重难点17 直流电路和交流电路-2025年高考物理【热点·重点·难点】专练（广东专用）

重难点17 直流电路和交流电路 考点 三年考情分析 2025考向预测 (1)直流电路的分析与计算； (2)交变电流的产生与描述； (3)变压器与远距离输电； (4)利用变压器规律解决实际问题． 3年3考 广东卷[(2024，T1)， (2023，T6)，(2022，T4)] 交流电的瞬时值表达式、最大值、平均值和有效值是交变电流内容的核心,常与变压器、远距离输电结合综合考查电路的功率、电压、电流等问题以及动态分析和计算。 【情境解读】 【高分技巧】 内容 重要的规律、公式和二级结论 1.电流、欧姆定律、电阻 (1) 电流：I＝(定义式)；金属导体中：I＝neSv(微观决定式)；欧姆定律：I＝(决定式)；电阻的定义式：R＝。 2.电阻定律、电阻率 (2) 电阻的决定式：R＝ρ，金属导体的电阻随温度的升高而增大。 3.半导体、超导、传感器 (3) 当温度降到某一值时，其电阻降为零的导体是超导体。 (4) 热敏电阻：温度升高时电阻变小，温度降低时电阻变大。 (5) 光敏电阻：有光照时电阻小，无光照时电阻大。压敏电阻：受力拉长时，电阻变大；受力变短时，电阻变小。 4.电阻的串、并联 (6) 串联时总电阻大于任何一个电阻，并联时总电阻小于任何一个电阻。 (7) 和为定值的两个电阻，阻值相等时，并联的总电阻最大。 5.电功和电功率、焦耳定律 (8) 电功：W＝UIt；电功率：P＝＝UI；焦耳定律：Q＝I2Rt；纯电阻：W＝Q；非纯电阻：W>Q，P总＝P热＋P出，效率η＝×100%。 6.电源的电动势和内电阻、闭合电路的欧姆定律 (9) 电动势：E＝；闭合电路的欧姆定律：I＝。 (10) 纯电阻电路中，电源输出功率与外电阻的图像如图所示，当R＝r时，电源的输出功率最大，最大值Pm＝。 R1R2＝r2 (11) 含电容器的电路中，电容器相当于断路，稳定时，其电压值等于与它并联的电阻上的电压，与它串联的电阻相当于导线。 7.交流发电机及交变电流的产生、正弦式交变电流的描述 (12) 中性面垂直于磁场方向，此时e＝0，Φ＝Φm。 (13) 最大电动势(峰值)：Em＝NBSω＝NΦmω。 (14) 线圈从中性面开始计时：e＝NBSωsin ωt＝Emsin ωt， 从平行磁场方向开始计时：e＝NBSωcos ωt＝Emcos ωt。 (15) 正弦式交变电流的有效值E＝，U＝，I＝。 8.变压器的原理，原、副线圈电压、电流的关系 (16) 理想变压器：＝；＝；P1＝P2。 (17) 决定关系：U1决定U2，I2决定I1，P2决定P1。 9.电能的输送 (18) 输电线上损失的功率：P损＝R线；损失的电压：U损＝U2－U3＝I2r。 【考向一：直流电路的分析与计算】 直流电路动态分析的三种常用方法 程序法 R局I总＝U内＝I总rU外＝E－U内U支＝U外－I总R干最后确定I支 结论法：“串反并同” “串反”：指某一电阻增大(减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(增大) “并同”：指某一电阻增大(减小)时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(减小) 极限法 因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑到两个极端，使电阻最大或电阻为零去讨论 1． 如图所示为某实验小组设计的两个量程的电流表，已知表头G的满偏电流为Ig，R1、R2的阻值均等于表头的内阻。当使用1和2两个端点时，电流表的量程为I1，当使用1和3两个端点时，电流表的量程为I2。下列说法正确的是(　　) A.I1＝2Ig B.I2＝3Ig C.若仅使R1阻值变小，则I1和I2均变大 D.若仅使R2阻值变小，则I1和I2均变大 2．锂离子电池主要依靠锂离子(Li＋)在正极和负极之间移动来工作。如图为锂电池的内部结构，某过程中Li＋从正极脱嵌通过膈膜嵌入负极。锂电池的电动势为3.7 V，则(　　) A.电池处于充电状态 B.电池内部电流方向从负极到正极 C.移动1 C锂离子，需要消耗电能3.7 J D.