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(新课标)高考物理 考前预测核心考点专项突破 交变电流
(新课标)高考物理 考前预测核心考点专项突破 交变电流
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新课标2013年高考考前预测核心考点专项突破交变电流【核心内容解读】将一个平面线圈置于匀强磁场中,并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线圈中就会产生出正弦式交变电流。线圈在匀强磁场中转动时,通过线圈的磁通量最大时,磁通量变化率为零,产生的感应电动势为零;通过线圈的磁通量为零时,磁通量变化率最大,产生的感应电动势最大;匝数为N,面积为S的线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω转动,产生的感应电动势(交变电动势)的最大值为Em=NBSω。正弦式交变电流的图象是正弦曲线,由交变电流的图象可知交变电流的周期和最大值。交变电流的有效值是根据同时间、同电阻、产生相同热量的直流电流的数值来确定的。预测题1.如图3所示,在匀强磁场中有一个矩形单匝线圈ABCD,AB边与磁场垂直,MN边始终与金属滑环K相连,PQ边始终与金属滑环L相连.金属滑环L、交流电流表A、定值电阻R、金属滑环K通过导线串联.使矩形线圈以恒定角速度绕过BC、AD中点的轴旋转.下列说法中正确的是A.交流电流表A的示数随时间按余弦规律变化B.线圈转动的角速度越大,交流电流表A的示数越小C.线圈平面与磁场平行时,流经定值电阻R的电流瞬时值最大D.线圈转动的角速度增加为原来的两倍,则流经定值电阻R的电流的有效值也变为原来的两倍解析:交流电流表A的示数为交变电流的有效值,不随时间按余弦规律变化,选项A错误;线圈转动的角速度越大,交变电流的有效值越大,交流电流表A的示数越大,选项B错误;线圈平面与磁场平行时,流经定值电阻R的电流瞬时值最大,选项C正确;线圈转动的角速度增加为原来的两倍,则流经定值电阻R的电流的有效值也变为原来的两倍,选项D正确。【答案】:CD【名师点评】矩形线圈以恒定角速度绕过线圈平面的某一轴转动,若从中性面开始计时,产生的交变电流按照正弦规律变化,若从与磁场平行位置开始计时,产生的交变电流按照余弦规律变化。若线圈面积为S,转动角速度为ω,磁场的磁感应强度为B,线圈匝数为n,则产生的交变电动势最大值为Em=nBSω。预测题2.如图13甲所示,长、宽分别为L1、L2-8-\n的矩形金属线框位于竖直平面内,其匝数为n,总电阻为r,可绕其竖直中心轴O1O2转动。线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环C、D(集流环)焊接在一起,并通过电刷和定值电阻R相连。线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场,磁感应强度B的大小随时间t的变化关系如图13乙所示,其中B0、B1和t1均为已知。在0~t1的时间内,线框保持静止,且线框平面和磁场垂直;t1时刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度ω匀速转动。求:(1)0~t1时间内通过电阻R的电流大小;(2)线框匀速转动后,在转动一周的过程中电流通过电阻R产生的热量;(3)线框匀速转动后,从图甲所示位置转过90°的过程中,通过电阻R的电荷量。解析:(1)0~t1时间内,线框中的感应电动势E=n…(2分)根据闭合电路欧姆定律可知,通过电阻R的电流I=……(1分)(2)线框产生感应电动势的最大值Em=nB1L1L2ω……(1分)感应电动势的有效值E=nB1L1L2ω…(1分)通过电阻R的电流的有效值I=线框转动一周所需的时间t=………(1分)此过程中,电阻R产生的热量Q=I2Rt=πRω…(1分)(3)线框从图甲所示位置转过90°的过程中,平均感应电动势……(1分)平均感应电流…………(1分)-8-\n通过电阻R的电荷量q=………(1分)【名师点评】此题考查交变电流产生、法拉第电磁感应定律、有效值、平均值等相关知识点。