2009年各地名校物理高考模拟试题分类及详解十三、交变电流 电磁

2009年各地名校物理高考模拟试题分类及详解

十三、交变电流 电磁波

互动：本考点是电磁感应的应用和延伸．高考对本章知识的考查主要体现在“三突出”：一是突出考查交变电流的产生过程；二是突出考查交变电流的图象和交变电流的四值；三是突出考查变压器．一般试题难度不大，且多以选择题的形式出现．对于电磁场和电磁波只作一般的了解．本考点知识易与力学和电学知识综合，如带电粒子在加有交变电压的平行金属板间的运动，交变电路的分析与计算等．同时，本考点知识也易与现代科技和信息技术相联系，如“电动自行车”、“磁悬浮列车”等．另外，远距离输电也要引起重视．尤其是不同情况下的有效值计算是高考考查的主要内容；对变压器的原理理解的同时，还要掌握变压器的静态计算和动态分析．

预测2009年高考中交变电流考点主要考查：一考查正弦交变电流的产生过程，正弦交变电流的产生过程要做到“情、数、形”三者相统一。“情”就是物理情景，即线圈在磁场中转动的情形；“数”就是用数学表达式表示交变电流的产生过程；“形”就是用图象表示交变电流的产生过程。在这三者中已知其一，便知其二。所以在高考中往往提供其中一种求另两种；二是考查交变电流的四值，交变电流的“四值”即最大值、瞬时值、有效值、平均值。一定要注意的各类值的不同用法，尤其是不同情况下的有效值计算是高考考查的主要内容；三是考查变压器的原理和动态分析；另外带电粒子在交变电场中运动和交变电流中与实际相联系的问题也要引起重视。

1．（海南省民族中学2009届高三上学期阶段测试卷．物理．8） 如图10甲所示的空间存在一匀强磁场，其方向为垂直于纸面向 里，磁 场的右边界为MN，在MN右侧有一矩形金属线圈abcd， ab边与MN重合。现使线圈以ab边为轴按图示方向匀速转动， 将a、b两端连到示波器的输入端，若电流从a 到b为正，则从 图5-乙中示波器观察到的ab中电流随时间变化的规律是( )

b N 图10甲

c

a d

A B

图10乙

C D

2．（(2008学年广东越秀区高三摸底调研测试卷。物理．5)某交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间的关系如图11所示.如果此线圈和一个R＝100Ω的电阻构成闭合电路,不计电路的其它电阻，下列说法中正确的是( )

A.交变电流的周期为0.04s

B.电阻R两端的最大电压是1002V 图11 C.交变电流的有效值为1A D.交变电流的最大值为1A

3．（江苏南通市2008届第三次调研卷．物理．7）某交流发电机给灯泡供电，产生正弦式交变电流的图象如图12所示，下列说法中正确的是（ ）

A．交变电流的频率为0.02Hz B．交变电流的瞬时表达式为

5 O -5 25 t/×10-3s

i/A i?5cos5?0t( A5 10 15 20 C．在t=0.01s时，穿过交流发电机

线圈的磁通量最大

D．若发电机线圈电阻为0.4Ω，则其产生的热功率为5W 图12

4．（江苏淮安、连云港、宿迁、徐州四市2008第三次调研卷．物理．10）今年春节前后，我国部分省市的供电系统由于气候原因遭到严重破坏。为此，某小区启动了临时供电系统，它由备用发电机和副线圈匝数可调的变压器组成，如图13所示，图中R0表示输电线的电阻。滑动触头P置于a处时，用户的用电器恰好正常工作，在下列情况下，要保证用电器仍能正常工作，则 （ ）

A1 A2 V2 用户 A．当发电机输出的电压发生波动使V1示数小于 正常值，用电器不变时，应使滑动触头P向上滑动 B．当发电机输出的电压发生波动使V1示数小于

～发电机 V1 正常值，用电器不变时，应使滑动触头P向下滑动 图13 C．如果V1示数保持正常值不变，那么当用电器增加时，滑动触头P应向上滑 D．如果V1示数保持正常值不变，那么当用电器增加时，滑动触头P应向下滑

5．（江苏省九名校2008年第二次联考卷．物理．7）某电厂发电机的输出电压稳定，它发出的电先通过电厂附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处居民小区附近的降压变压器，经降低电压后输送到用户，设升、降变压器都是理想变压器，那么在用电高峰期，白炽灯不够亮，但电厂输送的总功率增加，这时( )

