专题05 交变电流（期末复习专项训练）高二物理下学期人教版

**基本信息** 以交变电流产生与应用为主线，覆盖9类核心题型，突出重点难点，注重物理观念与科学思维的综合训练。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |交变电流的概念及其性质|3题|基础概念辨析|从产生原理到基本性质，构建物质与运动观念| |交变电流的图像问题|3题|图像信息提取|联系电磁感应规律，培养科学推理能力| |交变电流的四值问题|3题|有效值计算|能量观念的核心应用，重点突破| |电容和电感的影响|3题|元件特性分析|深化相互作用观念，体现规律应用| |变压器的原理及应用|3题|匝数比关系|基于电磁感应的模型建构，常考点| |变压器的等效法与动态分析|3题|电路动态变化|科学推理与质疑创新，难点突破| |远距离输电|3题|功率损耗计算|实际应用中的能量观念，重点考查| |电磁振荡|3题|LC电路分析|电磁相互作用的深化，拓展知识| |传感器及其应用|3题|实际情境应用|科学探究与社会责任的结合|

专题05 交变电流 题型1 交变电流的概念及其性质 题型6 变压器的等效法与动态分析（难点） 题型2 交变电流的图像问题 题型7 远距离输电（常考点、重点） 题型3 交变电流的四值问题（重点） 题型8 电磁振荡 题型4 电容和电感对交变电流的影响 题型9 传感器及其应用 题型5 变压器的原理及应用（常考点、重点） 3 / 23 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 题型一 交变电流的概念及其性质（共3小题） 1．如图所示，线圈abcd在水平匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动会产生正弦式交变电流。当线圈逆时针转动到图示水平位置时，下列说法正确的是（　　） A．线圈处于中性面位置 B．线圈中电流方向为abcda C．线圈中瞬时感应电动势最大 D．穿过线圈平面的磁通量变化率为零 【答案】C 【详解】A．线圈处于与中性面垂直的位置，A错误；     B．根据右手定则可知，线圈中电流方向为adcba，B错误； CD．此位置线圈中磁通量为零，但磁通量的变化率最大，线圈中瞬时感应电动势最大，C正确，D错误。     故选C。 2．（多选）下列方法中能够产生交变电流的是（　　） A．如图甲所示，闭合线圈在匀强磁场中按逆时针方向匀速转动 B．如图乙所示，金属棒绕过中心且与磁场垂直的轴逆时针匀速转动 C．如图丙所示，由导线折成的矩形线框CDFE绕PQ在匀强磁场中匀速转动 D．闭合线圈垂直磁感线放置且不动，穿过线圈的磁通量按照如图丁所示正弦规律变化 【答案】ACD 【详解】A．闭合线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，转动过程中穿过线圈的磁通量随时间做周期性变化，感应电动势的大小和方向都随时间周期性改变，因此可以产生交变电流，故A正确； B．该选项中只有单根金属棒绕中心轴转动，金属棒没有形成闭合回路，只会产生感应电动势，无法形成感应电流，因此不能产生交变电流，故B错误； C．矩形线框CDFE是闭合导线框，绕转轴PQ匀速转动时， PQ方向与匀强磁场方向垂直，转动过程中穿过线框的磁通量随转动周期性变化，感应电动势的大小、方向周期性改变，因此可以产生交变电流，故C正确； D．闭合线圈静止，穿过线圈的磁通量按正弦规律变化，根据法拉第电磁感应定律 若 则感应电动势 大小和方向都随时间做周期性变化，因此可以产生交变电流，故D正确。 故选ACD。 3．如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的OO'轴以角速度ω匀速转动。下列说法正确的是（　　） A．线圈位于图示位置时不受安培力 B．线圈位于图示位置时产生的感应电动势最大 C．线圈从图示位置转过半个周期，通过线圈某横截面的电荷量为0 D．仅增大角速度ω，线圈在一个周期内产生的热量减少 【答案】A 【详解】A．线圈位于图示位置时，线圈与磁感应强度方向平行，不受安培力，故A正确； B．线圈位于图示位置时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量变化率为零，此时感应电动势为零，故B错误； C．线圈从图示位置转过半个周期，磁通量的变化量 通过线圈某横截面的电荷量，故C错误； D．感应电动势的最大值 感应电动势的有效值 线圈在一个周期内产生的热量 联立可得 可知仅增大角速度ω，线圈在一个周期内产生的热量增加，故D错误。 故选A。 题型二 交变电流的图像问题（共3小题） 4．（多选）某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图像如图所示。