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专题11交变电流——2025届浙江省物理选考三年高考一年模拟
1. (2024 浙江)如图所示,边长为1m、电阻为0.04Ω的刚性正方形线框abcd放在匀强磁场中,线框平面与磁场垂直。若线框固定不动,磁感应强度以均匀增大时,线框的发热功率为P;若磁感应强度恒为0.2T,线框以某一角速度绕其中心轴OO′匀速转动时,线框的发热功率为2P,则ab边所受最大的安培力为( )
A.N B.N C.1N D.N
【解答】解:线框不动时,根据法拉第电磁感应定律可得感应电动势为:
感应电流为:
发热功率P为:P=I2R=2.52×0.04W=0.25W
当磁感应强度恒为B=0.2T,线框以角速度ω匀速转动时,线框中产生正弦式交变电流,设电流的有效值为I有,由题意可得:
,解得:
设电流的最大值为Im,则有:,解得:Im=5A
当ab边的线速度方向与磁感线垂直时,线框中的电流为最大值,此时ab边所受安培力最大,可得ab边所受最大的安培力为:Fm=BImL=0.2×5×1N=1N,故ABD错误,C正确。
故选:C。
2. (2024 浙江)如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出u=5sin100πt(V)的交流电,经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10kV,就会在打火针和金属板间引发电火花,实现点火。下列正确的是( )
A.
B.
C.用电压表测原线圈两端电压,示数为5V
D.副线圈输出交流电压的频率是100Hz
【解答】解:AB.原线圈两端电压的有效值
根据电压匝数关系有
变压器副线圈电压的峰值
由于
故代入数据解得
故A错误,B正确;
C.用电压表测原线圈两端电压,电压表测的是有效值,则示数为
故C错误;
D.变压器不改变频率,根据
代入数据解得
f=50Hz
则副线圈输出交流电压的频率是50Hz,故D错误。
故选:B。
3. (2023 浙江)我国1100kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流,用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是( )
A.送电端先升压再整流
B.用户端先降压再变交流
C.1100kV是指交流电的最大值
D.输电功率由送电端电压决定
【解答】解:AB、变压器只能改变交流电的电压,所以送电端要先升压再整流,用户端要先变交流再降压,故A正确,B错误;
C、1100kV指的是直流电的电压,故C错误;
D、根据变压器的工作原理可知,输电功率由用户端的功率决定,故D错误;
故选:A。
4. (2022 浙江)下列说法正确的是( )
A.恒定磁场对静置于其中的电荷有力的作用
B.小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向
C.正弦交流发电机工作时,穿过线圈平面的磁通量最大时,电流最大
D.升压变压器中,副线圈的磁通量变化率大于原线圈的磁通量变化率
【解答】解:A、根据F=qvB可知,恒定磁场对静置于其中的电荷没有力的作用,故A错误;
B、根据磁场方向的规定可知,小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向,故B正确;
C、正弦交流发电机工作时,穿过线圈平面的磁通量最大时线圈处于中性面,此时磁通量最大,磁通量变化率为零,感应电动势为零、电流为零,故C错误;
D、升压变压器中,如果不漏磁,则副线圈的磁通量变化率等于原线圈的磁通量变化率,如果漏磁,则副线圈的磁通量变化率小于原线圈的磁通量变化率,故D错误。
故选:B。
5. (2022 浙江)如图所示,甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况,摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动;乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况,皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是( )
A.甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
B.乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
C.甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电
D.乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
【解答】解:A.甲图中细短铁丝显示的磁场分布均匀,则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场,故A正确;
B.乙图中细短铁丝显示的磁场分布不均匀,则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场,故B错误;
C.根据发电机原理可知甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电,故C错误;
D.乙图中是非匀强磁场,则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电,故D错误;
