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素养提升课(十三)
交变电流、变压器知识在高考中的应用
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[答案] AD
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■核心素养解读
本题以线圈在匀强磁场中切割磁感线为背景,通过对交变电流的产生及各种图象和四值的计算,促进学生形成物理观念,体现了对物理核心素养中的“物理观念”的考查。对线圈做切割磁感线运动的过程进行分段分析,然后选择不同的物理规律,结合数学知识进行解决,体现了对物理核心素养中的“科学思维”的考查。
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[答案] C
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■核心素养解读
本题以变化的电流为研究对象,用其平均值等效代替变化的电压,考查了物理核心素养“科学思维”中的“模型构建”。
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[思路点拨] 根据图乙所示的交变电压图象可得,原线圈中的输入电压u的瞬时值表达式;利用理想变压器变压规律可以判断U1、U2;光照强度增大,R阻值减小,根据变压器动态电路分析判断C、D选项。
[答案] D
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■核心素养解读
本题将交变电流的图象、变压器、光敏电阻进行结合,综合考查变压器动态电路的分析,试题情境熟悉,从这些熟悉的情境中抽象出物理理想模型,然后应用所学的物理知识解决问题,正是物理学科核心素养中的“科学思维”的体现。
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一、交变电流的产生及四值问题
考题示例 考查内容 考查情境
2018年
全国卷ⅢT16 交流电的有效值、焦耳定律、电流热效应的计算 以方形波和正弦波图象为情境考查交流电的有效值的计算
2016年
全国卷ⅢT21 交流电的产生及其电动势、有效值、周期的计算 以导线框转动切割磁感线为情境考查交流电的产生
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预计2024年高考中会结合电磁感应现象考查交流电的产生,结合交流电的四值求通过导体的电荷量等。考生在复习中要领会产生交流电的原因,学会建立切割模型和磁通量变化模型来分析交流电的成因,掌握两种模型最大值和瞬时值的计算,并能够根据电动势的变化规律计算有效值、功率、处理电表读数等问题。
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二、理想变压器及其远距离输电
1.创设情境考查理想变压器
一是结合动态电路考查;二是在原线圈电路中串联电阻考查;三是结合正弦交变电流的图象考查;四是在副线圈电路中连接电容器、电感线圈或二极管等考查。高考全国卷考查情况如下:
考题示例 考查内容 考查情境
2020年
全国卷ⅡT20 理想变压器的原理 借助图形和图象考查了理想变压器的特点及相关物理量的计算
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考题示例 考查内容 考查情境
2020年
全国卷ⅢT19 损失电压、电功率的计算 特高压输电
2016年
全国卷ⅠT16 理想变压器变压规律 原线圈中串联一个电阻和电流表,副线圈中串联两个电阻,其中一个电阻并联一个开关,判断变压器原、副线圈匝数的比值
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考题示例 考查内容 考查情境
2016年
全国卷ⅢT19 理想变压器变压规律与功率关系 原线圈中串联一个灯泡,副线圈接有一个额定电压相同的灯泡,判断原、副线圈匝数比和两个灯泡的电功率之比
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2.以实际情境考查远距离输电
远距离输电主要是结合实际情境通过电压损失和电功率损失,重点考查欧姆定律、电功率、理想变压器变压规律等知识点。
高考对理想变压器有隔年(或隔几年)考查的特点,预计2024年高考,理想变压器及远距离输电将会是考查的热点内容,考向可能是:结合交变电流的产生考查,结合交变电流的图象考查,结合电容器、电感线圈或二极管考查。
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[提升训练]
1.(多选) 一个正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知( )
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答案:BD
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2.有一种自行车,它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机,其原理示意图如图甲所示,图中N、S是一对固定的磁极,磁极间有一个固定在绝缘轴上的矩形线圈,转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮。如图乙所示,当车轮转动时,因摩擦而带动摩擦轮转动,从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电。下列关于此装置说法正确的是( )
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A. 自行车匀速行驶时线圈中产生的是直流电
B.小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关
C.知道摩擦轮与后轮的半径,就可以知道后轮转一周的时间里摩擦轮转动的圈数
D.线圈匝数越多,穿过线圈的磁通量的变化率越大
答案:C
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3.(多选)如图所示的理想变压器中,原、副线圈的匝数之比为n1∶n2=3∶1,现在M、N两点间接一交变电流,小灯泡a、b、c均正常发光,小灯泡b正常发光时的电阻为4 Ω、额定功率为16