专题17 交流电-【创新大课堂系列】高三物理全国名校名卷168优化重组卷

墨 专题17 一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28 分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合 题目要求的 1.（2025·安徽卷·8)某理想 变压器的实验电路如图所 示，原、副线圈总匝数之比 n1:n2=1:3,A为理想交 血 流电流表.初始时，输人端 夜 a、b间接入电压u=12√2sin(100πt)V的正弦 式交流电，变压器的滑动触头P位于副线圈的 . 正中间，电阻箱R的阻值调为62.要使电流表 的示数变为2.0A,下列操作正确的是( A.电阻箱R的阻值调为182 B.副线圈接入电路的匝数调为其总匝数的 C.输人端电压调为u=12√2sin(50rt)V D.输入端电压调为u=6√2sin(100πt)V 2.(2025·全国·模拟预测) P2 如图一理想变压器原、副 线圈总匝数相同，滑动触 头P初始位置在副线圈 正中间，输入端接入电压 A 数 有效值恒定的交变电源.定值电阻R1的阻值为R, 滑动变阻器R2的最大阻值为9R,滑片P2初始位 置在最右端.理想电压表V的示数为U,理想电流 表A的示数为I.下列说法正确的是 A.保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程 中，I减小，U不变 B.保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程 中，R1消耗的功率减小 C.保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程 中，I减小，U增大 D.保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程 中，R,消耗的功率先增大后减小 3.(2024·河北卷，4)R1、R2为两个完全相同的定 值电阻，R,两端的电压随时间周期性变化的规 律如图1所示（三角形脉冲交流电压的峰值是 -65 交流电 有效值的√3倍)，R2两端的电压随时间按正弦 规律变化如图2所示，则两电阻在一个周期T 内产生的热量之比Q1:Q2为 图1 图2 A.2:3B.4:3 C.2:√3D.5:4 4.(2025·重庆·三模)如图为高铁供电流程的简 化图，牵引变电所的理想变压器将电压为U1= 25kV的高压电进行降压；动力车厢内的理想 变压器再把电压降至U4,为动力系统供电，此 时动力系统的电流为I4=100A,发电厂的输出 功率、电流分别为P1、I1.已知牵引变电所变压 器的匝数比为n1：n2=5：3,动力车厢内变压 器的匝数比为n3:n4=3：1,且n2=n3.下列说 法正确的是 ( I 架空线 、受电弓 ni n2 ,n4 发电厂U U 动力车厢 牵引变 电所 。」铁轨 A.U1:U4=5:1 B.I1=20A,P1=5×105W C.动力系统获得的功率为5×105W D.若动力系统功率增大，U4将增大 5.(2025·北京朝阳·二 R 模)如图所示，在理想变 压器的原线圈回路中接 有定值电阻R1,副线圈 A 回路中接有滑动变阻器R2.原线圈一侧接在稳 定的正弦式交流电源上，电流表和电压表均为 理想交流电表.滑动变阻器滑片从某处自下向 上滑动时，下列说法正确的是 ( ) A.电压表的示数增大 B.电流表的示数增大 C.R,两端的电压增大 D.流过R2的电流增大 6.(2025·山东省临沂市高三二 ④ 模)在如图所示的理想降压变 R 压器电路中，在a、b之间加上 电压稳定的交流电源，R1为 R 定值电阻，P为滑动变阻器的 滑动触头，滑动变阻器的总电阻R2>R1,电压 , 表、电流表均为理想电表.当滑动触头P由d端 向c端滑动过程中，下列说法正确的是()： A.电流表的示数一定变大 B.电压表的示数保持不变 C.R1的功率一直变大 D.R,的功率先增大后减小 7.