故选:A。
1. (2024 乐清市校级三模)新能源汽车无线充电技术的优点包括安全可靠、充电场地的空间利用率高、智能化程度高、维护和管理方便等。图甲为某国产品牌汽车无线充电装置,供电线圈固定在地面,受电线圈固定在汽车底盘上,当两个线圈靠近时可实现无线充电,其工作原理如图乙所示。某课外学习小组查阅资料得知,当输入端ab接上380V正弦交流电后,电池系统cd端的电压为600V,电池系统的电流为20A。若不计线圈及导线电阻,下列说法正确的是( )
A.为保护受电线圈不受损坏,可以在车底板加装金属护板
B.若输入端ab接上380V直流电,也能正常充电
C.供电线圈和受电线圈匝数比可能为19:30
D.ab端的输入功率大于12kW
【解答】解:A.金属护板会影响电能的传输,应加装非金属护板,故A错误;
B.只有变化的电流才能发生电磁感应现象,实现电能的传输,直流电不会产生电磁感应现象,故B错误;
C.电池系统cd端的电压为600V,若供电线圈和受电线圈匝数比为19:30,则供电电压U1=600V=380V,但是电阻R1有一部分分压,故ab此时应大于380V,故C错误;
D.电池的功率为P=600×20W=12000W=12kW,由于存在定值电阻,定值电阻也有电功率消耗,故ab端的输入功率大于12kW,故D正确。
故选:D。
2. (2024 西湖区校级模拟)如图甲所示,一电阻不计的单匝线圈处于变化的磁场中,图乙是穿过线圈磁通量Φ随时间t按正弦变化的图象(规定磁感应强度垂直纸面向里时为Φ正)。线圈右边与理想变压器的原线圈连接,已知理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2=20:1,电阻R1=20Ω、R2=10Ω,D为理想二极管,取π2=10,下列说法正确的是( )
A.t=0.01s时,圆形线圈中电流为零
B.t=0.005s时,圆形线圈中有最大电流
C.0﹣0.005s内,流过R1的电荷量可能为0.005C
D.原线圈的输入功率为75W
【解答】解:A、t=0.01s时,磁通量为零,与中性面垂直,此时电流最大,故A错误;
B、t=0.005s时,磁通量最大,磁通量变化率为零,感应电动势为零,电流为零,故B错误;
C、通过副线圈的电荷量:q2 Δt CC,根据并联电路电流与电阻的反比关系可得:通过R1的电荷量q21C=0.005C,故C正确;
D、原线圈感应电动势最大值为:Em=NBSω=Φmω=2.0V=200πV,变压器原、副线圈的匝数比为20:1,根据原副线圈匝数比等于电压比,所以E2m=10πV,电阻R1电压有效值U21VVV,电阻R2电压的有效值:U2250πV,所以原线圈的输入功率P1=P2WW=5000W,故D错误。
故选:C。
3. (2024 镇海区校级三模)如图甲所示为汽车的传统点火装置,称之为蓄电池点火系统。此装置的核心部件是一个变压器,该变压器的原线圈通过开关连接到12V的蓄电池上,副线圈连接到火花塞的两端。在开关闭合或断开的瞬间,将会在副线圈中产生脉冲高电压形成电火花,点燃可燃混合气体。图乙和图丙分别是原线圈、副线圈电压随时间变化的图像,则下列说法正确的是( )
A.原线圈的匝数比副线圈的匝数多
B.t2至t3间穿过副线圈的磁通量为零
C.开关断开与闭合瞬间副线圈产生的感应电动势方向相同
D.开关断开时比开关闭合时,更容易点燃混合气体
【解答】解:A、依题意可知,该变压器为升压变压器,所以副线圈的匝数比原线圈的匝数多,故A错误;
B、由图乙可知,t2至t3间原线圈有电流流过,产生恒定磁场,则穿过副线圈的磁通量不为零,故B错误;
C、由图丙可知,开关断开与闭合瞬间副线圈产生的感应电动势方向相反,故C错误;
D、由图丙可知,开关断开时比开关闭合时,副线圈产生的电压更高,更容易点燃混合气体,故D正确。
故选:D。
4. (2024 台州二模)如图甲所示是电机的示意图。如图乙所示,将两个完全相同的电机正对放置,用直杆连接两个电机的转轴,电机M1与电源相连,电机M2与毫安表相连。先闭合开关S1,再闭合开关S2,发现毫安表指针发生偏转。下列说法正确的是( )
A.电机M1相当于发电机
B.毫安表指针会在中央零刻度的左右晃动
C.闭合开关S2瞬间,电机M1转动变快,其线圈发热明显
D.将电机M1和M2的磁极N、S都交换,毫安表的指针偏转方向不变
【解答】解:A、据图乙可知,左边的电路有电源,当乙电路闭合后,M1会转动,说明乙是电动机,电动机是利用通电导线在磁场中受力的作用的原理制成的,电能转化为机械能,故A错误;
B、M1转动同时会带动M2转动,由于电动机内部是有磁场和线圈组成,所以M2在M1的带动下,线圈会做切割磁感线运动,故M2相当于一个发电机,发电机是根据电磁感应现象制成的,机械能转化为电能,由于M2切割磁感线方向不变,产生的感应电流方向不变,为直流电,所以毫安表指针不会在中央零刻度的左右晃动,故B错误;
C、闭合开关S2瞬间,电机M1转动变慢,故C错误;
D、将电机M1的磁极N,S交换,M2切割磁感线方向改变,同时M2的磁极N,S交换,则感应电流方向不变,毫安表的指针偏转方向不变,故D正确。
故选:D。
5. (2024 温州三模)新安江水库蓄水后,水位落差可达55m,如图所示。已知落差处流量为5×105kg/s的水流冲击水轮机发电,水流减少的机械能80%转化为电能。发电机输出电压为11kV,水电站到用户之间采用220kV高压进行远距离输电,输电线上损耗的功率不超过输送功率5%,用户所需电压为220V。变压器视为理想变压器,下列说法正确的是( )