核心考点二、变压器【核心内容解读】变压器是根据电磁感应现象工作的。变压器原副线圈的电压之比等于匝数之比,即=;理想变压器的输入功率等于输出功率。对于变压器,输入电压决定输出电压,输出功率决定输入功率。预测题1.随着人们生活水平的提高,出国旅游成为新时尚。某人从J国带回一把标有“110V、60Hz、880W”的电咖啡壶,该电咖啡壶利用电热丝加热。在我国,为使电咖啡壶能正常工作,需要通过变压器与市电相连。下列说法正确的是A.若将电咖啡壶直接与市电相连,电功率是1760WB.电咖啡壶应接在原、副线圈匝数比为2∶1的副线圈两端C.电咖啡壶通过变压器正常工作时,与市电相连的原线圈中电流为4AD.电咖啡壶通过变压器正常工作时,电热丝中的交变电流频率为60Hz解析:若将电咖啡壶直接与市电相连,电咖啡壶不能正常工作,选项A错误;为使电咖啡壶能正常工作,电咖啡壶应接在原、副线圈匝数比为2∶1的副线圈两端,选项B正确;由输入功率等于输出功率,电咖啡壶通过变压器正常工作时,与市电相连的原线圈中电流为880W/220V=4A,选项C正确;电咖啡壶通过变压器正常工作时,电热丝中的交变电流频率为50Hz,选项D错误。【答案】:BC【名师点评】变压器是利用电磁感应原理工作的。变压器可以改变交变电流的电压、电流,不能改变交变电流的频率周期。理想变压器的输入功率等于输出功率。预测题2.如图甲所示,理想变压器的原线圈电路中装有0.5A的保险丝L,原线圈匝数n1=600匝,副线圈匝数n2=120匝。当原线圈接在如图乙所示的交流电源上,要使整个电路和用电器正常工作,则副线圈两端可以接()-8-\nA.阻值为12Ω的电阻B.并联两盏“36V40W”的灯泡C.工作频率为10Hz的用电设备D.耐压值为36V的电容器解析:当原线圈接在如图乙所示的交流电源上,变压器输入电压为180V,由变压器变压公式,副线圈输出电压为36V,由变流公式可知副线圈最大电流为2.5A,副线圈两端可以接的最小电阻为15Ω,选项A错误;变压器最大输入功率为180×0.5W=90W,副线圈两端可以接并联两盏“36V40W”的灯泡,选项B正确;由图乙所示的图象可知,交变电流频率为50Hz,副线圈两端不可以接工作频率为10Hz的用电设备,选项C错误;副线圈输出电压最大值为36V,副线圈两端不可以接耐压值为36V的电容器,选项D错误。答案:B【名师点评】此题考查交变电流图象、变压器及其相关知识点。预测题3.如图2甲所示,一个理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2=6:1,副线圈两端接三条支路,每条支路上都接有一只灯泡,电路中L为电感线圈、C为电容器、R为定值电阻。当原线圈两端接有如图2乙所示的交流电时,三只灯泡都能发光。如果加在原线圈两端的交流电的最大值保持不变,而将其频率变为原来的2倍,则对于交流电的频率改变之后与改变前相比,下列说法中正确的是()A.副线圈两端的电压有效值均为216VB.副线圈两端的电压有效值均为6VC.灯泡Ⅰ变亮D.灯泡Ⅲ变亮-8-\n解析:由变压器变压公式,将其频率变为原来的2倍,副线圈输出电压不变,副线圈两端的电压有效值均为6V,选项A错误B正确;将其频率变为原来的2倍,灯泡Ⅰ亮度不变。由于容抗变小,感抗变大,灯泡Ⅲ变亮,灯泡II变暗,选项C错误D正确。答案:BD【名师点评】此题考查变压器、电感、电容在交变电流中作用、交变电流图象等。核心考点三、交流电路动态变化【核心内容解读】变压器交流动态电路主要有两种情况:一是负载电阻不变,原副线圈电压、电流、功率随匝数比变化而变化;二是匝数比不变,原副线圈电压、电流、功率随负载变化而变化。解决变压器交流动态电路问题首先要明确变量之间的相互制约关系。在理想变压器中,负线圈的输出电压U2由原线圈的输入电压U1和匝数比决定,与负载电阻无关,即输入电压U1决定输出电压U2;在原线圈输入电压U1和匝数比确定的情况下,原线圈的输入电流由副线圈输出电流决定,副线圈输出电流由负载确定,即负载决定输入电流;变压器输入功率由输出功率确定,即输出功率决定输入功率。分析变压器交流动态电路的思路是:由输入电压和匝数比得出输出电压,由输出电压和负载得出输出电流,最后由输出功率得出输入功率。预测题1.