高中物理高考复习专题13 交变电流-2021年高考物理真题与模拟题分类训练（教师版含解析）(一)

专题13交变电流

?敏2021年高考真题

1.（2021.山东高考真题）输电能耗演示电路如图所示。左侧变压器原、副线圈匝数比为1:3,输入电压为7.5V

的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r,负载R的阻值为10C。开关S接I时，右侧变压器原、

副线圈匝数比为2：1,R上的功率为10W；接2时，匝数比为1:2,R上的功率为P。以下判断正确的是（）

a^曰

A.r=10QB.r=5Q

C.P=45WD.P=22.5W

【答案】BD

【解析】当开关S接1时，左侧变压器次级电压

（/2=3X7.5V=22.5V

电阻R上的电压，即右侧变压器的次级电压

（/4=VPR=IOV

电流

/4=^-=IA

4R

则右侧变压器初级电压

U,=-^10V=20V

-1

电流

/,=—xlA=0.5A

32

则

“心工5。

当开关S接2时，设输电电流为/,则右侧变压器的次级电流为0.5/：右侧变压两边电压关系可知

U2-Ir0.5IR

解得

Z=3A

则R二的功率

P=(0.57)2A-22.5W

故选BDo

2.（2021•河北高考真题）如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L,匝数为N,放置在磁感应强度大小为

8的匀强磁场中，理想变压器的原、副线弱匝数分别为〃。、阳和项，两个副线圈分别接有电阻凡和4,当

发电机线圈以角速度。匀速转动时，理想电流表读数为/,不计线圈电阻，下列说法正确的是（）

A.通过电阻尺的电流为止B.电阻凡两端的电压为生羽

n2fl\

C.〃。与力的比值为纸学D.发电机的功率为正竺闻例士Q

【答案】BC

【解析】AB.由题知理想电流表读数为1,则根据欧姆定律

5=IR\

根据变压器电压与匝数的关系有

“0_U&nQ_Uo

niUjn2U2

代入数据有

UQ=&阳，U2=X/R]

力外

再由欧姆定律有

U2=I2R2

可计算出

综上可知，A错误、B正确;

C.由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则有

E

Emnx=NB2L'co,UO=V2NBCCD

由选项AB知

则

%近NBl}g）

场阳

C正确；

D.由于变压器为理想变压器则有

Po=P+P2=U\l+U2h=FR1+U2I2

代入选项ABC公式有

_sfiNBEcoI（n；R、+〃温、

Po=一

%l〃m2）

由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则发电机的功率为Po,D错误。

故选BCo

3.（2021•浙江高考真题）发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形金属框，在磁感应强度为B的匀

强磁场中以恒定角速度绕。。'轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其它电阻不计，图乙中的

U/M为已知量。则金属框转动一周（）

【答案】BD

【解析】A.当线框转动时，框内电流方向每经过中性面一次都要变化一次，则选项A错误；B.由图乙可

知，电动势的最大值为Um,选项B正确；

C.线圈转过半周，则流过电阻的电荷量为

7AE八△①2BI：

u=/△/=-△/=----=-------

RRR

则金属框转过一周流过电阻的电荷量为

q=2q~

D.因为

Um=BcoL

则

金属框转过一周电阻产生的焦耳热

Q=%=R・于¥

选项D正确。故选BD。

4.（2021•浙江高考真题）如图所示，虚线是正弦交流电的图像，实线是另一交流电的图像，它们的周期T

和最大值4”相同，则实线所对应的交流电的有效值U满足（

c.华

2u号

【答案】D

【解析】因虚线是正弦交流电的图像，则该交流电的有效值为

“假一双-丁

由图可知，在任意时刻，实线所代表的交流电的瞬时值都不大于虚线表示的正弦交流电的瞬时值，则实线

所代表的交流电的有效值小于虚线表示的正弦交流电的有效值，则

U怎

2

故选D。

5.（2021•广东高考真题）某同学设计了一个充电装置，如图所示，假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生

近似正弦式交流电.周期为0.2$,电压最大值为O.O5V,理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，

