高考物理一轮复习考点通关检测突破卷16 交变电流、变压器、远距离输电的综合理解与应用（2份，原卷版+解析版）

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交变电流、变压器、远距离输电的综合理解与应用（10单选+10多选）
1．（2024·四川成都·三模）如图甲，风力发电装置呈现风车外形，风轮机带动内部匝数为N的矩形铜质线圈在水平匀强磁场中，以角速度ω绕垂直于磁场的水平转轴，顺时针匀速转动产生交流电，发电模型简化为图乙。已知N匝线圈产生的感应电动势的最大值为Em。则（ ）
A．线圈转动的快慢不会影响回路中电流的大小
B．当线圈转到图示位置时产生的感应电流方向为ABCD
C．当线圈转到图示位置时磁通量的变化率最小
D．穿过线圈的最大磁通量为
【答案】B
【详解】A．根据
又
解得
可知线圈转动的快慢会影响回路中电流的大小。故A错误；
B．当线圈转到题图示位置时，根据右手定则判断知产生的感应电流方向为ABCD。故B正确；
C．当线圈转到题图示位置时，线圈与中性面垂直，感应电动势最大，磁通量的变化率最大。故C错误；
D．由
得
故D错误。
故选B。
2．（2024·天津蓟州·模拟预测）如图甲所示，线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴转动，穿过线圈的磁通量随时间t按正弦规律变化的图像如图乙所示，线圈转动周期为T，线圈产生的电动势的最大值为．则（ ）
A．在时，线圈中产生的瞬时电流最大
B．在时，线圈中的磁通量变化率最小
C．将线圈转速增大2倍，线圈中感应电动势的有效值增大倍
D．线圈中电动势的瞬时值
【答案】D
【详解】A．在时，线圈中磁通量最大，磁通量的变化率最小，则产生的瞬时电流为零，故A错误；
B．在时，线圈中的磁通量最小，则磁通量的变化率最大，故B错误；
C．将线圈转速增大2倍，则角速度增大2倍，根据
，
可知线圈中感应电动势的有效值增大2倍，故C错误；
D．时刻磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势最大，则线圈中电动势的瞬时值为
故D正确。
故选D。
3．（2024·江苏·模拟预测）某实验小组模拟远距离输电的原理图如图所示，A、B为理想变压器，R为输电线的电阻，灯、规格相同。保持变压器A的输入电压不变，开关S断开时，灯正常发光，则（ ）
A．仅将滑片P上移，A的输入功率变大
B．仅将滑片P上移，亮度不变
C．仅闭合S，、均正常发光
D．仅闭合S，输电线路输送效率减小
【答案】D
【详解】AB．仅将滑片P上移，则升压变压器的副线圈匝数变小，所以输出电压变小，相应的B变压器的输入电压降低，输出电压也降低，所以L1两端电压变小，L1的功率变小，则B变压器的输出功率变小，则A变压器的输入功率也变小，故AB错误；
CD．仅闭合S，则B变压器的负载电阻变小，输出总电流变大，相应的输电线上的电流变大，输电线上损失的电压变大，B变压器的输入电压变小，输出电压也变小，即灯泡两端的电压变小，灯泡不能正常发光，设A变压器的输出电压为，B变压器的输入电压为，则输电线路输送效率为
其中
输电线电流增大，则输电线路输送效率减小，故C错误，D正确。
故选D。
4．（2024·浙江台州·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，电机与电源相连，电机与毫安表相连。先闭合开关，再闭合开关，发现毫安表指针发生偏转。下列说法正确的是（ ）
A．电机相当于发电机
B．毫安表指针会在中央零刻度的左右晃动
C．闭合开关瞬间，电机转动变快，其线圈发热明显
D．将电机和的磁极N、S都交换，毫安表的指针偏转方向不变
【答案】D
【详解】A．由于所在电路中有电源，且当开关闭合后会转动，说明是电动机，电动机是利用通电导线在磁场中受到力的作用而制成的，故A错误；