A.升压变压器原、副线圈匝数比为1:20
B.发电机的输出功率为2.75×105kW
C.输电线上电阻不能超过110Ω
D.降压变压器原、副线圈匝数比为1000:1
【解答】解:A.升压变压器原副线圈匝数比为,故A正确;
B.根据题意,发电机的输出功率P80%,代入Q=5×105kg/s,h=55m,解得P=2.2×105kW,故B错误;
C.输电线上的电流为I2A=1000A,输电线上损耗的功率为P损=P×5%=2.2×105×5%kW=1.1×104kW,又P损=I2R,解得R=11Ω,则输电线上电阻不能超过11Ω,故C错误;
D.由于输电线电压损失,使得降压变压器输入电压小于220kV,输出电压为220V,则原副线圈匝数比小于1000:1,故D错误。
故选:A。
6. (2024 绍兴二模)特高压是指±800kV及以上的直流电和1000kV及以上的交流电的电压等级,该技术具有输送容量大、距离远、效率高和损耗低等优越性,是世界上最先进的输电技术之一。保证输电功率不变的情况下将输电电压从交流500kV的超高压变为交流1000kV的特高压,在两次输电过程中,下列说法正确的是( )
A.“1000kV”指的是交流电的峰值
B.输电线上的电流变为原来的2倍
C.输电线上的电能损耗降为原来的
D.用户获得的功率一定为原来的4倍
【解答】解:A、“1000kV”指的是交流电的有效值,故A错误;
B、根据I求出输电线上的电流,与输送的电压成反比,即输电线上的电流将变为原来的,故B错误,
C、当以不同电压输送时,有P=U1I1=U2I2,而在线路上损失的功率为ΔP=I2R可知,损失的功率与电压的平方成反比,即ΔP1:ΔP2=4:1
所以输电线上损失的功率降为原来的.故C正确;
D、输电过程中损失的功率相对于输送的功率是较小的,提高输送的电压,输电线上损耗的功率减小,用户得到的功率增大,但不是增大到原来的4倍,故D错误;
故选:C。
7. (2024 浙江模拟)如图所示为高压输电电路图,发电站输送的电压为u=Umsin50πt,变压器为理想变压器。将两个相同的电压互感器甲和乙分别接入远距离输电线路的前后端,电流互感器接入远距离输电线路。电压互感器的原、副线圈匝数比为k:1,电流互感器的原、副线圈匝数比为1:k,且k>100。高压输电线路正常工作时,电压互感器甲、乙的示数分别为U1、U2,电流互感器的示数为I。则( )
A.用户使用的电流是频率为50Hz的交流电
B.该远距离输电线路上的电阻为
C.该远距离输电线路上损耗的功率为k2I(U1﹣U2)
D.该远距离输电线路上的电流为
【解答】解:A、根据u=Umsin50πt可知ω=50πrad/s,则用户使用的电流是频率为,故A错误;
BD、对于电压互感器甲,可知远距离输电线路前端电压满足:,即U前=kU1
对于电压互感器乙,可知远距离输电线路后端电压满足:,即U后=kU2
对于电流互感器,可知远距离输电线路中的电流满足:,则该远距离输电线路上的电流为:I线=kI
则该远距离输电线路上的电阻为r,故BD错误;
C、该远距离输电线路上损耗的功率为P损=I线2r=(kI)2 k2I(U1﹣U2),故C正确。
故选:C。
8. (2024 浙江模拟)如图,理想自耦变压器原线圈的a、b两端接有瞬时值表达式为u=20sin(50πt)V的交变电压,指示灯L接在变压器的一小段线圈上,调节滑动片P1可以改变副线圈的匝数,调节滑动片P2可以改变负载电阻R2的阻值,则( )
A.t=0.04s时电压表V1的示数为零
B.只向上移动P2,指示灯L将变暗
C.P1、P2均向上移动,电压表V2的示数可能不变
D.P1、P2均向上移动,原线圈输入功率可能不变
【解答】解:A、t=0.04s时,由u=20sin(50πt)V得u=0,电压瞬时值为零,但电压表测量交流电压的有效值,保持不变,为U1V=20V,故A错误;
B、只向上移动P2,指示灯L两端电压不变,L的亮度不变,故B错误;
C、电压表V2的示数为R2两端电压,为:UV2U2U2,P1向上移动,副线圈匝数增加,副线圈的电压U2增大,P2向上移动,R2增大,结合上式可知,UV2一定增大,故C错误;
D、副线圈的输出功率为:P,P1、P2均向上移动,U2、R2均增大,副线圈输出功率可能不变,根据能量守恒可知,原线圈输入功率也可能不变,故D正确。
故选:D。
9. (2024 嘉兴模拟)如图所示,有一个20匝、电阻为R的矩形线圈,绕OO′轴在匀强磁场中匀速转动,产生的电动势随时间关系为:e=24sin100t(V)。矩形线圈通过铜滑环与理想变压器原线圈的A、B两端相接,变压器的副线圈连接一个阻值为4R的电阻。变压器原、副线圈匝数比为1:2,原线圈中间位置接有接线柱P,则( )
A.副线圈两端电压为48V
B.穿过矩形线圈的最大磁通量为0.24Wb
C.开关K由A换接到P后副线圈输出功率变小
D.副线圈回路中串接一个二极管后电流平均值变为原来的倍
【解答】解:A.原线圈两端电压为
U1V=12V
根据
副线圈两端电压为
U2=24V
故A错误;
B.感应电动势最大值为
Em=NBSω=24V
其中Φm=BS
可得穿过矩形线圈的最大磁通为
Φm=0.012Wb
故B错误;
C.将副线圈电阻等效到原线圈的阻值为
R等=()2×4R
解得R等=R
当内、外电阻相等时,输出功率最大,所以开关K由A换接到P后
R'等=()2×4R
解得R'等
内阻大于外电阻,所以副线圈输出功率变小,故C正确;
D.一个周期内线圈的磁通量变化量为0,则0
所以原线圈电流平均值0
副线圈回路中串接一个二极管后,由于单向导电性,只有半个周期有电流,后半个周期无电流,则原线圈电流平均值
根据
