专题02 交变电流（期末复习专项训练）高二物理下学期沪科版

**基本信息** 以"产生-描述-应用-传输"为逻辑主线，系统覆盖交变电流全模块，通过情境化命题强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |交变电流的产生|5题|图像分析/模型应用|电磁感应规律→交变电流形成原理| |描述物理量|5题|有效值计算/二极管应用|周期/频率→峰值与有效值关系| |发电机和电动机|4题|自行车发电机/法拉第圆盘|能量转化→实际设备工作原理| |变压器|5题|动态分析/互感器应用|变压规律→电路动态调节| |远距离输电|5题|多变压器计算/功率损耗|输电模型→能量损失优化|

专题02 交变电流（专项训练） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D A B D C A C D B B 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案 C A D CD AD BD AC BD AD AD 题号 21 答案 BC 22．(1)， (2) (3) 【详解】（1）根据题中所给情境，可知金属框ab边和cd边此时均切割磁感，产生感应电动势，相对切割磁感线的速度为 产生的电动势为 解得 根据右手定则，可知电流方向为 （2）图2状态瞬时感应电流为 解得 则ab边所受的安培力为 （3）当线框的角速度为时，线框的生热功率为 其中， 联立解得 金属框ab边和cd边所受安培力的功率和为 其中 联立解得 故金属框的热功率P1与金属框所受安培力功率P2之比 23．(1) (2) (3) 【详解】（1）对降压变压器，用户端电流 根据理想变压器电流关系 得降压变压器原线圈电流（即输电线电流） 输电线上损失的功率 （2）对降压变压器，由电压关系 得降压变压器原线圈电压 输电线电压损失 因此升压变压器副线圈的电压 理想变压器电压与匝数成正比 得 即 （3）升压变压器副线圈输出的总功率（含用户功率和线损） 理想变压器总功率相等，发电机总输出功率，因此储能站获得的功率 24．(1) (2) (3) 【详解】（1）由变压器规律可得 由题意可得 架空线损耗的功率 联立解得 （2）由变压器规律和欧姆定律可得 因为， 由题意可得 联立解得 （3）图乙中，当动力车厢受到的安培力和阻力等大反向时，动力车厢匀速稳定运行，有 因为，， 联立解得 25．(1) (2) 【详解】（1）由题意可知     （2）设电流互感器中电流与匝数成反比有 解得输电线中电流 升压变压器输入功率等于输出功率有     解得 输电线损失电压 降压变压器输入电压     对降压变压器有     解得，故降压变压器的原、副线圈的匝数比。 1 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题02 交变电流（专项训练） 题型1交变电流的产生 题型2描述交变电流的物理量 题型3发电机和电动机 题型4变压器 题型5远距离输电 题型1. 交变电流的产生 1．下列有关四幅图像的说法正确的是（　　） A．图甲中的振荡电路能量守恒，不产生电磁波 B．图乙中的发电机是旋转磁极式发电机 C．图丙中的双线绕法可减小绕线的漏磁现象，从而减小磁场能的损失 D．图丁中变化的磁场产生电场是一个普遍规律，与闭合电路是否存在无关 【答案】D 【详解】A．根据麦克斯韦的电磁场理论可知，周期性变化的磁场可以产生周期性变化的电场，二者交替产生，向远处传播，就是电磁波，图甲所示的LC振荡电路能产生电磁波，故A错误； B．图乙中的发电机是旋转电枢式发电机，不是旋转磁极式发电机，故B错误； C．对图丙，采用双线绕法时，相邻导线中电流方向相反，电流的磁效应可相互抵消，从而减小电阻的感抗，故C错误； D．对图丁，根据麦克斯韦电磁理论可知，变化的磁场产生电场是一个普遍规律，与闭合电路是否存在无关，故D正确。 故选D。 2．如图所示，各线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动（从左往右看沿顺时针方向转），从图示位置开始计时，设电流从2流出线圈为正方向，能产生图甲波形交变电流的是（　　） A． B．C． D． 【答案】A 【详解】由图甲可知，时，线圈电流为零，此时线圈与磁场垂直，电流从2流出线圈，由右手定则可知，A图中电流从2流出线圈，C图中电流从1流出线圈。 故选A。 3．如图所示为某自行车车灯发电机的原理图，通过摩擦轮与转动的车胎摩擦，带动磁铁转动发电。从左向右看，磁铁沿逆时针方向匀速转动，转速为，下列说法正确的是（　　） A．图示时刻，灯泡中的电流最大 B．磁铁从图示时刻转过的过程中，灯泡中的电流从到 C．灯泡中交流电的频率为 D．磁铁转速增大一倍，在灯泡不损坏的前提下，灯泡的功率也增大一倍 【答案】B 【详解】A．图示时刻，线圈中磁通量最大，磁通量的变化率为零，根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势为零，由欧姆定律可知灯泡中的电流为零，A错误； B．磁铁从图示时刻转过的过程中，线圈中向上的磁通量减小，根据楞次定律可知，灯泡中的电流从到，B正确； C．灯泡中交流电的频率等于，C错误； D．由可知，转速加倍，线圈中电动势加倍，根据欧姆定律可知电流加倍，根据可知灯泡的功率变为原来的4倍，即增大3倍，D错误。 