在电池中电荷量的单位通常表示为kW·h 3．(多选)小明为自己家的养牛场设计了一款补水提示器，其工作原理如图所示。在忽略电表内阻影响的情况下，下列分析正确的是(　　) A.水量减少时，滑动变阻器的滑片向上移动 B.如果选择电压表，电表示数变小反映水量增多 C.如果选择电流表，电表示数变大反映水量增多 D.如果选择电流表，R0可以在水太多时保护电路 4．(2023广东4月联考)热水器中，常用热敏电阻实现温度控制．如图是一学习小组设计的模拟电路，R1为加热电阻丝，R2为正温度系数的热敏电阻(温度越高，电阻越大)，C为电容器．S闭合后，当温度升高时(　) A. 电容器C的带电荷量增大 B. 灯泡L变暗 C. 电容器C两板间的电场强度减小 D. R1消耗的功率增大 5． (2024赤峰模拟预测)在如图所示的U－I图像中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线，曲线Ⅱ为某一小灯泡L的伏安特性曲线，曲线Ⅱ与直线Ⅰ的交点坐标为(1.5，0.75)，该点的切线与横轴的交点坐标为(1.0，0)，用该电源直接与小灯泡L连接成闭合电路，由图像可知(　　) A.电源电动势为2.0 V B.电源内阻为0.5 Ω C.小灯泡L接入电源电路时的电阻为1.5 Ω D.小灯泡L实际消耗的电功率为1.125 W 【考向二：交变电流的产生及描述】 1．线圈通过中性面时的特点 (1)穿过线圈的磁通量最大。 (2)线圈中的感应电动势为零。 (3)线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次。 2．有效值的计算 (1)正弦式交变电流：E＝，I＝，U＝。 (2)对非正弦式交变电流的有效值，要根据电流的热效应计算。 3．正弦式交变电流“四值”的应用 6．(2023广东广州模拟)某小组用如图4a所示的风速仪研究交流电，风杯在风力作用下带动与其连在一起的永磁铁转动；某一风速时，线圈中产生的交变电流如图b所示，已知风杯转速与风速成正比，则(　　) A.该交变电流的周期为t0 B.该交变电流的峰值为Im C.风速增大，产生的交变电流周期增大 D.风速增大，产生的交变电流峰值增大 7． 图甲是一小型交流发电机供电原理图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向匀强磁场，理想变压器原、副线圈分别与发电机和灯泡连接，灯泡上标有“6 V　3 W”字样且正常发光(除灯泡外不计其余电阻)．从某时刻开始计时，发电机输出端的电流随时间变化图像如图乙所示，下列说法中正确的是(　　) A. 当t＝0.04 s时发电机内线圈平面与磁场方向平行 B. 发电机输出电流的瞬时值i＝sin (100πt)A C. 变压器原、副线圈匝数之比为 ∶4 D. 发电机1分钟内产生的电能为180 J 8．无线充电器能给手机充电是因为两者内部有线圈存在，当电源的电流通过无线充电器的送电线圈会产生变化的磁场，手机端的受电线圈靠近该磁场就会产生电流，双方密切配合，手机成功无线充电。如图为自制的简易无线充电装置，由一个电磁炉(发射线圈)、一个接收线圈、一个二极管、一个车载充电器构成，发射线圈、接收线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，若电磁炉两端所加电压为u＝220sin(314t)V，不考虑充电过程中的各种能量损失。则下列说法正确的是(　　) A.通过车载充电器的电流为交流电 B.通过车载充电器的电流方向周期性地变化 C.车载充电器两端电压的有效值约为22 V D.车载充电器两端电压的有效值约为 V 9．如图甲所示为交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为理想电表。单匝线框绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，线框中的磁通量Φ随时间t变化的关系如图乙所示。已知电阻R＝10 Ω，其余电阻忽略不计，下列判断正确的是(　　) A.电流表的示数为10 A B.1 s内电流的方向改变50次 C．0．