原、副线圈匝数比为1：60,下列说法正确的是（）

永磁铁

螺线管

A.交流电的频率为10Hz

B.副线圈两端电压最大值为3V

C.变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关

D.充电电路的输入功率大于变压器的输入功率

【答窠】B

【解析】A.周期是I=0.2s,频率是

/=y=5Hz

故A错误；

B.由理想变压器原理可知

U2n2

解得，副线两端的最大电压为

“

故B正确；C.根据法拉第电磁感应定律可知，永磁铁磁场强，线圈中产生的感应电动势越大，变压器的输

入电压会越大，故C错误；D.由理想变压器原理可知，充电电路的输入功率等于变压器的输入功率，故D

错误。故选Bo

6.（2021・湖南高考真题）如图，理想变压器原、副线圈匝数比为〃I：供，输入瑞。、O接入电压有效值恒定

的交变电源，灯泡Li、L2的阻值始终与定值电阻凡的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从。端滑动到方端

的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（）

A.Li先变暗后变亮，L2一直变亮

B.L先变亮后变暗，L2一直变亮

C.L先变暗后变亮，L2先变亮后变暗

D.L先变亮后变暗，L2先变亮后变暗

【答案】A

【解析】副线圈的总电阻为

111

&凡+R卬&>+R独

解得

R（4+%）（4+%）

L/+R卬）+（一+」）-2%+R

则滑动变阻器R的滑片从。端滑到人端过程中，副线圈的总电阻选增大后减小，根据等效电阻关系有

2/、2

土山

则等效电阻先增大后减小，由欧姆定律有

-U2A

1

%+%'«2

人先减小后增大，，2先减小后增大，则右先变暗后变痉，根据

ua&,t

勺

由于L先减小后增大，则副线圈的电压-先增大心后减小",通过L2的电流为

­*

则滑动变阻器R的滑片从a端滑到b端过程中，R.逐渐成小，副线圈的电压力增大过程中（2增大；在

副线圈的电压外减小过程中，通过R）的电流为

I.d

凡p逐渐增大，则%越来越小，则

小=。-小

则。冗变暗后变克，右一直变克；故选A。

叁2021年高考模拟试题

1.在如图甲所示的电路中，电阻R的阻值为10C。电压表和电流表均为理想电表，变压器为理想变压器,

在变压器原线圈两端输入如图乙所示的电压，电压表的示数为25V,下列说法正确的是（）

札7V

A.该变压器原线圈两端电压的有效值为55V

B.该变压器原、副线圈的匝数之比为22：5

C.电流表的示数为5.5A.

D.若增大电阻R的阻值，变压器原线圈的输入功率减小

【答案】AD

【解析】A.设变压器原线圈两端电压的有效值为S,由电流热效应

RR2

解得

Ut=55V

选项A正确；

B.电压表的示数为副线圈两端电压，即S=25V,由

幺二2

解得线圈匝数比为11：5,选项B错误;

C.副线圈电流为

/,==2.5A

2R

由

人=也

，2%

联立解得

I{*L14A

选项C错误；

D.若增大电阻R的阻值，由

0

R

可知，副线圈功率减小，变压器的输入功率等于输出功率，故变压器原线圈的输入功率减小，选项D正确。

故选AD。

2.在如图甲所示的电路中，理想变压器原线圈输入电压的变化规律如图乙所示（正弦曲线），定值电阻R1、&、

%的阻值分别为IOC、20C、30Q,各电表均为理想电表。电压表的示数为55V,则下列说法正确的是（）

八〃/V

220V2

00.5K1.5/2〃（另0%）

-22072..........

甲乙

A.变压器原副线圈的匝数比为4:1B.电流表Ai的示数为10A

C.电流表A2的示数为5AD.电流表A2的示数为2.5A

【答案】AD

【解析】A.对于变压器有

4=旦=4

%%4

所以

丛=幺，

%&1

故A正确：

BCD.对于输出电路，总电阻为

R=R+即3=22。

所以A2示数为

r2="=2.5A

2R

则A\示数为

1=21,=0.625A

所以BC错误，D正确。故选AD。

3.在图甲所示电路中，电阻R=20Q,灯泡匕的规格为“3V0.6W”，灯泡心的规格为“5V2.5W”，S为单

刀双掷开关。发电机的矩形线框（不计电阻）在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动，产生的交变电流输入