由于串联二极管前平均电流为0,可知串接一个二极管后副线圈的电流平均值不是倍,故D错误。
故选:C。
10. (2024 镇海区校级模拟)某些共享单车的内部有一个小型发电机,通过骑行者的骑行踩踏,可以不断地给单车里的蓄电池充电,蓄电池再给智能锁供电。小型发电机的发电原理可简化为图甲所示,矩形线圈abcd处于匀强磁场中,通过理想交流电流表与阻值为R的电阻相连。某段时间在骑行者的踩踏下,线圈绕垂直磁场方向的轴OO′匀速转动,图乙是线圈转动过程中穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像,则( )
A.t=0时刻线圈处于中性面位置
B.t1时刻,穿过线圈的磁通变化率为零,感应电动势为零
C.t2时刻电流表示数为0,t3时刻电流表的示数最大
D.t4时刻电流方向发生改变,线圈转动一周,电流方向改变两次
【解答】解:A.由图乙可知,t=0时刻穿过线圈的磁通量为0,则线圈与中性面垂直,故A错误;
B.由图乙可知t1时刻,穿过线圈的磁通量最大,此时磁通量的变化率为零,感应电动势为零,故B正确;
C.电流表的示数为回路中电流的有效值,而回路中电流的有效值不变,故C错误;
D.由图乙可知t4时刻磁通量为零,此时磁通量的变化率最大,即感应电动势最大,感应电流最大,此时电流方向不发生改变,而线圈转动一周,电流方向改变两次,故D错误。
故选:B。
11. (2024 宁波模拟)保险丝对保护家庭用电安全有着重要作用,如图所示,A是熔断电流为1A的保险丝,理想变压器的原、副线圈的匝数比为2:1,交变电压U=220V,保险丝电阻1Ω,R是用可变电阻。当电路正常工作时,则下列说法正确的是( )
A.可变电阻R不能大于54.75Ω
B.可变电阻R越大,其消耗的功率越小
C.通过可变电阻R的电流不能超过0.5A
D.增加原线圈匝数,保险丝可能熔断
【解答】解:AB.将保险丝电阻看成交变电源内阻,则有可变电阻消耗的功率等于理想变压器原线圈消耗的功率,设原线圈等效电阻为R1,
根据输出功率等于输入功率,以及原、副线圈电流和匝数的关系则有
联立可得
当电路正常工作时,原线圈电流I1≤1A,则
即
R1=4R≥219Ω
所以
R≥54.75Ω
根据电源输出功率的特点可知可变电阻R越大,输出功率越小,即原线圈消耗的功率越小,可变电阻消耗的功率越小,故B正确,A错误;
C.设电阻R为r时,原线圈中电流刚好达到熔断电流,即I1=1A,根据
代入数值解得副线圈的电流
I2=2A
即通过可变电阻R的电流不能超2A;故C错误;
D.当其他条件不变,增加原线圈匝数,根据
可知相当于增加了原线圈的等效电阻,则根据欧姆定律可知原线圈电流减小,保险丝不会熔断,故D错误;
故选:B。
12. (2024 温州二模)如图所示,矩形线圈abcd放置在垂直纸面向里的匀强磁场中,绕垂直于磁场的中心转轴OO′以300r/min的转速匀速转动,磁场分布在OO′的右侧,磁感应强度。线圈匝数n=100匝,面积S=100cm2。理想变压器的原、副线圈匝数比n1:n2=1:2,定值电阻R1=R2=4Ω,C为电容器,电流表A为理想交流电表,不计矩形线圈的电阻,下列说法正确的是( )
A.矩形线圈产生的电动势最大值为
B.电流表示数为5A
C.变压器输出功率为200W
D.增大电容器的电容,电流表示数增大
【解答】解:A.由于磁场分布在OO′的右侧,则矩形线圈产生的电动势最大值为,故A错误;
B.根据电压匝数关系式有,结合上述,两端电压的有效值为,U2=20V,则定值电阻R1中的电流为,由于定值电阻R2与电容器串联,R2所在支路除了R2对电流有阻碍作用外,电容器对电流也有阻碍作 用,即R2所在支路对电流的总的阻碍效果作用大于定值电阻R1所在支路对电流的阻碍效果,即电流表示数小于5A,故B错误;
C.定值电阻R1消耗的功率P=I2R1=52×4W=100W,结合上述,电流表示数小于5A,U2一定,则R2所在支路消耗功率小于定值电阻R1所在支路消耗功率100W,可知,变压器输出功率小于200W,故C错误;
D.交变电流频率不变,电容对交流电也有阻碍效果,这种阻碍效果叫容抗,其大小为,增大电容器的电容,电容对交流电的阻碍效果减弱,则通过定值电阻R2所在支路电流增大,即电流表示数增大,故D正确。
故选:D。
13. (2024 宁波二模)如图所示,磁感应强度大小为B的匀强磁场中一矩形线圈绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动,转动角速度为ω,产生的电能通过滑环M、N由单刀双掷开关控制提供给电路中的用电器。线圈的面积为S,匝数为N,线圈的总阻值为r,定值电阻R1=R2=R,理想变压器的原、副线圈匝数比为1:2,电压表为理想电表。线圈由图示位置转过90°的过程中,下列说法中正确的是( )
A.若开关打到“1”,通过电阻R1的电荷量
B.若开关打到“1”,电阻R1产生的热量
C.若开关打到“2”,电压表的示数为
D.若开关打到“2”,电阻R2产生的热量
【解答】解:A.若开关打到“1”,线圈由图示位置转过90°的过程中,平均感应电动势为
根据闭合电路欧姆定律以及电流定义式:
,
可得电荷量
故A错误;
BCD.根据题意可知,线圈由图示位置转过90°的过程的时间为
线圈转动产生感应电动势的最大值为
Em=NBSω
根据最大值和有效值的关系,则有效值为
若开关打到“1”,根据闭合电路欧姆定律,感应电流的有效值为
根据焦耳定律,电阻R1产生的热量
若开关打到“2”,设电压表读数为U,流过R2的电流为I,
根据原、副线圈电压之比等于匝数比,则原线圈两端电压为
根据原、副线圈电流之比等于匝数反比,则流过原线圈的电流为