故选B。 4．如图所示为小型交流发电机的示意图，单匝矩形线框电阻不计，电刷外接电阻，电流表是理想交流电流表，线框绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动。从某时刻开始计时，穿过线框的磁通量随时间变化的表达式为，则下列说法正确的是（　　） A．计时起点时刻，线框位于中性面 B．时刻，线框中的电流改变方向 C．从计时起点位置转过时，电流表示数为 D．一个周期内，回路中产生的热量为 【答案】D 【详解】A．计时起点时刻线框平面与磁场方向平行，磁通量为零，不是中性面，故A错误； B．时，代入得 磁通量为0，线框在垂直中性面位置，电流方向不改变，故B错误； C．感应电动势（V） 电动势的有效值 电流表测量的是电流的有效值，所以电流表示数为，故C错误； D．根据磁通量随时间变化的表达式可得角速度 周期 一个周期内产生的热量为，故D正确。 故选D。 5．如图甲所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中逆时针匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间变化的规律如图乙所示。已知线圈匝数为匝，电路的总电阻为。下列说法正确的是（　　） A．图甲时刻，流经电阻上电流方向为由到 B．由图乙可知，时线圈中的感应电流改变方向 C．由图乙可知，内通过电阻的电荷量为 D．由图乙可知，线圈中产生的感应电动势瞬时值表达式为 【答案】C 【详解】A．图甲中线圈平面与磁场平行，线圈逆时针转动，磁场方向由N指向S，根据右手定则，可判断流经电阻的电流方向为，故A错误； B．时磁通量为零，感应电流最大，感应电流方向没有改变，故B错误； C．通过电阻的电荷量公式为 ，磁通量变化量的大小 代入得 ，故C正确； D．由图乙得周期，角速度 由图乙得磁通量表达式 求导得瞬时电动势 ，故D错误。 故选C。 题型2. 描述交变电流的物理量 6．某自行车所装车灯发电机如图甲所示，其结构见图乙。绕有线圈的“匚”形铁芯开口处装有磁铁。车轮转动时带动与其接触的摩擦轮转动。摩擦轮又通过传动轴带动磁铁一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化。线圈两端、作为发电机输出端。灯L的阻值不变，则在磁铁从图示位置匀速转过的过程中L消耗的瞬时功率（     ） A．逐渐变大 B．逐渐变小 C．先变大后变小 D．先变小后变大 【答案】A 【详解】由图可知，开始阶段，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率最小，转动后，磁通量减小，磁通量的变化率增大，当转过90°时，穿过线圈的磁通量最小，磁通量的变化率最大，可知转动过程中L中的电流逐渐变大，根据可知，L消耗的瞬时功率逐渐变大。 故选A。 7．在如图甲所示的电路中，、是两个定值电阻且，与并联的理想二极管D，其正向电阻可视为零、反向电阻为无穷大。接线柱a、b之间加一个如图乙所示的正弦式交变电压，时电压为正值。则两端电压的有效值为（　　） A． B． C． D．5V 【答案】C 【详解】由图乙可知，交变电压的最大值为，则电源电压的有效值为 当时，二极管正向导通，被短路，两端电压等于电源电压，该半个周期内两端电压的有效值 当时，二极管反向截止，与串联，因，由串联分压规律可知该半个周期内两端电压的有效值 设两端电压的有效值为，根据有效值的定义有 联立解得，故C正确。 故选C。 8．图甲为某种发电机的剖面图。转轴上有两个可同步转动的磁铁盘，每个磁铁盘上各有八个扇形磁极，N、S极交替出现，如图乙所示，扇形的内半径为r0，外半径为r1。任意时刻上下两个正对磁极之间为匀强磁场，磁感应强度为B，方向与转轴平行。转轴中部固定一个线圈盘，线圈盘上有八个彼此绝缘的扇形线圈，扇形线圈与扇形磁极的形状、大小完全相同，如图丙所示。每个扇形线圈都是单匝线圈，其电阻为R。磁铁盘以恒定角速度ω匀速旋转，当磁铁盘中的扇形磁极与线圈盘中的扇形线圈完全正对时开始计时（t=0），下列说法不正确的是（　　） A．该发电机产生交流电的频率 B．时刻，通过单个扇形线圈的磁通量为0 C．单个扇形线圈的感应电动势 D．单个扇形线圈消耗的功率 【答案】D 【详解】A．每个扇形磁极对应的圆心角为。该发电机的任意一个线圈中磁场发生一次周期性变化磁铁盘转动的角度为，则该发电机产生交流电的周期为，则该发电机产生交流电的频率，故A正确，不符合题意； B． 当时，磁铁盘转动的角度为 此时扇形线圈一半面积处于N极磁场中，另一半面积处于相邻的S极磁场中，总磁通量为0，故B正确，不符合题意； C．在0时刻开始的半个周期的时间内，任一线圈的磁通量大小变化量为，其中 根据法拉第电磁感应定律，感应电动势大小为，故C正确，不符合题意； D．由于磁极和线圈均布满圆周且紧密排列，则线圈中产生大小恒为的感应电动势，单个线圈的功率应为，故D错误，符合题意。 故选D。 9．如图所示，虚线下方存在垂直纸面向里且范围足够大的匀强磁场。正方形金属导体框静止时边恰好位于磁场边界，以该位置为坐标原点，竖直向上为轴正方向建立坐标系。现给导体框施加驱动力，使其在竖直面内做简谐运动，其位移随时间的变化规律为。