由图中信息可以判断（　　） A．在A和C时刻线圈处于中性面位置 B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零 C．从A到D线圈转过的角度为 D．从B到D穿过线圈的磁通量先减小后增大 【答案】CD 【详解】A．在和时刻，感应电流达到最大值，根据法拉第电磁感应定律，此时感应电动势最大，磁通量的变化率最大，而磁通量为零，线圈平面与磁感线平行（即垂直于中性面），故A错误； B．在和时刻，感应电流，感应电动势为零，磁通量的变化率为零，此时磁通量最大，线圈处于中性面位置，故B错误； C．由图可知，时刻对应周期，时刻对应个周期。从到经历的时间 线圈匀速转动，转过的角度，故C正确； D．从到经历了半个周期，线圈转过角度。时刻线圈处于中性面，磁通量最大；时刻线圈垂直中性面，磁通量为零；时刻线圈回到中性面，磁通量最大，所以该过程穿过线圈的磁通量先减小后增大，故D正确。 故选CD。 5．为了研究交流电的产生过程，小齐进行了如下实验：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴按图示方向匀速转动（过、的中点），并从图甲所示位置开始计时，产生的感应电流图像如图乙所示。第二次仅将转轴右侧的磁场去掉，则第二次线框内产生的感应电流图像为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】第一次实验中，线圈两条边（ 和 ）都切割磁感线，感应电动势最大值，电流最大值 第二次实验仅去掉右侧磁场，线圈转动过程中，始终只有一条边（ 或 ）在左侧磁场中切割磁感线，另一条边在无磁场区，故感应电动势最大值变为，电流最大值变为 ，第二次实验产生的感应电流仍为正弦式交变电流，从中性面开始，表达式为 故选D。 6．（多选）如图甲所示为一台小型发电机的结构示意图，内阻为0.7Ω的单匝线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦图线如图乙所示，电压表、电流表均为理想交流电表，定值电阻的阻值R=10.3Ω，则下列说法正确的是（　　） A．发电机产生的电动势最大值为，线圈的转速 B．时，穿过线圈的磁通量变化率为零 C．线圈转动到图示位置时，感应电流方向为D→C→B→A→D D．电流表的示数为10A，电压表的示数为110V 【答案】BC 【详解】A．由图乙可知发电机产生的电动势最大值为，周期为，则转速为，故A错误； B．时，由图乙可知感应电动势为0，根据法拉第电磁感应定律可知，穿过线圈的磁通量变化率为零，故B正确； C．线圈转动到图示位置时，根据右手定则可知，感应电流方向为D→C→B→A→D，故C正确； D．感应电动势有效值为 则电路电流为 可知电流表的示数为10A；两端电压为 则电压表的示数为103V，故D错误。 故选BC。 题型三 交变电流的四值问题（共3小题） 7．A、B是两个完全相同的电热水壶，A通以图甲所示的方波交变电流，B通以图乙所示的正弦式交变电流。则这两个电热水壶在一个周期T内产生的热量之比为（　　） A．5∶8 B．5∶4 C． D． 【答案】B 【详解】接图甲电流时， 接图乙电流时， 热量之比 故选B。 8．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。 9．（多选）如图所示，一个电阻为r、边长为l的正方形线圈abcd共n匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。下列说法正确的是（　　） A．图示位置穿过线圈的磁通量为0 B．图示位置线圈产生的感应电动势为 C．线圈从图示位置转过60°时感应电动势为 D．线圈转动过程中，电压表的示数为 【答案】AC 【详解】A．图示位置，线圈与磁感应强度方向平行，穿过线圈的磁通量为0，故A正确； B．图示位置，线圈与磁感应强度方向平行，线圈产生的感应电动势最大，为，故B错误； C．线圈从图示位置转过60°时的感应电动势，故C正确； D．电压表的示数为，故D错误。 故选AC。 题型四 电容和电感对交变电流的影响（共3小题） 10．（多选）在磁感应强度为B的匀强磁场中有一矩形线圈（电阻不计），正在绕垂直于磁场的转动轴以转速n匀速转动，产生的正弦交流电的表达式 （V），将此线圈作为电源连接在如图所示的电路中，图中三只完全相同的灯泡都能发光，与这三只灯泡串联的分别是电阻R、电感线圈L、电容器C。现将匀强磁场的磁感应强度大小减为 ，且把转速改为2n，则（　　） A．D1变暗 B．D2变暗 C．D3变暗 D．R中电流每秒改变200次方向 【答案】BD 【详解】正弦交流电电动势峰值 ，角频率 变化后磁感应强度，转速 因此新的峰值 电源电动势有效值不变； 原角频率，新角频率 新频率 A．