I1=2I
则原线圈的等效电阻为
则有
则电压表读数
电阻R2产生的热量
故BD错误,C正确。
故选:C。
14. (2024 宁波模拟)如图甲、乙所示为某家庭应急式手动发电机的两个截面示意图。推动手柄使半径为r的圆形线圈a沿轴线往复运动,其运动的v﹣t图像为如图丙所示的正弦曲线,最大速度为v0。已知线圈匝数为n,电阻不计,所在位置磁感应强度大小恒为B,理想变压器原、副线圈匝数之比为k,两灯泡电阻均为R,A为理想交流电流表,闭合开关S,下列说法正确的是( )
A.L1两端电压最大值为2nπBv0
B.电流表A的读数为
C.线圈a的输出功率为
D.若断开开关S,L1中电流不变,原线圈中电流亦不变
【解答】解:A.由v﹣t图像可知,发电机产生正弦式交流电,产生电压的最大值为U1m=2nπBrv0,根据原副线圈匝数比,副线圈电压即L1两端电压最大值为U2m,故A错误;
B.副线圈电压有效值为,两灯泡并联总电阻为,电流表A的读数为I,解得I,故B错误;
C.理想变压器线圈a的输出功率为P=U2I,代入数据解得P,故C正确;
D.若断开开关S,副线圈电压不变,则L1中电流不变,但副线圈电流减半,则原线圈中电流减半,故D错误;
故选:C。
15. (2024 金华二模)如图甲所示为某品牌漏电保护器,其内部结构及原理如图乙所示,虚线框内为漏电检测装置,可视为理想变压器,其中原线圈由入户的火线、零线在铁芯上双线并行绕制而成,副线圈与控制器相连。当电路发生漏电时,零线中的电流小于火线,从而使副线圈中产生感应电流,通过控制器使线路上的脱扣开关断开,起到自动保护的作用。若入户端接入u=311sin100πt(V)的交变电流,则( )
A.入户端接入的交变电流方向每秒变化50次
B.当用电器发生短路时,该漏电保护器会切断电路
C.没有发生漏电时,通过副线圈的磁通量始终为0
D.没有发生漏电时,通过副线圈的磁通量随原线圈中电流的增加而增加
【解答】解:A、接入入户端的交变电流频率为fHz=50Hz,电流方向每秒改变100次,故A错误;
B、用电器发生短路时,双线中电流依然等大反向,副线圈中没有电流,漏保不会切断电源(这个时候应该工作的是空气开关或保险丝而非漏电保护器),故B错误
CD、没有发生漏电时,原线圈双线绕法,火线、零线中电流方向始终相反且等大,故在铁芯中产生的磁场相互抵消,通过副线圈的磁通量始终为零,故C正确,D错误;
故选:C。
16. (2024 杭州二模)如图,有一小型水电站发电机的输出功率为50kW,发电机的输出电压为250V。通过升压变压器升压后向远处输电,输电电压为10kV,输电线的总电阻R为10Ω,在用户端用降压变压器把电压降为220V,两变压器均视为理想变压器,下列说法正确的是( )
A.升压变压器原、副线圈的匝数之比为1:400
B.输电线上损失的功率为250W
C.降压变压器原、副线圈中的电流之比为995:22
D.图中与灯泡串联的“250V,1000μF”的电容器一定会被击穿
【解答】解:A.由升压变压器的电压关系
解得
故A错误;
B、发电机的功率:
P=U1I1
得发电机输出的电流为I1=200A
由升压变压器的电流关系
解得I2=5A
输电线上损失的功率P线R
解得P线=250W
故B正确;
C.输电线上损失的电压
ΔU=I2R
解得ΔU=50V
则U3=U2﹣ΔU=10000V﹣50V=9950V
由降压变压器的电压关系
解得
由变压器的电流关系
可知降压变压器原、副线圈中的电流之比为22:995
故C错误;
D.灯泡两端的电压为220V,电容器与灯泡串联,电压不一定会达到耐压值,故D错误;
故选:B。
17. (2024 嘉兴一模)在绕制变压器时,某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁态的左右两个臂上。为简化问题研究,假设当一个线圈通以交变电流时,该线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈,另一半通过中间臂。已知线圈1、2的匝数之比n1:n2=2:1,若线圈电阻可不计,则当其中一个线圈输入交流220V电压时( )
A.若线圈1为输入端,则空载的线圈2输出电压为0
B.若线圈1为输入端,则接有负载的线圈2输出电压为110V
C.若线圈2为输入端,则空载的线圈1输出电压为110V
D.若线圈2为输入端,则接有负载的线圈1输出电压为220V
【解答】解:AB.根据题意,闭合铁芯中多了一个中间的臂,导致每个线圈中产生的交变磁通量,只有一半通过另一个线圈,而另一半通过中间的臂,这就导致线圈中的感应电动势只有全部通过时的一半。
设线圈1两端输入电压为U1时,线圈2输出电压为U2,则有
,
当线圈1输入电压为220V时,有Φ1=2Φ2,即
根据上述表达式可得
代入数据解得
U2=55V
故U2与是否有负载无关,故AB错误;
CD当线圈2输入电压为220V时,同理可得
Φ′2=2Φ′1,
所以
U′1=U′2=220V
故U2与是否有负载无关,故D正确,C错误。
故选:D。
18. (2024 浙江模拟)某校项目学习小组制造了电磁弹射器,其等效电路如图所示(俯视图)。通过图中的理想自耦变压器可将(V)的交流电电压升高,再通过直流转换模块(将交流电转换为直流电,且电压有效值不变)。图中的两个电容器的电容C=0.2F。两根固定于同一水平面内足够长的光滑平行金属导轨间距L=0.5m,电阻不计,磁感应强度大小B=1T的匀强磁场垂直于导轨平面向内。金属棒MN(含其上固定一铁钉)总质量m=100g、电阻R=0.25Ω(不计其他电阻)垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。开关S先接1,使两电容器完全充电,然后将S接至2,MN开始向右加速运动达到最大速度后离开导轨。已知理想自耦变压器的原副线圈匝数比为1:4,电容器储存电场能的表达式为:。求:
(1)直流转换模块输出端的电压UMN;
(2)开关S接1使电容器完全充电后,每块极板上所带的电荷量Q的绝对值;
(3)MN由静止开始运动时的加速度大小a;
(4)电容器储存电场能转化为MN棒动能的转化效率η
【解答】解:(1)理想自耦变压器的输入电压为:U1V=12.5V
根据理想变压器的工作原理可得:
解得自耦变压器输出端电压为:U2=50V
由题意可得直流转换器的输出端电压为:UMN=U2=50V
(2)开关S接1时电容器的电压等于UMN,则电容器的每块极板上所带的电荷量为:
Q=CUMN=0.2×50C=10C
(3)金属棒MN由静止开始运动时,通过金属棒MN的瞬间电流为:
此刻金属棒MN所受安培力为:F=BI0L=1×200×0.5N=100N
根据牛顿第二定律得此刻的加速度为:1000m/s2
(4)金属棒MN做加速度逐渐减小的加速直线运动,直到棒产生的电动势与电容器两端的电压相等时速度达到最大。设金属棒MN的最大速度为vm,此时电容器的电压为U3,则有:
U3=BLvm
以金属棒MN的运动方向为正方向,根据动量定理得:
2CΔU=2C(UMN﹣U3)
联立可得:
其中:m=100g=0.1kg
代入数据解得:vm=50m/s
若不考虑电容器剩余的电场能,则电容器储存电场能转化为MN棒动能的转化效率为:
,解得:η=25%
若考虑电容器剩余的电场能,则电容器储存电场能转化为MN棒动能的转化效率为:
,解得:η′=33.33%
答:(1)直流转换模块输出端的电压UMN为50V;
(2)开关S接1使电容器完全充电后,每块极板上所带的电荷量Q的绝对值为10C;
(3)MN由静止开始运动时的加速度大小a为1000m/s2;
(4)若不考虑电容器剩余的电场能,电容器储存电场能转化为MN棒动能的转化效率η为25%;若考虑电容器剩余的电场能,则电容器储存电场能转化为MN棒动能的转化效率为η′=33.33%。
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专题11交变电流——2025届浙江省物理选考三年高考一年模拟
1. (2024 浙江)如图所示,边长为1m、电阻为0.04Ω的刚性正方形线框abcd放在匀强磁场中,线框平面与磁场垂直。若线框固定不动,磁感应强度以均匀增大时,线框的发热功率为P;若磁感应强度恒为0.2T,线框以某一角速度绕其中心轴OO′匀速转动时,线框的发热功率为2P,则ab边所受最大的安培力为( )
A.N B.N C.1N D.N
2. (2024 浙江)如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出u=5sin100πt(V)的交流电,经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10kV,就会在打火针和金属板间引发电火花,实现点火。下列正确的是( )
A.
B.
C.用电压表测原线圈两端电压,示数为5V
D.副线圈输出交流电压的频率是100Hz
3. (2023 浙江)我国1100kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流,用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是( )
A.送电端先升压再整流
B.用户端先降压再变交流
C.1100kV是指交流电的最大值
D.输电功率由送电端电压决定
4. (2022 浙江)下列说法正确的是( )
A.恒定磁场对静置于其中的电荷有力的作用
B.小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向
C.正弦交流发电机工作时,穿过线圈平面的磁通量最大时,电流最大
D.升压变压器中,副线圈的磁通量变化率大于原线圈的磁通量变化率
5. (2022 浙江)如图所示,甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况,摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动;乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况,皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动。下列说法正确的是( )
A.甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
B.乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
C.甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电
D.乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
1. (2024 乐清市校级三模)新能源汽车无线充电技术的优点包括安全可靠、充电场地的空间利用率高、智能化程度高、维护和管理方便等。图甲为某国产品牌汽车无线充电装置,供电线圈固定在地面,受电线圈固定在汽车底盘上,当两个线圈靠近时可实现无线充电,其工作原理如图乙所示。某课外学习小组查阅资料得知,当输入端ab接上380V正弦交流电后,电池系统cd端的电压为600V,电池系统的电流为20A。若不计线圈及导线电阻,下列说法正确的是( )
