸出電流．(2)原理圖解3．變壓器原、副線圈中的電壓關(guān)系(1)只有一個副線圈：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)；(2)有多個副線圈：eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…4．自耦變壓器鐵芯上只繞有一個線圈，如果把整個線圈作為原線圈，副線圈只取線圈的一部分，就可以降低電壓，反之則可以升高電壓，如下圖所示．二、理想變壓器原、副線圈的功率關(guān)系和電流關(guān)系1．功率關(guān)系從能量守恒看，理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即P入＝P出．2．電流關(guān)系(1)只有一個副線圈時，U1I1＝U2I2或eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).(2)當(dāng)有多個副線圈時，I1U1＝I2U2＋I(xiàn)3U3＋…或n1I1＝n2I2＋n3I3＋…三、理想變壓器的制約關(guān)系和動態(tài)分析1．電壓、電流、功率的制約關(guān)系(1)電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)一定時，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，即U2＝eq\f(n2U1,n1).(2)功率制約：P出決定P入，P出增大，P入增大；P出減小，P入減小；P出為0，P入為0.(3)電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比eq\f(n1,n2)一定，且輸入電壓U1確定時，副線圈中的輸出電流I2決定原線圈中的電流I1，即I1＝eq\f(n2I2,n1)(只有一個副線圈時)．2．對理想變壓器進(jìn)行動態(tài)分析的兩種常見情況(1)原、副線圈匝數(shù)比不變，分析各物理量隨負(fù)載電阻變化而變化的情況，進(jìn)行動態(tài)分析的順序是R→I2→P出→P入→I1.(2)負(fù)載電阻不變，分析各物理量隨匝數(shù)比的變化而變化的情況，進(jìn)行動態(tài)分析的順序是n1、n2→U2→I2→P出→P入→I1.例題精練1．（2021?廣東模擬）如圖，理想變壓器副線圈匝數(shù)為2000匝，原線圈接有一電流表A，示數(shù)為2A。副線圈接有一個阻值為RL＝200Ω的燈泡，繞過鐵芯的單匝線圈接有一理想電壓表V，示數(shù)為0.10V。則原線圈的匝數(shù)為（）A．1000 B．500 C．4000 D．15002．（2021?定遠(yuǎn)縣模擬）在如圖所示的電路中，三個定值電阻的阻值分別為R1＝R2＝6Ω，R3＝12Ω，在a，b兩端輸入正弦式交變電流，電壓的表達(dá)式為u＝21sin100πtV，已知理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為3：1，當(dāng)開關(guān)S閉合后，下列說法正確的是（）A．通過R3的電流為0.5A B．電阻R1、R2消耗的功率之比為1：6 C．電路消耗的總功率為9W D．流過電阻R2的電流的頻率為150Hz隨堂練習(xí)1．（2021?沈陽四模）圖甲所示的電路由理想變壓器、理想電流表、理想電壓表及負(fù)載電阻R組成，負(fù)載電阻的阻值為11Ω，變壓器原副線圈的匝數(shù)比n1：n2＝20：1，且原線圈接入如圖乙所示的正弦交變電壓，下列說法正確的是（）A．通過電阻R的交流電頻率為100Hz B．電壓表的示數(shù)為22V C．電流表的示數(shù)為1A D．電阻R的功率為22W2．（2021春?廣州期末）無線充電是近年發(fā)展起來的新技術(shù)，無線充電技術(shù)與變壓器相類似，通過分別安裝在充電基座和接收能量裝置上的線圈，利用產(chǎn)生的磁場傳遞能量，如圖甲所示，充電基座接上220V、50Hz家庭用交流電（電壓變化如圖乙所示），受電線圈接上一個理想二極管給手機(jī)電池充電。下列說法正確的是（）A．乙圖中的E0的大小為220V B．