B．由于与用转轴相连，当转动时会带动转动，而当转动时，闭合开关，与串联而构成闭合的毫安表指针发生偏转，说明是发电机，发电机内部有磁场和线圈，在的带动下，内部线圈将会做切割磁感线的运动，从而产生感应电动势，在其所在回路中产生感应电流，因此毫安表发生偏转，但在稳定转动的情况下，毫安表指针不会在中央零刻度的左右晃动，毫安表显示的是感应电流的有效值，若是稳定转动，则其指针将稳定的指在某一刻度，故B错误；
C．闭合开关瞬间，电机转速将降低，电流增大，其线圈发热明显，故C错误；
D．将中的磁极N、S交换，根据左手定则可知，的转动方向将与原来反向，若同时将中的磁极N、S交换，则在带动下转动产生感应电流的方向不发生变化，毫安表的指针偏转方向不变，故D正确。
故选D。
5．（2024·河南周口·模拟预测）一小型水力发电站给某商场用户供电，并将剩余的电能储存起来。如图，发电机的输出电压，输出功率，降压变压器原、副线圈的匝数之比，输电线总电阻，其余线路电阻不计，商场的用户端电压，功率，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（ ）
A．发电机的输出电流为1200A
B．输电线上损失的电压为160V
C．输送给储能站的功率约为
D．升压变压器原、副线圈的匝数之比
【答案】D
【详解】A．发电机的输出电流为
故A错误；
B．降压变压器次级电流
初级电流
输电线上损失的电压为
故B错误；
C．输电线上损失的功率为
输送给储能站的功率为
故C错误；
D．升压变压器次级电压
升压变压器的匝数比
故D正确。
故选D。
6．（2024·河北·模拟预测）在图甲所示的交流电路中，输入端、所接电源电压随时间的变化关系如图乙所示。原线圈电路中接有““8V，4W””的小灯泡，副线圈电路中所接灯泡L的额定电压为，电阻恒为，定值保护电阻。滑动变阻器的触头滑到适当位置时，两个灯泡恰好都正常工作。假设变压器是理想变压器。下列说法正确的是（ ）
A．通过灯泡L的电流方向每秒改变25次B．电源的输出功率是
C．变压器原、副线圈的匝数比D．滑动变阻器接入电路的电阻为
【答案】C
【详解】A．由图乙可知，交流电压的周期为，一个周期内电流方向改变2次，则通过灯泡L的电流方向每秒改变50次，故A错误；
B．、间电压有效值为
原线圈电路中的小灯泡正常工作，则流过原线圈的电流为
则电源的输出功率为
故B错误；
C．设副线圈电路中的灯泡正常工作时的电流为，则有
故变压器原、副线圈的匝数比为
故C正确；
D．原线圈两端电压为
由
可得副线圈输出电压为
故副线圈的总电阻为
所以滑动变阻器接入电路的电阻为
故D错误。
故选C。
7．矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。若轴线右侧没有磁场（磁场具有理想边界），如图所示。设abcda方向为感应电流的正方向。从图示位置开始一个周期内线圈感应电流随时间变化的图像中，正确的是（ ）
A． B． C．D．
【答案】A
【详解】从题图示位置开始，在时间内，磁通量减小，原磁场方向向里，由楞次定律“增反减同”可知，感应电流的磁场方向向里，产生的感应电流的方向为abcda，即与电流规定的正方向相同，且产生的感应电流的大小随时间按正弦规律变化，有
在时间内，磁通量增大，原磁场方向向里，由楞次定律“增反减同”可知，感应电流的磁场方向向外，因线圈的位置也发生了变化，所以产生的感应电流的方向还是abcda，即与电流规定的正方向相同，结合题中选项可知，A正确，BCD错误。
故选A。
8．（2024·湖南·模拟预测）如图，边长为L的N匝正方形线框连接用电器，在竖直方向的磁场中绕水平轴线以角速度旋转，时线框水平，磁感应强度随时间变化的表达式为，则线圈产生的感应电动势的有效值为（ ）
A．B．C．D．
【答案】B
【详解】若从图示位置开始计时，通过线圈的磁通量为
根据法拉第电磁感应，可得线圈中产生的感应电动势大小为
则线圈中产生的感应电动势的有效值为
故选B。
9．（2024·辽宁·模拟预测）如图甲、乙所示的交流电分别加在两定值电阻R1、R2两端，已知R1=2R2，若两图中的横纵坐标均为已知量，图甲为正弦线。则下列说法正确的是（ ）
