（16）交變電流與變壓器—江蘇省2020高考物理考前沖A攻略復(fù)習(xí)講義

1、江蘇高考物理考前沖A攻略（16） 交變電流與變壓器【考情播報】考綱要求交變電流、描述交變電流的物理量和圖像（I）正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式（I）理想變壓器（II）遠(yuǎn)距離輸電（I）命題預(yù)測1考查交變電流的產(chǎn)生和描述、交流電有效值。2考查變壓器的規(guī)律及動態(tài)分析、理想變壓器與交變電流的規(guī)律綜合。3考查遠(yuǎn)距離輸電與理想變壓器的綜合。應(yīng)試技巧1交變電流瞬時值表達(dá)式書寫的基本思路：（1）確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象或公式Em=nBS，求出相應(yīng)峰值。（2）明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式：a線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則ut圖象為正弦函數(shù)圖象，u=Emsin t；b線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動，

2、則ut圖象為余弦函數(shù)圖象，u=Emcos t。2交流電“四值”：（1）線圈通過中性面時的特點：穿過線圈的磁通量最大；線圈中的感應(yīng)電動勢為零；線圈每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流的方向改變一次。（2）交流電“四值”的應(yīng)用：最大值分析電容器的耐壓值；瞬時值計算閃光電器的閃光時間、線圈某時刻的受力情況；有效值電表的讀數(shù)及計算電熱、電功、電功率及保險絲的熔斷電流；平均值計算通過電路截面的電荷量。3變壓器各物理量間的因果關(guān)系：變壓器的一定，輸入電壓U1決定了輸出電壓U2的大小，與其他無關(guān)；由輸出電壓U2與負(fù)載電阻R，通過歐姆定律決定了輸出電流I2的大小；進(jìn)而確定了輸出功率P2的大小，由能量守恒決定了輸入功率P

3、1的大小；最后又通過決定輸入電流I1的大小。4遠(yuǎn)距離輸電問題分析方法：（1）畫出輸電電路圖，如圖所示。在每個回路中變壓器的原、副線圈分別是電源或用電器。（2）分析三個回路的關(guān)系：變壓器關(guān)系為，電路關(guān)系為U2=U+U3，U=I2R，I2=I3能量關(guān)系為P=U1I1=U2I2=P用戶+P，P=I22R，P用戶=U3I3=U4I4（3）在遠(yuǎn)距離輸電問題中，有時把降壓變壓器及其輸出電路整個等效為一個電阻能夠使問題簡單化。由歐姆定律，等效電阻R0=【真題回顧】1（2018全國III卷）一電阻接到方波交流電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方；若該電阻接到正弦交變電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正。該電阻

4、上電壓的峰值為u0，周期為T，如圖所示。則Q方:Q正等于ABC1:2D2:1【答案】D【考點】本題考查交變電流的圖線、正弦交變電流的有效值、焦耳定律及其相關(guān)的知識點?！窘馕觥扛鶕?jù)題述，正弦交變電流的電壓有效值為，而方波交流電的有效值為u0，根據(jù)焦耳定律和歐姆定律，Q=I2RT=T，可知在一個周期T內(nèi)產(chǎn)生的熱量與電壓有效值的二次方成正比，Q方Q正= u02（）2=21，選項D正確。2（2018天津卷）教學(xué)用發(fā)電機能夠產(chǎn)生正弦式交變電流。利用該發(fā)電機（內(nèi)阻可忽略）通過理想變壓器向定值電阻R供電，電路如圖所示，理想交流電流表A、理想交流電壓表V的讀數(shù)分別為I、U，R消耗的功率為P。若發(fā)電機線圈的轉(zhuǎn)速

5、變?yōu)樵瓉淼模瑒tAR消耗的功率變?yōu)锽電壓表V的讀數(shù)為C電流表A的讀數(shù)變?yōu)?ID通過R的交變電流頻率不變【答案】B【考點】本題考查了交流電最大值，有效值，頻率，變壓器等【解析】根據(jù)公式分析電動機產(chǎn)生的交流電的最大值以及有效值、頻率的變化情況；根據(jù)判斷原副線圈中電流電壓的變化情況，根據(jù)副線圈中功率的變化判斷原線圈中功率的變化；根據(jù)可知轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼模瑒t角速度變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)可知電動機產(chǎn)生的最大電動勢為原來的，根據(jù)可知發(fā)電機的輸出電壓有效值變?yōu)樵瓉淼?，即原線圈的輸出電壓變?yōu)樵瓉淼模鶕?jù)可知副線圈的輸入電壓變?yōu)樵瓉淼?，即電壓表示?shù)變?yōu)樵瓉淼模鶕?jù)可知R消耗的電功率變?yōu)?，A錯誤B正確；副線圈中的電流為，即

6、變?yōu)樵瓉淼?，根?jù)可知原線圈中的電流也變?yōu)樵瓉淼模珻錯誤；轉(zhuǎn)速減小為原來的，則頻率變?yōu)樵瓉淼?，D錯誤。3 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【答案】BD【考點】本題考查理想變壓器?！窘馕觥侩姼芯€圈對交流電的阻礙作用由感抗描述，頻率越高阻礙作用越大，對輸入端的高頻和低頻交流信號的作用是通低頻阻高頻，所以A錯誤；電容對交流電的阻礙作用，頻率越高阻礙作用越小，所以是通高頻阻低頻，故BD正確；C錯誤。4 某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1：10，當(dāng)輸入電壓增加20V時