基座線圈和受電線圈通過互感實現(xiàn)能量傳遞 C．手機(jī)和基座無需導(dǎo)線連接，這樣傳遞能量沒有損失 D．受電線圈交變電壓的頻率與基座線圈不相同3．（2021?江蘇模擬）如圖為日常生活中常見的電子打火灶點火裝置原理圖。將1.5V直流電壓通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為正弦交變電壓u＝6sin100πt（V），再將其加在匝數(shù)比n2：n1＝2000：1的理想變壓器的原線圈上，副線圈兩端就可獲得高壓引發(fā)電火花點燃燃?xì)狻Ｏ铝姓f法正確的是（）A．原線圈兩端所接交流電壓表的讀數(shù)為6V B．放電針之間電壓最高可達(dá)12000V C．放電針之間交流電壓頻率100Hz D．放電針每隔0.02s點火一次知識點二：實驗：探究變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系一、實驗思路交變電流通過原線圈時在鐵芯中產(chǎn)生變化的磁場，副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其兩端有輸出電壓．線圈匝數(shù)不同時輸出電壓不同，實驗通過改變原、副線圈匝數(shù)，探究原、副線圈的電壓與匝數(shù)的關(guān)系．二、實驗器材多用電表、可拆變壓器、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干(如圖所示)三、物理量的測量1．保持原線圈的匝數(shù)n1和電壓U1不變，改變副線圈的匝數(shù)n2，研究n2對副線圈電壓U2的影響．實物接線如下圖所示．表格一U1＝5V，n1＝400匝實驗次數(shù)123n2/匝U2/V(1)選擇n1＝400匝，用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上．(2)將選擇開關(guān)調(diào)至使原線圈兩端電壓為5V，如圖甲所示．(3)將多用電表與副線圈n2＝200匝的接線柱相連接，如圖乙所示．讀出副線圈兩端的電壓U2.(4)將n2、U2、n1、U1記錄在表格一中．(5)保持n1＝400匝，U1＝5V不變．將多用電表與副線圈n2＝800匝的接線柱相連接，如圖丙所示，重復(fù)上述實驗，將結(jié)果記錄到表格一中．(6)保持n1＝400匝，U1＝5V不變．將多用電表與副線圈n2＝1400匝的接線柱相連接，如圖丁所示，重復(fù)上述實驗，將結(jié)果記錄到表格一中．2．保持副線圈的匝數(shù)n2和原線圈兩端的電壓U1不變，研究原線圈的匝數(shù)n1對副線圈電壓U2的影響．表格二U1＝5V，n2＝400匝實驗次數(shù)123n1/匝U2/V(1)將1中的原線圈作為副線圈，副線圈作為原線圈．(2)選擇n2＝400匝，用導(dǎo)線將變壓器原線圈接在學(xué)生電源的交流輸出接線柱上．(3)將選擇開關(guān)撥至5V擋．(4)將多用電表與副線圈n2＝400匝的接線柱相連接，讀出副線圈兩端的電壓U2.(5)將n2、U2、n1、U1記錄在表格二中．(6)保持n2＝400匝，U1＝5V不變，將連接電源的兩根導(dǎo)線先后與原線圈n1＝800匝和n1＝1400匝的接線柱相連接，重復(fù)上述實驗，將結(jié)果記錄到表格二中．(7)拆除實驗線路，整理好實驗器材．四、數(shù)據(jù)分析與結(jié)論分析表格一和表格二中記錄的數(shù)據(jù)，可得以下結(jié)論：1．當(dāng)原線圈電壓、原線圈匝數(shù)不變時，副線圈電壓與副線圈匝數(shù)成正比．當(dāng)原線圈電壓、副線圈匝數(shù)不變時，副線圈電壓與原線圈匝數(shù)成反比．2．原、副線圈的電壓之比eq\f(U1,U2)等于匝數(shù)之比eq\f(n1,n2).五、注意事項1．為了人身安全，只能使用低壓交流電源，所用電壓不要超過12V，即使這樣，通電時也不要用手接觸裸露的導(dǎo)線、接線柱．2．為了多用電表的安全，使用交流電壓擋測電壓時，先用最大量程擋試測，大致確定電壓后再選擇適當(dāng)?shù)膿跷贿M(jìn)行測量．例題精練1．（2020秋?