已知导体框边长为，磁感应强度大小为，导体框电阻为，则产生的交变电流的有效值为（     ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】导体框做简谐运动，位移规律为 可得振幅，圆频率，运动周期 当时，整个线框都在磁场中，磁通量不变，感应电动势为0，无感应电流；当时，线框部分在磁场中，磁通量随位置变化，产生感应电动势。 最大速度，感应电动势最大值 代入得 电流最大值 一个周期内，只有半个周期（）有电流，且电流为正弦式交变电流，半个周期内产生的热量 结合有效值定义 化简得 故选B。 10．磁吸式无线充电手表的原理如图甲所示，磁吸底座线圈ab间通入图乙所示的正弦交流电后，手表内置线圈整流电路输入电压的有效值为5V，整流后对手表内的电池进行充电。不考虑过程中的漏磁和能量损失，下列说法正确的是（　　） A．手表内置线圈电流方向每秒改变50次 B．底座线圈和手表内置线圈匝数之比为44∶1 C．底座线圈和手表内置线圈中电流之比为1∶22 D．若在c点接入一个理想二极管，则整流电路输入电压的有效值为 【答案】B 【详解】A．周期，频率；即每秒有个周期，一个周期内电流方向改变2次，因此每秒电流方向改变次，故A错误； B．底座线圈输入正弦交流电，由图乙得最大值 因此底座线圈电压有效值 内置线圈整流前输入电压有效值 理想变压器电压比等于匝数比，即匝数之比为，故B正确； C．理想变压器电流比与匝数成反比，即电流之比为，故C错误； D．接入理想二极管后，只有半个周期有电压输出，根据有效值的定义得 代入，解得，故D错误。 故选B。 题型3. 发电机和电动机 11．如图为某自行车车头灯发电机的示意图。线圈绕在固定的U形铁芯上，车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁体转动，使线圈中产生正弦式交变电流。已知摩擦小轮转动的角速度为，线圈匝数为N匝，线圈横截面积为S，线圈电阻与车头灯电阻均为R。图示位置中磁体在线圈处产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为B。摩擦小轮由如图所示位置转过圈的过程中，则下列说法正确的是（　　） A．磁通量变化的大小为 B．通过车头灯的电荷量 C．车头灯电阻的热功率 D．内，车头灯内电流方向改变 【答案】C 【详解】A．图示位置，初始磁通量；转过​圈后，磁通量 磁通量是穿过线圈的磁感线数目，与线圈匝数无关 因此磁通量变化量 ，A错误； B．通过灯泡的电荷量 平均感应电动势​ 总电阻为 因此 ，B错误； C．感应电动势最大值，有效值​​ 电路电流有效值 ​ 车头灯的热功率 ，C正确； D．交变电流的频率​，一个周期内电流方向改变2次，因此内电流方向改变次数为​，D错误。 故选 C。 12．著名的法拉第圆盘发电机示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两电刷P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘以恒定角速度旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是（   ） A．流过电阻R的电流恒定 B．若从上向下看，圆盘沿顺时针转动，则通过电阻R的电流方向由b到a C．若仅将磁感应强度大小变为原来的2倍，则电流在R上的热功率变为原来的2倍 D．若仅将圆盘转动角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率变为原来的2倍 【答案】A 【详解】A．圆盘以恒定角速度旋转时，根据可知感应电动势大小恒定，则流过电阻R的电流恒定，故A正确； B．根据右手定则可知，若从上向下看，圆盘顺时针转动，则通过电阻R的电流方向由a到b，故B错误； CD．根据，， 若仅将磁感应强度大小变为原来的2倍，感应电动势变为原来的2倍，通过R的电流变为原来的2倍，电流在R上的热功率变为原来的4倍；若仅将圆盘转动角速度变为原来的2倍，感应电动势变为原来的2倍，通过R的电流变为原来的2倍，电流在R上的热功率变为原来的4倍；故CD错误。 故选A。 13．辘轳是中国古代取水的重要设施，如图甲。在某次研学活动中，一种用电动机驱动的辘轳引发了同学们的兴趣。该种辘轳的工作原理简化图如图乙，已知转筒（辘轳）半径。在某次提水的过程中，电动机以恒定输出功率将质量为的水桶由静止开始竖直向上提起。圆筒转动的角速度随时间变化的图像如图丙。忽略转筒（辘轳）的质量以及所有摩擦阻力，取重力加速度，则下列说法不正确的是（     ） A．内井绳对水桶的拉力逐渐减小 B．电动机的输出功率 C．内水桶上升的高度为 D．当角速度时，水桶的加速度大小为 【答案】D 【详解】A．内，角速度逐渐增大，根据可知水桶速度逐渐增大。 电动机输出功率恒定，根据可知，井绳对水桶的拉力逐渐减小，故A正确； B．由图丙可知，后水桶做匀速运动，此时，速度 此时拉力等于重力，电动机的输出功率，故B正确； C．内，根据动能定理有 解得 内水桶匀速上升，高度 内水桶上升的总高度，故C正确； D．当角速度时，水桶速度 此时拉力 根据牛顿第二定律 解得加速度，故D错误。 本题选不正确的，故选D。 14．