01 s时，线框平面与磁场方向垂直 D.1个周期内，电阻R上产生的焦耳热为10 J 10.(2023广东省综合测试)某同学自制的发电机示意图如图所示，虚线ab右侧区域存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一边长为d、电阻为R的正方形单匝线圈以恒定角速度ω绕中心轴OO′转动，外接一阻值为R的定值电阻，其余电阻不计，下列说法中正确的是(　C　) A. 线圈平面转至图示位置时，磁通量的变化率最大 B. 发电机工作时，线圈转动的周期为 C. 电阻R两端电压的最大值为 D. 电阻R的电功率为 【考向三：变压器与远距离输电】 1．三个关系搞清变压器问题 (1)变与不变的关系：不变的是功率关系、磁通量的变化率和周期频率。理想变压器工作不损失能量，即输入功率等于输出功率；原、副线圈交变电流频率相同；在没有漏磁时，原、副线圈磁通量的变化率相同。 (2)高与低，大与小，多与少，粗与细的关系：电压高的线圈电流小，匝数多，导线细；电压低的线圈电流大，匝数少，导线粗。 (3)正比与反比的关系：原、副线圈的电压与匝数成正比，单一副线圈的变压器电流与匝数成反比。 2．远距离输电 示意图 原、副线圈 每个变压器的原线圈是其所在回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源 三个关系 功率关系 P＝U1I1＝U2I2＝P用＋P损，P损＝Ir，P用＝U3I3＝U4I4 电压关系 U2＝U损＋U3，U损＝I2r 匝数比关系 ＝＝，＝＝ 输电线上的损耗 功率损耗为P损＝P2－P3＝Ir＝r，电压损耗为U损＝U2－U3＝I2r 11.(改编自2022 年广东卷)简化的某种旋转磁极式发电机原理图如图所示。定子是仅匝数n不同的两线圈(n1>n2),二者轴线在同一平面内且相互垂直,两线圈到其轴线交点O的距离相等,且均连接阻值为R的电阻,转子是中心在O点的条形磁铁,绕O点在该平面内匀速转动。从如图位置开始计时,用实线和虚线分别表示匝数为n1的线圈和匝数为n2的线圈产生的瞬时电动势e与时间t的e-t图像,不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响,则下列图像可能正确的是(　　)。 A　　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　　D 12.(多选)(2023大湾区二模)如图所示是一款小型电钻及其简化电路图，它由变压器及电机两部分构成，变压器为理想变压器，电机的内阻为1 Ω，额定电压为11 V，额定电流为2.0 A．当变压器输入220 V的正弦交流电压时电钻正常工作．下列说法中正确的是(　　) 　　 A. 变压器的原、副线圈匝数之比是20∶1 B. 变压器原线圈电流的最大值为0.1 A C. 变压器的输入功率为42 W D. 电机的效率约为82% 13.(多选)(2024潮州二模)如图所示为汽车的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈通过开关连接到12 V的蓄电池上，副线圈连接到火花塞的两端，开关由机械控制，当开关由闭合变为断开时，副线圈中产生10 000 V 以上的电压，使火花塞中产生火花．下列说法中正确的是(　　) A. 该点火装置中变压器的原、副线圈匝数比为3∶1 250 B. 变压器的原线圈要用粗导线绕制，而副线圈可以用细导线绕制 C. 若该点火装置的开关始终闭合，火花塞的两端不会产生高压 D. 变压器原线圈输入的12 V电压必须是交流电压，否则就不能在副线圈中产生高压 14．(2024深圳第二次调研)如图所示为某款电吹风的电路图，a、b、c、d为四个固定触点，可动扇形金属触片P可同时接触两个触点．当触片P接通c、d两点时，电吹风不工作．电路中的变压器可视为理想变压器，原、副线圈匝数比 ＝.当电吹风接220 V交流电压时，额定功率为60 W的小风扇能正常工作，小风扇的输出功率为52 W．下列说法中正确的是(　　) A. 转动P接通b、c触点时，电吹风吹出热风 B. 正常工作时通过小风扇的电流为1 A C. 风扇电动机的线圈内阻为60 Ω D. 