电阻对交流电的阻碍与频率无关，支路电压不变、电流不变，因此亮度不变，A错误； B．电感感抗，频率增大，感抗增大，支路电流减小，因此变暗，B正确； C．电容容抗，频率增大，容抗减小，支路电流增大，因此变亮，C错误； D．交流电一个周期内电流方向改变2次，现在，每秒有100个周期，因此电流方向每秒改变，D正确。 故选 BD。 11．在如图所示的电路中，、、是三盏相同的灯泡，电感线圈电阻忽略不计，当a、b两端接6V正弦式交流电时，三盏灯的发光情况相同。下列说法正确的是（　　） A．电容器的耐压值至少为6V B．增大交流电频率，比亮 C．若a、b两端改接6V直流电，比先亮 D．若a、b两端改接6V直流电，稳定后不亮，比亮 【答案】D 【详解】A．电压指的是有效值，正弦交流电的峰值（最大值）为，电容器的耐压值是指能承受的最大电压，所以电容器的耐压值至少为，故A错误； B．增大交流电频率，感抗增大 容抗减小 所以支路电流减小，支路电流增大，比亮，故B错误； C．若改接直流电，接通瞬间，电感线圈产生自感电动势阻碍电流增大，逐渐变亮，而电阻对电流无阻碍作用（除了本身的电阻），立即亮，所以比先亮，故C错误； D．若改接直流电，稳定后，电容器隔直流，支路无电流，不亮；电感线圈电阻忽略不计，相当于导线，支路总电阻为灯泡电阻；支路总电阻为。因为原来接交流电时三灯亮度相同，说明交流阻抗相等，而直流下支路电阻小于支路电阻，根据欧姆定律 可知，所以比亮，故D正确。 故选D。 12．（多选）如图所示，一个边长l=10cm，匝数N=100的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO'匀速转动，磁感应强度B=0.50T，线圈转动的角速度ω=10πrad/s，闭合回路中两只小灯泡均能发光。下列说法正确的是（    ） A．从图中位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e=5πcos（10πt）V B．增大转动的角速度ω时，感应电动势的峰值Em不变 C．抽去电感器L的铁芯时，灯泡L2变亮 D．增大电容器C两极板间的距离时，灯泡L1变暗 【答案】ACD 【详解】A．根据 可得感应电动势的最大值 由于线框垂直于中性面开始计时，所以电动势瞬时值的表达式，故选项A正确； B．根据可得增大线圈转动角速度时，感应电动势的峰值增大，故选项B错误； C．抽去电感器的铁芯时，即减小自感系数，电感器的感抗减小，流过灯泡电流增大，根据功率公式可知灯泡变亮，故选项C正确； D．增大电容器两极板间的距离时，根据可知电容器的电容减小，则有电容器的容抗增大，流过灯泡电流减小，根据功率公式可知灯泡变暗，故选项D正确； 故选ACD。 题型五 变压器的原理及应用（共3小题） 13．（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。 14．某带有照明系统的电动装置电路如图所示，理想变压器原线圈的匝数为n1=110，副线圈匝数分别为n2=50、n3=30，原线圈两端接电压有效值为220V的交流电源，两副线圈分别连接电动机M和灯泡L，电动机线圈的电阻为5Ω，灯泡的电阻恒为30Ω。电动机和灯泡都正常工作，理想电流表的示数为1A。下列说法正确的是（     ） A．灯泡中的电流为1A B．电动机中的电流为20A C．电动机的电功率为100W D．电动机的机械功率为85W 【答案】C 【详解】A．根据理想变压器电压与匝数的关系 代入数据可得电动机所在副线圈电压为 灯泡所在副线圈电压为 灯泡是纯电阻，由欧姆定律得灯泡电流，故A错误； B．多副线圈理想变压器满足功率守恒 可得 已知原线圈电流，代入数据解得 即电动机电流为，故B错误； C．电动机的总电功率为，故C正确； D．电动机的热功率为 机械功率为总功率减去热功率，故D错误。 故选C。 15．如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比，灯泡两端的电压随时间变化的图像如图乙所示，灯泡的电阻为，此时灯泡恰好正常发光，下列说法正确的是（　　） A．灯泡的额定功率为 B．电源电压的最大值为 C．变压器的输入功率为 D．原线圈中电流的频率为 【答案】C 【详解】A．由图乙副线圈电压，有效值 灯泡正常发光，则灯泡的额定功率，故A错误； B．由变压器变压比，可得，故B错误； C．理想变压器输入功率等于输出功率，即灯泡额定功率，故，故C正确； D．变压器不改变频率，原线圈频率等于副线圈频率，因此频率，故D错误； 故选C。 题型六 变压器的等效法与动态分析（共3小题） 16．我国的西电东送工程，采用了大量的变压器，实现了远距离高压输电。某小区的小型变压器（可视为理想变压器）的结构简图如图所示。