2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí)備考 第十四單元 交變電流 遠(yuǎn)距離輸電 魯科版選擇題部分共13小題。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,17小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確,813小題有多個(gè)選項(xiàng)正確;全部選對的得4分,選不全的得2分,有選錯(cuò)或不答的得0分。1.一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),下列說法正確的是 A.在中性面時(shí),通過線圈的磁通量最小B.在中性面時(shí),磁通量的變化率最大,感應(yīng)電動(dòng)勢最大C.線圈通過中性面時(shí),電流的方向發(fā)生改變D.穿過線圈的磁通量為零時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢也為零解析:在中性面時(shí),通過線圈平面的磁通量為最大,但此時(shí)的磁通量的變化率為零,感應(yīng)電動(dòng)勢為零,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;線圈通過中性面時(shí),電流的方向發(fā)生改變,選項(xiàng)C正確;通過線圈的磁通量為零時(shí),線圈平面與磁感線平行,此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢最大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:C2.如圖所示,理想變壓器的原線圈接入電壓為7200 V的交變電壓,r為輸電線的等效電阻,且r=5 ,電器RL的規(guī)格為“220 V880 W”,已知該電器正常工作,由此可知A.原、副線圈的匝數(shù)比為301B.原線圈中的電流為 AC.副線圈中的電流為2 AD.變壓器的輸入功率為880 W解析:由電器RL正常工作,可得通過副線圈的電流I=A=4 A,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;副線圈導(dǎo)線上的電壓損失Ur=45 V=20 V,副線圈兩端的電壓U2=220 V+20 V=240 V,因此原、副線圈的匝數(shù)比=,選項(xiàng)A正確;又P1=P2=U2I2=2404 W=960 W,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤;原線圈中的電流I1= A, 選項(xiàng)B錯(cuò)誤。答案:A3.一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1n2=115。原線圈與正弦交變電源連接,交變電源的電壓U隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖所示,副線圈僅接入一個(gè)10 的電阻,則A.交變電壓的頻率為100 HzB.電阻中的電流為10 AC.經(jīng)過1分鐘,電阻發(fā)出的熱量為6103 JD.理想變壓器的輸入功率為1103 W解析:交變電壓的頻率f=Hz=50 Hz,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;電壓的有效值U1=220 V,又=,得U2=U1=100 V,故電阻中的電流I2=10 A,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;1分鐘內(nèi),電阻發(fā)出的熱量Q=I2Rt=6.0104 J,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,故P入=U2I2=1103 W,故選項(xiàng)D正確。答案:D4.一個(gè)長為a、寬為b的單匝矩形線框,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),從線圈平面與磁場垂直的位置開始計(jì)時(shí),轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)/秒,則A.線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的最大值為nBabB.線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的有效值為2nBabC.從開始轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過周期,線框中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為2nBabD.感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值e=2nBabsin 2nt解析:線框產(chǎn)生交變電動(dòng)勢的最大值Em=BS=2nBab,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為e=2nBabsin 2nt,選項(xiàng)A錯(cuò)誤、D正確;該線框產(chǎn)生交變電動(dòng)勢的有效值E=nBab,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;線框中的平均感應(yīng)電動(dòng)勢E=4nBab,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。答案:D5.某工廠為了防止意外停電,配備了一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)能夠產(chǎn)生與我國照明電網(wǎng)相同的交變電流。