2022新高考衡水名师原创物理卷：11 交变电流

2022新高考衡水名师原创物理专题卷

专题H"一交变电流

1.如图所示为交流发电机发电的示意图，矩形线圈A88匝数为N、面积为

S、整个线圈的电阻为r。在磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈绕。。轴

以角速度力匀速转动，外电阻为R,线圈的AB边连在金属滑环K上，CD边

连在金属滑环L上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路相连。

关于发电过程中的四个状态，下列说法不正确的是（）

A.线圈转到图甲位置时,通过线圈的磁通量为8s

B.线圈转到图乙位置时,通过线圈的磁通量的变化率为N6S（y

C.线圈转到图丙位置时，外电路中交流电流表的示数为NBSco

向R+r)

D.线圈转到图丁位置时，A8边感应电流方向为AfB

2.如图水平匀强磁场中有一边长为0.5m的正方形线框，其电阻为1Q。当

线框绕过其两对边中心的竖直轴。。以某一角速度匀速旋转时，线框中产生

的感应电动势d随时间,变化的关系如图㈤所示。下列说法正确的是（）

A.线框转动的角速度为0.4rad/s

B.磁感应强度的大小约为0.4T

C.线框内感应电流的有效值约为0.7A

D.”0时，线框平面与磁感应强度方向的夹角为90°

3.图1为电子电路中的正弦脉冲波的交变电流与时间的变化图像，图2为用

作时钟讯号来准确地触发同步电路的方波的交变电流与时间的变化图像，

则正弦脉冲波和方波的交变电流有效值分别为（）

j3J3

A.0.5A,2713AB.OA,50AC.—A,572AD.—A,2A/13A

33

4.如图所示，有矩形线圈，面积为S,匝数为N,整个线圈内阻为「，

在匀强磁场8中绕。0,轴以角速度©匀速转动，外电路电阻为R,当线圈

又以图示位置转过90。的过程中，下列说法正确的是（）

IO

B

R

A.磁通量的变化量为A°=N3S

B.平均感应电动势为后史©

7t

C电阻R所产生的热量为QJN”后

D.通过电阻R的电荷量为g=3

R+r

5.如图甲，矩形线圈尸QMN绕垂直于匀强磁场的轴以角速度口匀速转动，线

圈匝数为小面积为S,电阻为r,磁场的磁感应强度为3,线圈与阻值为

R的电阻连接。线圈产生的感应电动势e随时间/的变化关系如图乙，下列

说法中正确的是（）

Af时刻与t=与时刻穿过线圈的磁通量相同

B.PQ边始终不受安培力作用

C.OT内，通过电阻R的电荷量为F

A+7*

D.电阻R的功率为嘿警

+r）

6.如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴。。，做匀速

转动，从某时刻开始计时，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙

所示，若外接电阻R=7oc,线圈电阻-io。，则下列说法正确的是（）

q’柏i

A.线圈的角速度为100rad/sBJ=o.ois时穿过线圈的磁通量最大

C.通过线圈的最大电流为1.25AD.电压表的示数为87.5V

7.如图，一理想变压器原、副线圈匝数比为10：1,原线圈与一可变电阻飞

串联后，接在一正弦交流电源上；副线圈电路中固定电阻的阻值为《，当

负载电阻&的阻值为104时，理想交流电流表的示数为I.现将负载电阻与

的阻值变为20凡，调节用使理想交流电流表的示数仍为/,此时理想交流

电压表的示数为200V.则原来变压器原线圈两端电压的有效值为（）

A.1100VB.2100VC.220VD.210V

8.如图所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的虚线轴以

角速度力匀速转动，线圈的电阻为心理想变压器的副线圈并联两个阻值

恒定且也为r的一模一样的灯泡A、B,原、副线圈匝数的比值为上电路

中电表均为理想电表，现灯泡B发生断路，下列说法正确的是（）

A.电压表示数变小

B.发电机的热损耗功率增大

C.灯泡A亮度变亮

D.单位时间外界向发电机做的功变大

9.有一理想变压器，其原线圈与副线圈的匝数之比为4：电=1：2,现将三个规

格相同的小灯泡与其连接成如图所示的电路。现给变压器的〃、。两端输入一

交流电压，当开关S断开时，电压表的示数为将开关S闭合后，电压

表的示数变为上,整个过程中灯泡都未被烧毁且灯泡阻值不变，则a乜为

()

