五年（2017-2021）高考物理真题分项详解 专题04 交流电（含解析）

高考物理真题分项详解——专题04 交流电
一．选择题（共15小题）
1．（2021?广东）某同学设计了一个充电装置，如图所示。假设永磁铁的往复运动在螺线管中产生近似正弦式交流电，周期为0.2s，电压最大值为0.05V。理想变压器原线圈接螺线管，副线圈接充电电路，原、副线圈匝数比为1：60。下列说法正确的是（　　）
316039568580A．交流电的频率为10Hz
B．副线圈两端电压最大值为3V
C．变压器输入电压与永磁铁磁场强弱无关
D．充电电路的输入功率大于变压器的输入功率
2．（2021?湖南）如图，理想变压器原、副线圈匝数比为n1：n2，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（　　）
360680038100A．L1先变暗后变亮，L2一直变亮
B．L1先变亮后变暗，L2一直变亮
C．L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗
D．L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗
3．（2020?海南）图甲、乙分别表示两种电流的波形，其中图乙所示电流按正弦规律变化，分别用I1和I2表示甲和乙两电流的有效值，则（　　）
A．I1：I2＝2：1 B．I1：I2＝1：2 C．I1：I2＝1： D．I1：I2＝：1
4．（2020?北京）如图所示，理想变压器原线圈接在u＝Umsin（Ωt+φ）的交流电源上，副线圈接三个阻值相同的电阻R，不计电表内电阻影响。闭合开关S后（　　）
A．电流表A2的示数减小 B．电压表V1的示数减小
C．电压表V2的示数不变 D．电流表A1的示数不变
5．（2020?江苏）电流互感器是一种测量电路中电流的变压器，工作原理如图所示。其原线圈匝数较少，串联在电路中，副线圈匝数较多，两端接在电流表上。则电流互感器（　　）
384111552705A．是一种降压变压器
B．能测量直流电路的电流
C．原、副线圈电流的频率不同
D．副线圈的电流小于原线圈的电流
291973010134606．（2020?浙江）如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100kW，发电机的电压U1＝250V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220V．已知输电线上损失的功率P线＝5kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是（　　）
A．发电机输出的电流I1＝40A
B．输电线上的电流I线＝625A
C．降压变压器的匝数比n3：n4＝190：11
D．用户得到的电流I4＝455A
7．（2020?山东）图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1：n2＝22：3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15Ω，额定电压为24V．定值电阻R1＝10Ω、R2＝5Ω，滑动变阻器R的最大阻值为10Ω．为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为（　　）
A．1Ω B．5Ω C．6Ω D．8Ω
8．（2020?浙江）如图所示，单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t＝0时开关S打到b端，t＝0.02s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。则（　　）
3983355175260A．LC回路的周期为0.02s
B．LC回路的电流最大时电容器中电场能最大
C．t＝1.01s时线圈中磁场能最大
D．t＝1.01s时回路中电流沿顺时针方向
9．（2020?浙江）如图所示，甲乙两图中的理想变压器以不同的方式接在高压电路中。甲图中变压器原副线圈的匝数比为k1，电压表读数为U，乙图中变压器原副线圈的匝数比为k2，电流表读数为I．则甲图中高压线电压和乙图中高压线电流分别为（　　）
A．k1U，k2I B．k1U， C．，k2I D．，
10．（2019?全国）如图（a），水平匀强磁场中有一边长为0.5m的正方形线框，其电阻为1Ω．当线框绕过其两对边中心的竖直轴OO'以某一角速度匀速旋转时，线框中产生的感应电动势?随时间t变化的关系如图（b）所示。下列说法正确的是（　　）
A．线框转动的角速度为0.4rad/s
B．磁感应强度的大小约为0.4T
C．线框内感应电流的有效值约为0.7A
D．t＝0时，线框平面与磁感应强度方向的夹角为90°