現(xiàn)在該發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了故障,轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速只能達(dá)到正常工作時(shí)的一半,則它產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的圖象可能是解析:線圈轉(zhuǎn)速為正常時(shí)的一半,據(jù)=2n=知,周期變?yōu)檎r(shí)的2倍,又據(jù)Em=NBS知,最大值變?yōu)檎r(shí)的一半,我國電網(wǎng)交流電的周期為0.02 s,最大電壓為220 V,則此發(fā)電機(jī)發(fā)出交流電的周期為0.04 s,最大電壓為110 V,選項(xiàng)B正確。答案:B6.某水電站的輸出功率恒為3106 kW,現(xiàn)用總電阻為2.5 的輸電線對500 km外的用戶供電,已知輸電電壓為500 kV,則下列說法正確的是A.輸電線上輸送的電流大小為2105 AB.輸電線上由電阻造成的損失電壓為15 kVC.若改用5 kV電壓輸電,則輸電線上損失的功率為9108 kWD.輸電線上損失的功率P=,U為輸電電壓,r為輸電線的電阻解析:由P=UI可得輸電電流為6103 A,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由U=Ir可得,輸電線上由電阻造成的損失電壓為1.5104 V,選項(xiàng)B正確;輸電線上損失的功率不可能比輸出的總功率還高,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;輸電線上損失的功率P=,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:B7.如圖所示,L1和L2是輸電線,甲是電壓互感器,乙是電流互感器。已知圖甲中原、副線圈的匝數(shù)比為5001,圖乙中原、副線圈的匝數(shù)比為150,電壓表的示數(shù)為220 V,電流表的示數(shù)為10 A,則輸電線的輸送功率為A.5.5103 W B.5.5107 WC.2.2104 W D.2.2103 W解析:由=可得輸送電壓U1=U2=1.1105 V;由=可得輸送電流I1=I2=500 A;所以輸電線的輸送功率P=U1I1=5.5107 W,選項(xiàng)B正確。答案:B8.如圖所示,一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的中心軸以較小的角速度轉(zhuǎn)動(dòng),并通過兩滑環(huán)與電刷和演示用的電流表相連,演示用的電流表的0刻度在表盤中央,則可以看到A.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中,電流表的指針左右擺動(dòng)B.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的周期越大,電流表指針偏轉(zhuǎn)的最大角度越小C.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度越大,電流表指針偏轉(zhuǎn)的最大角度越小D.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電流表的指針只向一個(gè)方向偏轉(zhuǎn),不會(huì)左右擺動(dòng)解析:線圈在勻強(qiáng)磁場中以較小的角速度轉(zhuǎn)動(dòng),可以認(rèn)為電流表的示數(shù)反映了感應(yīng)電流的大小、方向的變化;線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周,電流的方向變化兩次,故電流表的指針將左右擺動(dòng),選項(xiàng)A正確、D錯(cuò)誤;線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的周期越大,即轉(zhuǎn)動(dòng)越慢,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流越小,選項(xiàng)B正確;線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度越大,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流越大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。答案:AB9.中國已投產(chǎn)運(yùn)行的1000 kV特高壓輸電是目前世界上電壓最高的輸電工程,圖示是高壓輸電的示意圖。關(guān)于高壓輸電,下列表述正確的是 A.輸送電壓越高,輸電線上的電流越大B.高壓輸電是通過減小輸電電流來減小電路的發(fā)熱損耗C.在輸送電壓一定時(shí),輸送的電功率越大,輸電過程中的電能損失越小D.高壓輸電必須綜合考慮各種因素,不一定是電壓越高越好解析:依據(jù)輸電原理,電路中的功率損耗P=I2R線,而R線=,由P=UI來看在輸送功率一定的情況下,輸送電壓U越大,則輸電電流越小,功率損耗越小,選項(xiàng)A、 C錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;輸電電壓并不是電壓越高越好,因?yàn)殡妷涸礁?對于安全和技術(shù)的要求越高,也會(huì)增加架線成本,因此并不是輸電電壓越高越好,選項(xiàng)D正確。答案:BD10.自耦變壓器的鐵芯上只繞有一個(gè)線圈,原、副線圈都只取該線圈的某部分。