专题30 交变电流与变压器-2024届高考物理一轮复习热点题型归类训练

专题30 交变电流与变压器 目录 题型一 交变电流的产生和描述 1 类型1 正弦式交变电流的产生及变化规律 1 类型2 交变电流的有效值的求解 9 类型3 交变电流“四值”的理解和计算 16 题型二 变压器及其应用 24 类型1　实验：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 24 类型2 变压器基本物理量的分析与计算 30 类型3 原线圈接入负载电阻的变压器问题分析 34 类型4 两种特殊的变压器模型 41 类型4 理想变压器的动态分析 47 题型三 远距离输电模型分析 55 题型一 交变电流的产生和描述 【解题指导】1．交变电流的产生往往与交变电流图像结合出题，要能将交变电流的图像与线圈的转动过程一一对应起来，分析电流、电动势、磁通量的变化规律.2.交流电气设备上所标的电压值和电流值、交流电压表和电流表的测量值都是交变电流的有效值，只有正弦式交变电流的峰值才是有效值的倍． 类型1 正弦式交变电流的产生及变化规律 1．交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时) 规律 物理量　　 函数表达式 图像 磁通量 Φ＝Φmcos ωt＝BScos ωt 电动势 e＝Emsin ωt＝nωBSsin ωt 电压 u＝Umsin ωt＝sin ωt 电流 i＝Imsin ωt＝sin ωt 2.书写交变电流瞬时值表达式的步骤 (1)确定正弦交变电流的峰值，根据已知图像读出或由公式Em＝nωBS求出相应峰值。 (2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。 ①线圈从中性面位置开始计时，则i－t图像为正弦函数图像，函数表达式为i＝Imsin ωt。 ②线圈从垂直于中性面的位置开始计时，则i－t 图像为余弦函数图像，函数表达式为i＝Imcos ωt。 【例1】（2023·北京西城·北京四中校考模拟预测）某交流发电机产生交变电流的装置如左图所示，产生的感应电动势与时间的关系如右图所示，下列说法正确的是（　　）    A．t=0时，线圈平面处于中性面位置，磁通量变化率最大 B．线圈通过中性面时，交变电流改变方向。 C．线框中产生的感应电动势e=100sin50t（V） D．如果仅使线圈的转速加倍，则电动势的最大值和周期分别变为200V、0.08s 【例2】．（2023·江苏南京·校考模拟预测）在以下四种情景中，线圈中产生的电流与其正下方所示的图线相对应的是（    ）      A．图甲 B．图乙 C．图丙 D．图丁 【例3】（2023·广东广州·广州市第二中学校考三模）手摇式交流发电机结构如图所示，灯泡L与交流电流表A串联后通过电刷、滑环与矩形线圈相连，摇动手柄，使线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴OO′逆时针匀速转动。某时刻线圈平面与磁感线垂直，则（　　） A．此时线圈的磁通量最大 B．此时电流表A示数为零 C．此时线圈中的电流最大 D．经过该位置灯泡L中电流方向改变 【例4】．（2023·辽宁沈阳·辽宁实验中学校考模拟预测）已知矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈总电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R，当线圈由图示位置转过的过程中，下列说法中不正确的是（　　）      A．磁通量的变化量 B．平均感应电动势 C．电阻R所产生的焦耳热 D．磁通量变化率的最大值为 【例5】．（2023·福建泉州·福建省德化第一中学校联考一模）图甲是一台小型发电机的结构示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势e随时间t变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈的电阻r＝1Ω，外接灯泡的电阻为5Ω。则（　　） A．图甲中线圈所处位置的电动势最大 B．理想电压表的示数为6V C．线圈转动的角速度为50rad/s D．线圈转动产生电动势的表达式（V） 类型2 交变电流的有效值的求解 1．正弦交变电流的有效值的计算 I＝，U＝，E＝。 2．非正弦交变电流的有效值的计算 (1)根据电流的热效应，抓住“三同”：“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”，利用公式Q＝I2Rt和Q＝t可分别求得一个周期内产生的热量，即得电流和电压的有效值。 (2)若图像部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的周期(必须是从零至最大值或从最大值至零)和周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I＝、U＝求解。 【例1】（2023·全国·高三专题练习）一电阻R接到如图甲所示的正弦交流电源上。两端电压的有效值为，消耗的电功率为；若该电阻接到如图乙所示的方波交流电源上，两端电压的有效值为，消耗的电功率为，若甲、乙两图中的、T所表示的电压值、周期值是相同的，则下列说法不正确的是（　　） A． B． C． D． 【例2】．（2023·广东·模拟预测）电流i随时间变化的关系如下图，它的有效值是（　　） A．10A B． C．