（新课标）2022年高考物理 考前预测核心考点专项突破 交变电流

新课标2022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。.2022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-