C.3:7D.5:3

10.如图甲所示为自耦变压器，原线圈接有图乙所示的交流电源，副线圈两端

电压有效值为220V,灯泡和其他电阻受温度的影响忽略不计，开始时开关S

断开。则下列说法正确的是()

A.原、副线圈匝数比为11:5

B.闭合开关S后，小灯泡微亮，鸟上滑可使小灯泡恢复正常发光

C.滑片e上滑，通过电阻N的电流增大

D.向上滑动七变压器的输出功率增大

11.某水电站，用总电阻为2.5。的输电线给500km外的用户输电，其输出电功

率是3xl()6kw.现用500kV电压输电，则下列说法正确的是()

A.输电线上输送的电流大小为2.0X1()5A

B.输电线上由电阻造成的电压损失为15kV

C.若改用5kV的电压输电,则输电线上损失的功率为9xl()8kW

D.输电线上损失的功率为。为输电电压，「为输电线的电阻

12.如图所示,某发电机输出功率是100kW,输出电压是250V,从发电机到用

户间的输电线总电阻为8。，要使输电线上的功率损失为发电机输出功率的

5%,而用户得到的电压正好为220V,则升压变压器和降压变压器原、副线圈

匝数比分别是()

A.16:1190:11

B.1:1611:190

C.1:16190:11

D.16:111:190

13.在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转动轴匀速转动，如

图甲所示；产生的交变电动势随时间变化的规律如图乙所示。则下列说法

正确的是（）

A.r=o.ois时穿过线框的磁通量最小

B.该线圈转动的角速度大小为兀rad/s

C.该交变电动势的瞬时值表达式为e=22及sin（100”）V

D.线框平面与中性面的夹角为45。时，电动势瞬时值为22V

14.一小型交流发电机中，多匝矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的

感应电动势随时间的变化关系如图所示,周期为T.矩形线圈与阻值为尺的电

阻构成闭合电路,线圈总电阻为r,其他电阻不计，线圈由中性面转过方过程中

通过线圈截面的电荷量为见下列说法正确的是（）

A.该交流电的电动势瞬时表达式e=^sin与r

B.该交流电的交变电流有效值/=笫

C.线圈由中性面转过过程中和由中性面转过兀过程中电动势的平均值相

等

D.该交流电在一个周期内电动势瞬时值与电动势有效值相等的时刻只有一

处

15.如图所示，图线［是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电

的图象。当调整线圈转速后,所产生的正弦交流电的图象如图线6所示。以

下关于这两个正弦交流电的说法正确的是（）

A.线圈先后两次转速之比为2:3

B.在图中/=0时刻穿过线圈的磁通量均为零

C.交流电。的电动势瞬时值的表达式为e=10sin（5”）V

D.交流电力的电动势最大值为gv

16.某物理兴趣小组设计了如图甲所示的发电与传输装置，匝数为N=200的

正方形线圈（内阻忽略不计）以一定转速在匀强磁场中旋转，产生的交流电压

如图乙所示。已知理想变压器原、副线圈的匝数比为，4：%=10：1,定值电阻的

阻值为R=从图甲所示位置开始计时，则下列说法正确的是（）

图甲

A.通过原线圈的电流有效值为2A

B.理想变压器的输入功率为40W

C.线圈的面积为忌n?