转动P接通a、b触点时，因电热丝的电阻变大，会导致小风扇的电流变小 15．图甲和图乙是手动式手电筒内振动式发电机的两个截面图，半径为0.02m、匝数为100的线圈a所在位置的磁感应强度B＝ T．线圈a接原、副线圈匝数比为 2∶1 的理想变压器给两个额定电流均为0.5A的灯泡供电．推动手柄使线圈a沿轴线往复运动，线圈a中电动势随时间按正弦规律变化，如图丙所示．线圈a及导线电阻不计． (1) 求图丙中电动势的表达式． (2) 若手动发电的效率为20%，两灯泡正常发光，求手动做功的功率． (3) 求线圈a往复运动过程中的最大速度． 甲　　　　　　　　　乙 丙 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 重难点17 直流电路和交流电路 考点 三年考情分析 2025考向预测 (1)直流电路的分析与计算； (2)交变电流的产生与描述； (3)变压器与远距离输电； (4)利用变压器规律解决实际问题． 3年3考 广东卷[(2024，T1)， (2023，T6)，(2022，T4)] 交流电的瞬时值表达式、最大值、平均值和有效值是交变电流内容的核心,常与变压器、远距离输电结合综合考查电路的功率、电压、电流等问题以及动态分析和计算。 【情境解读】 【高分技巧】 内容 重要的规律、公式和二级结论 1.电流、欧姆定律、电阻 (1) 电流：I＝(定义式)；金属导体中：I＝neSv(微观决定式)；欧姆定律：I＝(决定式)；电阻的定义式：R＝。 2.电阻定律、电阻率 (2) 电阻的决定式：R＝ρ，金属导体的电阻随温度的升高而增大。 3.半导体、超导、传感器 (3) 当温度降到某一值时，其电阻降为零的导体是超导体。 (4) 热敏电阻：温度升高时电阻变小，温度降低时电阻变大。 (5) 光敏电阻：有光照时电阻小，无光照时电阻大。压敏电阻：受力拉长时，电阻变大；受力变短时，电阻变小。 4.电阻的串、并联 (6) 串联时总电阻大于任何一个电阻，并联时总电阻小于任何一个电阻。 (7) 和为定值的两个电阻，阻值相等时，并联的总电阻最大。 5.电功和电功率、焦耳定律 (8) 电功：W＝UIt；电功率：P＝＝UI；焦耳定律：Q＝I2Rt；纯电阻：W＝Q；非纯电阻：W>Q，P总＝P热＋P出，效率η＝×100%。 6.电源的电动势和内电阻、闭合电路的欧姆定律 (9) 电动势：E＝；闭合电路的欧姆定律：I＝。 (10) 纯电阻电路中，电源输出功率与外电阻的图像如图所示，当R＝r时，电源的输出功率最大，最大值Pm＝。 R1R2＝r2 (11) 含电容器的电路中，电容器相当于断路，稳定时，其电压值等于与它并联的电阻上的电压，与它串联的电阻相当于导线。 7.交流发电机及交变电流的产生、正弦式交变电流的描述 (12) 中性面垂直于磁场方向，此时e＝0，Φ＝Φm。 (13) 最大电动势(峰值)：Em＝NBSω＝NΦmω。 (14) 线圈从中性面开始计时：e＝NBSωsin ωt＝Emsin ωt， 从平行磁场方向开始计时：e＝NBSωcos ωt＝Emcos ωt。 (15) 正弦式交变电流的有效值E＝，U＝，I＝。 8.变压器的原理，原、副线圈电压、电流的关系 (16) 理想变压器：＝；＝；P1＝P2。 (17) 决定关系：U1决定U2，I2决定I1，P2决定P1。 9.电能的输送 (18) 输电线上损失的功率：P损＝R线；损失的电压：U损＝U2－U3＝I2r。 【考向一：直流电路的分析与计算】 直流电路动态分析的三种常用方法 程序法 R局I总＝U内＝I总rU外＝E－U内U支＝U外－I总R干最后确定I支 结论法：“串反并同” “串反”：指某一电阻增大(减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(增大) “并同”：指某一电阻增大(减小)时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(减小) 极限法 因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑到两个极端，使电阻最大或电阻为零去讨论 1． 如图所示为某实验小组设计的两个量程的电流表，已知表头G的满偏电流为Ig，R1、R2的阻值均等于表头的内阻。