11．（2019?江苏）某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1：10，当输入电压增加20V时，输出电压（　　）
A．降低2V B．增加2V C．降低200V D．增加200V
12．（2018?江苏）采用220kV高压向远方的城市输电。当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的，输电电压应变为（　　）
A．55kV B．110kV C．440kV D．880kV
13．（2018?新课标Ⅲ）一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正．该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示。则Q方：Q正等于（　　）
A．1： B．：1 C．1：2 D．2：1
14．（2018?天津）教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机（内阻可忽略）通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P．若发电机线圈的转速变为原来的，则（　　）
2748915175260A．R消耗的功率变为P
B．电压表V的读数变为U
C．电流表A的读数变为2I
D．通过R的交变电流频率不变
303085584582015．（2017?北京）如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin100πt（V）的交流电源上，副线圈接有R＝55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2：1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是（　　）
A．原线圈的输入功率为220W
B．电流表的读数为1A
C．电压表的读数为110V
D．副线圈输出交流电的周期为50s
二．多选题（共10小题）
321500598298016．（2021?河北）如图，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中。理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2。当发电机线圈以角速度ω匀速转动时，理想电流表读数为I。不计线圈电阻，下列说法正确的是（　　）
A．通过电阻R2的电流为
B．电阻R2两端的电压为
C．n0与n1的比值为
D．发电机的功率为
17．（2021?浙江）发电机的示意图如图甲所示，边长为L的正方形金属框，在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO′轴转动，阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示。其它电阻不计，图乙中的Um为已知量。则金属框转动一周（　　）
A．框内电流方向不变
B．电动势的最大值为Um
C．流过电阻的电荷
D．电阻产生的焦耳热Q＝
18．（2020?新课标Ⅲ）在图（a）所示的交流电路中，电源电压的有效值为220V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2＝10Ω，R3＝20Ω，各电表均为理想电表。已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图（b）所示。下列说法正确的是（　　）
259842022860A．所用交流电的频率为50Hz
B．电压表的示数为100V
C．电流表的示数为1.0A
D．变压器传输的电功率为15.0W
19．（2020?新课标Ⅱ）特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低。我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术。假设从A处采用550kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的的电功率为△P，到达B处时电压下降了△U．在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1100kV特高压输电，输电线上损耗的电功率变为△P′，到达B处时电压下降了△U′．不考虑其他因素的影响，则（　　）
A．△P′＝△P B．△P′＝△P C．△U′＝△U D．△U′＝△U
20．（2019?海南）如图，一理想变压器输入端接交流恒压源，输出端电路由R1、R2、R3三个电阻构成。将该变压器原、副线圈的匝数比由5：1改为10：1后（　　）
2825115182880A．流经R1的电流减小到原来的
B．R2两端的电压增加到原来的2倍
C．R3端的电压减小到原来的