浙江期中）（1）在“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)之間的關(guān)系”實驗中，利用如圖所示可拆式變壓器進(jìn)行研究，實驗還需要的器材是。A．直流電壓表B．直流電流表C．多用電表D．條形磁鐵（2）正確選擇器材后，將圖中變壓器的原線圈接線0、8接線柱，與直流電壓10.0V相連（如圖），副線圈接線0、4接線柱，則副線圈所接電表的示數(shù)是。A．20.0VB．10.0VC．5.0VD．0隨堂練習(xí)1．（2020春?通榆縣校級期中）為完成“探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系”的實驗，必須要選用的是（多選）。A．有閉合鐵芯的原副線圈B．無鐵芯的原副線圈C．交流電源D．直流電源E．多用電表（交流電壓擋）F．多用電表（交流電流擋）用匝數(shù)na＝60匝和nb＝120匝的變壓器，實驗測量數(shù)據(jù)如下表：U1/V1.802.803.804.90U2/V4.006.018.029.98根據(jù)測量數(shù)據(jù)可判斷連接電源的線圈是（填“na”或“nb”）。綜合練習(xí)一．選擇題（共20小題）1．（2021?漳州二模）如圖，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為10：1，R1為滑動變阻器，R2為定值電阻，C為電容器，L為額定功率11W的燈泡，原線圈兩端加電壓u＝220sin100πt（V），燈泡恰好正常發(fā)光，則（）A．燈泡的額定電流為A B．流過R2的電流始終為零 C．R1滑片向下滑動時，燈泡L變亮 D．R1滑片向下滑動時，原線圈的電流變小2．（2021春?黃埔區(qū)校級期中）如圖a，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2：1，與副線圈相連的兩個燈泡完全相同、電表都為理想電表。原線圈接上如圖b所示的正弦交流電，閉合開關(guān)，電路正常工作。下列說法正確的是（）A．電壓表示數(shù)為110V B．經(jīng)過燈泡的電流頻率為25Hz C．?dāng)嚅_開關(guān)k，變壓器的輸入功率減小 D．?dāng)嚅_開關(guān)k，電流表示數(shù)增大3．（2021?石家莊二模）如圖所示，T1、T2為理想變壓器，R為輸電線的等效電阻。保持變壓器T1的輸入電壓不變，燈泡L正常發(fā)光?，F(xiàn)將變壓器T1副線圈上的觸頭P上移，下列說法正確的是（）A．燈泡L變亮 B．R消耗的電功率減小 C．變壓器T1的輸入功率不變 D．變壓器T2的輸入電壓增大4．（2021春?荔灣區(qū)校級期中）如圖所示的電路中，P為滑動變阻器的滑片，保持理想變壓器的輸入電壓U不變，閉合開關(guān)S，下列說法不正確的是（）A．P向下滑動時，燈L變亮 B．P向下滑動時，變壓器的輸出電壓增大 C．P向上滑動時，變壓器的輸入電流變大 D．P向下滑動時，變壓器的輸出功率變小5．（2021?小店區(qū)校級模擬）某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為11：1，當(dāng)原線圈兩端輸入如圖所示的正弦交變電壓時，副線圈輸出電壓為（）A．10V B．22V C．22V D．11V6．（2021?南京模擬）如圖所示，導(dǎo)線框繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生e＝44sin100πt（V）的交變電動勢．導(dǎo)線框與理想變壓器原線圈相連，變壓器副線圈接入一額定電壓為220V的電燈泡，電燈泡恰好正常發(fā)光，且電流表的示數(shù)為2A，導(dǎo)線框電阻不計，電流表為理想電流表，則（）A．變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為1：5 B．交變電動勢的周期為0.01s C．電燈泡的額定功率為88W D．通過電燈泡的電流為10A7．（2021?渝中區(qū)校級模擬）如圖甲所示為一種自耦變壓器（可視為理想變壓器）的結(jié)構(gòu)示意圖。