原线圈两端接入正弦式交流电，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，电流表为理想交流电流表，为定值电阻，R为滑动变阻器，P为滑动变阻器的滑动触头，则（     ） A．仅将触头Q向上滑动，的发热功率增大 B．仅将触头Q向下滑动，电流表的示数变大 C．仅将滑片P向上移动，电流表的示数变大 D．仅将滑片P向上移动，原线圈的输入功率变大 【答案】A 【详解】A．仅将触头Q向上滑动，副线圈匝数变大，由可知，副线圈输出电压变大，则通过的电流变大，的发热功率增大，故A正确； B．仅将触头Q向下滑动，副线圈匝数变小，由可知，副线圈输出电压变小，电流表的示数变小，故B错误； CD．仅将滑片P向上移动，副线圈输出电压不变，负载电阻阻值变大，电流表的示数变小，副线圈输出功率变小，则原线圈的输入功率变小，故CD错误。 故选A。 17．（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。 18．如图所示的电路中， 理想变压器的原、副线圈的匝数比，为定值电阻， 在端输入电压最大值不变的正弦交流电，调节电阻箱，当时， 理想交流电压表、理想交流电流表的示数分别为、，下列说法正确的是（　　） A．将调大， 电压表示数不变 B．将 调大， 电流表示数减小 C．当时，的功率仍为 D．当时，的功率仍为 【答案】B 【详解】A．将变压器及副线圈负载等效为一个电阻，则 原线圈回路总电阻 当调大时，增大，增大，原线圈电流减小。原线圈两端电压 因减小，故增大。副线圈电压，故电压表示数增大，故A错误； B．副线圈电流，因减小，故电流表示数减小，故B正确； C．的功率等于等效电阻消耗的功率，即电源的输出功率。当时，功率最大。此时 即 初始状态，对应 此时功率未达到最大。当时功率最大，显然不等于初始功率UI，故C错误； D．根据电源输出功率随外电阻变化的规律，当时，功率相等。初始状态 若要功率相等，需 对应的 当时， 此时 故功率不相等，故D错误。 故选B。 题型七 远距离输电（共3小题） 19．（多选）昆明石龙坝水电站是中国第一座水电站，距离昆明30km，最初装机容量为480kW。如图所示为电站向昆明某片区供电的示意图，若忽略发电机内阻，发电机的输出电压不变，变压器为理想变压器，在装机容量内，傍晚用电高峰时，用户区使用的用电器增多，下列说法正确的是（　　） A．输电电流减小 B．输电线路损失功率增大 C．用户区的电压不变 D．输电效率减小 【答案】BD 【详解】A．傍晚用电高峰时，用户区使用的用电器增多，总电阻R减小，导致降压变压器的输出电流增大，根据 降压变压器的输入电流，即输电电流也增大，故A错误； B．输电线路损失功率 输电电流增大，因此损失功率增大，故B正确； C．输电电压损失 增大，则增大，降压变压器原线圈电压减小，又因为降压变压器匝数比不变，因此用户区输电电压减小，故C错误； D．输电效率 增大，减小，输电效率减小，故D正确。 故选BD。 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）如图所示，某发电机的输出电压，升压变压器匝数比，输电线总电阻，降压变压器输出电压。已知输电线上损失的功率，变压器均视为理想变压器，则（     ） A．发电机输出的电流 B．输电线上的电流 C．降压变压器的匝数比 D．保持发电机的输出电压不变，若用户变多，将变大 【答案】AC 【详解】B．已知，，输电损失功率 解得，故B错误； A．升压变压器电流满足 解得，故A正确； C．升压变压器电压满足 解得副线圈电压 输电线上电压损失 因此降压变压器原线圈电压 降压变压器的匝数比，故C正确； D．保持不变，则不变；用户变多时，总功率增大，输电线电流增大，电压损失增大，因此减小，则也减小，故D错误。 故选AC。 题型八 电磁振荡（共3小题） 22．（多选）如图所示电路中，电容器的电容为C＝4×10－5 F，导线及线圈的电阻不计。将右侧开关闭合，一段时间后断开，之后闭合左侧开关，取左侧开关闭合时为t＝0时刻，当t＝0.1 s时电容器两极板间的电场强度最大，π2取10，则（     ） A．线圈的自感系数的值可能为H B．t＝0.05 s时回路中电流一定最大 C．t＝0.2 s时电容器两极板间电场方向向上 D．电源正负极对调，t＝0.1 s时回路中电场能最大 【答案】AD 【详解】A．时，回路中电场能最大，时，回路中电场能还是最大，说明振荡的时间为半个周期的整数倍，故振荡周期为 根据振荡周期公式有 代入数据得到 当时，，故A正确； B．当n取偶数，时，回路中电场能最大，电流为0，故B错误； C．若为周期的整数倍时，电场方向向下，若为半周期的奇数倍时，电场方向向上，故C错误； D．电源正负极对调，不影响电路周期，故时，电场能最大，故D正确。 故选AD。 23．