（多选）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，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，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，从而使线圈在匀强磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电。自行车匀速行驶时，下列说法正确的是(　　) A．图甲所示位置线圈平面与磁感线平行 B．图甲所示位置线圈中电流最大 C．图甲所示位置线圈中电流方向将发生改变 D．图甲所示位置穿过线圈磁通量的变化率最小 【答案】CD 【详解】A．图甲所示位置线圈平面与磁感线垂直，故A错误； B．图甲所示位置线圈中为中性面，电流大小为零，故B错误； C．图甲所示位置线圈中为中性面，电流在此位置，电流方向将发生改变，故C正确； D．图甲所示位置线圈中为中性面，电流大小为零，即感应电动势为零，由法拉第电磁感应定律，则穿过线圈磁通量的变化率最小，故D正确。 故选CD 。 题型4. 变压器 15．（多选）“低碳经济”是我国实现经济跨区域可持续快速发展的重要保证，如图为某风力发电厂电能输送的部分测试电路，有效值恒定的交流电源、阻值为的定值电阻和理想变压器相连。变压器原、副线圈匝数比为1∶3，电压表和电流表均为理想交流电表，是热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。不考虑灯泡电阻的变化，下列说法正确的是（     ） A．环境温度升高时，电流表示数增大 B．环境温度降低时，电源输出功率变大 C．环境温度升高时，的热功率变小 D．电压表V示数变化值和电流表示数变化值的关系为 【答案】AD 【详解】AC．将原线圈输入端等效为电阻，则 因为 联立整理得 设交流电源电压有效值为，则原线圈电流 可知环境温度升高时，阻值减小，则增大，电流表示数增大，的热功率增大，故AC正确； B．环境温度降低时，阻值增大，则减小，电源输出功率减小，故B错误； D．原线圈输入端电压 原线圈电流 因为 整理得 可知，故D正确。 故选AD。 16．（多选）为保证用户电压稳定在220V，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图。保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示。以下正确的是（     ） A． B．输入电压的频率为50Hz C．将原线圈接入恒定电流，副线圈的磁通量为零 D．为使用户电压稳定在220V，应将P适当上移 【答案】BD 【详解】A．由图乙知交变电流的周期为，则，故A错误； B．交流电频率 变压器不改变交流电的频率，因此输入电压的频率与输出电压频率相等，为，故B正确； C．将原线圈接入恒定电流，副线圈的磁通量不变，变压器不工作，此时副线圈的磁通量不为零，故C错误； D．由图乙得，当前的有效值为，低于目标电压，需要升高输出电压。根据变压器变压比，变形得 输入电压、副线圈匝数不变，要增大，需要减小原线圈接入匝数；将接头适当上移，正好可以减小原线圈接入匝数，使升高到，故D正确。 故选BD。 17．（多选）如图所示，为某小型交流发电机通过理想变压器给负载供电的原理图。矩形金属线圈绕垂直匀强磁场的轴匀速转动，磁感应强度大小为，已知发电机线圈匝数为100匝、电阻为、面积为、转动角速度为，变压器原、副线圈的匝数比可调，定值电阻。下列说法正确的是（　　） A．交流电的周期为0.02s B．线圈处于图示位置时瞬时电动势为 C．当时，定值电阻R有最大功率25W D．当时，理想交流电压表示数为9V 【答案】AC 【详解】A．交流电的周期为，故A正确； B．线圈处于图示位置时，线圈平面与磁场方向垂直，处于中性面，瞬时电动势为0，故B错误； C．电动势最大值为 电动势有效值为 设原、副线圈的电压分别为、，电流分别为、，则有，，， 联立可得 根据数学知识可知，当，即当时，有最大值，定值电阻R有最大功率，故C正确； D．当时，有，可得 根据可得 可得理想交流电压表示数为，故D错误。 故选AC。 18．（多选）如图为小型发电机与理想变压器组成的电路。发电机产生电动势有效值为10 V的正弦交流电。变压器原线圈与定值电阻串联，副线圈接有定值电阻和滑动变阻器，原、副线圈匝数比。电表均为理想电表，线圈及导线电阻不计，则（　　） A．电压表示数为5 V B．图示位置穿过发电机线圈的磁通量为零 C．滑动变阻器的滑片向上滑动时，电压表示数变小 D．当滑动变阻器接入电路的阻值最大时，电流表示数为0.4 A 【答案】BD 【详解】A．原、副线圈电压关系有，发电机电动势 可得，，电压表测副线圈电压等于，故A错误； B．图示发电机线圈平面与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为0，故B正确； C．滑动变阻器滑片向上滑动时，接入电路的阻值增大，副线圈总电阻 将副线圈电阻等效到原线圈，等效电阻 原线圈总电阻增大，原线圈电流减小，增大，也增大，电压表示数变大，故C错误； D．当滑动变阻器接入阻值最大时，，副边总电阻 等效电阻 原边总电阻 原边电流 根据变压器电流比，得副边电流，即电流表示数为0.4A，故D正确。 故选BD 。 19．（多选）如甲图，电流互感器可测量导线a中交变电流的通电情况。