理想变压器的原线圈。输入电压〃随时间/的变化关系如图乙所示。若将开关S接1且S2闭合，则上正常

发光；若将S接1且S2断开，则L正常发光。不计灯泡电阻随温度的变化，则下列说法正确的是（）

A.当S接I,断开S2时.,原线圈的输入电流减小了0.075A

B.当$接1且S2断开时，“的功率大于L的功率

C.当与换接到2后，R消耗的电功率为1.25W

D.当S换接到2后，若发电机的线框转速变成原来的两倍，R的功率保持不变

【答案】AC

【解析】A.由£接1且S2闭合时，a正常发光，可知副线圈两端的电压为5V,可得

%:%=4:1

此时流过4的电流为0.5A,可知此时原线圈中的电流为0.125A；当5接1,断开52后，乙正常发光，可知

副线圈电流为0.2A,此时原线圈中的电流为0.05A,即电流减小了0.075A,故A.正确：

B.当\接1且S,断开时，由于右的电阻小于。的电阻，根据

P=I2R

可知4的功率小于匕的功率,故B错误;

C.当S1换接到2后，副线圈两端的电压为5V,R消耗的电功率为1.25W,故C正确；

D.若发电机的线框转速变成原来的两倍，由

Em=nBSco

可知电压也变成原来的两倍，故D错误。故选AC。

4.如图所示，磁感应强度大小为B的匀强磁场中，匝数为〃、边长为L的正方形线圈绕垂直于磁场的轴。0,

匀速转动，其角速度为G，线圈总电阻为下列说法正确的是（）

A.线圈转动过程中的最大电流为遮多

r

B.线圈转动一周产生的热量为变业经2

r

C.当线圈与中性面的夹角为3伊时，线圈产生的瞬时电动势为由〃加九y

2

D.线圈从中性面开始，转动60。的过程中，通过导线横截面的电荷量为第

【答案】AB

【解析】A.线圈转动过程中的最大电动势为

Em=nBlJco

根据闭合电路的欧姆定律得

.nBLrco

4=--------

r

A正确；

B.电流的有效值为

Zm

皿一夜一行

线圈转一圈的时间为

2TT

(0

线圈转动一周产生的热量为

万矶〃"J

Q=l2rt=

B正确；C.当线圈与中性面的夹角为30。时，线圈产生的瞬时电动势为

e=Emsina）t=^nB[3a）

C错误；D.线圈从中性面开始，转动60。的过程中，线圈磁通量的变化为

通过导线横截面的电荷量为

q=lt==-nBl}

r2r

D错误。故选AB。

5.如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为5：1,原线圈接入如图乙所示的正弦交流电，副线圈与二

极管（正向电阻为零，相当于导线；反向电阻为无穷大，相当于断路）、定值电阻岛、热敏电阻用（阻值随温

度的升高而减小）及报警器P（电流增加到一定值时报警器P将发出警报声）组成闭合电路，电压表、电流

A.变压器线圈输出交流电的频率为50Hz

B.电压表的示数为22aV

C.凡处温度减小到一定值时，报警器P洛发出警报声

D.报警器报警时，变压器的输入功率比报警前小

【答案】AB

【解析】A.根据乙图可知，原线圈输入的交流电的周期7M）.02s,所以频率/原线圈的频率

等于副线圈的频率，故A正确;

B.原线圈电压的有效值为

〃L=220V

根据电压之比等于匝数之比，所以副线圈的电压有效值为

%=g[=44V

由于二极管具有单向导电性，所以

〃工7.喑

R2R

解得

%.=220V

故B正确；C.温度降低，电阻增大，电流减小，电流增大到一定值时才会报警，故C错误；D.报警器报

警时，电流增大，输出功率增大，原线圈的功率等于副线圈的功率，所以变压器的输入功率比报警前大，

故D错误。故选AB。

6.如图(a)中，理想变压器的原、副线圈的匝数比为4：1,RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R

为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表。原线圈所接电压〃随时间/按正弦规律变化，如图(b)所

示。下列说法正确的是()