線圈均勻繞在圓環(huán)型鐵芯上，滑動觸頭P在某一位置，在BC間接一個交流電壓表和一個電阻R。若AB間輸入圖乙所示的交變電壓，則（）A．t＝1×10﹣2s時，電壓表的示數(shù)為零 B．電阻R中電流方向每秒鐘改變50次 C．滑動觸頭P逆時針轉(zhuǎn)動時，AB間輸入功率增大 D．滑動觸頭P順時針轉(zhuǎn)動時，R兩端的電壓增大8．（2021春?朝陽區(qū)校級月考）如圖甲所示電路，理想變壓器原線圈輸入電壓如圖乙所示，副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動變阻器，C為耐壓值為22V的電容器，所有電表均為理想電表。下列說法正確的是（）A．原、副線圈中磁通量之比等于原、副線圈匝數(shù)比 B．原副線圈匝數(shù)比大于10：1時，可保證電容器C不被擊穿 C．滑動片P向下移時，電流表A1和A2示數(shù)均增大 D．滑動片P向下移時，電壓表V1示數(shù)不變，變壓器的輸出功率也不變9．（2021?廣東）某同學(xué)設(shè)計了一個充電裝置，如圖所示。假設(shè)永磁鐵的往復(fù)運動在螺線管中產(chǎn)生近似正弦式交流電，周期為0.2s，電壓最大值為0.05V。理想變壓器原線圈接螺線管，副線圈接充電電路，原、副線圈匝數(shù)比為1：60。下列說法正確的是（）A．交流電的頻率為10Hz B．副線圈兩端電壓最大值為3V C．變壓器輸入電壓與永磁鐵磁場強(qiáng)弱無關(guān) D．充電電路的輸入功率大于變壓器的輸入功率10．（2021?山東模擬）變壓器線圈中的電流越大，所用的導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)越粗。實驗室有一臺升壓變壓器，假設(shè)它只有一個原線圈和一個副線圈，則下列說法正確的是（）A．原線圈的匝數(shù)多，原線圈的導(dǎo)線粗些 B．原線圈的匝數(shù)多，副線圈的導(dǎo)線粗些 C．副線圈的匝數(shù)多，原線圈的導(dǎo)線粗些 D．副線圈的匝數(shù)多，副線圈的導(dǎo)線粗些11．（2021春?六合區(qū)校級期中）如圖所示，理想變壓器原線圈接有交流電源，當(dāng)副線圈上的滑片P處于圖示位置時，燈泡L能發(fā)光。要使燈泡變暗，可以采取的方法有（）A．向下滑動P B．增大交流電源的電壓 C．增大交流電源的頻率 D．增大電容器C兩極板的距離12．（2021春?安徽月考）如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，電阻R＝2Ω，電流表示數(shù)為1A，各電表均為理想電表，則下列說法正確的是（）A．電壓表的示數(shù)為20V B．流經(jīng)電阻R的電流大小為0.1A C．電阻R消耗的電功率是400W D．該變壓器為升壓變壓器13．（2021?肇慶三模）如圖所示電路，用輸出電壓有效值不變的應(yīng)急發(fā)電機(jī)通過一理想變壓器給照明電路供電，燈泡L正常發(fā)光。原線圈的輸入電壓、匝數(shù)、輸入電功率、電流和交流電的頻率分別為U1、n1、P1、I1和f1；副線圈的輸出電壓、匝數(shù)、輸出電功率、電流和交流電的頻率分別為U2、n2、P2、I2和f2。已知n1＞n2，下列關(guān)系式正確的是（）A．U1＜U2 B．f1＜f2 C．I1═I2 D．P1═P214．（2021?珠海一模）如圖所示，理想變壓器的原線圈與交流電源相連，當(dāng)規(guī)格為“2V0.4W”的燈泡正常發(fā)光時，R1的功率為0.1W，已知R1＝10Ω，R2＝5Ω。下列說法正確的是（）A．變壓器原線圈中的電流為0.2A B．變壓器副線圈兩端的電壓為2V C．原副線圈輸入、輸出的功率之比為2：1 D．原副線圈的匝數(shù)比為2：115．（2021春?湖北期中）如圖所示，理想變壓器的原線圈接在u＝220sinπt（V）的交流電源上，副線圈接有R＝11Ω的負(fù)載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為4：1，電流表、電壓表均為理想電表。下列說法正確的是（）A．原線圈的輸入功率為275W B．電流表的讀數(shù)為5A C．