A．升压变压器的副线圈的电压变大 B．降压变压器的副线圈的电压变大

C．高压输电线路的电压损失变大 D．用户的负载增多，高压输电线中的电流减小

6．（山东省济南一中2009届高三月考试卷．物理．9）如图14所示，为一理想变压器，K为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动触头，U1为加在原线圈两端的电压，I1为原线圈中的电流强度，则（ ）

A.保持U1及P的位置不变，K由a合到b时，I1将增大

B.保持U1及P的位置不变，K由b合到a时，R消耗的功率减小 C.保持U1不变，K合在a处，使P上滑，I1将增大

D.保持P的位置不变，K合在a处，若U1增大，I1将增大 图14

7．（山东省宁津一中2009届高三阶段测试卷．物理．10）一理想变压器的初级线圈为n1=100匝，次级线圈n2=30匝，n3=20匝，一个电阻为48.4Ω的小灯泡接在次级线圈n2与n3上，如图15所示．当初级线圈与e=2202sinωt的交流电源连接后，变压器的输入功率是（ ）

A.10W B.20W C.250W D.500W 图15

8．（山东省青岛市2009届高三复习试题．物理．9）在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的强电流，所用的器材叫电流互感器。如图16所示的四个图中，能正确反应其工作原理的是 （ ）

零线 火线 零线 零线 A B C D

图16

9．(湖南郴州市2009届高三调研试题．物理．16)如图17所示，一矩形线圈在匀强磁场中绕OO' 轴匀速转动，磁场方向与转轴垂直．已知线圈匝数n=400，

o

L2 电阻r＝0．1Ω，长L1=0．05m，宽L2=0．04m，角速度＝l00 rad／s， × × × × 磁场的磁感应强度B＝0．25T.线圈两端外接电阻R=9．9Ω的用电器 × × × × × × ×L 1 × 和一个交流电流表(内阻不计)，求： × × × × × × × × (1)线圈中产生的最大感应电动势．

A (2)电流表A的读数．

R o' 图17 (3)用电器上消耗的电功率．

10．(2009届广东省新洲中学高三摸底考试试卷．物理．16)某发电站的输出功率P = 104kW，

输出电压U1 = 4kV，通过理想变压器升压后向远处供电．已知输电导线的总电阻为R = 10Ω，输电线路损失的功率为输出功率的4%，求变压器的匝数比．

11. （江苏徐州市2009届复习试卷．物理．17）在远距离输电时，要考虑尽量减少输电线上的功率损失。有一个坑口电站，输送的电功率为P=500kW，当使用U=5kV的电压输电时，测得安装在输电线路起点和终点处的两只电度表一昼夜示数相差4800度。求：

⑴这时的输电效率η和输电线的总电阻r。

图18 ⑵若想使输电效率提高到98%，又不改变输电线，那么电站应使用多高的电压向外输电？

12．（ 浙江省2008届高三第一轮复习单元测试题卷．物理．19 ）如图19（甲）所示，边长为l和L的矩形线框aa?、bb?互相垂直，彼此绝缘，可绕中心轴O1O2转动，将两线框的始端并在一起接到滑环C，末端并在一起接到滑环D，C、D彼此绝缘.通过电刷跟C、D连接.线框处于磁铁和圆柱形铁芯之间的磁场中，磁场边缘中心的张角为45°，如图19（乙）所示（图中的圆表示圆柱形铁芯，它使磁铁和铁芯之间的磁场沿半径方向，如图箭头所示）。不论线框转到磁场中的什么位置，磁场的方向总是沿着线框平面.磁场中长为l的线框边所在处的磁感应强度大小恒为B，设线框aa?和bb?的电阻都是r，两个线框以角速度ω逆时针匀速转动，电阻R=2r.

（甲）

图19

（1）求线框aa?转到图（乙）位置时感应电动势的大小； （2）求转动过程中电阻R上的电压最大值；

（3）从线框aa?进入磁场开始时，作出0~T（T是线框转动周期）时间内通过R的电

流iR随时间变化的图象。

（乙） 答案：

1．【解析】线圈转动90后，进入磁场，线圈处于平行磁感线平面，磁通量变化最快，在这个过程中，没有感应电流；线圈再转动90后，线圈处于中性面，磁通量变化最慢，在这个过程中，磁通量增加，感应电动势和感应电流呈余弦规律变化，感应电流由b到a；再转动90后，线圈处于平行磁感线平面，磁通量变化最快，在这个过程中，磁通量减小，感应电