(2025·湖南衡阳模拟)如图所示，理想变压器 原线圈输入端接正弦交流电u=Umsinot,副线 圈接电阻R1、R2和二极管，图中电流表A1、 A2、A3均为理想电流表（示数为电流的有效 值)，R1、R2阻值均为R,二极管为理想二极管， 变压器原、副线圈匝数比为2：1.则电流表A1、 A2、A3示数之比为 ● A3 A.5:20:4 B.1:2:1 C.√5：25：2 D.2:4:3 二、多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共 20分.在每小题给出的四个选项中，有多项符合题 目要求.全部选对的得5分，选对但不全的得3分， 有选错的得0分. 8.(2025·河北省衡水市董子中学高三质检)图甲 为家用燃气灶点火装置的电路原理图，直流电： 通过转换器转换为图乙所示的正弦交流电加在！ 理想变压器的原线圈上，原、副线圈的匝数分别 为n1、2,电压表为理想电压表.当两点火针间 电压大于5000V时会产生电火花进而点燃燃 : 气.闭合开关S,下列说法正确的是 ) u/V 50 E 转换器 0 0.0 70.02 点火针-5( 甲 A.电压表的示数为50√2V B.副线圈输出交流电压的频率为50Hz 66 C.若能点燃燃气则”2>100 D.若能点燃燃气则两点火针间电压的有效值一 定大于5000V 9.(2025·安徽·三模)如图为一种发电机的原理 图，固定在圆盘边缘处的小圆柱随圆盘绕轴心 O沿顺时针方向匀速转动，小圆柱通过竖槽带 动T形绝缘支架运动，从而驱动导体棒在水平、 光滑的平行导轨上运动.已知导体棒运动的速 度随时间变化的关系为o=0.1sin2t(m/s),导 轨间存在垂直导轨平面向上的匀强磁场.导轨 右端各用电器及电表连接如图所示，已知变压 器的匝数n1=1000,n2=500,n3=200,定值电 阻的阻值R1=R2,其他电阻不计.导体棒与轨 道接触良好，各电表均为理想交流电表，变压器 为理想变压器，各元件均未被烧坏.则 () 小圆柱 导体棒 ④ 限位孔B 0 T型支架」 33 R A.圆盘转动的转速为2r/s B.电压表V1和V2的示数之比为2：1 C.电流表A1和A2的示数之比为29：20 D.在0~灭s时间内，T形支架对导体棒做的功 4 等于两个电阻消耗的焦耳热 10.（2025·湖南邵 R 阳·三模)热敏 电阻、光敏电阻 在家电、汽车、 医疗、电力等领 0 域有广泛的应 用，某兴趣小组设计了一个如图所示的电路来 研究热敏电阻和光敏电阻，电路接在电压恒定 的交流电源上，变压器为理想变压器.R1为定 值电阻；R2为热敏电阻，阻值随温度升高而减 小；R3光敏电阻，阻值随光照强度增加而减 小，下列分析正确的是 () A.R1的电流与R2的电流之比等于n2:n1 B.若用电吹风加热R2,则R1消耗的功率变大 C.若用强光灯照射R3,则R2消耗的功率变小 D.若用电吹风加热R2,同时用强光灯照射 R3,则R1消耗的功率变小 11.(2025·黑龙江哈三中一模)如图所示的理想 变压器，原线圈电路中有定值电阻R1,阻值为 2R。,接入电动势为e=220sin(100πt)V的交流 电源，内阻不计.副线圈电路中定值电阻R2和 滑动变阻器R串联，R2的阻值和滑动变阻器 的最大阻值均为R。,原、副线圈的匝数比为 10：1,电压表和电流表均为理想交流电表.在 滑动变阻器滑片P从最上端缓慢向下滑动至 最下端的过程中，下列说法正确的是 ( A n R A.电压表和电流表的示数均逐渐减小 B.R1两端电压与R2两端电压之比始终为1：5 C.通过R2的电流的频率始终为5Hz D.R1和R2消耗的总功率逐渐增大 三、非选择题：本题共5小题，共52分. 12.(2025·福建省福州一中期中)(6分)图甲为课 堂演示用的手摇发电机，现将此手摇发电机的 输出端与电压传感器并联后接入数据采集器， 在计算机显示屏上得到如图乙所示的波形 电压 ↑iUA 0.2 0010成0.3g4is -0.2 丙 (1)研究此交变电流的波形，发现屏上出现第1 个向上的“尖峰”到出现第31个向上的“尖峰” 经历的时间为1min,则手摇发电机线圈转动 的平均角速度为 rad/s. (2)屏上出现的电压波形不是正弦波，其原因 可能是 .