当使用1和2两个端点时，电流表的量程为I1，当使用1和3两个端点时，电流表的量程为I2。下列说法正确的是(　　) A.I1＝2Ig B.I2＝3Ig C.若仅使R1阻值变小，则I1和I2均变大 D.若仅使R2阻值变小，则I1和I2均变大 答案　C 解析　设R1＝R2＝Rg＝R，根据电路结构可知I1＝Ig＋＝Ig＋＝3Ig，I2＝Ig＋＝1.5Ig，A、B错误；由I1＝Ig＋和I2＝Ig＋知，若仅使R1阻值变小，则I1和I2均变大；若仅使R2阻值变小，则I1减小，I2变大，C正确，D错误。 2．锂离子电池主要依靠锂离子(Li＋)在正极和负极之间移动来工作。如图为锂电池的内部结构，某过程中Li＋从正极脱嵌通过膈膜嵌入负极。锂电池的电动势为3.7 V，则(　　) A.电池处于充电状态 B.电池内部电流方向从负极到正极 C.移动1 C锂离子，需要消耗电能3.7 J D.在电池中电荷量的单位通常表示为kW·h 答案　A 解析　电池在放电状态下，在电源内部正电荷应该由负极向正极移动，而图中状态下带正电的锂离子(Li＋)从正极向负极移动，可知电池处于充电状态，故A正确； 电流的方向是正电荷定向移动的方向，由图可知电池内部电流方向从正极到负极，故B错误；根据静电力做功表达式W＝qE＝1×3.7 J＝3.7 J，即给电池充电时移动1 C锂离子至少要克服静电力做功3.7 J，因电池有内阻等因素，充电要做的功要大于克服静电力做的功，充电电压要大于电池电动势才能把电能充进电池，即移动1 C锂离子，需要消耗电能大于3.7 J，故C错误；kW·h是能量单位，在电池中电荷量的单位通常表示为mA·h，故D错误。 3．(多选)小明为自己家的养牛场设计了一款补水提示器，其工作原理如图3所示。在忽略电表内阻影响的情况下，下列分析正确的是(　　) A.水量减少时，滑动变阻器的滑片向上移动 B.如果选择电压表，电表示数变小反映水量增多 C.如果选择电流表，电表示数变大反映水量增多 D.如果选择电流表，R0可以在水太多时保护电路 答案　ACD 解析　根据装置图可知，水量减少，弹簧压缩量减少，滑片上移，故A正确；若电表为电压表，其测的是滑动变阻器上部分对应的电压值，示数减小，说明滑片上移，水量减少，故B错误；若电表为电流表，电流表测的是整个电路的电流，电流表示数变大，说明滑动变阻器接入电路的阻值减小，即滑片下移，水量增多，故C正确；如果选择电流表，水太多时R接入电路的阻值很小，电路中电流很大，此时R0串联在干路中，起到保护电路(电流表)的作用，故D正确。 4．(2023广东4月联考)热水器中，常用热敏电阻实现温度控制．如图是一学习小组设计的模拟电路，R1为加热电阻丝，R2为正温度系数的热敏电阻(温度越高，电阻越大)，C为电容器．S闭合后，当温度升高时(　) A. 电容器C的带电荷量增大 B. 灯泡L变暗 C. 电容器C两板间的电场强度减小 D. R1消耗的功率增大 答案A　 解析 由电路图可知，S闭合后，当温度升高时，由于电路为并联电路，R2电阻增大，则总电阻增大，根据欧姆定律可知总电流I减小，由于U＝E－Ir，则U增大，即灯泡L两端电压U增大，即灯泡L变亮，故B错误；由于IL＝，可知IL 增大，则流过R1和R2的电流I′减小，由于UR1＝I′R1，可知UR1减小，由于UR2＝U－UR1，则可知UR2增大，则电容器C两端电压增大，由Q＝CUR2，可知电容器C的带电荷量增大，故A正确；电容器C两端电压增大，根据E＝可知电容器C两板间的电场强度增大，故C错误；由上述可知，流过R1的电流I′减小，根据P＝I′2R1可知R1消耗的功率减小，故D错误． 5． (2024赤峰模拟预测)在如图所示的U－I图像中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线，曲线Ⅱ为某一小灯泡L的伏安特性曲线，曲线Ⅱ与直线Ⅰ的交点坐标为(1.5，0.75)，该点的切线与横轴的交点坐标为(1.0，0)，用该电源直接与小灯泡L连接成闭合电路，由图像可知(　　) A.电源电动势为2.0 V B.电源内阻为0.5 Ω C.小灯泡L接入电源电路时的电阻为1.5 Ω D.