0

0

0

流由a到b；再转动，离开磁场，没有感应电流，依次类推。 【答案】D

2．【解析】由图可知交交变电流的周期为0.04s，所以选项A正确；交变电压的最大值为100V，而电阻R＝100Ω，所以交变电流的最大值为1A． 【答案】AD

3．【解析】由图可以求得．交变电流的频率为40Hz，所以选项A错；交变电流的瞬时表达式为i?5cos80?t(A)，所以选项B错；在t=0.01s时，穿过交流发电机线圈的磁通量为零，所以选项C错；因电流的有效值为2.52A，所以发电机线圈电阻为0.4Ω，则其产生的热功率为5W，故选项D对． 【答案】D

4．【解析】V1示数小于正常值时，副线圈的输出电压也要变小，所以滑动触头P向上滑动，即选项A正确；当用电器增加时，副线圈的电流增大，输电线上损失的电压增大，要使电器正常工作，滑动触头P应向上滑，所以选项C正确 【答案】AC

5．【解析】副线圈的电流增大，输电线上损失的电压增，所以选项C正确 【答案】C

U1n1U22?,可知U2增大，6．【解析】K由a合到b时，n1减小，由P2=随之增大，而P1=P2，

RU2n2又P1=I1U1，从而I1增大，A正确；K由b合到a时，与上述情况相反，P2将减小，B正确；

UnU22P上滑时，R增大，P2=减小，又P1=P2，P1=I1U1，从而I1减小，C错误；U1增大，由1?1RU2n2可知，U2增大，I2=

InU2随之增大，由1?2可知I1也增大，D正确。 RI2n1【答案】A、B、D正确。

7．【解析】由于次级两组副线圈的组合连接使得小灯泡回路中两线圈产生的感应电动势方向相反，所以小灯泡的工作电压有效值为：

U灯?U2?U3?U1220(n2?n1)?(30?20)?22V n11002U灯222则P灯???10W

R灯48.4因为理想变压器输入功率等于输出功率，故答案应选A． 【答案】A

8．【解析】电流互感器要把大电流变为小电流，因此原线圈的匝数少，副线圈的匝数多。监测每相的电流必须将原线圈串联在火线中。

【答案】A

9．【解析】(1)Em＝nBSω

代人数据得 Em＝400×0.25×0.05×0.04×l00 V＝20 V (2)Im=

Em R?r代人数据得Im＝

20A=2A

9.9?0.1∵是正弦交变电流，所以电流表读数即有效值 I=

Im2?2A=1．41A

2

(3)p＝IR＝

?2?×9．9W＝19。8W．

2【答案】（1） 20 V（2） 1．41A （3）19。8W 10． 【解析】 发电站的输出电流

P1073I1??A?2.5?10A ① 3U14?102 输电线路损失的功率P4%P?I2R ② 损＝4%P4%?107 则I2??A?2?102A ③

R10n1I22?1022变压器的匝数比 ???3n2I12.5?1025n1I22?1022【答案】 ???n2I12.5?1032511. 【解析】⑴如图36所示。由于输送功率为P=500kW，一昼夜输送电能E=Pt=12000

图36 度，终点得到的电能E′=7200度，因此效率η=60%。输电线上的电流可由I=P/U计算，为I=100A，而输电线损耗功率可由Pr=I 2r计算，其中Pr=4800/24=200kW，因此可求得r=20Ω。

P?1⑵输电线上损耗功率Pr????r?2，原来Pr=200kW，现在要求Pr′=10kW ，计算

U?U?可得输电电压应调节为U′=22.4kV。

【答案】（1）η=60% 20Ω （2）22.4kV

12．【解析】（1）根据磁场分布特点，线框不论转到磁场中哪一位置，切割磁感线的速度始终与磁场方向垂直，故线框aa?转到图示位置时，感应电动势的大小为

E=2Blv=2Bl

2?L=BlLω 2（2）线框转动过程中，只能有一个线框进入磁场（作电源），另一个线框与外接电阻R并联后一起作为外电路。

电源内阻为r，外电路总电阻R外=

Rr2?r R?r3外

故R两端的电压最大值：UR=IR=

E22E2?r??BlL? 2r355r?3（3）aa?和bb?在磁场中，通过R的电流大小相等

图37

iR=

UR21BlL??BlLω·? R52r5r从线框aa?进入磁场开始计时，每隔T/8（线框转动45°）电流发生一次变化，其iR随时间t变化的图象如图20所示。 【答案】（1）BlLω （? r?2） ?E22r3r?32E52BlL? （3）如图37所示 5

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