让a穿过闭合铁芯，铁芯上绕有多匝线圈，线圈和分析器组成闭合回路，忽略线圈内电流变化对a中电流的影响。分析器可显示流过分析器的电流随时间变化的波形。某次测量时，分析器显示的结果如乙图中的正弦波形，则（　　） A．分析器中电流的有效值为 B．分析器中电流的最大值为 C．a中电流的频率为100Hz D．时a内电流达到极大值 【答案】AD 【详解】AB．由题图乙可知，分析器中电流的最大值为，则分析器中电流的有效值为，故A正确，B错误； C．a中电流的周期和分析器中电流的周期相同。由题图乙可知，分析器中电流的周期为，则a中电流的频率为，故C错误； D．时，分析器中电流为零，即线圈内的感应电流为零，则a中电流的变化率为0，所以此时a内电流达到极大值，故D正确。 故选AD。 题型5. 远距离输电 20．（多选）如图所示，某交流发电机向偏僻山区供电，发电机的输出电压恒定，理想升压变压器原、副线圈的匝数比，理想降压变压器原、副线圈的匝数比，电灯相同，开关S闭合。下列说法正确的是（     ） A．升压变压器原线圈与降压变压器副线圈中的电流相等 B．若将S断开，则升压变压器副线圈两端的电压升高 C．若将S断开，则输电线上损耗的电功率将变为原来的 D．若将S断开，则电灯变亮 【答案】AD 【详解】A．对升压变压器 得 对降压变压器：输电线电流， 得​。因此升压原线圈电流与降压副线圈电流相等，故A正确； B．发电机输出电压恒定，即升压变压器原线圈电压恒定，升压变压器匝数比不变，由 可得，升压副线圈电压不变，故B错误； C．设降压原线圈的电压为、电流为，副线圈的电压为、电流为,由欧姆定律可知 根据变压器规律可知， 联立可得 所以可将降压变压器和副线圈所接负载整体看一个等效电阻,等效电阻为 S断开后，负载总电阻增大，等效到降压原侧的总电阻变为原来的2倍，但整个电路总电阻为，总电阻不是原来的2倍，因此输电线电流不是原来的 输电损耗，因此损耗不是原来的，故C错误； D．S断开后，总负载电阻增大，输电线电流减小，输电线电压损失减小，因此降压原线圈电压增大；降压变压器匝数比不变，因此降压副线圈电压增大，电灯​的电压等于，因此变亮，故D正确。 故选AD。 21．（多选）中国高铁享誉全球。如图所示，高铁的供电流程是将高压或经过牵引变电所进行变压，降至，通过接触网上的电线与车顶上的受电器进行接触而完成受电，机车最终获得的电力．以下说法正确的是（　　） A．若电网的电压为，则变电所的变压器原、副线圈匝数比为 B．若电网的电压为，则变电所的变压器原、副线圈匝数比为 C．如果高铁机车功率为，则自牵引变电所至机车间的馈线等效电阻约为 D．如果高铁机车功率为，则自牵引变电所至机车间的馈线等效电阻约为 【答案】BC 【详解】A．理想变压器满足关系 输入电压，输出，则，故A错误； B．输入电压，输出，则，故B正确； CD．已知机车功率，机车获得电压 机车功率，得 线路电压损失 由欧姆定律 得等效电阻，故C正确，D错误。 故选BC。 22．如图1为三相交流电电动机模型示意图，三根线圈通电后会产生以角速度ω0匀速旋转的磁场。边长为L、总电阻为R的单匝正方形金属框abcd置于线圈内部。图2为简化后的俯视图，已知转动过程中ab、cd经过位置的磁感应强度大小均为B，磁场方向始终与ab、cd垂直，也与它们的运动方向垂直。金属框绕中心轴OO'转动，不计一切阻力，不考虑自感现象。 (1)当金属框在图2位置时，金属框角速度为0，求金属框ab边产生的感应电动势大小，并判断此时电流方向（用字母abcd表示）； (2)求（1）问状态下ab边受到的安培力大小； (3)金属框在磁场的驱动下加速转动。当金属框的角速度达到ω1（ω1<ω0）时，求金属框的热功率P1与金属框所受安培力功率P2之比。 【答案】(1)， (2) (3) 【详解】（1）根据题中所给情境，可知金属框ab边和cd边此时均切割磁感，产生感应电动势，相对切割磁感线的速度为 产生的电动势为 解得 根据右手定则，可知电流方向为 （2）图2状态瞬时感应电流为 解得 则ab边所受的安培力为 （3）当线框的角速度为时，线框的生热功率为 其中， 联立解得 金属框ab边和cd边所受安培力的功率和为 其中 联立解得 故金属框的热功率P1与金属框所受安培力功率P2之比 23．某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压，输出功率400kW。降压变压器的匝数比，输电线总电阻。其余线路电阻不计，用户端电压，功率88kW，所有变压器均为理想变压器。求： (1)输电线上损失的功率； (2)升压变压器的匝数； (3)输送给储能站的功率为多少？ 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）对降压变压器，用户端电流 根据理想变压器电流关系 得降压变压器原线圈电流（即输电线电流） 输电线上损失的功率 （2）对降压变压器，由电压关系 得降压变压器原线圈电压 输电线电压损失 因此升压变压器副线圈的电压 理想变压器电压与匝数成正比 得 即 （3）升压变压器副线圈输出的总功率（含用户功率和线损） 理想变压器总功率相等，发电机总输出功率，因此储能站获得的功率 24．如图甲所示为高铁动力系统供电流程的简化图，发电厂输出电压为、电流为的正弦交流电，牵引变电所的理想变压器将发电厂的高压电进行降压，动力车厢内的理想变压器再次降压，为动力系统供电，驱动高铁运行。