(写出一条即可) (3)将发电机输出的电流通过整流装置后得到 如图丙所示的正弦交变电流图像，此电流的瞬 时值表达式为 ,电流的有效值为 13.(2025·山东卷·14)(8分)某实验小组为探究 远距离高压输电的节能优点，设计了如下实； 验.所用实验器材为： 67 学生电源； 可调变压器T1、T2; 电阻箱R; 灯泡L(额定电压为6V); 交流电流表A1、A2、A3,交流电压表V1、V2, 开关S1、S2,导线若干. 学生电源 ⑦☒L 图甲 部分实验步骤如下： (1)模拟低压输电.按图甲连接电路，选择学生 电源交流挡，使输出电压为12V,闭合S1,调 节电阻箱阻值，使V1示数为600V,此时A] (量程为250mA)示数如图乙所示，为 mA,学生电源的输出功率为 w. pmmmonmnjomfomm 50 100 150 200 250 mA 图乙 T T 学生电源 图丙 (2)模拟高压输电.保持学生电源输出电压和 电阻箱阻值不变，按图丙连接电路后闭合S2· 调节T1、T2,使V2示数为6.00V,此时A2示 数为20A,则低压输电时电阻箱消耗的功率 为高压输电时的 倍. (3)A3示数为125mA,高压输电时学生电源 的输出功率比低压输电时减少了 W. 4.(2025·江苏卷·15)(10分)如图所示发电机， 内外转子角速度均为w,外转子的半径为r1, 内转子的半径为r2,磁感应强度为B,外部有 四个线圈，ab、cd长为L,线圈电阻为R, (1)若内转子固定，求ab产生的感应电动势E;:1 (2)若内转子固定，求abcd转一圈，abcd产生 的焦耳热Q: (3)若内转子不固定，跟着外转子一起转，此时 abcd中的电流为I,求电流的一个周期T. 15.(2025·河北邯郸测试)(12分)一座小型水电站， 水以3.0m/s的速度流入水轮机，而以1.0m/s 的速度流出.流出水位比流入水位低1.6m,水的 流量Q=1.0m3/s,重力加速度g=10m/s2,水 的密度p=1×103kg/m3.如果水流能量的！ 75%供给发电机，20%用于水温升高.求： (1)若发电机效率为80%，则发电机的输出功： 率多大？ (2)发电机的输出电压为240V,输电线路电阻 为婴0，允许损失的电功率为5%，用户所需电 压为220V,则所用升压变压器和降压变压器： 的原、副线圈匝数比各是多少？画出远距离输 电过程示意图.（变压器为理想变压器，g取： 10m/s2) 68 6.(2025·福建·一模)(16分)如图所示为一个 小型交流发电机的示意图，其线框ABCD匝数 n=100匝，面积为S=0.02m2,总电阻r= 102,绕垂直于磁场的轴O0匀速转动，角速 度w=100rad/s.已知匀强磁场磁感应强度 B=√2T,矩形线框通过滑环与理想变压器相 连，副线圈与电阻相接，电表均为理想电表，电 压表示数为U=180V.从线框转至中性面位 置开始计时，求： (1)线框中感应电动势的瞬时值表达式： (2)电流表的示数； (3)当原、副线圈匝数比为3：1时，电阻R的 阻值w。-Q=m- 1 m(51)2, 14 解得Q=12 mgsin9L+m'Rgsin (3)线圈ab边刚进入第1有磁场区到线圈ab边刚进入第7： 个有磁场区过程列动量定理 mgtsin9-I安=mu1-5m, 线圈进入磁场过程所受安培力的冲量 1=BLA,又1=兴 解得1=BL R 线圈ab边刚进入第1有磁场区边界到线圈ab边刚进入第7！ 个有磁场区的过程安培力的冲量 1*=12BL 解得t=12BL 4mR mgRsin 0 BL. 答案。 (1)= mgRsin (2)Q=12mgsin 0 (L B'L m'R'gsin (3)=12BL_4mR B'L mgRsin 0 B2L 专题17交流电 1.B2.D3.D4.B5.A6.D7.C8.BC9.BC 10.BC11.BD 12.解析(1)屏上每出现一次尖峰，就代表经过了一个周期， 1分钟内屏上出现了31个向上的尖峰，表明周期为T=】 31一s=2s,手摇发电机线圈转动的平均角速度为0=2祭15 60 T =2经rad/s=元rad/s: (2)只有线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电流才！ 