D．电阻上总的热功率减小到原来的
21．（2019?天津）单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图象如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．时刻线框平面与中性面垂直
B．线框的感应电动势有效值为
C．线框转一周外力所做的功为
D．从t＝0到t＝过程中线框的平均感应电动势为
405955572390022．（2018?海南）如图，在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，有一面积为S的矩形单匝闭合导线abcd，ab边与磁场方向垂直，线框的电阻为R．使线框以恒定角速度ω绕过ad、bc中点的轴旋转。下列说法正确的是（　　）
A．线框abcd中感应电动势的最大值是BSω
B．线框abcd中感应电动势的有效值是BSω
C．线框平面与磁场方向平行时，流经线框的电流最大
D．线框平面与磁场方向垂直时，流经线框的电流最大
23．（2017?海南）如图，电阻R、电容C和电感L并联后，接入输出电压有效值恒定、频率可调的交流电源。当电路中交流电的频率为f时，通过R、C和L的电流有效值恰好相等。若将频率降低为f，分别用I1、I2和I3表示此时通过R、C和L的电流有效值，则（　　）
A．I1＞I3 B．I1＞I2 C．I3＞I2 D．I2＝I3
268922532004024．（2017?江苏）某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则（　　）
A．电感L1的作用是通高频
B．电容C2的作用是通高频
C．扬声器甲用于输出高频成分
D．扬声器乙用于输出高频成分
25．（2017?天津）在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2Ω，则（　　）
3343275144780A．t＝0时，线圈平面平行于磁感线
B．t＝1s时，线圈中的电流改变方向
C．t＝1.5 s时，线圈中的感应电动势最大
D．一个周期内，线圈产生的热量为8π2J
高考物理真题分项详解——专题04 交流电
参考答案与试题解析
一．选择题（共15小题）
1．【解答】A、交流电的周期为T＝0.2s，则其频率f＝＝Hz＝5Hz，故A错误；
B、输入电压的有效值U1＝V＝0.025V，根据＝可知，输出电压U2＝60×0.025V＝1.5V，故最大值U2m＝U2＝×1.5V＝3V，故B正确；
C、输入电压是由电磁感应产生的，根据法拉第电磁感应定律可知，输入电压与永磁体的强弱有关，故C错误；
D、变压器两端的功率是相等的，即输出功率决定了输入功率，故D错误。
故选：B。
2．【解答】由题意画出滑片移动时的等效电路图如图所示：
滑片在a端时，Ra＝0，滑片在b端时，Rb＝0。由于灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同，根据数学知识可知，当滑动变阻器的滑片处于中间位置时，副线圈的总电阻最大。
由图可知，滑片在两端时，副线圈所在电路总阻值最小，当滑片从a端向中间滑动时，副线圈所在电路的总阻值增大，则副线圈所在电路的总电流减小，根据＝可知原线圈所在电路的电流也减小，则灯泡L1变暗，由于输入端C、D接入电压有效值恒定，L1两端电压减小，则原线圈两端电压增大，根据＝可知副线圈两端电压增大，而L2所在支路电阻减小，则通过L2的电流增大，灯泡L2变亮；
当滑片从中间向b端移动时，副线圈所在电路的总阻值减小，则副线圈所在电路的总电流增大，根据＝可知原线圈所在电路的电流也增大，则灯泡L1变亮，由于输入端C、D接入电压有效值恒定，L1两端电压增大，则原线圈两端电压减小，根据＝可知副线圈两端电压减小，R0所在支路总电阻增大、则通过R0的电流减小、而副线圈总电流增大，则通过L2的电流增大，灯泡L2变亮。
综上所述，A正确、BCD错误。
故选：A。
3．【解答】对图甲的交流电分析，可知一个周期内交流电的电流方向变化，而电流的大小不变，故图甲的电流有效值为I1＝I0；
对图乙的交流电分析可知，其为正弦式交流电，故其有效值为I2＝，故I1：I2＝：1，故D正确、ABC错误。
故选：D。
4．【解答】ABC、因开关S闭合时，副线圈电路的总的电阻减小，由于变压器的匝数比和输入的电压都不变，所以输出的电压也不变，即V1示数不变，但因总电阻减小，则电流增大，因干路中电阻R分压增大，所以电压表V2示数变小，电流表的示数为：IA2＝，故电流表A2的示数减小，故A正确，BC错误；
D、开关S闭合时，总的电阻减小，所以电路的总电流I2要变大，根据＝，可知IA1变大，电流表A1示数要变大，故D错误；
故选：A。
5．【解答】A、电流互感器是一种测量电路中电流的变压器；根据题意，电流互感器原线圈匝数较少，副线圈匝数较多，由＝可知，电流互感器升压变压器，故A错误。
B、电流互感器是利用电磁感应进行工作的，只能够在交流电路中才能正常工作，故B错误。