在如图所示的LC电路中，已充电的平行板电容器C的两极板水平放置。开关S断开，极板间一带电灰尘恰好静止。从闭合开关S开始计时，灰尘在电容器内运动。已知LC电路的周期为，重力加速度为g，内灰尘未与两极板接触，不考虑空气阻力和LC电路的能量损耗。下列说法正确的是（　　） A．内，灰尘一直做加速运动 B．内，灰尘在极板间做往复运动 C．当时，灰尘的加速度大小为g D．当线圈中电流最大时，灰尘的加速度大小为 【答案】A 【详解】开关S断开时，灰尘静止，说明电场力与重力平衡，即 电场力方向向上，重力向下。闭合开关后，LC电路开始无损耗振荡，周期为，电容器电荷量满足 以向上为电场正方向，电场强度满足 以向下为受力的正方向，灰尘受到的合力满足 A．内，灰尘受到的合力始终为正值，故加速度方向始终向下；灰尘初速度为0，因此一直向下做加速运动，故A正确； B．内，灰尘受到的合力始终为正值，故加速度方向始终向下；因此在内灰尘加速度始终向下，灰尘一直向下运动，不会往复，故B错误； C．当时，灰尘受到的合力 根据牛顿第二定律可知，灰尘的加速度大小为，故C错误； D．LC电路中，电容器的电场能和电感线圈的磁场能总和不变，由能量守恒可知，当线圈中电流最大时，电感线圈的磁场能最大，电容器的电场能为0，因此电容器内的电场强度 此时，灰尘仅受重力作用，由牛顿第二定律可知，此时灰尘的加速度大小为，故D错误。 故选A。 24．如图是某振荡电路在某时刻所呈现的状态，则该时刻（　　） A．电容器正在放电 B．板带负电 C．电容器中的电场能量正在增大 D．从上往下看，线圈中振荡电流的方向为逆时针方向 【答案】C 【详解】B． 电容器内部电场方向向上，电场方向由正电荷指向负电荷，说明电容器下极板带正电，故B错误； D．四指沿电流方向，大拇指指向线圈内部磁场方向，可得从上往下看，线圈中电流方向为顺时针，故D错误； A．回路中电流正流向板（下极板），正电荷不断在板积累，说明电容器正在充电，A错误； C．充电过程中，LC振荡电路的磁场能转化为电容器的电场能，电容器的电场能量正在增大，故C正确。 故选 C。 题型九 传感器及其应用（共3小题） 25．（多选）物理学习离不开教材阅读，关于教材中的下列四幅插图说法正确的是（　　） A．甲图中，干簧管是一种能够感知电场的传感器 B．乙图中，LC电磁振荡电路此时刻电容器正在充电，螺线管电流产生的磁场正在减弱 C．丙图中，增大电容C，调谐频率增大 D．丁图中，悬臂梁左侧固定，其上下表面分别固定两个完全相同的电阻应变片A、B。当受力端受到一个竖直向下的外力作用时，悬臂梁发生微小形变，导致A的电阻变大、B的电阻变小 【答案】BD 【详解】A．甲图中干簧管是一种能够感知磁场的传感器，故A错误； B．乙图中LC电磁振荡电路磁场向上，可知电流流向正极板，此时刻电容器正在充电，电流减小，螺线管产生的磁场正在减弱，故B正确； C．丙图中，电容C增大，根据电磁振荡的频率可知调谐频率减小，故C错误； D．受力端受到一个竖直向下的外力作用时，悬臂梁发生微小形变，应变片A的长度变长，B应变片变短，根据可知，RA变大，RB变小，故D正确。 故选BD。 26．某同学利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性，制作了一个简易的汽车低油位报警装置。 (1)该同学首先利用多用电表电阻“×100”挡粗测该热敏电阻在常温下的阻值。示数如图甲所示，则此时热敏电阻的阻值________kΩ。 (2)该同学为了进一步探究此热敏电阻阻值随温度变化的关系，设计了如图乙所示的实验电路。有以下实验器材可供选择： A．电流表（量程为0～15 mA，内阻约为2 Ω）； B．电流表（量程为0～3 mA，内阻）； C．定值电阻； D．定值电阻； E.滑动变阻器，允许通过的最大电流为200 mA； F.蓄电池E（电动势为3 V，内阻很小）； G.开关S。 图乙中和位置依次放电流表________（填“、”或“、”），定值电阻应选择________（填“”或“”）。 (3)在某次实验过程中测得电流表的示数为，电流表的示数为，则该电阻表达式________（用，，，表示）。 (4)经过多次测量，该同学得到热敏电阻阻值随温度变化的关系图像如图丙所示，该同学利用此热敏电阻设计的汽车低油位报警装置如图丁所示，其中电源电动势，定值电阻，长度的热敏电阻下端紧靠在油箱底部，不计报警器和电源的内阻。已知流过报警器的电流时报警器开始报警，若测得报警器报警时油液内热敏电阻的温度为，油液外热敏电阻的温度为，由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离约为________cm（结果保留一位有效数字）。 【答案】(1)1.9 (2) 、 (3) (4)5 【详解】（1）热敏电阻的阻值。 （2）[1][2]图乙中A表读数大于B表，可知A和B位置依次放电流表、，定值电阻与A2串联，相当于电压表的量程为，因电源电动势为3V，则应选择。, （3）由电路可知 该电阻表达式 （4）电路报警时，总电阻， 由图可知，油液内（报警液面处）热敏电阻的温度为30℃，由图可知，此时热敏电阻的阻值1.5kΩ，油液外热敏电阻的温度为70℃，由图可知，此时热敏电阻的阻值0.5kΩ。设报警液面到油箱底部的距离为h，热敏电阻的总阻值 代入数据得h=5cm 27．（多选）汽车的雨量传感器是自动控制雨刮器工作的核心部件。其简化结构如图所示，传感器光学元件ABNMPQ紧贴在前挡风玻璃内表面，AN、BQ边与挡风玻璃垂直，若挡风玻璃外表面干燥时，a处的红外发射管发出一细束垂直MN的红外线，从AN的中点射向挡风玻璃，红外线恰好在挡风玻璃的外表面发生全反射后射向BQ中点，最终被红外接收管接收；若挡风玻璃外表面有雨水时，入射到挡风玻璃的红外线不能发生全反射，导致接收管接收的红外线变弱，从而实现自动控制雨刮的转动。若光学元件与前挡风玻璃的折射率均为1.5，则（    ） A．前挡风玻璃的厚度d为0.8cm B．红外线接收管的位置可以在b点或c点 C．红外线在光学元件、前挡风玻璃的界面一定发生了3次全反射 D．若保持红外线入射方向不变，只将红外线发射管的位置沿垂直挡风玻璃方向略上移，则接收管的位置也应略上移才能接收红外线 【答案】AC 【详解】A．恰好在挡风玻璃的外表面发生全反射， 解得，A正确； BC．恰好在挡风玻璃发生全反射，在AN、BQ边也一定发生全反射，B错误，C正确； D．由对称性，接收管应略下移才能接收红外线，D错误。 故选AC。 $专题05 交变电流 题型1 交变电流的概念及其性质 题型6 变压器的等效法与动态分析（难点） 题型2 交变电流的图像问题 题型7 远距离输电（常考点、重点） 题型3 交变电流的四值问题（重点） 题型8 电磁振荡 题型4 电容和电感对交变电流的影响 题型9 传感器及其应用 题型5 变压器的原理及应用（常考点、重点） 3 / 23 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 题型一 交变电流的概念及其性质（共3小题） 1．如图所示，线圈abcd在水平匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动会产生正弦式交变电流。当线圈逆时针转动到图示水平位置时，下列说法正确的是（　　） A．线圈处于中性面位置 B．线圈中电流方向为abcda C．线圈中瞬时感应电动势最大 D．穿过线圈平面的磁通量变化率为零 2．（多选）下列方法中能够产生交变电流的是（　　） A．如图甲所示，闭合线圈在匀强磁场中按逆时针方向匀速转动 B．如图乙所示，金属棒绕过中心且与磁场垂直的轴逆时针匀速转动 C．如图丙所示，由导线折成的矩形线框CDFE绕PQ在匀强磁场中匀速转动 D．闭合线圈垂直磁感线放置且不动，穿过线圈的磁通量按照如图丁所示正弦规律变化 3．如图所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的OO'轴以角速度ω匀速转动。下列说法正确的是（　　） A．线圈位于图示位置时不受安培力 B．线圈位于图示位置时产生的感应电动势最大 C．线圈从图示位置转过半个周期，通过线圈某横截面的电荷量为0 D．仅增大角速度ω，线圈在一个周期内产生的热量减少 题型二 交变电流的图像问题（共3小题） 4．（多选）某线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生交变电流的图像如图所示。由图中信息可以判断（　　） A．在A和C时刻线圈处于中性面位置 B．在B和D时刻穿过线圈的磁通量为零 C．从A到D线圈转过的角度为 D．从B到D穿过线圈的磁通量先减小后增大 5．为了研究交流电的产生过程，小齐进行了如下实验：第一次将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，线圈绕转轴按图示方向匀速转动（过、的中点），并从图甲所示位置开始计时，产生的感应电流图像如图乙所示。第二次仅将转轴右侧的磁场去掉，则第二次线框内产生的感应电流图像为（　　） A． B． C． D． 6．（多选）如图甲所示为一台小型发电机的结构示意图，内阻为0.7Ω的单匝线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦图线如图乙所示，电压表、电流表均为理想交流电表，定值电阻的阻值R=10.3Ω，则下列说法正确的是（　　） A．发电机产生的电动势最大值为，线圈的转速 B．时，穿过线圈的磁通量变化率为零 C．线圈转动到图示位置时，感应电流方向为D→C→B→A→D D．电流表的示数为10A，电压表的示数为110V 题型三 交变电流的四值问题（共3小题） 7．