是标准的正孩式电流，手摇发电机的磁场是由条形磁铁产生！ 的，所以不是匀强磁场；由于是手摇转动，转速难以保证： 恒定 (3)根据乙图可知，交流电的有效值为T=0.4s,故角速度为： 。一票-ad/s=5πads,此电流的醉时值表达式为i= 0.2sin5t(A),交流电的有效值为I=会=0：2A=0.14A. √2√2 答案(1)π(2)转子不是在均匀磁场中转动：或手转动发： 电机的转速不均匀 (3)i=0.2sin5πt(A)0.14A 13.解析(1)根据题图可知电流表的分度值为5mA,故读数为！ 200mA:学生电源的输出功率P1=12×200×103W=! 2.4W. (2)低压输电时电阻箱消耗的功率为P2=6×200×103W! 6 =1.2W,电阻箱的接入的电阻为R=200X10一0=300， 高压输电时，电阻箱消耗的功率为P?=30×20×103×20· X10v=-0.012,可得货-品=10，即经压给电时 电阻箱消耗的功率为高压输电时的100倍. (3)A示数为125mA时，学生电源的输出功率P,=12×! 125×103W=1.5W,高压输电时学生电源的输出功率比低： 压输电时减少了△P=P1-P1=2.4W-1.5W=0.9W. 答案(1)2002.4(2)100(3)0.9 204 解析(1)根据题意可知，αb转动时的线速度为 U=0r1 则ab产生的感应电动势 E1=BLv=BLwo r· (2)根据题意，由图可知，若内转子固定，外转子转动过程中， ab、cd均切割磁感线，且产生的感应电流方向相反，则转动过 程中感应电动势为 E:=2BLv=2BLaor 感应电流为 E, 1 转子转动的周期为 T=2x WU 则一个周期内，abcd产生的焦耳热 Q=IPRT=8πBLn'w R (3)特合图可知，静子特动子T电流方向改支，大小不变，若 内转子不固定，跟着外转子一起转，且abcd中的电流为I,则 感应电动势为E=IR 又有E=2BLA IR 解得△u=2BL 电流改变方向的时间为车X2B肌 △ IR 结合小问2分析可知，电流的周期为T=2t= 2BLπr1 IR 答案(1)BL,n(2)8BLr' R (3)2BL IR 解析(1)每秒水流的质量为 m=pV=pQt=1X10°kg, 每秒水流机械能损失为 AE=合mg-2)+mgh=2X10'J. 发电机的输出功率为 P=75%△EX80%, t 而t=1s, 所以P=12kW (2)远距离输电过程线路示意图 R线 发 电 U 用 机 几2 P线=5%P出=600W, 因为P线=I线2R, 所以I=6A, P=50A, 又因1，=1=6A,山= 所以对升压变压器有了一 即=1.3 n2725 又因为3=I=6A, 1,-PPa-570A. U11 所以，对降压变压器有=1=95 na I3 11 答案(1)12kW(2)3:2595:11见解析图 16.解析(1)线圈中感应电动势的峰值 :3.解析(1)滑动变阻器的滑片恰好置于最下端时，由欧姆定律 En=nBSw=200√2V, 3 可得URR=20+9.5+0.5X20V=2.0V 由于从线框转至中性面位置开始计时，故瞬时值表达式为 由受力平衡可得xg=l,解得电子称的最大可测质量为 e=E.sin ot=2002sin 100t(V); (2)感应电动势的有效值为 m-_-10'X0lkg=10.0kg g 10 E-E2=200V, (2)当电压表的指针刚好指在表盘刻度的正中间时，电压表读 2 数U=1.5V. 线框自身分到的电压为 如左图所示的第一套方案，根据闭合电路欧姆定律可得 U梅=E-U=200V-180V=20V, 又U瓶=1r=20V, U=R于辰-·R,由平衡条件可得mg=,联立解得 E 所以电流表示教为IU-沿A=2A: 1=7.5kg,如右图所示的第二套方案，设滑动变阻器R接入 r10 电路的阻值为R,根据闭合电路欧姆定律可得U= (3)设副线圈两端电压为U,,电流为I,,则有 R,于R十R,解得R,=10D,又R=受R,由平衡条件可得 E U_n1,L=”2 kx2=m2g,联立解得2=5kg. U2=100. 