C、电流互感器能够改变原、副线圈电流和电压，但不能够改变其频率，故C错误。
D、由＝可知，电流和线圈匝数成反比，副线圈匝数比原线圈匝数多，所以副线圈的电流小于原线圈的电流，故D正确。
故选：D。
6．【解答】A、发电机输出的电流＝400A，故A错误；
B、输电线损失的功率为P线＝，得＝A＝25A，故B错误；
C、升压变压器的输出电压＝＝4×103V，输电线上的损失的电压U损＝I线R线＝25×8V＝200V，降压变压器的输入电压U3＝U2﹣U线＝3800V，降压变压器的匝数比为n3：n4＝3800：220＝190：11，故C正确；
D、对降压变压器，根据，得＝＝431.8A，故D错误；
故选：C。
7．【解答】输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示，可知，输入电压U1＝220V，依据理想变压器电压与匝数关系式：，且n1：n2＝22：3
解得：U2＝30V
由于灯泡L的电阻恒为R＝15Ω，额定电压为U＝24V．因能使灯泡正常工作，那么通过灯泡的电流：I＝＝A＝1.6A
那么定值电阻R1＝10Ω两端电压为：U′＝U2﹣U＝30V﹣24V＝6V
依据欧姆定律，则有通过其的电流为：I′＝＝A＝0.6A
因此通过定值电阻R2＝5Ω的电流为：I″＝1.6A﹣0.6A＝1A
由于定值电阻R2与滑动变阻器串联后与定值电阻R1并联，那么定值电阻R2与滑动变阻器总电阻为：R′＝＝Ω＝6Ω
因定值电阻R2＝5Ω，因此滑动变阻器接入电路的电阻应为：R滑＝6Ω﹣5Ω＝1Ω
综上所述，故A正确，BCD错误；
故选：A。
8．【解答】A、在一个周期内，电容器充电两次，放电两次，t＝0.02s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值，此时充放电一次，则周期为0.04s，故A错误。
B、根据LC振荡电路的充放电规律可知，放电完毕时，回路中电流最大，磁场能最大，电场能最小，故B错误。
CD、t＝1.01＝25T，此时电容器逆时针放电结束，回路中逆时针的电流最大，磁场能最大，故C正确，D错误。
故选：C。
9．【解答】图甲是电压互感器，是一个降压变压器，电压表的示数是变压器的输出电压，根据变压比可以得到输入电压，即U1＝k1U；
图乙是电流互感器，是升压变压器，电流表的示数是输出电流，根据变流比可以得到输入电流为，故B正确，ACD错误。
故选：B。
10．【解答】A、分析图（b）可知，线框产生的感应电动势周期为0.4s，角速度：＝5π rad/s，故A错误；
B、根据交变电流的产生规律可知，感应电动势最大值：Em＝nBSω＝1V，解得磁感应强度：B＝T，故B错误；
C、根据正弦式交变电流最大值和有效值的关系可知，有效值：E＝＝0.5V，根据闭合电路欧姆定律可知，感应电流的有效值：I＝＝0.5A≈0.7A，故C正确；
D、t＝0时，感应电动势最大，则线框平面与磁场方向平行，即线框平面与磁感应强度方向的夹角为0，故D错误。
故选：C。
11．【解答】根据得，，即，解得：△U2＝200V，即输出电压增加200V．故D正确，ABC错误。
故选：D。
12．【解答】输送电流I＝，输电线上损失的功率△P＝I2R＝（）2R；可知输电线损失的功率与输送电压的平方成反比，所以为使输电线上损耗的功率减小为原来的，输电电压应变原来的2倍，即输电电压增大为440kV．故C正确，ABD错误；
故选：C。
13．【解答】由图可知，方形交流电源的有效值为U0，故其一周期产生的热量为：
Q方＝T；
正弦式交流电的有效值为：
U＝
故其一周期产生的热量为：
Q正＝T＝；
故有：Q方：Q正＝2：1；
故D正确，ABC错误。
故选：D。
14．【解答】A、B、线圈在匀强磁场中匀速转动，设线圈的最大横截面积为S，磁场的磁感应强度为B，线圈转动的角速度为ω，则产生的最大电动势为：
Em＝nBSω
原线圈两端的电压等于电动势的有效值，为：
设原副线圈的匝数比为k，则副线圈两端的电压为：…①
当发电机线圈的转速变为原来的时，有：…②
副线圈两端的电压为：…③
联立①③可知，，即电压表的读数变为U；
由：P＝
R消耗的电功率：，即R消耗的功率变为；故A错误，B正确；
C、由变压器的特点可知，副线圈消耗的功率为原来的，则发电机产生的电功率变成原来的；由②可知，线圈产生的电动势是原来的，由P＝UI可知，电流表的读数变成原来的．故C错误；
D、发电机线圈的转速变为原来的，则原线圈中电流的频率变成原来的，所以副线圈中，通过R的频率变成原来的．故D错误。
故选：B。
15．【解答】A、由题意知，原线圈电压有效值为220V，原、副线圈匝数之比为2：1，由＝可得，U2＝110V，输入功率和输出功率相等可得原线圈中的输入功率为P入＝P出＝W＝220W，故A错误；
B、副线圈的电流为I2＝＝A＝2A，由n1I1＝n2I2可得，I1＝1A，即电流表的读数为1A，故B正确；
C、电压表的读数为有效值，即U＝110V，故C错误；