小灯泡L实际消耗的电功率为1.125 W 答案　D 解析　由闭合电路欧姆定律有U＝E－Ir，代入题中数据有0.75＝E－1.5r，0＝E－2.0r，解得E＝3.0 V，r＝1.5 Ω，故A、B错误；当用该电源直接与小灯泡L连接成闭合电路时，灯泡L两端的电压为0.75 V，流过灯泡的电流为1.5 A，由欧姆定律可得，小灯泡的电阻RL＝＝0.5 Ω，小灯泡L实际消耗的电功率为P＝UI＝1.125 W，故C错误，D正确。 【考向二：交变电流的产生及描述】 1．线圈通过中性面时的特点 (1)穿过线圈的磁通量最大。 (2)线圈中的感应电动势为零。 (3)线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次。 2．有效值的计算 (1)正弦式交变电流：E＝，I＝，U＝。 (2)对非正弦式交变电流的有效值，要根据电流的热效应计算。 3．正弦式交变电流“四值”的应用 6．(2023广东广州模拟)某小组用如图4a所示的风速仪研究交流电，风杯在风力作用下带动与其连在一起的永磁铁转动；某一风速时，线圈中产生的交变电流如图b所示，已知风杯转速与风速成正比，则(　　) A.该交变电流的周期为t0 B.该交变电流的峰值为Im C.风速增大，产生的交变电流周期增大 D.风速增大，产生的交变电流峰值增大 答案　D 解析　从图像可以看出该交变电流的周期为2t0，A错误；结合图像可知该交变电流的峰值为Im，B错误；已知风杯转速与风速成正比，风速增大，风杯转速就越大，由T＝＝知产生的交变电流周期减小，C错误； 已知风杯转速与风速成正比，风速增大，风杯转速就越大，由Im＝＝＝可知产生的交变电流峰值增大，D正确。 7． 图甲是一小型交流发电机供电原理图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向匀强磁场，理想变压器原、副线圈分别与发电机和灯泡连接，灯泡上标有“6 V　3 W”字样且正常发光(除灯泡外不计其余电阻)．从某时刻开始计时，发电机输出端的电流随时间变化图像如图乙所示，下列说法中正确的是(　　) A. 当t＝0.04 s时发电机内线圈平面与磁场方向平行 B. 发电机输出电流的瞬时值i＝sin (100πt)A C. 变压器原、副线圈匝数之比为 ∶4 D. 发电机1分钟内产生的电能为180 J 答案　D 解析 由图乙可知当t＝0.04 s时电流最小，故发电机内线圈平面与磁场方向垂直，A错误；由图乙可知周期T＝0.04 s，则ω＝＝50π，所以发电机输出电流的瞬时值为i＝sin (50πt) A，B错误；流过灯泡的电流I2＝＝ A＝0.5 A，发电机输出的电流I1＝＝ A＝1 A，所以变压器原、副线圈匝数之比为＝＝，C错误；发电机1分钟内产生的电能即为小灯泡消耗的电能W＝Pt＝180 J，D正确． 8．无线充电器能给手机充电是因为两者内部有线圈存在，当电源的电流通过无线充电器的送电线圈会产生变化的磁场，手机端的受电线圈靠近该磁场就会产生电流，双方密切配合，手机成功无线充电。如图7为自制的简易无线充电装置，由一个电磁炉(发射线圈)、一个接收线圈、一个二极管、一个车载充电器构成，发射线圈、接收线圈匝数比n1∶n2＝10∶1，若电磁炉两端所加电压为u＝220sin(314t)V，不考虑充电过程中的各种能量损失。则下列说法正确的是(　　) 图7 A.通过车载充电器的电流为交流电 B.通过车载充电器的电流方向周期性地变化 C.车载充电器两端电压的有效值约为22 V D.车载充电器两端电压的有效值约为 V 答案　D 解析　接收线圈与车载充电器之间连接一个二极管，二极管具有单向导电性，一个周期内只有半个周期的交流电能通过二极管，所以通过车载充电器的电流方向不变，不是交流电，A、B错误；由＝，可得接收线圈的电压有效值为U2＝＝ V＝22 V，由电流的热效应可得·＝T，解得车载充电器两端电压的有效值约为U3＝ V，C错误，D正确。 9．如图甲所示为交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为理想电表。单匝线框绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，线框中的磁通量Φ随时间t变化的关系如图乙所示。