50兀8

D.左侧线圈在图甲位置时受到的安培力为2%£N,方向向左

V50兀3

17.某小型水电站的发电机输出电压为220V,若输送的总功率为4,输电电压

为U,输电导线的总电阻为一,升压变压器原、副线圈匝数分别为％和〃-降压

变压器原、副线圈匝数分别为乙和％，都是理想变压器，要使额定电压为220V

的用电器正常工作，则（）

A.输电线上的电流/="

B.卫越大，输电线上损失的功率越大

C.升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率

D.升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率

18.如图甲为一理想变压器,切为原线圈,ce为副线圈,d为副线圈引出的一个

接头源线圈输入的正弦式交变电压的乙T图象如图乙所示.若只在c、e间

接一只t=400口的电阻，或只在"、e间接一只R*=225C的电阻，两种情况下电

阻消耗的功率均为80W.

(1)请写出原线圈输入电压的瞬时值％的表达式；

⑵求只在c、e间接400Q的电阻时，原线圈中的电流人；

(3)求c、e和d、e间线圈的匝数比分.

n<le

19.如图所示,一小型发电机内有〃=100匝的矩形线圈，线圈所围面积S=0.10m2,

线圈电阻可忽略不计，在外力作用下矩形线圈在磁感应强度B=0.10T的匀强

磁场中，以恒定的角速度0=100兀rad/s绕垂直于磁场方向的固定轴OO,匀速转

动，发电机线圈两端与尺=1。0。的电阻构成闭合回路。求：

⑴线圈中产生感应电动势的最大值；

⑵从线圈平面通过中性面时开始，线圈转过90。角的过程中通过电阻R横截

面的电荷量；

(3)线圈匀速转动10s,电流通过电阻R产生的焦耳热。

20.某发电机输电电路的简图如图所示，发电机的矩形线框ABCQ处于磁感应

强度大小为八的水平匀强磁场中，线框面积为S=0.25m2,匝数为100

10兀

匝，电阻不计。线框绕垂直于磁场的轴。。以一定的角速度匀速转动，并与

升压变压器的原线圈相连，升压变压器原、副线圈的匝数之比L20,降压变

压器的副线圈接入到小区供生活用电，两变压器间的输电线等效电阻

R=20Q,变压器均为理想变压器.当发电机输出功率为5x104W时，此时电

压表的示数为250V,灯泡正常发光.求：

(1)线圈角速度的大小;

(2)输电线上损失的功率；

(3)降压变压器原、副线圈的匝数之比。

参考答案

1.答案：B

解析：AC、甲丙图中,ab和cd边运动方向与磁感线方向平行，不切割磁感线,

所以没有电流产生，故AC错误；

B、当线圈转到图乙的位置再运动时，通过线圈的磁通量变大,根据电磁感应

定律，可知产生的感应磁场的方向与原磁场方向相反，再根据右手定则可以

判断电流方向为:a—b—c-d,故B正确；

D、同理可以判断当线圈转到图丁的位置时,线圈中的电流方向为a—d—

c-b,故D错误。

2.答案：C

解析：A、分析图（b）可知，线框产生的感应电动势周期为Ms,角速度:

。=1=5兀rad/s,故A错误；B、根据交变电流的产生规律可知，感应电动

势最大值：O解得磁感应强度：B=—T,故B错误；C、根据

E-"BS=IV,兀

正弦式交变电流最大值和有效值的关系可知，有效值：E=*=0.5亚V,根

据闭合电路欧姆定律可知，感应电流的有效值：/=1=0.5>/2A«0.7A,故C

正确；D、1=0时-，感应电动势最大，则线框平面与磁场方向平行，即线框

平面与磁感应强度方向的夹角为0,故D错误。故选：Co

3.答案：D

解析：设正弦脉冲波和方波的交变电流有效值分别为/rL由题图1知，交变

电流的周期为0.06s,根据焦耳定律和有效值的定义可得

0+（9A）2RX0.04S=/：RX0.06S,解得“裂入、B错误;由题图2知，交变电流的

周期为0.2S,对一个周期,根据焦耳定律和有效值的定义可得

2

(672A)/?xO.ls+(472AfRx0.1s=《用x0.2s，解得I2=2713A,C错误,D正确。

4.答案:D

解析：图示位置磁通量为①I=0,转过90。时磁通量为①2=BS,,则磁通量的

变化量豳=①2-①I=BS,。故A错误。根据法拉第电磁感应定律得，平均感应

BS

电动势为心N空="丹=型陋，故B错误。感应电动势的最大值为

CD

E,,=NBSs，有效值为E=[E“,，电流的有效值为/=*,电阻R产生的热

兀

量Q"配时间"2=9联立解得。=型竺互竺，故C错误。通过电阻R的

32M,4(R+r)2

电量4=方=工"%-=理，故D正确。

R+rR+rR+r

5.答案：D

解析：由题意可知，若时刻穿过线圈的磁通量为85,贝rj时刻穿过线

圈的磁通量为-BS,A错；PQ边从图示位置转到中性面之前受到安培力的

作用，B错；0〜％内，通过电阻R的电荷量为管，C错；电阻R的功率

R+r

可根据电流或电压的有效值求解，电动势有效值为后=甯，故电阻尺的功

2222

-4-0.n.E.2DnBS(oRn,

率为P=(")2R=HF，D对。

6.答案：C

解析：由图乙知，交流电的周期7=4x10-2$,线圈转动的角速度

。md/s=50兀rad/s,故A项错误。由图乙知一=。。1§时线圈产生的

14X1u

感应电动势最大，则U0Q1S时线圈平面与磁场方向平行，穿过线圈的磁通

量为零，故B项错误。由图乙知，线圈产生的感应电动势的最大值&=ioov,

则通过线圈的最大电流/『3=其人=1.25人，故C项正确。线圈产生的

感应电动势有效值《=卷=瑞V,电压表的示数

U=X61.9V,故D项错误。

r+R10+70

7.答案：A

解析：A.B.C.D.当负载电阻的阻值为II/时，电流表示数为/，当负载电

阻的阻值为21凡时，电流表示数仍为/,根据理想变压器电流的决定关系可

知，输出电流恒定不变，为10/，则原来副线圈的输出电压为110/%,根据电

压和匝数的关系可.知，原来原线圈的输入电压为1100/当负载电阻的阻

值为21小时，输出电流为10/，电压表示数为200V,则200叫=200人原来原线

圈的输入电压为MOO/%=iioov,故A正确，BCD错误。

8.答案：C

解析：对理想变压器有手〃=#,线圈匀速转动，则发电机产生的电动势

的有效值不变，设为E,灯泡B断路前，对发电机有E=u原+/〃，对副线圈

有%=¥，整理得E=4(l+S，灯泡B断路后，同理有E=4：(l+S，可知

灯泡B断路后，原线圈两端电压升高，A错误；由以上分析可知，通过原

线圈的电流减小，发电机的热损耗功率减小，单位时间外界向发电机做的

功变小，BD错误；副线圈两端电压升高，灯泡A两端电压升高，通过的

电流增大，灯泡A变亮，C正确。

9.答案：D

解析：设。、匕两端输入电压的有效值为。，灯泡的电阻为R,当开关S断开

时一，原线圈两端的电压为2副线圈中的电流为I原线圈中的电流为《

ZZ/\A

则有u=g+q=苧；当开关S闭合时，原线圈两端的电压为苧，副线圈中

的电流为《，原线圈中的电流为为，则。="+2&=当，联立解得

KKZZ

《：5=5：3,选项D正确。

10.答案：B

解析：根据图乙可知，原线圈所接正弦交流电压有效值为100V,副线圈电压

为220V,由q：%=%：/，可知原、副线圈匝数比为5:11,A错误;闭合开关S后,

小灯泡微亮，想要增大小灯泡中电流，需要增大副线圈中的电压,6上滑可使

小灯泡恢复正常发光,B正确;滑片片上滑，原、副线圈匝数比增大,G：6=，R：〃2,

可得副线圈两端电压变小，通过电阻N的电流变小,C错误;向上滑动AM接

入电路中的阻值大，利用副线圈电阻塌士工可知,副线圈总电阻增大，

R灯&

副线圈两端电压不变，则通过电阻6的电流减小，变压器的输出功率减小，因

此D错误。

11.答案：B

解析：由P=U/得输电线上输送的电流大小为/=3x10。人=6。x施A,选项A

500xlO3

错误输电线上损失的电压为"=6.0xl()3x2.5V=15kV,选项B正确;输电

线上损失的功率不可能比输送功率还大，选项C错误;输电线上损失的功率

△P=I2r=9宜,\U为输电线两端电压,r为输电线的电阻，选项D错误.