A、B是两个完全相同的电热水壶，A通以图甲所示的方波交变电流，B通以图乙所示的正弦式交变电流。则这两个电热水壶在一个周期T内产生的热量之比为（　　） A．5∶8 B．5∶4 C． D． 8．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 9．（多选）如图所示，一个电阻为r、边长为l的正方形线圈abcd共n匝，线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。下列说法正确的是（　　） A．图示位置穿过线圈的磁通量为0 B．图示位置线圈产生的感应电动势为 C．线圈从图示位置转过60°时感应电动势为 D．线圈转动过程中，电压表的示数为 题型四 电容和电感对交变电流的影响（共3小题） 10．（多选）在磁感应强度为B的匀强磁场中有一矩形线圈（电阻不计），正在绕垂直于磁场的转动轴以转速n匀速转动，产生的正弦交流电的表达式 （V），将此线圈作为电源连接在如图所示的电路中，图中三只完全相同的灯泡都能发光，与这三只灯泡串联的分别是电阻R、电感线圈L、电容器C。现将匀强磁场的磁感应强度大小减为 ，且把转速改为2n，则（　　） A．D1变暗 B．D2变暗 C．D3变暗 D．R中电流每秒改变200次方向 11．在如图所示的电路中，、、是三盏相同的灯泡，电感线圈电阻忽略不计，当a、b两端接6V正弦式交流电时，三盏灯的发光情况相同。下列说法正确的是（　　） A．电容器的耐压值至少为6V B．增大交流电频率，比亮 C．若a、b两端改接6V直流电，比先亮 D．若a、b两端改接6V直流电，稳定后不亮，比亮 12．（多选）如图所示，一个边长l=10cm，匝数N=100的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO'匀速转动，磁感应强度B=0.50T，线圈转动的角速度ω=10πrad/s，闭合回路中两只小灯泡均能发光。下列说法正确的是（    ） A．从图中位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e=5πcos（10πt）V B．增大转动的角速度ω时，感应电动势的峰值Em不变 C．抽去电感器L的铁芯时，灯泡L2变亮 D．增大电容器C两极板间的距离时，灯泡L1变暗 题型五 变压器的原理及应用（共3小题） 13．（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 14．某带有照明系统的电动装置电路如图所示，理想变压器原线圈的匝数为n1=110，副线圈匝数分别为n2=50、n3=30，原线圈两端接电压有效值为220V的交流电源，两副线圈分别连接电动机M和灯泡L，电动机线圈的电阻为5Ω，灯泡的电阻恒为30Ω。电动机和灯泡都正常工作，理想电流表的示数为1A。下列说法正确的是（     ） A．灯泡中的电流为1A B．电动机中的电流为20A C．电动机的电功率为100W D．电动机的机械功率为85W 15．如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比，灯泡两端的电压随时间变化的图像如图乙所示，灯泡的电阻为，此时灯泡恰好正常发光，下列说法正确的是（　　） A．灯泡的额定功率为 B．电源电压的最大值为 C．变压器的输入功率为 D．原线圈中电流的频率为 题型六 变压器的等效法与动态分析（共3小题） 16．我国的西电东送工程，采用了大量的变压器，实现了远距离高压输电。某小区的小型变压器（可视为理想变压器）的结构简图如图所示。原线圈两端接入正弦式交流电，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，电流表为理想交流电流表，为定值电阻，R为滑动变阻器，P为滑动变阻器的滑动触头，则（     ） A．仅将触头Q向上滑动，的发热功率增大 B．仅将触头Q向下滑动，电流表的示数变大 C．仅将滑片P向上移动，电流表的示数变大 D．仅将滑片P向上移动，原线圈的输入功率变大 17．（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 18．如图所示的电路中， 理想变压器的原、副线圈的匝数比，为定值电阻， 在端输入电压最大值不变的正弦交流电，调节电阻箱，当时， 理想交流电压表、理想交流电流表的示数分别为、，下列说法正确的是（　　） A．将调大， 电压表示数不变 B．将 调大， 电流表示数减小 C．当时，的功率仍为 D．当时，的功率仍为 题型七 远距离输电（共3小题） 19．（多选）昆明石龙坝水电站是中国第一座水电站，距离昆明30km，最初装机容量为480kW。