已知牵引变电所的变压器的原、副线圈匝数之比为，动力车厢内的理想变压器的原、副线圈匝数之比为，架空线的总内阻为r。 (1)架空线损耗的功率； (2)动力系统的电压； (3)若动力系统可看成图乙所示的简化模型，通过整流器使AB端输出电压恒为U的直流电，在足够长的区域ABCD存在磁感应强度大小为B、垂直纸面方向的匀强磁场（图中未画出），导体棒MN的长度为L，电阻为R，通过导体棒连接车轮间的车轴，驱动动力车厢向右运行，运动过程中动车所受阻力的大小恒为f，求动力车厢最终稳定运行的速度大小v。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）由变压器规律可得 由题意可得 架空线损耗的功率 联立解得 （2）由变压器规律和欧姆定律可得 因为， 由题意可得 联立解得 （3）图乙中，当动力车厢受到的安培力和阻力等大反向时，动力车厢匀速稳定运行，有 因为，， 联立解得 25．2026年3月18日，雅江集团宣布进入实质性全面建设阶段，规划总投资约1.2万亿元，建设5座梯级电站，总装机容量为6000-8100万千瓦，相当于3座三峡电站，建成后对获得清洁能源有极大帮助。而小型水电站也是一个重要补充，现有一条河流，河水的流量为，落差，河水的密度为，现利用其发电，输电示意图如图所示，已知河水重力势能转化为电能的效率，变压器均为理想变压器，在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为，电流表的示数为1A，输电线的总电阻为，用户获得220V的电压。g取10，求： (1)输送功率P； (2)降压变压器的原、副线圈的匝数比。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）由题意可知     （2）设电流互感器中电流与匝数成反比有 解得输电线中电流 升压变压器输入功率等于输出功率有     解得 输电线损失电压 降压变压器输入电压     对降压变压器有     解得，故降压变压器的原、副线圈的匝数比。 16 / 26 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题02 交变电流（专项训练） 题型1交变电流的产生 题型2描述交变电流的物理量 题型3发电机和电动机 题型4变压器 题型5远距离输电 题型1. 交变电流的产生 1．下列有关四幅图像的说法正确的是（　　） A．图甲中的振荡电路能量守恒，不产生电磁波 B．图乙中的发电机是旋转磁极式发电机 C．图丙中的双线绕法可减小绕线的漏磁现象，从而减小磁场能的损失 D．图丁中变化的磁场产生电场是一个普遍规律，与闭合电路是否存在无关 2．如图所示，各线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动（从左往右看沿顺时针方向转），从图示位置开始计时，设电流从2流出线圈为正方向，能产生图甲波形交变电流的是（　　） A． B．C． D． 3．如图所示为某自行车车灯发电机的原理图，通过摩擦轮与转动的车胎摩擦，带动磁铁转动发电。从左向右看，磁铁沿逆时针方向匀速转动，转速为，下列说法正确的是（　　） A．图示时刻，灯泡中的电流最大 B．磁铁从图示时刻转过的过程中，灯泡中的电流从到 C．灯泡中交流电的频率为 D．磁铁转速增大一倍，在灯泡不损坏的前提下，灯泡的功率也增大一倍 4．如图所示为小型交流发电机的示意图，单匝矩形线框电阻不计，电刷外接电阻，电流表是理想交流电流表，线框绕垂直于磁场的水平轴沿逆时针方向匀速转动。从某时刻开始计时，穿过线框的磁通量随时间变化的表达式为，则下列说法正确的是（　　） A．计时起点时刻，线框位于中性面 B．时刻，线框中的电流改变方向 C．从计时起点位置转过时，电流表示数为 D．一个周期内，回路中产生的热量为 5．如图甲所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中逆时针匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间变化的规律如图乙所示。已知线圈匝数为匝，电路的总电阻为。下列说法正确的是（　　） A．图甲时刻，流经电阻上电流方向为由到 B．由图乙可知，时线圈中的感应电流改变方向 C．由图乙可知，内通过电阻的电荷量为 D．由图乙可知，线圈中产生的感应电动势瞬时值表达式为 题型2. 描述交变电流的物理量 6．某自行车所装车灯发电机如图甲所示，其结构见图乙。绕有线圈的“匚”形铁芯开口处装有磁铁。车轮转动时带动与其接触的摩擦轮转动。摩擦轮又通过传动轴带动磁铁一起转动，从而使铁芯中磁通量发生变化。线圈两端、作为发电机输出端。灯L的阻值不变，则在磁铁从图示位置匀速转过的过程中L消耗的瞬时功率（     ） A．逐渐变大 B．逐渐变小 C．先变大后变小 D．先变小后变大 7．在如图甲所示的电路中，、是两个定值电阻且，与并联的理想二极管D，其正向电阻可视为零、反向电阻为无穷大。接线柱a、b之间加一个如图乙所示的正弦式交变电压，时电压为正值。则两端电压的有效值为（　　） A． B． C． D．5V 8．图甲为某种发电机的剖面图。转轴上有两个可同步转动的磁铁盘，每个磁铁盘上各有八个扇形磁极，N、S极交替出现，如图乙所示，扇形的内半径为r0，外半径为r1。任意时刻上下两个正对磁极之间为匀强磁场，磁感应强度为B，方向与转轴平行。