(通用版)高考物理二轮复习纠错笔记专题12《交变电流》（解析版）

一、线圈绕垂直磁场的轴旋转产生的交变电流具有以下特点 （1）交变电流的大小与转轴在线圈平面内的具体位置无关，未必是线圈的对称轴； （2）交变电流的最大值与线圈的面积成正比，与线圈的具体形状无关； （3）线圈转动的快慢既影响交变电流的周期和频率，又影响交变电流的最大值。 二、对交变电流的理解和应用易出现以下错误 （1）只考虑交变电流的产生与规律而忽视了交变电流的结构； （2）不知道计算与热效应有关的物理量时应采用有效值； （3）错误地认为凡是交变电流其电压有效值都可以用计算。 三、正弦交变电流图象的应用技巧 正弦交变电流随时间的变化情况可以从图象上表示出来，图象描述的是交变电流随时间变化的规律，它是一条正弦曲线，如图所示，从图中我们可以找到正弦交变电流的最大值Im、周期T，也可以根据线圈在中性面时感应电动势e为零、感应电流i为零、线圈中的磁通量最大的特点，找出线圈旋转到中性面的时刻，即线圈中磁通量最大的时刻是0时刻、t2时刻和t4时刻。也可以根据线圈旋转至平行于磁感线时，感应电动势最大、线圈中感应电流最大和磁通量为零的特点，找出线圈平行于磁感线的时刻是t1时刻和t3时刻。 四、理想变压器原、副线圈基本关系的应用 1．基本关系 （1）P入=P出； （2），有多个副线圈时，仍然成立，=···； （3），电流与匝数成反比，只对一个副线圈的变压器适用，有多个副线圈时，由输入功率和输出功率相等确定电流关系，n1I1=n2I2+n3I3+···； （4）原、副线圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量变化率也相同，频率也就相同。 2．制约关系 （1）电压：副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定； （2）功率：原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定； （3）电流：原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定。 五、理想变压器的动态分析 1．解决理想变压器中有关物理量的动态分析问题的方法 （1）分清不变量和变量，弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系，利用闭合电路欧姆定律，串、并联电路特点进行分析判定； （2）分析该类问题的一般思维流程是：学-科=网 2．常见的理想变压器的动态分析问题一般有两种：匝数比不变的情况和负载电阻不变的情况。 （1）匝数比不变的情况 ①U1不变，根据，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2也不变； ②当负载电阻发生变化时，I2变化，输出电流I2决定输入电流I1，故I1发生变化； ③I2变化引起P2变化，由P1=P2知P1发生变化。 （2）负载电阻不变的情况 ①U1不变，发生变化，U2变化； ②R不变，U2变化，I2发生变化； ③根据和P1=P2，可以判断P2变化时，P1发生变化，U1不变时，I1发生变化。 六、远距离输电问题 1．远距离输电的处理思路 对高压输电问题，应按“发电机→升压变压器→远距离输电线→降压变压器→用电器”，或按从“用电器”倒推到“发电机”的顺序一步一步进行分析。 2．远距离高压输电的几个基本关系（以下图为例） （1）功率关系：P1=P2，P3=P4，P2=P损+P3； （2）电压、电流关系：，，U2=ΔU+U3，I2=I3=I线； （3）输电电流：； （4）输电线上损耗的电功率：P损=I线ΔU=I线2R线=R线。 当输送功率一定时，输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减小到原来的。 3．远距离输电问题的“三二一” （1）理清三个回路 （2）抓住两个联系 ①理想的升压变压器联系了回路1和回路2，由变压器原理可得：线圈1（匝数为n1）和线圈2（匝数为n2）中各个量间的关系是，，P1=P2； ②理想的降压变压器联系了回路2和回路3，由变压器原理可得：线圈3（匝数为n3）和线圈4（匝数为n4）中各个量间的关系是，，P3=P4。 （3）掌握一个守恒 能量守恒关系式P1=P损+P3 如图所示，在匀强磁场中匀速转动的单匝纯电阻矩形线圈的周期为T，转轴垂直于磁场方向，线圈电阻为1 。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为1 A。下列说法正确的是 A．线圈消耗的电功率为1 W B．线圈中感应电流的有效值为2 A C．任意时刻穿过线圈的磁通量为sin t D．任意时刻穿过线圈中的感应电动势为cos t 在书写交变电流电动势的时候，分不清线圈是从中性面还是峰值面开始转动的导致书写错误。 从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，电流的瞬时值表达式为i=Imcos θ，则电流的最大值为：；电流的有效值为：；线圈消耗的电功率为：P=I2r=()2× 1 W=2 W，故AB错误；任意时刻穿过线圈的磁通量为：Φ=Φmsin t，感应电动势的最大值为：Em=Imr=2×1= 2 V；根据公式Em=BSω=Φm 得：Φm=；可得任意时刻穿过线圈的磁通量为：，故C正确。任意时刻线圈中的感应电动势为：e=Emcos t=2cos t，故D错误。答案：C。 1．（2019·广西高三年级毕业班百校大联考）如图所示，是磁感应强度大小为B的匀强磁场的左边界，也是一面积为S的n匝矩形金属线框的对称轴，若线框以角速度绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，并从图示位置（线框与磁感线平行）开始计时，则 A．时，线框中的感应电流最小 B．时，穿过线框的磁通量变化率最大 C．线框中产生的交变电动势的最大值为 D．线框中产生的交变电动势的有效值为 【答案】D 【点睛】考查交流电的产生及变化规律，知道感应电动势的最大值求解方法，理解交流电的最大值与有效值的关系；此题中注意线圈的一半在磁场中。 