D、由u＝220sin100πt（V）可知，ω＝100π，又由ω＝，解得：T＝0.02s，理想变压器不改变周期，故D错误。
故选：B。
二．多选题（共10小题）
16．【解答】C、副线圈n1两端电压U1＝IR1，
根据交流电电动势的最大值表达式：Em＝NBSω＝N?B?L?2L?ω＝2NBL2ω，
交流电电动势的有效值：E有＝＝V＝NBL2ω，
由变压器的变压比得：＝＝，故C正确；
B、对于副线圈n1、n2，由变压器的变压比：，
得：U2＝ U1＝，故B正确；
A、根据欧姆定律，通过电阻R2的电流：I2＝＝，故A错误；
D、R1消耗的功率：PR1＝I2R1
R2消耗的功率：PR2＝R2＝（）2R2
发电机的功率P总＝PR1+PR2＝I2R1+（）2R2，故D错误。
故选：BC。
17．【解答】A、当线框转动时，框内电流方向每经过中性面一次都要变化一次，故A错误；
B、由图乙可知，电动势的最大值为Um ，故B正确；
C、金属框转过半周流过电阻的电荷量为：q＝＝△t＝＝＝，
则金属框转过一周流过电阻的电荷量为：q′＝2q＝，故C错误；
D、因为Um＝BωL2，则ω＝，根据焦耳定律，可知金属框转过一周电阻产生的焦耳热为：
Q＝T＝＝，故D正确。
故选：BD。
18．【解答】A、分析图（b）可知，交流电的周期为0.02s，则频率为50Hz，故A正确；
BC、分析副线圈电路，两电阻并联，电流之比等于电阻的反比，通过电阻R2的电流有效值为A＝1A，则通过电阻R3的电流为0.5A，电流表示数为0.5A，副线圈输出电流：I2＝1.5A，根据变流比可知，原线圈输入电流：＝0.15A，变压器的输出功率：＝10W+5W＝15W，则输入功率：P1＝15W，分析原线圈电路，根据能量守恒可知，总功率：UI1＝，解得电阻R1＝800Ω，则电压表示数：＝I1R1＝120V，故BC错误；
D、根据上述分析可知，变压器传输的电功率为15W，故D正确。
故选：AD。
19．【解答】AB、远距离输电时，线路上的电流I＝；则在线路上损失的功率为△P＝I2R＝；根据损失的功率公式可知，损失的功率与电压的平方成反比；假设从A处采用550kV的超高压向B处输电，若改用1100kV特高压输电，电压变成原来的2倍，则输电线上损耗的电功率变为原来的，即△P′＝；故A正确，B错误；
CD、线路上的电流I＝，到达B处时电压下降了△U＝IR＝，电压降与电压成反比，则若电压变成原来的2倍，△U变为原来的，故△U′＝△U，故C错误，D正确；
故选：AD。
20．【解答】A、变压器原、副线圈的匝数比由5：1改为10：1，则副线圈的输出电压减小为原来的，根据欧姆定律可知，流经R1的电流减小到原来，故A错误。
B、根据串并联电路规律可知，R2两端的电压减小到原来的，故B错误。
C、同理，R3两端的电压减小到原来，故C正确。
D、副线圈总电阻不变，根据功率公式可知，P＝，总功率减小到原来的，故D正确。
故选：CD。
21．【解答】A．由图可知在时刻，线框的磁通量最大，所以线框平面处在中性面，故A错误；
B．由图可得磁通量的最大值为Φm，周期为T，所以圆频率为，可知线框感应电动势的最大值为，由于此线框在磁场绕轴转动时产生的电流为正弦交流电，故其电动势的有效值为，故B正确；
C．由于线框匀速转动，根据能量守恒定律可知外力做的功等于线框产生的焦耳热，则有，故C正确；
D．从t＝0到的过程中，磁通量减小了△Φ＝Φm﹣0＝Φm，根据可得平均电动势为，故D错误。
故选：BC。
22．【解答】AB、线框abcd绕垂直于磁场的轴转动，产生的感应电动势的最大值是Em＝BSω，故A正确，B错误；
CD、线框平面与磁场方向平行时，此时线圈处于与中性面垂直位置，故此时产生的感应电动势最大，流经线框的电流最大，故C正确，D错误；
故选：AC。
23．【解答】将频率降低时，通过R的电流不变，电容器的容抗增大，通过C的电流减小，则有I1＞I2．电感线圈的感抗减小，通过L的电流增大，则有I3＞I2．故AD错误，BC正确。
故选：BC。
24．【解答】A、电感L1的作用是通低频，阻高频，故A错误。
B、电容C2的作用是通高频，阻低频，故B正确。
C、电感L1的作用是通低频，阻高频，而电容C1的作用是通高频，阻低频，所以低频部分通过扬声器甲。故C错误。
D、电感L1的作用是通低频，阻高频，所以扬声器乙用于输出高频成分，故D正确。
故选：BD。
25．【解答】A、根据图象可知，在t＝0时穿过线圈平面的磁通量为零，所以线圈平面平行于磁感线，故A正确；
B、Φ﹣t图象的斜率为，即表示磁通量的变化率，在0.5s～1.5s之间，“斜率方向“不变，表示的感应电动势方向不变，则电流强度方向不变，故B错误；
C、根据法拉第电磁感应定律可得E＝N，所以在t＝1.5 s时，斜率为零，则感应电动势为零，故C错误；
D、感应电动势的最大值为Em＝NBSω＝NΦmω＝100× V＝4π V，有效值E＝＝2 V，根据焦耳定律可得一个周期产生的热为Q＝＝＝8π2J，故D正确。
故选：AD。