A.变压器原、副线圈中的电流之比为1：4

B.变压器输入、输出功率之比为4：1

C.若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大

D.〃睡，变化的规律为〃=51sin(50")V

【答案】AC

【解析】A.原副线圈电流与匝数成反比，故变压器原、副线圈中的电流之比为1：4,A正确；

B.理想变压器没有功率损失，故变压器输入、输出功率之比为1：1,B错误；

C.若热敏电阻RT的温度升高，电阻变小，副线圈中电流变大，电流表示数变大，电压表测量的是变压器

的输入电压，示数不变，C正确；

D.由图(b)可得

2万

a)=—=100万rad/s

T

故〃随，变化的规律为

w=51sin（100^）V

D错误。故选AC。

7.教学用发电机能够产生正弦式交变电流，利用该发电机（内阻可忽略）通过理想变压器向定值电阻R供电,

电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为/、U,R消耗的功率为若发电

机线圈的转速变为原来的2倍，下列说法错误的是（）

A.R消耗的功率变为4P

B.通过R的交变电流频率不变

C.电流表A的读数变为21

D.电压表V的读数变为2U

【答案】B

【解析】B.变压器不改变交流电的频率，通过R的交变电流频率与交流电源的频率相同，若发电机线圈的

转速变为原来的2倍，则电流频率变为原来2倍，B错误，符合题意；

ACD.由交流发电机的原理可知，电动势的最大值为

Em=NBSo)

原线圈两端电压为

5*

若发电机线圈的转速变为原来的2倍，原线圈两端电压变为原来的2倍，由

如=人

%%

可知，副线圈两端电压变为原来的2倍，即电压表V的读数变为2U,电阻R不变的情况下，副线圈电流变

为原来的2倍，由

A_n2

44

可知，原线圈电流变为原来的2倍，即电流表A的读数变为21,R消耗的功率为

Pn=U3

即R消耗的功率变为4儿ACD正确，不符合题意。故选B“

8.如图所示，理想变压器的匝数比为〃1：M2：W3=2:1：1,电阻用=&=犬3=凡当A、B两接线柱接正弦交

变电源时，&的电流为/，则凡的功率为（)

C.2FRD.4伙

【答案】B

【解析】设"两端电压为U,则为两端也出为

U,=^-U=U

一%

原线圈两端的电压为

5=^U=2U

又因为凡电流为/,则

7u,U

&R

则R3的电流为

由

U3=uj+uj3

得R\的功率为

故

PI=RR=>R

ACD缙误，B正确。故选B。

9.如图所示的理想变压器中，原副线圈的匝数比为4：々=4:1,现在M、N两点间接一定的交变电流,

小灯泡。、b、c均正常发光，小灯泡b正常发光时的电阻为4C、额定功率为16W,小灯泡。、c的额定功

率相同。已知电源的输出功率为32W,贝］下列说法正确的是（）

A.小灯泡c的额定功率为16W

B.小灯泡。的额定电流为0.5A

C.小灯泡b的额定电压为8V

D.M、N间所加电源的电压为24V

【答案】C

【解析】A.由于理想变压器不损耗功率，电源的输出功率32W等于三个灯泡的功率之和，又已知小灯泡。、

。的额定功率相同，可得

/>f=/>=8W

A错误；

C.小灯泡力正常发光时的电阻为4C、额定功率为16W,可得

8=竽=以

Kb

解得

4=8V,/〃=2A

C正确；

B.由

解得

/"IA

由原副线圈的电流与匝数关系可得

I"J

4+A4

解得

—

B错误；

D.电源的输出功率可表示为

以乜〃=32W

解得

U=42.67V

D错误。故选C。

10.图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比〃I：%=11:1,输入端4、力所接电压〃随时间，的变化关系如图

乙所示.灯泡L的电阻恒为ion,额定电压为10V.定值电阻N=20C、E=5C,滑动变阻器R的最大阻

值为20c.为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为（）

A.5cB.10QC.15QD.20Q

【答案】C

【解析】由题可知，输入端电压随时间变化关系如图乙所示，可知输入电压为

t/o=22OV

依据理想变压器与匝数关系式

%公

且

丛」

%1

得

U=20V

由于灯泡.上的电阻恒为R=10Q，额定电压为U'=10V,因灯泡正常工作，通过灯泡的电流根据公式

/上

R

得

Z=1A

根据串联分压可知，定值电阻凡=20凌两端电压

U\=U-U=20V-10V=10V

依据欧姆定律，则通过其电流为

人=4=0.5A

因此通过定值电阻用=5C的电流为

1m=0.5A

由于定值电阻&与滑动变阻器串联后与4并联，那么定值电阻用与滑动变阻器总电阻为

R天嗯四

因定值电阻用=5。，因此滑动变阻器接入电路的阻值应为

%=八6=20C—5c=15C

故选C.