多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇。过去是用变压器来实现上述调节的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇转速。现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现调节的。如图所示为一个经过双向可控硅电子元件调节后加在电灯上的电压，即在正弦交流电的每一个周期中，前面的被截去，调节台灯上旋钮可以控制截去多少，从而改变电灯上的电压。则现在电灯上的电压为 A．Um B． C． D． 认为所有交变电流的有效值均可以用计算导致本题错误。 设交变电流的有效值为U，将交变电流与直流电分别通过相同电阻R，分析一个周期内热量：交变电流，直流电，由Q1=Q2得：，故选C。答案：C。学-科网 1．（2019·山西省西安中学高二（理科班)上学期期末考试）手摇发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，磁极间的磁场视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈绕OO′匀速转动。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为，不计线圈电阻，则发电机输出电压 A．峰值是 B．有效值是 C．峰值是 D．有效值是 【答案】D 【解析】矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，所以矩形线圈产生的感应电动势的最大是2Ne0，根据正弦交变电压电动势最大值与有效值的关系得发电机输出电压有效值，故选D。 【点睛】本题考查了交流电产生的原理和最大值、有效值的关系，知道整个矩形线圈产生的感应电动势是ab边和cd边产生的感应电动势之和。 （2018·百校联盟高考名师猜题保温金卷）甲、乙两矩形单匝金属线圈分别绕与磁感线垂直的轴在同一匀强磁场中匀速转动，输出交流电的感应电动势图象如图中甲、乙所示，则 A．甲的频率是乙的频率的2倍 B．甲线圈的截面积是乙线圈截面积的6倍 C．t=1 s时，两线圈中的磁通量均为零 D．t=2 s时，两线圈均与磁感线平行 不能正确的理解图象，不能选出有用的信息，导致本题错解。 1．（2018·云南省峨山县大龙潭中学高二下学期期末考试）如图甲所示，电阻为1 Ω的矩形线圈绕垂直匀强磁场的转轴OO′匀速旋转产生交流电，现将此电流给阻值为R＝10 Ω的小灯泡L供电，通过电流传感器得到灯泡中电流的图象如图乙，不考虑温度对灯泡阻值的影响，下列说法中正确的是 A．在t＝5×10－3 s时，线圈处于中性面位置 B．在t＝10×10－3 s时，穿过线圈的磁通量最大 C．交变电流的瞬时值表达式为i＝5cos 50πt(A) D．线圈产生的交流电的电动势为 V 【答案】AD 【解析】由图可知t=0.005s时刻感应电流最小为零，此时线圈所在平面处于中性面位置，故A正确；t=10×10-3 s时，此刻感应电流最大，此时线圈所在平面与中性面位置垂直，所以穿过线框回路的磁通量最小，故B错误；周期T=0.02 s，角速度ω＝＝100π rad/s，故电流的瞬时表达式为i=5cos100πt（A），故C错误；线圈产生的交流电的电动势最大值为Em=Im（R+r）=55 V，有效值，故D正确；故选AD。 【点睛】本题考查的是有关交变电流的产生和特征的基本知识，要具备从图象中获得有用信息的能力；知道正弦交流电的最大值是有效值的倍。 如图所示，一理想变压器由一个初级线圈和两个次级线圈组成，当此变压器工作时，初级和次级线圈的匝数、电流、电压均在图中标出，则下列几组关系式中正确的是 A．， B．， C．n1I1=n2I2+n3I3 D． 记不住理想变压器各物理量之间的关系导致本题错解。 根据变压器的电压与匝数关系可知：，，选项A正确；变压器的输入功率等于输出功率，可得U1I1=U2I2+U3I3，解得n1I1=n2I2+n3I3，选项C正确，BD错误。答案：AC。 1．（2018·江苏省天一中学高三上学期期初调研测试）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2=3:1，L1、L2为两相同灯泡，R、L、D和C分别为定值电阻、理想线圈、理想二极管和电容器，其中C=10 。当原线圈两端接如图乙所示的正弦交流电压时，下列说法中正确的是 A．灯泡L1一定比L2暗 B．电容器C所带电荷量的最大值为 C．电容器C充电周期为 D．副线圈两端的电压有效值为V 【答案】C 【解析】原线圈有正弦交流电，则副线圈中也有正弦式交流电，由于L1与电阻相串联，而L2与电感器相串联，灯泡L1与L2的亮度，取决于电感和电阻的阻碍作用，本题未给条件无法判断，故A错误；电容器与二极管串联，含有电容的支路经1.0×10-2s充电后，再经过1.0×10-2s再次充电，则周期为2.0×10-2s，故C正确；由题意可知，原线圈的电压的最大值为36V，由于原、副线圈的匝数比n1:n2=3:1，所以副线圈的电压最大值为12V，则有效值为12 V，故D错误；二极管具有单向导电性，电容器两端电压的最大值为12 V，所以电容器带电量的最大值为Q＝CU＝10×10-6×12C＝1.2×10-4C，故B错误；故选C。 如图所示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一个位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A。则下列说法正确的是 A．电压表V1示数增大 B．电压表V2、V3示数均增大 C．该变压器起升压作用 D．变阻器滑片是沿的方向滑动 1．（2019·辽宁省大连市甘井子区渤海高中高考模拟）如图所示，M是理想变压器，将a、b接在电压V的正弦交流电源上。变压器右侧为一火警报警系统原理图，其中为用半导体热敏材料制成的传感器其电阻率随温度升高而减小，电流表为值班室的显示器，显示通过的电流，电压表显示加在报警器上的电压报警器未画出，为定值电阻。当传感器所在处出现火警时，以下说法中正确的是 A．电流表的示数不变，电流表的示数增大 B．电流