已知电阻R＝10 Ω，其余电阻忽略不计，下列判断正确的是(　　) A.电流表的示数为10 A B.1 s内电流的方向改变50次 C．0．01 s时，线框平面与磁场方向垂直 D.1个周期内，电阻R上产生的焦耳热为10 J 答案　D 解析　由图乙可知，磁通量变化的周期为T＝2×10－2 s，则角速度ω＝＝ 100π rad/s，由Em＝NBSω＝NωΦm，可得电动势的最大值为100 V，则电动势的有效值E＝ V＝50 V，则电流表的示数I＝＝5 A，故A错误；由图可知，交变电流的频率为f＝＝50 Hz，一个周期内电流方向改变两次，所以1 s内电流的方向改变100次，故B错误；0.01 s时，磁通量为零，线框平面与磁场方向平行，故C错误；由焦耳定律可得1个周期内，电阻R上产生的焦耳热Q＝I2Rt＝(5)2×10×0.02 J＝10 J，故D正确。 10.(2023广东省综合测试)某同学自制的发电机示意图如图所示，虚线ab右侧区域存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一边长为d、电阻为R的正方形单匝线圈以恒定角速度ω绕中心轴OO′转动，外接一阻值为R的定值电阻，其余电阻不计，下列说法中正确的是(　C　) A. 线圈平面转至图示位置时，磁通量的变化率最大 B. 发电机工作时，线圈转动的周期为 C. 电阻R两端电压的最大值为 D. 电阻R的电功率为 答案　C 解析 线圈在图示位置时，是中性面，即感应电动势为0，则磁通量变化率为0，故A错误；线圈转动时做匀速圆周运动，则T＝，故B错误；线圈转动过程中，当从图示位置转过90°时，感应电流最大为Imax＝，电阻两端电压的最大值为Umax＝ImaxR＝，故C正确；线圈在转动过程中产生的感应电动势随时间变化的关系不是正弦函数，即有效值U有≠，故D错误． 【考向三：变压器与远距离输电】 1．三个关系搞清变压器问题 (1)变与不变的关系：不变的是功率关系、磁通量的变化率和周期频率。理想变压器工作不损失能量，即输入功率等于输出功率；原、副线圈交变电流频率相同；在没有漏磁时，原、副线圈磁通量的变化率相同。 (2)高与低，大与小，多与少，粗与细的关系：电压高的线圈电流小，匝数多，导线细；电压低的线圈电流大，匝数少，导线粗。 (3)正比与反比的关系：原、副线圈的电压与匝数成正比，单一副线圈的变压器电流与匝数成反比。 2．远距离输电 示意图 原、副线圈 每个变压器的原线圈是其所在回路的用电器，而相应的副线圈是下一个回路的电源 三个关系 功率关系 P＝U1I1＝U2I2＝P用＋P损，P损＝Ir，P用＝U3I3＝U4I4 电压关系 U2＝U损＋U3，U损＝I2r 匝数比关系 ＝＝，＝＝ 输电线上的损耗 功率损耗为P损＝P2－P3＝Ir＝r，电压损耗为U损＝U2－U3＝I2r 11.(改编自2022 年广东卷)简化的某种旋转磁极式发电机原理图如图所示。定子是仅匝数n不同的两线圈(n1>n2),二者轴线在同一平面内且相互垂直,两线圈到其轴线交点O的距离相等,且均连接阻值为R的电阻,转子是中心在O点的条形磁铁,绕O点在该平面内匀速转动。从如图位置开始计时,用实线和虚线分别表示匝数为n1的线圈和匝数为n2的线圈产生的瞬时电动势e与时间t的e-t图像,不计线圈电阻、自感及两线圈间的相互影响,则下列图像可能正确的是(　　)。 A　　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　　D 答案　D 解析　因两线圈放在同个旋转磁铁的旁边,则两线圈产生的交变电流的周期相等,A项错误;根据E=n可知,两线圈中磁通量的变化率相等,n1>n2,产生的感应电动势最大值应为实线大于虚线,当t=0时,磁铁的N极到达匝数为n1的线圈附近,其磁通量变化率最大,感应电动势最大,所以此时实线的电动势最大,虚线的电动势为零,当t=T/4时,磁铁的S极到达匝数为n2的线圈附近,实线的电动势为零,虚线的电动势最大,且由于定子相同的线圈,t=T/4时匝数为n2的线圈感应电动势方向与t=0时匝数为n1的线圈感应电动势方向相反,B、C两项错误,D项正确。 12.