電壓表的讀數(shù)為55V D．副線圈輸出交流電的頻率為50Hz16．（2021春?福州期中）如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為5：1，原線圈接交流電源和交流電壓表，副線圈與熱水器、抽油煙機(jī)連接。已知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接通抽油煙機(jī)，下列說法正確的是（）A．電壓表示數(shù)為220V B．熱水器消耗的功率變大 C．變壓器的輸入功率變大 D．副線圈兩端電壓的瞬時值表達(dá)式u＝44sin（50πt）V17．（2021春?南城縣校級月考）如圖（甲）所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1：n2＝2：1，電壓表和電流表均為理想電表，二極管為理想二極管，燈泡電阻R＝55Ω，原線圈兩端加如圖（乙）所示的電壓，下列說法正確的是（）A．燈泡L的功率為110W B．電壓表的讀數(shù)為110V C．電流表的讀數(shù)為2A D．副線圈兩端電壓為110V18．（2021春?德清縣校級月考）電壓互感器是一種測量電路中電壓的變壓器，工作原理如圖所示。其原線圈匝數(shù)較多，并聯(lián)在電路中。副線圈匝數(shù)較少，兩端接在電壓表上。則電壓互感器（）A．是一種降壓變壓器 B．能測量直流電路中某一用電器兩端的電壓 C．原、副線圈中電流的頻率不同 D．副線圈兩端的電壓高于原線圈兩端的電壓19．（2021?江蘇一模）某同學(xué)用可拆變壓器探究變壓器原、副線圈兩端的電壓與匝數(shù)關(guān)系，該實驗中下列說法正確的是（）A．原線圈可直接接入220V交流電路 B．為確保安全，原線圈匝數(shù)應(yīng)多于副線圈匝數(shù) C．用交流電壓表測副線圈兩端電壓時，副線圈應(yīng)空載 D．用交流電壓表測副線圈兩端電壓時，副線圈接小燈泡20．（2021?昌平區(qū)一模）如圖所示，理想變壓器輸入電壓保持不變。若將滑動變阻器的滑動觸頭向下移動，下列說法正確的是（）A．電表A1、A2的示數(shù)都增大 B．電表V1、V2的示數(shù)都不變 C．原線圈輸入功率減小 D．電阻R0消耗的電功率減小二．多選題（共10小題）21．（2021?全國四模）實踐課中，一位同學(xué)設(shè)計了如圖的電路給浴室供電。理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10：1，原線圈接到u＝220sin100πt（V）的交變電路中。已知照明燈的額定功率為44W，排氣扇電動機(jī)的內(nèi)阻為1Ω。已知各用電器均正常工作時，理想電流表的示數(shù)為4A，則（）A．理想電壓表的示數(shù)為31.1V B．交流電的頻率為50Hz C．排氣扇輸出功率為40W D．保險絲中的電流為0.4A22．（2021春?汪清縣校級月考）如圖所示，理想變壓器的原線圈接在如右圖所示的交流電源上，副線圈上接有“10V，1W”的燈泡能正常發(fā)光．已知電流表、電壓表均為理想電表，下列說法正確的是（）A．電壓表示數(shù)為220V B．右圖交流電壓表達(dá)式為u＝311sin50πt C．變壓器原、副線圈匝數(shù)比為22：1 D．若將電流表換成燈泡，則變壓器輸出功率增大23．（2021?普寧市校級模擬）如圖所示的電路中，單匝線框abcd面積為S，理想變壓器匝數(shù)比n1：n2＝2：1，電阻R1、R2阻值均為R。線框處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，以角速度ω繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動。不計線框電阻以及兩電表內(nèi)阻對電路的影響，則（）A．電壓表的示數(shù)為 B．電流表的示數(shù)為 C．線框輸出的電功率為 D．線框轉(zhuǎn)到圖示位置時輸出的電壓為BSω24．（2021春?黃埔區(qū)校級期中）如圖，理想變壓器兩端接正弦交流電源u，電源電壓不變。開關(guān)S閉合，四個相同的燈泡均能正常發(fā)光，燈泡規(guī)格為“4V，4W”。