11.图甲为风力发电的简易模型。在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁体转动，磁铁下方的线圈与电

压传感器相连。在某一风速一定时，传感器显示如图乙所示，则（）

A.磁铁的转速为57TT/S

B,线圈两端电压的有效值为12&V

C.交变电流的电压表达式为”=12sin5mV

D.该交变电流可以直接加在击穿电压为6夜V的电容器上

【答案】C

【解析】A.电流的周期为7=0.4q,故磁体的转速为片2.5小，故A错误:

B.通过乙图可知电压的最大值为12V,故有效值

U=与=6近V

及

故B错误；

C.周期T=0.4s,故a）=57irad/s,故电压的表达式为

M=12sin5nr（V）

故C正确；

D.电容器的击穿电压为交流电的最大值，而交流电的最大值大于电容器的击穿电压，故不能加在击穿电压

为6&V的电容器上，故D错误。故选C。

12.电阻不可忽略的线圈口可看作是一个定值电阻Ro（线圈电阻）与一个纯线圈L串联而成，如图甲。在如

图乙所示电路中，常规变压器次级线圈电阻不可忽略，变压器原线圈接理想交流电源，当滑动变阻器触头尸

向b端滑动时，下列说法正确的是（）

A.变压器初级线圈电压降低

B.变压器输入功率变小

C.小灯泡变亮

D.变压器输出功率不确定

【答案】D

【解析】变压器线圈都可看作是一个电阻和一个理想线圈串联组成，所以次级线圈等效为有内阻的电源,

当滑动变阻器触头向滑动时，初级线圈电压a等于理想交流电源电压且不变

4=2

E

由与、火2组成的电路总电阻减小，变压器输出电流增大，变压器次级线圈电压

U2=E-Ir

降低，小灯泡变暗；根据

A_n2

，2勺

变压器输出电流变大，则初级电流变大，输入功率变大；因不能确定次级等效内阻与外电阻的大小关系，

不能确定输入功率的变化情况。故选D。

13.如图所示，理想变压器的原线圈接有一规格为“100V40W”的灯泡，副线圈接电阻48c的电动机M,原

线圈接上M=22O^sinlOO7it(v)的正弦交流电后灯泡和电动机都能正常工作，副线圈理想交流电表的示数为

1A,假设灯丝电阻始终不发生变化。则下列说法正确的是()

A.理想变压器原副线圈匝数比为2：5

B.电动机的输出功率为48W

C.若电动机被卡住，流过灯泡的电流约为0.73A

D.若电动机被卡住，电动机的发热功率为288W

【答案】C

【解析】A.灯泡能正常工作，则原线圈中的电流为

乙=0.4A

%

理想变压器原副线圈匝数比为

2=4=2

A2

故A错误；

B.原线圈接上M=220&sinl007rt(v)的正弦交流电，则

〃二星二220V

72

则

Ui=U-U灯=12OV

由原、副线圈与电压关系可知

U,=U1X%=48V

n\

电动机的输入功率为

/>=f/2/2=48W

电动机输出功率小于输入功率，故B错误;

C.灯泡电阻为

&=^=2500

1号

若电动机被卡住，设流过灯泡的电流为/,则

220Vx/=(2.5Z)2x8。+产x250C

解得2=O.73A

故C正确：D.若电动机被卡住，电动机的发热功率为

P=/，2/?=26.9W

故D错误。故选C。

14.如图所示为一台小型发电机构造示意图，图示时刻线圈平面和磁感线平行。线圈匝数为N,电阻为

理想电压表与外接电阻R并联。当线圈绕0。轴以角速度口匀速转动时，电压表的示数为U。贝女

0'

A.穿过线圈的磁通量的最大值为包(R+r)

coR

B.从图示位置开始计时，电动势的表达式为.(H+r)sin©

CDR

C.线圈从图示位置转过90。的过程中通过电阻R的电荷量为变也