(多选)(2023大湾区二模)如图所示是一款小型电钻及其简化电路图，它由变压器及电机两部分构成，变压器为理想变压器，电机的内阻为1 Ω，额定电压为11 V，额定电流为2.0 A．当变压器输入220 V的正弦交流电压时电钻正常工作．下列说法中正确的是(　　) 　　 A. 变压器的原、副线圈匝数之比是20∶1 B. 变压器原线圈电流的最大值为0.1 A C. 变压器的输入功率为42 W D. 电机的效率约为82% 答案AD 解析 变压器的原、副线圈匝数之比是＝＝＝，故A正确；原线圈的电流为I1＝I2＝×2 A＝0.1 A，变压器原线圈电流的最大值为 A，故B错误；原、副线圈功率相等，即P＝U2I2＝11×2 W＝22 W，故C错误；电机的效率为η＝＝≈82%，故D正确． 13.(多选)(2024潮州二模)如图所示为汽车的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈通过开关连接到12 V的蓄电池上，副线圈连接到火花塞的两端，开关由机械控制，当开关由闭合变为断开时，副线圈中产生10 000 V 以上的电压，使火花塞中产生火花．下列说法中正确的是(　　) A. 该点火装置中变压器的原、副线圈匝数比为3∶1 250 B. 变压器的原线圈要用粗导线绕制，而副线圈可以用细导线绕制 C. 若该点火装置的开关始终闭合，火花塞的两端不会产生高压 D. 变压器原线圈输入的12 V电压必须是交流电压，否则就不能在副线圈中产生高压 答案BC 解析 由电压与匝数关系可得＝＝，故A错误；变压器要在副线圈中产生高压，则原线圈匝数少，电流大，要用粗导线绕制，而副线圈电流小，可以用细导线绕制，故B正确；汽车的点火装置是利用变压器原理工作的，当开关始终闭合时，通过原线圈的电流恒定，原线圈中产生的磁场恒定，则在副线圈上不会产生电压，故C正确；由题意可知原线圈处接12 V的直流电源，当断开开关瞬间原线圈中电流迅速变化，会产生变化的磁场，能在副线圈中产生高压，故D错误． 14．(2024深圳第二次调研)如图所示为某款电吹风的电路图，a、b、c、d为四个固定触点，可动扇形金属触片P可同时接触两个触点．当触片P接通c、d两点时，电吹风不工作．电路中的变压器可视为理想变压器，原、副线圈匝数比 ＝.当电吹风接220 V交流电压时，额定功率为60 W的小风扇能正常工作，小风扇的输出功率为52 W．下列说法中正确的是(　　) A. 转动P接通b、c触点时，电吹风吹出热风 B. 正常工作时通过小风扇的电流为1 A C. 风扇电动机的线圈内阻为60 Ω D. 转动P接通a、b触点时，因电热丝的电阻变大，会导致小风扇的电流变小 答案B 解析 由图可知接通b、c触点时，电吹风吹出冷风，故A错误；正常工作时，由原、副线圈两端电压关系 ＝可得U2＝60 V，所以正常工作时通过小风扇的电流为I＝＝1 A，故B正确；由功率关系可知60 W＝52 W＋I2r，解得r＝8 Ω，故C错误；转动P接通a、b触点时，输入电压不变，小风扇的电流不变，故D错误． 15．图甲和图乙是手动式手电筒内振动式发电机的两个截面图，半径为0.02m、匝数为100的线圈a所在位置的磁感应强度B＝ T．线圈a接原、副线圈匝数比为 2∶1 的理想变压器给两个额定电流均为0.5A的灯泡供电．推动手柄使线圈a沿轴线往复运动，线圈a中电动势随时间按正弦规律变化，如图丙所示．线圈a及导线电阻不计． (1) 求图丙中电动势的表达式． (2) 若手动发电的效率为20%，两灯泡正常发光，求手动做功的功率． (3) 求线圈a往复运动过程中的最大速度． 甲　　　　　　　　　乙 丙 答案 (1) e＝4sin (5πt)V　(2) 5 W(3) 2 m/s 解析 (1) 由图丙可知 Em＝4V，T＝0.4s，ω＝＝5πrad/s 根据电动势的表达式e＝Emsin ωt 可得e＝4sin (5πt)V (2) 设原线圈中电压的有效值为U1 根据U1＝，可得U1＝2 V 设副线圈两端电压为U2 根据 ＝，可得U2＝ V 灯泡功率P灯＝U2I2 可得人对手电筒做功的功率为 P＝＝5 W (3) 根据法拉第电磁感应定律得 Em＝nB·2πRvm 解得vm＝2m/s 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$