转轴中部固定一个线圈盘，线圈盘上有八个彼此绝缘的扇形线圈，扇形线圈与扇形磁极的形状、大小完全相同，如图丙所示。每个扇形线圈都是单匝线圈，其电阻为R。磁铁盘以恒定角速度ω匀速旋转，当磁铁盘中的扇形磁极与线圈盘中的扇形线圈完全正对时开始计时（t=0），下列说法不正确的是（　　） A．该发电机产生交流电的频率 B．时刻，通过单个扇形线圈的磁通量为0 C．单个扇形线圈的感应电动势 D．单个扇形线圈消耗的功率 9．如图所示，虚线下方存在垂直纸面向里且范围足够大的匀强磁场。正方形金属导体框静止时边恰好位于磁场边界，以该位置为坐标原点，竖直向上为轴正方向建立坐标系。现给导体框施加驱动力，使其在竖直面内做简谐运动，其位移随时间的变化规律为。已知导体框边长为，磁感应强度大小为，导体框电阻为，则产生的交变电流的有效值为（     ） A． B． C． D． 10．磁吸式无线充电手表的原理如图甲所示，磁吸底座线圈ab间通入图乙所示的正弦交流电后，手表内置线圈整流电路输入电压的有效值为5V，整流后对手表内的电池进行充电。不考虑过程中的漏磁和能量损失，下列说法正确的是（　　） A．手表内置线圈电流方向每秒改变50次 B．底座线圈和手表内置线圈匝数之比为44∶1 C．底座线圈和手表内置线圈中电流之比为1∶22 D．若在c点接入一个理想二极管，则整流电路输入电压的有效值为 题型3. 发电机和电动机 11．如图为某自行车车头灯发电机的示意图。线圈绕在固定的U形铁芯上，车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁体转动，使线圈中产生正弦式交变电流。已知摩擦小轮转动的角速度为，线圈匝数为N匝，线圈横截面积为S，线圈电阻与车头灯电阻均为R。图示位置中磁体在线圈处产生的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度大小为B。摩擦小轮由如图所示位置转过圈的过程中，则下列说法正确的是（　　） A．磁通量变化的大小为 B．通过车头灯的电荷量 C．车头灯电阻的热功率 D．内，车头灯内电流方向改变 12．著名的法拉第圆盘发电机示意图如图所示。铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两电刷P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触。圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中。圆盘以恒定角速度旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是（   ） A．流过电阻R的电流恒定 B．若从上向下看，圆盘沿顺时针转动，则通过电阻R的电流方向由b到a C．若仅将磁感应强度大小变为原来的2倍，则电流在R上的热功率变为原来的2倍 D．若仅将圆盘转动角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率变为原来的2倍 13．辘轳是中国古代取水的重要设施，如图甲。在某次研学活动中，一种用电动机驱动的辘轳引发了同学们的兴趣。该种辘轳的工作原理简化图如图乙，已知转筒（辘轳）半径。在某次提水的过程中，电动机以恒定输出功率将质量为的水桶由静止开始竖直向上提起。圆筒转动的角速度随时间变化的图像如图丙。忽略转筒（辘轳）的质量以及所有摩擦阻力，取重力加速度，则下列说法不正确的是（     ） A．内井绳对水桶的拉力逐渐减小 B．电动机的输出功率 C．内水桶上升的高度为 D．当角速度时，水桶的加速度大小为 14．（多选）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，磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈，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，从而使线圈在匀强磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电。自行车匀速行驶时，下列说法正确的是(　　) A．图甲所示位置线圈平面与磁感线平行 B．图甲所示位置线圈中电流最大 C．图甲所示位置线圈中电流方向将发生改变 D．图甲所示位置穿过线圈磁通量的变化率最小 题型4. 变压器 15．（多选）“低碳经济”是我国实现经济跨区域可持续快速发展的重要保证，如图为某风力发电厂电能输送的部分测试电路，有效值恒定的交流电源、阻值为的定值电阻和理想变压器相连。变压器原、副线圈匝数比为1∶3，电压表和电流表均为理想交流电表，是热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。不考虑灯泡电阻的变化，下列说法正确的是（     ） A．环境温度升高时，电流表示数增大 B．环境温度降低时，电源输出功率变大 C．环境温度升高时，的热功率变小 D．电压表V示数变化值和电流表示数变化值的关系为 16．（多选）为保证用户电压稳定在220V，变电所需适时进行调压，图甲为调压变压器示意图。保持输入电压u1不变，当滑动接头P上下移动时可改变输出电压。