A.为保护受电线圈不受损坏,可以在车底板加装金属护板
B.若输入端ab接上380V直流电,也能正常充电
C.供电线圈和受电线圈匝数比可能为19:30
D.ab端的输入功率大于12kW
2. (2024 西湖区校级模拟)如图甲所示,一电阻不计的单匝线圈处于变化的磁场中,图乙是穿过线圈磁通量Φ随时间t按正弦变化的图象(规定磁感应强度垂直纸面向里时为Φ正)。线圈右边与理想变压器的原线圈连接,已知理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2=20:1,电阻R1=20Ω、R2=10Ω,D为理想二极管,取π2=10,下列说法正确的是( )
A.t=0.01s时,圆形线圈中电流为零
B.t=0.005s时,圆形线圈中有最大电流
C.0﹣0.005s内,流过R1的电荷量可能为0.005C
D.原线圈的输入功率为75W
3. (2024 镇海区校级三模)如图甲所示为汽车的传统点火装置,称之为蓄电池点火系统。此装置的核心部件是一个变压器,该变压器的原线圈通过开关连接到12V的蓄电池上,副线圈连接到火花塞的两端。在开关闭合或断开的瞬间,将会在副线圈中产生脉冲高电压形成电火花,点燃可燃混合气体。图乙和图丙分别是原线圈、副线圈电压随时间变化的图像,则下列说法正确的是( )
A.原线圈的匝数比副线圈的匝数多
B.t2至t3间穿过副线圈的磁通量为零
C.开关断开与闭合瞬间副线圈产生的感应电动势方向相同
D.开关断开时比开关闭合时,更容易点燃混合气体
4. (2024 台州二模)如图甲所示是电机的示意图。如图乙所示,将两个完全相同的电机正对放置,用直杆连接两个电机的转轴,电机M1与电源相连,电机M2与毫安表相连。先闭合开关S1,再闭合开关S2,发现毫安表指针发生偏转。下列说法正确的是( )
A.电机M1相当于发电机
B.毫安表指针会在中央零刻度的左右晃动
C.闭合开关S2瞬间,电机M1转动变快,其线圈发热明显
D.将电机M1和M2的磁极N、S都交换,毫安表的指针偏转方向不变
5. (2024 温州三模)新安江水库蓄水后,水位落差可达55m,如图所示。已知落差处流量为5×105kg/s的水流冲击水轮机发电,水流减少的机械能80%转化为电能。发电机输出电压为11kV,水电站到用户之间采用220kV高压进行远距离输电,输电线上损耗的功率不超过输送功率5%,用户所需电压为220V。变压器视为理想变压器,下列说法正确的是( )
A.升压变压器原、副线圈匝数比为1:20
B.发电机的输出功率为2.75×105kW
C.输电线上电阻不能超过110Ω
D.降压变压器原、副线圈匝数比为1000:1
6. (2024 绍兴二模)特高压是指±800kV及以上的直流电和1000kV及以上的交流电的电压等级,该技术具有输送容量大、距离远、效率高和损耗低等优越性,是世界上最先进的输电技术之一。保证输电功率不变的情况下将输电电压从交流500kV的超高压变为交流1000kV的特高压,在两次输电过程中,下列说法正确的是( )
A.“1000kV”指的是交流电的峰值
B.输电线上的电流变为原来的2倍
C.输电线上的电能损耗降为原来的
D.用户获得的功率一定为原来的4倍
7. (2024 浙江模拟)如图所示为高压输电电路图,发电站输送的电压为u=Umsin50πt,变压器为理想变压器。将两个相同的电压互感器甲和乙分别接入远距离输电线路的前后端,电流互感器接入远距离输电线路。电压互感器的原、副线圈匝数比为k:1,电流互感器的原、副线圈匝数比为1:k,且k>100。高压输电线路正常工作时,电压互感器甲、乙的示数分别为U1、U2,电流互感器的示数为I。则( )
A.用户使用的电流是频率为50Hz的交流电
B.该远距离输电线路上的电阻为
C.该远距离输电线路上损耗的功率为k2I(U1﹣U2)
D.该远距离输电线路上的电流为
8. (2024 浙江模拟)如图,理想自耦变压器原线圈的a、b两端接有瞬时值表达式为u=20sin(50πt)V的交变电压,指示灯L接在变压器的一小段线圈上,调节滑动片P1可以改变副线圈的匝数,调节滑动片P2可以改变负载电阻R2的阻值,则( )
A.t=0.04s时电压表V1的示数为零
B.只向上移动P2,指示灯L将变暗
C.P1、P2均向上移动,电压表V2的示数可能不变
D.P1、P2均向上移动,原线圈输入功率可能不变
9. (2024 嘉兴模拟)如图所示,有一个20匝、电阻为R的矩形线圈,绕OO′轴在匀强磁场中匀速转动,产生的电动势随时间关系为:e=24sin100t(V)。矩形线圈通过铜滑环与理想变压器原线圈的A、B两端相接,变压器的副线圈连接一个阻值为4R的电阻。变压器原、副线圈匝数比为1:2,原线圈中间位置接有接线柱P,则( )
A.副线圈两端电压为48V
B.穿过矩形线圈的最大磁通量为0.24Wb
C.开关K由A换接到P后副线圈输出功率变小
10. D.副线圈回路中串接一个二极管后电流平均值变为原来的倍
11. (2024 镇海区校级模拟)某些共享单车的内部有一个小型发电机,通过骑行者的骑行踩踏,可以不断地给单车里的蓄电池充电,蓄电池再给智能锁供电。小型发电机的发电原理可简化为图甲所示,矩形线圈abcd处于匀强磁场中,通过理想交流电流表与阻值为R的电阻相连。某段时间在骑行者的踩踏下,线圈绕垂直磁场方向的轴OO′匀速转动,图乙是线圈转动过程中穿过线圈的磁通量Φ随时间t变化的图像,则( )
A.t=0时刻线圈处于中性面位置