如图4所示,M是一个小型理想变压器,原副线圈匝数之比n1∶n2=10∶1,接线柱a、b接上一个正弦交变电源,电压u=220sin100πt(V)。变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R2为用半导体热敏材料(电阻随温度升高而减小)制成的传感器,R1为一定值电阻。下列说法中正确的是()A.电压表示数为22VB.当传感器R2所在处出现火警时,电压表的示数减小C.当传感器R2所在处出现火警时,电流表的示数减小D.当传感器R2所在处出现火警时,电阻R1的功率变大解析:由原副线圈匝数之比n1∶n2=10∶1可知变压器副线圈输出电压为22V,传感器R2两端电压即电压表示数一定小于22V,选项A错误;当传感器R2所在处出现火警时,R2-8-\n阻值减小,副线圈输出电流增大,电阻R1的功率变大,副线圈输出功率增大,原线圈输入功率增大,原线圈输入电流增大,电压表的示数减小,电流表的示数增大,选项BD正确C错误;答案:BD【名师点评】半导体热敏材料相当于一个可变电阻,变压器输出电压不变,出现火警时,温度升高,R2阻值减小,变压器输出功率增大,导致输入功率增大。预测题2.如图甲所示,理想变压器原副线圈的匝数比为10:1,b是原线圈的中心抽头,图中电表均为理想的交流电表,定值电阻R=10Ω,其余电阻均不计.从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压。则下列说法中正确的有A.当单刀双掷开关与a连接时,电压表的示数为31.1VB.当单刀双掷开关与b连接且在0.01s时,电流表示数为2.2AC.当单刀双掷开关由a拨向b时,副线圈输出电压的频率变为25Hz刀双掷开关与b连接且在0.01s时,电流表示数为2.2A,选项B正确;当单刀双掷开关由a拨向b时,副线圈输出电压的频率仍为50Hz,选项C错误;当单刀双掷开关由a拨向b时,副线圈输出电压为44V,副线圈输出功率增大,原线圈的输入功率变大,选项D正确。答案:BCD【名师点评】此题考查变压器动态变化和交变电流图象。核心考点四、电能输送【核心内容解读】输电电流I=P/U,输电线上损失电压U损=IR线,输电线损失功率P损=I2R线=-8-\nR线。解决远距离输电问题,要首先画出输电示意图,包括发电机、升压变压器、输电线降压变压器、负载等,在图中标出相应物理量符号,利用P损=I2R线=R线及其相关知识解答。预测题1。.2012年1月19日,中央电视台焦点访谈节目播出:打造空中输电高速路呼吁加快特高压电网建设,介绍了我国自主创新,主设备百分之百的国产的特高压线路——晋东南—南阳—荆门特高压交流输电线,这是世界上正在运行的电压最高、输电能力最强、技术水平最先进的交流输电工程。特高压是指交流1000千伏以上。目前,这条特高压线路的输送能力已经由原来的250万千瓦提升到500万千瓦以上,每年的输电量要高于250亿度。假设这条特高压输电线电压为1000千伏,发电机发出的电压为1000伏,经一个升压变压器升压后输送,输电线总电阻为1欧,经一个降压变压器降压后为1000伏,输电功率为500万千瓦,下列说法正确的是A..输电的升压变压器匝数比为1∶1000B.输电的降压变压器匝数比为1000∶1C.输电过程中电压损失为500VD.输电过程中功率损失为25×107W【名师点评】此题以超高压输电切入,意在考查电能输送是相关知识。预测题2.某小型实验水电站输出功率是20kW,输电线路总电阻是6Ω.(1)若采用380V输电,求输电线路损耗的功率.(2)若改用5000V高压输电,用户端利用n1:n2=22:1的变压器降压,求用户得到的电压.解析:(1)输电线上的电流强度为-8-\nI=A=52.63A输电线路损耗的功率为P损=I2R=52.632×6W≈16620W=16.62kW.(2)改用高压输电后,输电线上的电流强度变为I′=A=4A用户端在变压器降压前获得的电压U1=U-I′R=(5000-4×6)V=4976V根据用户得到的电压为U2=U1=×4976V=226.18V.【名师点评】此题考查电能输送的相关计算。-8-
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