設(shè)燈泡均不會發(fā)生故障，以下說法正確的是（）A．原副線圈的匝數(shù)比為1：2 B．電源電壓的有效值為16V C．若開關(guān)斷開，燈泡L1將變暗 D．僅增大副線圈匝數(shù)，燈泡L2將變亮25．（2021春?荔灣區(qū)校級期中）如圖所示為變壓器工作電路示意圖，其中T為理想變壓器，輸電線電阻可等效為電阻r。燈L1、L2相同且阻值不變，現(xiàn)保持變壓器T的輸入電壓不變，滑片P處于圖中位置，開關(guān)S斷開該狀態(tài)下燈L1正常發(fā)光。則下列說法正確的是（）A．僅閉合開關(guān)S，燈L1會變暗 B．僅閉合開關(guān)S，r消耗的功率會變大 C．僅將滑片P下移，r消耗的功率會變大 D．僅將滑片P上移，電流表示數(shù)會變大26．（2021?永州模擬）如圖，交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動，與理想變壓器相連，t＝0時刻，線圈平面與磁場平行，下列說法正確的是（）A．t＝0時，矩形線圈的磁通量最小 B．若ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則電路的總功率變?yōu)樵瓉淼?倍 C．若ω不變，要使LI變亮，L2變暗，可將滑動變阻器滑片向下滑動 D．若ω不變，L2突然變暗，可能因滑動變阻器的滑片接觸不良所引起27．（2021?全國模擬）如圖甲所示，導(dǎo)線框繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢的圖象如圖乙所示。線框與理想升壓變壓器相連，變壓器副線圈接入一額定電壓為220V的電燈泡，電燈泡恰好正常發(fā)光且電流表的示數(shù)為2A，R1＝3Ω，導(dǎo)線框電阻不計，電流表為理想電流表，則（）A．原線圈上的電壓 B．原副線圈的匝數(shù)比為1：10 C．一個周期內(nèi)燈泡產(chǎn)生的熱量為1.76J D．電燈泡兩端的最大電壓為220V28．（2021?4月份模擬）如圖所示為一理想變壓器，原線圈接有電壓為U1的穩(wěn)壓交流電，K為單刀雙擲開關(guān)，P為滑動變阻器R的滑片，則（）A．開關(guān)K合在a處，使滑片P上滑，原線圈的電流將減小 B．開關(guān)K合在b處，使滑片P下滑，變壓器輸入功率將減小 C．保持滑片P的位置不變，開關(guān)K由b合到a時，R消耗的功率減小 D．保持滑片P的位置不變，開關(guān)K由a合到b時，原線圈的電流將減小29．（2021?浙江模擬）無線充電是近年發(fā)展起來的新技術(shù)，無線充電技術(shù)與變壓器相類似，通過分別安裝在充電基座和接收能量裝置上的線圈，利用產(chǎn)生的磁場傳遞能量。如圖所示，充電基座接上220V，50Hz家庭用交流電，受電線圈接上一個理想二極管（正向電阻可看作零，反向電阻可看作無窮大）從圖中ab端輸出電壓，再經(jīng)濾波后（圖中未畫出）給手機(jī)電池充電。已知ab端輸出電壓為5V，假設(shè)在充電過程中基座線圈的磁場全部穿過受電線圈而無能量的損失，下列說法正確的是（）A．受電線圈之所以能夠給手機(jī)電池充電是因為基座線圈和受電線圈發(fā)生了互感現(xiàn)象 B．220V，50Hz家庭用交流電電流方向每秒變化50次 C．受電線圈兩端（二極管之前）的輸出電壓的電壓峰值為10V D．基座線圈和受電線圈的匝數(shù)比為44：130．（2021春?薛城區(qū)期中）如圖甲所示，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為4：1，電路中電阻R＝11Ω，其余電阻均不計，從某時刻開始在原線圈兩端接入如圖乙所示的正弦式交變電壓。則下列說法中正確的是（）A．副線圈電壓有效值為55V B．副線圈電壓有效值為55V C．原線圈輸入功率為450W D．原線圈輸入功率為275W三．填空題（共10小題）31．（2021春?朝陽區(qū)校級月考）如圖所示，L1和L2是輸電線，甲、乙是兩個互感器，通過觀測接在甲、乙中的電表讀數(shù)，可以間接得到輸電線兩端電壓和通過輸電線的電流。若已知圖中n1：n2＝100：1，n3：n4＝1：10，V表