r

12.答案：C

3

解析：输电线损失功率岛=vr=5xiow

"=僧=25

所以，输电线电流V损A,

1\=聿=400

升压变压器原线圈电流5A,

H1_^2_J_

故升压变压器原、副线圈匝数比n2八16.

712

S=±S=4000

升压变压器副线圈端电压711V,

输电线损失电压q="%=200V,

降压变压器原线圈电压“=损=3800V,

四="=竺9

故降压变压器原、副线圈匝数比为小511.所以C选项是正确

的,ABD错误.

所以C选项是正确的.

13.答案：CD

解析：-o.ois时，感应电动势为零，则穿过线框的磁通量最大，故选项A

错误；该线圈的角速度。=幺=2=1()07n•ad/s,故选项B错误；由题图乙知该

T0.02

交变电动势的瞬时值表达式为-22及sin(10M)V,故选项C正确.电动势瞬时

值为22V时，代入瞬时值表达式，得sinw=也，故表明线框平面与中性面

2

的夹角为45。，故选项D正确。

14.答案：BC

解析：线圈由中性面转过方过程中通过线圈截面的电荷量为名由

E=N*、i=袅、""加得言，即可矢口该交流电的

电动势最大值练=誓山,故该交流电的电动势瞬时表达式

e=2M；+〃）sin苧，A错误;交流电的交变电流有效值/=募工=空方正确;

交变电流的平均值后=%黑，线圈由中性面转过方过程中电动势的平均值

E=N?=1^,线圈由中性面转过兀过程中电动势的平均值

4

2BS_2NBScor-D

E=NT=^r,C正确;该交流电的电动势有效值E=0等2,在一个周期

21

内A、?、?、?四个时刻的瞬时值与交流电的电动势有效值相等，D错误.

OOOO

15.答案：CD

解析：由题图可知，图线。、。的周期之比为2:3,由转速〃与周期成反比可知,

线圈先后两次转速之比为32A项错误;”0时，线圈中感应电动势e=。,所以

线圈处于中性面位置，磁通量最大,B项错误;交流电，的最大值为10V,周期

为0.4s，所以线圈转动角速度为co=y=5兀rad/s,所以其瞬间值表达式为

a1a

e=10sin（5m）V,C项正确;交变电流的最大值所以图线。、。对应交变

电流最大值之比为3：2,所以交流电b的最大值为弓V,D项正确。

16.答案：BC

解析：由图乙可知原线圈电压的有效值为20。V,&=占U=20V,副线圈中的电

流有效值「今卷A=2A,根据原、副线圈的电流与匝数成反比有小吟，原

KIU，2

线圈中电流的有效值为=0-2A,A错误;理想变压器输出功率为

n\

6=U/2=20x2W=4()W,输入功率等于输出功率,所以理想变压器的输入功率

为40W,B正确;原线圈两端的电压有效值4=200V,角速度。寸=100兀rad/s,线

圈产生的最大感应电动势为2000V,£„,=NBSo,最大磁通量

0=85=旨=点Wb,S为有效面积，故线圈面积为虐n?,C正确;图甲所示时

Neo100兀50兀B

刻，通过线图的磁通量最大,通过线圈的电流为零，线圈不受安培力,D错误。

17.答案：AC

解析：根据P=U/可得输电线上的电流/=强,故A正确。在输送总功率不变

的情况下，当上增大时，输电电压增大,输电电流减小，根据/=/次可得，输电

%

线上损失的功率减小，故B错误。由于输电线上有能量损失，所以降压变压器

的输入功率和输入电压均比升压变压器的输出功率和输出电