某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示。以下正确的是（     ） A． B．输入电压的频率为50Hz C．将原线圈接入恒定电流，副线圈的磁通量为零 D．为使用户电压稳定在220V，应将P适当上移 17．（多选）如图所示，为某小型交流发电机通过理想变压器给负载供电的原理图。矩形金属线圈绕垂直匀强磁场的轴匀速转动，磁感应强度大小为，已知发电机线圈匝数为100匝、电阻为、面积为、转动角速度为，变压器原、副线圈的匝数比可调，定值电阻。下列说法正确的是（　　） A．交流电的周期为0.02s B．线圈处于图示位置时瞬时电动势为 C．当时，定值电阻R有最大功率25W D．当时，理想交流电压表示数为9V 18．（多选）如图为小型发电机与理想变压器组成的电路。发电机产生电动势有效值为10 V的正弦交流电。变压器原线圈与定值电阻串联，副线圈接有定值电阻和滑动变阻器，原、副线圈匝数比。电表均为理想电表，线圈及导线电阻不计，则（　　） A．电压表示数为5 V B．图示位置穿过发电机线圈的磁通量为零 C．滑动变阻器的滑片向上滑动时，电压表示数变小 D．当滑动变阻器接入电路的阻值最大时，电流表示数为0.4 A 19．（多选）如甲图，电流互感器可测量导线a中交变电流的通电情况。让a穿过闭合铁芯，铁芯上绕有多匝线圈，线圈和分析器组成闭合回路，忽略线圈内电流变化对a中电流的影响。分析器可显示流过分析器的电流随时间变化的波形。某次测量时，分析器显示的结果如乙图中的正弦波形，则（　　） A．分析器中电流的有效值为 B．分析器中电流的最大值为 C．a中电流的频率为100Hz D．时a内电流达到极大值 题型5. 远距离输电 20．（多选）如图所示，某交流发电机向偏僻山区供电，发电机的输出电压恒定，理想升压变压器原、副线圈的匝数比，理想降压变压器原、副线圈的匝数比，电灯相同，开关S闭合。下列说法正确的是（     ） A．升压变压器原线圈与降压变压器副线圈中的电流相等 B．若将S断开，则升压变压器副线圈两端的电压升高 C．若将S断开，则输电线上损耗的电功率将变为原来的 D．若将S断开，则电灯变亮 21．（多选）中国高铁享誉全球。如图所示，高铁的供电流程是将高压或经过牵引变电所进行变压，降至，通过接触网上的电线与车顶上的受电器进行接触而完成受电，机车最终获得的电力．以下说法正确的是（　　） A．若电网的电压为，则变电所的变压器原、副线圈匝数比为 B．若电网的电压为，则变电所的变压器原、副线圈匝数比为 C．如果高铁机车功率为，则自牵引变电所至机车间的馈线等效电阻约为 D．如果高铁机车功率为，则自牵引变电所至机车间的馈线等效电阻约为 22．如图1为三相交流电电动机模型示意图，三根线圈通电后会产生以角速度ω0匀速旋转的磁场。边长为L、总电阻为R的单匝正方形金属框abcd置于线圈内部。图2为简化后的俯视图，已知转动过程中ab、cd经过位置的磁感应强度大小均为B，磁场方向始终与ab、cd垂直，也与它们的运动方向垂直。金属框绕中心轴OO'转动，不计一切阻力，不考虑自感现象。 (1)当金属框在图2位置时，金属框角速度为0，求金属框ab边产生的感应电动势大小，并判断此时电流方向（用字母abcd表示）； (2)求（1）问状态下ab边受到的安培力大小； (3)金属框在磁场的驱动下加速转动。当金属框的角速度达到ω1（ω1<ω0）时，求金属框的热功率P1与金属框所受安培力功率P2之比。 23．某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压，输出功率400kW。降压变压器的匝数比，输电线总电阻。其余线路电阻不计，用户端电压，功率88kW，所有变压器均为理想变压器。求： (1)输电线上损失的功率； (2)升压变压器的匝数； (3)输送给储能站的功率为多少？ 24．如图甲所示为高铁动力系统供电流程的简化图，发电厂输出电压为、电流为的正弦交流电，牵引变电所的理想变压器将发电厂的高压电进行降压，动力车厢内的理想变压器再次降压，为动力系统供电，驱动高铁运行。已知牵引变电所的变压器的原、副线圈匝数之比为，动力车厢内的理想变压器的原、副线圈匝数之比为，架空线的总内阻为r。 (1)架空线损耗的功率； (2)动力系统的电压； (3)若动力系统可看成图乙所示的简化模型，通过整流器使AB端输出电压恒为U的直流电，在足够长的区域ABCD存在磁感应强度大小为B、垂直纸面方向的匀强磁场（图中未画出），导体棒MN的长度为L，电阻为R，通过导体棒连接车轮间的车轴，驱动动力车厢向右运行，运动过程中动车所受阻力的大小恒为f，求动力车厢最终稳定运行的速度大小v。 25．2026年3月18日，雅江集团宣布进入实质性全面建设阶段，规划总投资约1.2万亿元，建设5座梯级电站，总装机容量为6000-8100万千瓦，相当于3座三峡电站，建成后对获得清洁能源有极大帮助。而小型水电站也是一个重要补充，现有一条河流，河水的流量为，落差，河水的密度为，现利用其发电，输电示意图如图所示，已知河水重力势能转化为电能的效率，变压器均为理想变压器，在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为，电流表的示数为1A，输电线的总电阻为，用户获得220V的电压。g取10，求： (1)输送功率P； (2)降压变压器的原、副线圈的匝数比。 1 / 13 学科网（北京）股份有限公司 $