如图所示为电站向昆明某片区供电的示意图，若忽略发电机内阻，发电机的输出电压不变，变压器为理想变压器，在装机容量内，傍晚用电高峰时，用户区使用的用电器增多，下列说法正确的是（　　） A．输电电流减小 B．输电线路损失功率增大 C．用户区的电压不变 D．输电效率减小 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）如图所示，某发电机的输出电压，升压变压器匝数比，输电线总电阻，降压变压器输出电压。已知输电线上损失的功率，变压器均视为理想变压器，则（     ） A．发电机输出的电流 B．输电线上的电流 C．降压变压器的匝数比 D．保持发电机的输出电压不变，若用户变多，将变大 题型八 电磁振荡（共3小题） 22．（多选）如图所示电路中，电容器的电容为C＝4×10－5 F，导线及线圈的电阻不计。将右侧开关闭合，一段时间后断开，之后闭合左侧开关，取左侧开关闭合时为t＝0时刻，当t＝0.1 s时电容器两极板间的电场强度最大，π2取10，则（     ） A．线圈的自感系数的值可能为H B．t＝0.05 s时回路中电流一定最大 C．t＝0.2 s时电容器两极板间电场方向向上 D．电源正负极对调，t＝0.1 s时回路中电场能最大 23．在如图所示的LC电路中，已充电的平行板电容器C的两极板水平放置。开关S断开，极板间一带电灰尘恰好静止。从闭合开关S开始计时，灰尘在电容器内运动。已知LC电路的周期为，重力加速度为g，内灰尘未与两极板接触，不考虑空气阻力和LC电路的能量损耗。下列说法正确的是（　　） A．内，灰尘一直做加速运动 B．内，灰尘在极板间做往复运动 C．当时，灰尘的加速度大小为g D．当线圈中电流最大时，灰尘的加速度大小为 24．如图是某振荡电路在某时刻所呈现的状态，则该时刻（　　） A．电容器正在放电 B．板带负电 C．电容器中的电场能量正在增大 D．从上往下看，线圈中振荡电流的方向为逆时针方向 题型九 传感器及其应用（共3小题） 25．（多选）物理学习离不开教材阅读，关于教材中的下列四幅插图说法正确的是（　　） A．甲图中，干簧管是一种能够感知电场的传感器 B．乙图中，LC电磁振荡电路此时刻电容器正在充电，螺线管电流产生的磁场正在减弱 C．丙图中，增大电容C，调谐频率增大 D．丁图中，悬臂梁左侧固定，其上下表面分别固定两个完全相同的电阻应变片A、B。当受力端受到一个竖直向下的外力作用时，悬臂梁发生微小形变，导致A的电阻变大、B的电阻变小 26．某同学利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性，制作了一个简易的汽车低油位报警装置。 (1)该同学首先利用多用电表电阻“×100”挡粗测该热敏电阻在常温下的阻值。示数如图甲所示，则此时热敏电阻的阻值________kΩ。 (2)该同学为了进一步探究此热敏电阻阻值随温度变化的关系，设计了如图乙所示的实验电路。有以下实验器材可供选择： A．电流表（量程为0～15 mA，内阻约为2 Ω）； B．电流表（量程为0～3 mA，内阻）； C．定值电阻； D．定值电阻； E.滑动变阻器，允许通过的最大电流为200 mA； F.蓄电池E（电动势为3 V，内阻很小）； G.开关S。 图乙中和位置依次放电流表________（填“、”或“、”），定值电阻应选择________（填“”或“”）。 (3)在某次实验过程中测得电流表的示数为，电流表的示数为，则该电阻表达式________（用，，，表示）。 (4)经过多次测量，该同学得到热敏电阻阻值随温度变化的关系图像如图丙所示，该同学利用此热敏电阻设计的汽车低油位报警装置如图丁所示，其中电源电动势，定值电阻，长度的热敏电阻下端紧靠在油箱底部，不计报警器和电源的内阻。已知流过报警器的电流时报警器开始报警，若测得报警器报警时油液内热敏电阻的温度为，油液外热敏电阻的温度为，由此可知油液的警戒液面到油箱底部的距离约为________cm（结果保留一位有效数字）。 27．（多选）汽车的雨量传感器是自动控制雨刮器工作的核心部件。其简化结构如图所示，传感器光学元件ABNMPQ紧贴在前挡风玻璃内表面，AN、BQ边与挡风玻璃垂直，若挡风玻璃外表面干燥时，a处的红外发射管发出一细束垂直MN的红外线，从AN的中点射向挡风玻璃，红外线恰好在挡风玻璃的外表面发生全反射后射向BQ中点，最终被红外接收管接收；若挡风玻璃外表面有雨水时，入射到挡风玻璃的红外线不能发生全反射，导致接收管接收的红外线变弱，从而实现自动控制雨刮的转动。若光学元件与前挡风玻璃的折射率均为1.5，则（    ） A．前挡风玻璃的厚度d为0.8cm B．红外线接收管的位置可以在b点或c点 C．红外线在光学元件、前挡风玻璃的界面一定发生了3次全反射 D．若保持红外线入射方向不变，只将红外线发射管的位置沿垂直挡风玻璃方向略上移，则接收管的位置也应略上移才能接收红外线 $