B.t1时刻,穿过线圈的磁通变化率为零,感应电动势为零
C.t2时刻电流表示数为0,t3时刻电流表的示数最大
D.t4时刻电流方向发生改变,线圈转动一周,电流方向改变两次
12. (2024 宁波模拟)保险丝对保护家庭用电安全有着重要作用,如图所示,A是熔断电流为1A的保险丝,理想变压器的原、副线圈的匝数比为2:1,交变电压U=220V,保险丝电阻1Ω,R是用可变电阻。当电路正常工作时,则下列说法正确的是( )
A.可变电阻R不能大于54.75Ω
B.可变电阻R越大,其消耗的功率越小
C.通过可变电阻R的电流不能超过0.5A
D.增加原线圈匝数,保险丝可能熔断
13. (2024 温州二模)如图所示,矩形线圈abcd放置在垂直纸面向里的匀强磁场中,绕垂直于磁场的中心转轴OO′以300r/min的转速匀速转动,磁场分布在OO′的右侧,磁感应强度。线圈匝数n=100匝,面积S=100cm2。理想变压器的原、副线圈匝数比n1:n2=1:2,定值电阻R1=R2=4Ω,C为电容器,电流表A为理想交流电表,不计矩形线圈的电阻,下列说法正确的是( )
A.矩形线圈产生的电动势最大值为
B.电流表示数为5A
C.变压器输出功率为200W
D.增大电容器的电容,电流表示数增大
14. (2024 宁波二模)如图所示,磁感应强度大小为B的匀强磁场中一矩形线圈绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动,转动角速度为ω,产生的电能通过滑环M、N由单刀双掷开关控制提供给电路中的用电器。线圈的面积为S,匝数为N,线圈的总阻值为r,定值电阻R1=R2=R,理想变压器的原、副线圈匝数比为1:2,电压表为理想电表。线圈由图示位置转过90°的过程中,下列说法中正确的是( )
A.若开关打到“1”,通过电阻R1的电荷量
B.若开关打到“1”,电阻R1产生的热量
C.若开关打到“2”,电压表的示数为
D.若开关打到“2”,电阻R2产生的热量
15. (2024 宁波模拟)如图甲、乙所示为某家庭应急式手动发电机的两个截面示意图。推动手柄使半径为r的圆形线圈a沿轴线往复运动,其运动的v﹣t图像为如图丙所示的正弦曲线,最大速度为v0。已知线圈匝数为n,电阻不计,所在位置磁感应强度大小恒为B,理想变压器原、副线圈匝数之比为k,两灯泡电阻均为R,A为理想交流电流表,闭合开关S,下列说法正确的是( )
A.L1两端电压最大值为2nπBv0
B.电流表A的读数为
C.线圈a的输出功率为
D.若断开开关S,L1中电流不变,原线圈中电流亦不变
16. (2024 金华二模)如图甲所示为某品牌漏电保护器,其内部结构及原理如图乙所示,虚线框内为漏电检测装置,可视为理想变压器,其中原线圈由入户的火线、零线在铁芯上双线并行绕制而成,副线圈与控制器相连。当电路发生漏电时,零线中的电流小于火线,从而使副线圈中产生感应电流,通过控制器使线路上的脱扣开关断开,起到自动保护的作用。若入户端接入u=311sin100πt(V)的交变电流,则( )
A.入户端接入的交变电流方向每秒变化50次
B.当用电器发生短路时,该漏电保护器会切断电路
C.没有发生漏电时,通过副线圈的磁通量始终为0
D.没有发生漏电时,通过副线圈的磁通量随原线圈中电流的增加而增加
17. (2024 杭州二模)如图,有一小型水电站发电机的输出功率为50kW,发电机的输出电压为250V。通过升压变压器升压后向远处输电,输电电压为10kV,输电线的总电阻R为10Ω,在用户端用降压变压器把电压降为220V,两变压器均视为理想变压器,下列说法正确的是( )
A.升压变压器原、副线圈的匝数之比为1:400
B.输电线上损失的功率为250W
C.降压变压器原、副线圈中的电流之比为995:22
D.图中与灯泡串联的“250V,1000μF”的电容器一定会被击穿
18. (2024 嘉兴一模)在绕制变压器时,某人误将两个线圈绕在如图所示变压器铁态的左右两个臂上。为简化问题研究,假设当一个线圈通以交变电流时,该线圈产生的磁通量都只有一半通过另一个线圈,另一半通过中间臂。已知线圈1、2的匝数之比n1:n2=2:1,若线圈电阻可不计,则当其中一个线圈输入交流220V电压时( )
A.若线圈1为输入端,则空载的线圈2输出电压为0
B.若线圈1为输入端,则接有负载的线圈2输出电压为110V
C.若线圈2为输入端,则空载的线圈1输出电压为110V
D.若线圈2为输入端,则接有负载的线圈1输出电压为220V
19. (2024 浙江模拟)某校项目学习小组制造了电磁弹射器,其等效电路如图所示(俯视图)。通过图中的理想自耦变压器可将(V)的交流电电压升高,再通过直流转换模块(将交流电转换为直流电,且电压有效值不变)。图中的两个电容器的电容C=0.2F。两根固定于同一水平面内足够长的光滑平行金属导轨间距L=0.5m,电阻不计,磁感应强度大小B=1T的匀强磁场垂直于导轨平面向内。金属棒MN(含其上固定一铁钉)总质量m=100g、电阻R=0.25Ω(不计其他电阻)垂直放在两导轨间处于静止状态,并与导轨良好接触。开关S先接1,使两电容器完全充电,然后将S接至2,MN开始向右加速运动达到最大速度后离开导轨。已知理想自耦变压器的原副线圈匝数比为1:4,电容器储存电场能的表达式为:。求:
(1)直流转换模块输出端的电压UMN;
(2)开关S接1使电容器完全充电后,每块极板上所带的电荷量Q的绝对值;
(3)MN由静止开始运动时的加速度大小a;
(4)电容器储存电场能转化为MN棒动能的转化效率η
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