7、，輸出電壓A. 降低2V B. 增加2V C. 降低200V D. 增加200V【答案】D【解析】由理想變壓器原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比即，得：，即副線圈兩端電壓與原線圈兩端電壓成正比，所以有：，當(dāng)輸入電壓增加20V時，輸出電壓增大200V，故D正確。【預(yù)測訓(xùn)練】1如圖所示，圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生正弦交流電的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦交流電的圖象如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個正弦交流電的說法不正確的是A線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3:2B在圖中t = 0時刻穿過線圈的磁通量為零C交流電a的瞬時值為 VD交流電b的最大值為 V答案】B【考點】交流電的最大值、有效值、角速度的計

8、算，交流電的產(chǎn)生。【解析】A、由圖讀出兩電流周期之比為Ta:Tb=0.4 s:0.6 s=2:3，而，故線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3:2；故A正確；B、t=0時刻U=0，根據(jù)法拉第定律，磁通量變化率為零，而磁通量最大；故B錯誤；C、正弦式電流a的瞬時值為，故C正確；D、根據(jù)電動勢最大值公式，得到兩電動勢最大值之比為Ema：Emb=Tb:Ta=3:2，Ema=10 V，則得到正弦式電流b的最大值為；故D正確。本題選不正確的故選B。2圖甲是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，A為交流電流表，線圈繞垂直于磁場的水平軸OO沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時，產(chǎn)生的交

9、變電流隨時間變化的圖象如圖乙所示，以下判斷正確的是A電流表的示數(shù)為20 AB交流電的頻率是100 HzC0.01 s時線圈平面與磁場方向平行D0.02 s時線框平面與中性面重合3【答案】C【考點】交流發(fā)電機原理。【解析】電流表的示數(shù)為有效值：，故A錯誤；由圖知周期T=0.02 s，根據(jù)，故B錯誤；0.01 s時線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大，說明線框與磁場平行，磁通量為零，故C正確；由圖知0.02 s時線框中感應(yīng)電流最大，說明線框與磁場平行，磁通量為零，故D錯誤。3如圖所示，一圓柱形鐵芯上沿軸線方向繞有矩形線圈，鐵芯與磁極的縫隙間形成了輻向均勻磁場，磁場的中心與鐵芯的軸線重合。當(dāng)鐵芯繞軸線以角速度逆

10、時針勻速轉(zhuǎn)動過程中，線圈中的電流變化圖象為（從圖示位置開始計時，N、S極間縫隙的寬度不計，以a邊的電流向里、b邊的電流向外為正方向）ABCD【答案】C【考點】交流電的產(chǎn)生、右手定則、 電磁感應(yīng)定律、歐姆定律【解析】在一個周期內(nèi)，前半個周期：根據(jù)右手定則可知a邊的電流向外、b邊的電流向里，為負(fù)值，線圈始終垂直切割磁感線，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小不變，感應(yīng)電流大小不變；后半個周期：根據(jù)右手定則可知a邊的電流向里、b邊的電流向外，為正值，感應(yīng)電流大小不變，C正確。4如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10:1，b是原線圈的中心接頭，電壓表和電流表均為理想電表。從某時刻開始在原線圈c、d兩端加上交變

11、電壓，其瞬時值表達(dá)式為。下列說法正確的是A當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時，電壓表的示數(shù)為220 VB當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時，電壓表的示數(shù)為C單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時，電壓表和電流表的示數(shù)均變大D當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時，若滑動變阻器觸頭P向上移動，電壓表和電流表的示數(shù)均變小【答案】C【考點】含變壓器電路中電表的讀數(shù)、動態(tài)電路分析【解析】根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比可知，原線圈的電壓最大值為，所以副線圈的電壓最大值為，電壓表的示數(shù)為電壓的有效值，所以示數(shù)為22 V，AB錯誤；單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比由10:1變?yōu)?:1，所以輸出的電壓升高，電壓表和電流表的示數(shù)均變大，C正確；當(dāng)

12、滑動變阻器觸頭P向上移動時，滑動變阻器連入電路的電阻變大，電路的總電阻變大，由于電壓由變壓器決定，所以電流變小，電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)變小，D錯誤。【每日一題】【計算題訓(xùn)練】如圖所示，一個變壓器（可視為理想變壓器）的原線圈接在220V的市電上，向額定電壓為1.80×104V的霓虹燈供電，使它正常發(fā)光為了安全，需在原線圈回路中接入熔斷器，使副線圈電路中電流超過12mA時，熔絲就熔斷，氖泡與霓虹燈并聯(lián)，氖泡在兩端電壓達(dá)到200V時開始發(fā)光求：（1）熔絲的熔斷電流；（2）當(dāng)副線圈電路中電流為10mA時，變壓器的輸入功率；（3）開關(guān)接通后氖泡的發(fā)光頻率.【解析】（1）設(shè)原、副線圈上的電壓、電流分別為U1、U2、I1、I2根據(jù)理想變壓器的輸入功率等于輸出功率即P1=P2，故有I1 U1=I2U2由于U1=220V，U2=1.80×104V，當(dāng)I2=12×10-3A，Il為熔斷電流得I1=0.98 A（2）設(shè)副線圈中電流為I2=10 mA=10&