一升壓式理想自耦調(diào)壓變壓器的電路如圖所示,其原線圈匝數(shù)可調(diào),P為自耦變壓器的滑片,Q為滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭,原線圈接在電壓有效值恒定的交流電源上,下列說法正確的是A.Q不動(dòng),P向下移動(dòng),則電流表的示數(shù)減小,電壓表的示數(shù)增大B.Q不動(dòng),P向上移動(dòng),則電流表的示數(shù)減小,電壓表的示數(shù)減小C.P不動(dòng),Q向上移動(dòng),則電流表的示數(shù)增大,電壓表的示數(shù)不變D.P不動(dòng),Q向下移動(dòng),則電流表的示數(shù)增大,電壓表的示數(shù)不變解析:當(dāng)Q不變,P下移時(shí),n1減小,U2增大,電壓表的示數(shù)增大,滑動(dòng)變阻器上消耗的功率變大,則變壓器的輸入功率增大,原線圈的電流I1也增大,電流表的示數(shù)增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;同理可分析得,選項(xiàng)B正確;當(dāng)P不動(dòng)時(shí),n1不變,由=知U2不變,電壓表的示數(shù)不變,Q上移,R減小,原、副線圈的電流都增大,故選項(xiàng)C正確,同理可分析得,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:BC11.圖示為某小型水電站的電能輸送示意圖,發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器T1和降壓變壓器T2向用戶供電,已知輸電線的總電阻R=10 ,降壓變壓器T2的原、副線圈的匝數(shù)比為51,副線圈與用電器R0組成閉合電路。若T1、T2均為理想變壓器,T2的副線圈兩端的電壓u=220sin 100t(V),當(dāng)用電器電阻R0=5.5 時(shí),則A.升壓變壓器的輸出電壓為1180 VB.升壓變壓器的輸入功率為4 650 WC.通過輸電線的電流的有效值為8 AD.當(dāng)用電器的電阻R0減小時(shí),發(fā)電機(jī)的輸出功率減小解析:由所給的電壓的表達(dá)式知,副線圈兩端電壓的有效值為220 V,電流I4=40 A,輸電線電流I3=I4=8 A,選項(xiàng)C正確;升壓變壓器的輸出電壓U2=U線+U3=I3R+U4=1180 V,選項(xiàng)A正確;升壓變壓器的輸入功率P=P線+=R+=9440 W,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;當(dāng)用電器的電阻R0減小時(shí),其消耗的功率變大,發(fā)電機(jī)的輸出功率變大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:AC12.圖甲所示是交流發(fā)電機(jī)的模型示意圖。兩磁極間的磁場可以視作磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場,有一矩形線圈可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示。發(fā)電機(jī)線圈的內(nèi)阻為1 ,外接燈泡的電阻為9 ,則A.電壓表的示數(shù)為6 VB.在t=0.005 s時(shí),穿過線圈的磁通量為最大C.若線圈的轉(zhuǎn)速改為25 r/s,則電動(dòng)勢的有效值為3 VD.若線圈的轉(zhuǎn)速改為25 r/s,則通過電燈的電流為0.3 A解析:電壓表的示數(shù)是有效值,U=R=9 V=5.4 V,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;t=0.005 s時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢最大,穿過線圈的磁通量為零,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;原來線圈的轉(zhuǎn)速n=50 r/s,當(dāng)線圈的轉(zhuǎn)速改為25 r/s時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值Um= V=3 V,有效值為3 V,選項(xiàng)C正確;若線圈的轉(zhuǎn)速改為25 r/s,通過燈泡的電流為0.3 A,選項(xiàng)D正確。答案:CD13.一臺(tái)理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為41,原線圈接入電壓為220 V的正弦交流電,一只理想二極管和一個(gè)滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)接在副線圈上,如圖所示。電壓表和電流表均為理想交流電表,則下列說法正確的是A.原、副線圈中的電流之比為14B.電壓表的示數(shù)為55 VC.若滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為30 ,則1 min內(nèi)產(chǎn)生的熱量為3025 JD.若將滑動(dòng)變阻器的滑片向下滑動(dòng),則電流表的示數(shù)變小解析:原、副線圈的電壓與匝數(shù)成正比,故副線圈兩端的電壓U2=55 V,由P入=P出,即U1I1=U2I2,得=,選項(xiàng)A正確;由有效值的定義得=T,得R兩端電壓的有效值U有效= V,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由Q=60=3025 J,選項(xiàng)C正確;將滑動(dòng)變阻器的滑片向下滑動(dòng),接入電路中的阻值變大 ,但對原、副線圈兩端的電壓無影響,即電壓表的示數(shù)不變,副線圈中的電流變小,則電流表的示數(shù)變小,選項(xiàng)D正確。答案:ACD第卷(非選擇題共48分)非選擇題部分共4小題,解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟,只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。14.