2026年高考物理解答题精选练习：交变电流（含解析）

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2026年高考物理解答题精选练习：交变电流
1．如图所示，一小型交流发电机中，线圈ABCD（电阻不能忽略）以角速度ω=50πrad/s绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动，发电机感应电动势的最大值。线圈通过滑环与理想变压器原线圈相连，变压器副线圈与电阻相接，电表均为理想交流电表，电压表示数为U =160V，电流表示数为I =6A，从线框转至中性面位置开始计时。
（1）求线框中感应电动势的频率；
（2）求线框中感应电动势的瞬时值表达式；
（3）若原、副线圈匝数比为4：1，求电阻R的阻值及消耗的电功率P。
2．如图所示，交流发电机的线圈处于磁感应强度大小为的匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动。已知线圈匝数为匝，面积为，转动的角速度为，通过理想变压器连接阻值为的电阻，正常工作时，理想电流表示数为0.25A。若从图示位置开始计时，
（1）写出该发电机产生感应电动势的瞬时值表达式；
（2）若不计发电机线圈电阻，求理想变压器的原、副线圈匝数比。
3．如图甲所示为交流发电机示意图，用导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时通过滑环和电刷保持与外电路连接，已知外电路电阻R=5Ω，图示线圈匝数n=50匝（其电阻可忽略不计），穿过该线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图乙所示，求：
（1）发电机输出电压随时间变化的瞬时值表达式；
（2）电流表的读数。
4．如图所示，小型发电厂通过升压、降压变压器把电能输送给用户。已知发电厂的输出功率为50kW、输出电压为500V，升压变压器原、副线圈的匝数比为，两个变压器间输电导线的总电阻，降压变压器的输出电压为220V。不计输电过程中电抗造成的电压损失，变压器均视为理想变压器。求：
（1）两个变压器间的输电导线上损失的电压；
（2）降压变压器原、副线圈的匝数之比；
（3）若用户安装的都是“220V40W”的日光灯，则允许同时开多少盏灯让其正常发光？
5．理想变压器原、副线圈的匝数比为，原线圈接在电压峰值为的正弦交变电源上，副线圈的回路中接有阻值为R的电热丝，电热丝密封在绝热固定容器内，容器内封闭有一定质量的理想气体，接通电路开始加热，加热前气体温度为。
（1）求变压器的输出功率P；
（2）已知该容器内的气体吸收的热量Q与其温度变化量成正比，即，其中C已知。若电热丝产生的热量全部被气体吸收，要使容器内的气体压强达到加热前的2倍，求电热丝的通电时间t。
6．一台发电机输出功率为2000kW，电压为4000V，经升压变压器向远方输电。输电线路总电阻为，到目的地经降压变压器降压，负载为多个正常发光的灯泡（每个灯泡的额定电压220V、额定功率40W）。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的4%，升压变压器、降压变压均为理想变压器，求：
（1）升压变压器副线圈的输出电流是多少？
（2）升压变压器原、副线圈匝数比是多少？
（3）有多少盏灯泡能正常发光？
7．如图所示，面积为0.02m2，内阻不计的100匝矩形线圈ABCD，绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动，转动的角速度为100rad/s，匀强磁场的磁感应强度为。矩形线圈通过滑环与理想变压器相连，触头P可移动，副线圈所接电阻R = 50Ω，电表均为理想交流电表。当线圈平面与磁场方向平行时开始计时，结果可用根号或π表示。求：
（1）线圈中感应电动势的最大值；
（2）由图示位置转过30°角的过程产生的平均感应电动势；
（3）当原、副线圈匝数比为2：1时，电阻R上消耗的功率。
8．理想变压器原、副线圈匝数之比为4：1，原线圈接入电压为的交流电源，副线圈接一个Ω的负载电阻。求：
（1）理想电压表的读数；
（2）原线圈中理想电流表的读数。
9．如图甲所示，两根平行导轨以倾斜角固定在地面上，相距为L，电阻不计，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于平行导轨所在的整个平面，导轨下端接有阻值为R的电阻，沿导轨斜向上建立x坐标轴。质量为m、电阻为r的金属棒ab垂直导轨放置在处，其与金属导轨的动摩擦因数为，在金属棒ab上施加x轴方向的外力F，使金属棒ab开始做简谐运动，当金属棒运动到时作为计时起点，其速度随时间变化的图像如图乙所示，其最大速度为。求：
（1）简谐运动过程中金属棒的电流i与时间t的函数关系；
（2）在0~1s时间内通过金属棒的电荷量；
（3）在0~3s时间内外力F所做的功。
10．交流发电机的发电原理是矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO'匀速转动。一台小型发电机的线圈共220匝，线圈面积，线圈转动的频率为50Hz，线圈内阻不计，磁场的磁感应强度。为了用此发电机产生的交变电流带动两个标有“220V，11kW”字样的电动机正常工作，需在发电机的输出端a、b与电动机之间接一个理想变压器，电路如图所示，当发电机内的线圈转至图中位置时开始计时。求：
（1）写出发电机的线圈所产生的交变电动势的瞬时值表达式；
（2）发电机的输出电压有效值；
（3）与变压器原线圈串联的交流电流表的示数。
11．如图所示为一交流发电机的原理示意图，其中矩形线圈的边长，，匝数，线圈的总电阻，线圈在磁感强度的匀强磁场中绕垂直于磁场的转轴匀速转动，转速。线圈两端通过电刷E，F与阻值的定值电阻连接。计算时取3。