所以R= (3)左边方蒙一，根据闭合电路欧姆定律可得U=R+R干· E 答案(1)e=Esin ot=200√2sinl00t(V) (2)2A(3)102 产R,又mg=红，联2可得U和可U与m或线性 关系，电子秤刻度均匀；右边方案二，根据闭合电路欧姆定律 专题18电学实验与创新 E 1.解析(1)要测量一个阻值约为15k的电阻，需要选择电阻 可得U=R,十R,+R,又R,=二R,mg=红，联立可得U= “X1k”挡，即把选择开关旋转到“X1k”位置，后将红表笔和黑 mgR1R十可U与m不成线性关系，电子拜刻度不均匀； mgRE 表笔短接，然后调节欧姆调零旋钮使指针指向欧姆零，故 故方案一更合理，电压表示数与物体的质量成正比，电压 选B. 表改装的电子秤刻度是均匀的，便于测量， (2)将表头改装为电压表需要串联一个电阻，串联电阻的阻值！ 答案(1)2.010.0(2)7.55.0(3)一是 为R=号-R=1xin-20n=1980n. ：4.解析（1)游标卡尺的读数为60十4×0.05=60.20mm (3)用电压表进行测量，电源两端电压最大，可知直流电源E! 根据螺旋测微器读数规则可得d=0.5十23.2(23.2~23.4) 处于2和3之间；接1和2、3和4时电压表示数为0，接1和41 ×0.01=0.732mm(0.7320.734). 时电压表有示数，则1和2、3和4之间为电阻，电容器在1和： (2)待测电阻的最大电流I=尺 J 4之间；接1和3时电压表示数比接2和4时小，则1和2之 间的电阻阻值比3和4之间的大，即1和2之间电阻为R4,3! 0.6A 和4之间电阻为R 因此电流表选A1,滑动变阻器阻值较 小，用分压式接法，R≈10×10=100， 答案(1)B(2)串联1980(3)2和31和41和2 2.解析(1)实验前利用1A恒流电源对电芯进行充电，充满的 RA·Rv=0.2×8000=1600,所以 26 R<RRv,属于小电阻，电流表采用外接法，电路图如图 时间约为1=子=15文8x7h0.217h: 所示 (2)不知道电压表内阻的准确值，还要扩大电压表的量程，就！ 依据电阻定律可得K三P1D ,L一，解得p=DR 需要设置恒定的电压，因此图甲中分压用的滑动变阻器应选： 4L 用电阻远小于电压表内阻的R,以减小电压表分流带来的 答案(1)60.200.732(0.7320.734)(2)C见解析 误差； (4)当电阻箱阻值为零，滑动变阻器的滑片P调到电压表刚好： (3)DR 4L 满偏，说明分压为1V,保持滑片P的位置不变，即分压保持5.解析(1)电流从红表笔流入，黑表笔流出，故测量a,b间的 为1V,当调节电阻箱，使电压表的示数为号V时，电压表和 电压时，红表笔应连a接，点」 (2)0.5V的直流电压挡，分度值为0.01V,由图可知此时电 电阻箱的串联组合的电压为1V,则当电压表的示数为1V! 压表读数为0.377V. 时，电压表和电阻箱的串联组合的电压为3V,这就是改装好 (3)由图可知，当表笔分别连Q、c接点时测得是元件和电流表 的3V电压表； (5)由于定值电阻R。阻值为72，为了让V,表能尽可能取得： U 两端的电压和电流，则R= 合适的数值，应选用阻值较小的滑动变阻器R;根据闭合电路！ 当表笔分别连a、b接点时测得是元件两端的电压和电流，则 欧定律可得3U,=E业，整理得U=R'山十 Ro R一号，由千R>R所以相同电流情元下，儿，>U故 ER。 3R十3，图像的斜率为k=3R,十3，纵轴载距为a= 图(b)中乙是I-U曲线. (4)由题意可知，I-(U-U)图像测得是元件两端的电压和 解得后=色6 3kRo 电流的关系，则实验结果表明，当此元件阻值较小时，甲曲线 答案1)0.217(2)R1(4)号(5)R3-3 3kRo 与I一(U-Uk)曲线更接近. 答案(1)a(2)0.377/0.376/0.378(3)I-U(4)甲 205