(10分)如圖所示,在勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)矩形線圈abcd,ab邊與磁場垂直,MN邊始終與金屬滑環(huán)K相連,PQ邊始終與金屬滑環(huán)L相連。金屬滑環(huán)L、電流表、定值電阻R、金屬滑環(huán)K通過導(dǎo)線串聯(lián)。使矩形線圈繞bc、ad中點(diǎn)的軸以角速度=10 rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈共20匝,線圈的總電阻r=5 ,ab=0.2 m,bc=0.5 m,定值電阻R=45 ,磁感應(yīng)強(qiáng)度B= T。(1)寫出從圖示位置開始計(jì)時(shí),線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式。(2)電阻R在0.05 s內(nèi)產(chǎn)生的熱量。(3)設(shè)線圈從圖示位置開始轉(zhuǎn)動(dòng),求0.05 s內(nèi)流經(jīng)電阻R上的電荷量。解:(1)圖示位置,線圈甲的磁通量為零,產(chǎn)生的感應(yīng)電流最大感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值Em=nBS=160 V(1分)故瞬時(shí)值的表達(dá)式e=Emcos t=160cos (10t) V。(2分)(2)電流的有效值I= A(1分)所以0.05 s內(nèi)R上產(chǎn)生的熱量 Q=I2Rt=11.52 J。(2分)(3)由題意可知,周期T=0.2 s,所以t=0.05 s=,線圈剛好轉(zhuǎn)過90平均感應(yīng)電動(dòng)勢=n(1分)平均感應(yīng)電流=(1分)所以通過電阻R的電荷量q=t=t=0.1 C。(2分)15.(12分)圖甲為交流發(fā)電機(jī)的原理圖,其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈的匝數(shù)n=100、電阻r=10 ,定值電阻R=90 與線圈連接成回路。 在t=0時(shí)刻,線圈平面與磁場方向平行,穿過每匝線圈的磁通量隨時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示。 求:(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢的最大值。(2)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式。(3)電路中交流電壓表的示數(shù)。解:(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢的最大值Em=nBS(2分)而m=BS、=,由-t圖線可知m=2.010-2 Wb,T=6.2810 -2 s(2分)所以,Em=200 V。(2分)(2)線框中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式e=Emcost=200cos 100t (V)。(2分)(3)電動(dòng)勢的有效值 E=Em=100 V(1分)由閉合電路的歐姆定律,電路中電流的有效值I= A(1分)交流電壓表的示數(shù)為U=I R=90 V=127 V。(2分)16.(12分)圖甲是一理想變壓器的電路連接圖,圖乙是原線圈兩端所加電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系圖象,已知原、副線圈的匝數(shù)比為101,兩個(gè)相同的燈泡L1和L2的電絲的電阻值均為R=40 ,圖中電壓表和電流表均為理想電表。試求:(1)開關(guān)S閉合時(shí),變壓器的輸入功率和電流表的示數(shù)。(2)閉合S開關(guān),待電路穩(wěn)定后,再將開關(guān)S斷開,定性分析電路中三只電表的示數(shù)變化情況。解:(1)由圖乙可知輸入電壓的有效值U1=200 V(1分)由=得U2=20 V(2分)開關(guān)S閉合時(shí),兩燈泡的并聯(lián)電阻R并=20 (1分)電流表的示數(shù)I2=1 A(2分)變壓器的輸入功率P1等于輸出功率P2故P1=P2=U2I2=201 W=20 W。(3分)(2)將開關(guān)S斷開后,U2不變,即電壓表的示數(shù)保持不變(1分)由于負(fù)載減少,負(fù)載總電阻增大,電流表的示數(shù)減小(1分)副線圈的輸出功率減小,原線圈的輸入功率隨之減小,電流表的示數(shù)減小。(1分)17.(14分)在遠(yuǎn)距離輸電時(shí),要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個(gè)小型發(fā)電站,發(fā)電機(jī)的輸出電壓為400 V,輸送的電功率P=30 kW,輸電線的總電阻為4 。(1)若發(fā)電機(jī)直接對用戶輸電,則輸電線上損耗的功率為多少?(2)若要求輸電線上的損耗剛好占總功率的3%,則所用升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比應(yīng)為多大?(3)在輸電線上的損耗恰好等于總功率的3%的情況下,要求用戶得到220 V的電壓,則所用降壓變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比應(yīng)為多大?解:(1)輸電線上的電流I= A=75 A(2分)輸電線上損耗的功率P損=I2R=22.5 kW。(2分)(2)輸電線上損耗的功率P損=P3%=900 W(1分)變壓器副線圈的電流等于輸電線上的電流,I2= A=15 A(2分)副線圈兩端的電壓應(yīng)為U2=xx V(2分)則升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為=。(2分)(3)降壓變壓器原線圈的電壓U3=U2-I2R=1940 V(1分)則降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為=。(2分)