（1）从线圈经过中性面开始计时，写出线圈中感应电动势随时间变化的函数表达式；
（2）求此发电机在上述工作状态下的输出功率；
（3）求从线圈经过中性面开始计时，经过时间通过电阻R的电荷量。
12．如图所示，在水平方向的匀强磁场中，正方形闭合线圈绕竖直轴匀速转动，线圈通过滑环和电刷与一个电阻R和一个理想交流电压表相连接。已知磁场的磁感应强度。线圈匝数匝，边长，线圈电阻，线圈转动的角速度，电阻，求：
（1）线圈转到与磁场平行时，线圈中的电动势E；
（2）交流电压表的示数U。
13． 风力发电是绿色电能的主要供应地之一，其发电、输电简易模型如图所示，已知风轮机叶片转速为每秒z转，通过转速比为1：n的升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机线圈面积为S，匝数为N，匀强磁场的磁感应强度为B，时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，发电机产生的交变电流经过理想变压器升压后，输出电压为U。忽略线圈电阻，求：
（1）发电机产生电动势的瞬时值表达式；
（2）升压变压器原、副线圈的匝数比。
14． 如图所示为某电站高压输电示意图，发电厂输出电压恒为U=300V，变压器均为理想变压器，升压变压器的原、副线圈匝数比为；降压变压器由一个原线圈和两个副线圈构成，的两个副线圈所接电阻分别为和，且，。在输电线上接入一个电流互感器（作用为将输电线路中的大电流转化为可测量的小电流），原、副线圈的匝数比为，输电线总电阻为。当只闭合时，通过电流表的电流为1A，只闭合时，通过电流表的电流为2A。忽略电流互感器对输电电路的影响。求：
（1）只闭合和只闭合时，输电线损耗的功率之比；
（2）降压变压器的两个副线圈匝数之比。
答案解析部分
1．【答案】（1）解：（1）线框中感应电动势的频率为
（2）解：（2）从线框转至中性面位置开始计时，故瞬时值表达式为
（3）解：（3）根据理想变压器输入功率等于输出功率功率相等 P1=P2，可知电阻R上消耗的电功率为根据理想变压器电压比等于匝数比，可得，整理得可得副线圈两端电压为U2=40V根据可得电阻R的阻值为
2．【答案】解：（1）该发电机产生感应电动势的瞬时值表达式
（2）变压器原线圈两端的电压为
变压器输入功率等于输出功率，则
解得
根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系，理想变压器的原、副线圈匝数比为
3．【答案】（1）解：由图可知
发电机输出电压瞬时表达式为
（2）解：电流表示数为电流的有效值，则
所以
4．【答案】解：（1）升压变压器副线圈输出的电压为
输电线路上的电流
输电导线上损失的电压
（2）输电导线上的电压降是300V，则有降压变压器原、副线圈的匝数之比
（3）输电导线上损失的功率
用户得到的功率
则允许同时开灯的盏数
5．【答案】（1）由原线圈正弦交流电的峰值可知变压器输入电压有效值为
设变压器副线圈的输出电压为，根据理想变压器的电压与匝数之间的关系有
联立解得
理想变压器的输出功率等于R的功率，即
（2）设加热前容器内气体的压强为，则加热后气体的压强为，温度为，容器内的气体做等容变化，则有
得
由知气体吸收的热量
根据热力学第一定律
气体的体积不变，所以，容器是绝热容器，则
即
解得
6．【答案】解：（1）在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的4%，则
解得升压变压器副线圈的输出电流为
（2）升压变压器的输入电流为
根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系，升压变压器原、副线圈匝数比是
（2）用户得到的功率
灯泡能正常发光的盏数为
（盏）
7．【答案】解：（1）感应电动势的最大值
（2）线圈转过30°角过程中产生的平均感应电动势
（3）电压表示数为电压的有效值，则
电阻R两端的电压
则电阻R上消耗的功率

8．【答案】（1）原线圈两端电压有效值为
根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系
解得理想电压表的读数为
（2）副线圈的电流为
根据理想变压器原副线圈电流与线圈匝数的关系
可得原线圈中理想电流表的读数为
9．【答案】（1）由图像可知
感应电动势
感应电流
解得
（2）在0~1s时间内金属棒从x=0位置运动到x=x0的位置，则通过金属棒的电荷量
（3）在0~3s时间内导体棒从x=0的位置运动到x=-x0的位置，此过程中整个回路的焦耳热即克服安培力做功
该过程中克服摩擦力做功
外力F所做的功
解得
10．【答案】（1）感应电动势的最大值为
则
（2）电动势有效值为
由于线圈内阻不计，则发电机的输出电压有效值为2200V。
（3）根据原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，则有
解得交流电流表的示数为
11．【答案】（1）；（2）；（3）0.2C
12．【答案】（1）；（2）
13．【答案】（1）解：由题意可知发电机线圈的转速为，故角速度为，故发电机产生电动势的瞬时值表达式为
（2）解：升压变压器输入电压有效值为
输出电压有效值为
故升压变压器原、副线圈的匝数比为
14．【答案】（1）解：只闭合时输电线上的电流值为
只闭合时输电线上的电流值为
所以闭合和只闭合时，输电线损耗的功率之比
（2）解：只闭合和只闭合时，输电线损失的电压分别为
，
升压变压器的输出电压为
所以只闭合和只闭合时降压变压器原线圈的输入电压分别为
，
只闭合和只闭合时降压变压器原线圈输入功率分别为
，
变压器输入和输出功率相等，所以只闭合和只闭合时有
，
解得
，
只闭合和只闭合时降压变压器原副线圈电流关系有
，
解得
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