A．前半个周期两交流电压的有效值之比为1∶2
B．两交流电的交流电压分别为、
C．时间内两定值电阻上产生的热量之比为1∶8
D．0~T时间内两定值电阻上产生的热量之比为1∶10
【答案】D
【详解】A．图甲中前半个周期交流电电压的有效值为
图乙中前半个周期交流电电压的有效值为
前半个周期两交流电压的有效值之比为
故A错误；
B．图甲中前交流电电压的有效值为
设图乙中交流电电压的有效值为，则有
解得
故B错误；
C．时间内，定值电阻R1上产生的热量为
定值电阻R2上产生的热量为
解得
故C错误；
D．0~T时间内，定值电阻R1上产生的热量为
定值电阻R2上产生的热量为
解得
故D正确。
故选D。
10．（2024·湖南长沙·模拟预测）如图所示，M、N端连接一个稳压交流电源，其有效值为6V，理想变压器的原线圈上接有定值电阻，副线圈上接有最大阻值为的滑动变阻器R，原、副线圈匝数之比，电流表、电压表均为理想电表。初始时，滑动变阻器R的滑片处于正中间位置，电流表、电压表示数分别为I、U，现将滑片逐步上移至最上端，电流表、电压表变化量的绝对值分别为、，下列说法正确的是（）
A．滑片上移过程中电压表、电流表示数均增大
B．
C．滑动变阻器R的滑片处于正中间位置时，电流表示数为lA
D．当滑动变阻器接入电路的阻值为9Ω时，变压器输出功率最大且为9W
【答案】D
【详解】A．由于理想变压器原线圈电路上含有电阻，则可把理想变压器和副线圈上的电阻等效为一个电阻，则电路变为简单的串联电路，如图所示
滑片逐步上移，使R阻值增大，即
增大，则总电阻增大，根据
可知总电流减小，即通过的电流减小，根据
可知，通过电流表的电流减小。根据
可知增大。根据
可知电压表示数增大。故A错误；
B．根据理想变压器的变压、变流规律及闭合电路欧姆定律有
则
故B错误；
C．对副线圈
原线圈有
又
联立解得
故C错误；
D．分析可知变压器的输出功率为等效电路的功率，则
可知，当时变压器输出功率最大，结合
解得
带入得
故D正确。
故选D。
11．（2024·天津滨海新·三模）半径为a、内阻为r的单匝圆形导体环，在磁感应强度为B的磁场中绕着虚线轴匀速转动，角速度为。在导体环外接一阻值为R的电阻，电阻两端并联一电压表。若时刻导体环处于如图位置，则下列说法中正确的是（ ）
A．电路中电压表示数为
B．时，圆形导体环中电流方向改变
C．穿过导体环的磁通量瞬时值表达式
D．从到的时间内流过电阻的电量
【答案】BD
【详解】A. 感应电动势为
电动势的有效值为
电路中电压表示数为
故A错误；
B. 时，圆形导体环转过，故电流方向改变，故B正确；
C. 穿过导体环的磁通量瞬时值表达式
故C错误；
D. 从到的时间内流过电阻的电量
故D正确。
故选BD。
12．（2024·四川巴中·一模）如图所示，理想变压器原线圈接的交流电，原、副线圈匝数比，已知定值电阻，，R是滑动变阻器，电压表和电流表均为理想交流电表，以下说法正确的是（ ）
A．时，理想变压器的输出功率最大
B．理想变压器的最大输出功率为
C．理想变压器的输出功率最大时，电流表的示数为
D．时，滑动变阻器消耗的功率最大
【答案】AD
【详解】AB．根据题意，电源电动势有效值
如图：
假设原线圈中的电压为，电流为，可认为虚线框中为等效电阻
又
，，
求得
①
则电路可看成是由r和组成的电路，若使变压器输出功率最大，则的功率最大，根据
根据基本不等式，当
时，的输出功率最大，此时由①式可得
输出的最大功率
A正确， B错误；
C．理想变压器的输出功率等于负载电阻总功率，则有
可得
故C错误；
D．要使滑动变阻器上的功率最大，把r按照上述规则等效到副线圈中，有
求得
如图所示：
把虚线框看成是电源，内阻
当
时，滑动变阻器输出功率最大，此时
D正确。
故选AD。
13．（2024·河北保定·三模）如图所示的理想变压器电路中，R1、R2、R3为定值电阻，R4为滑动变阻器，电压表和电流表均为理想交流电表，在a、b端接入有效值不变的正弦交流电，则下列说法正确的是（ ）
A．仅将滑片P1向下移，电压表和电流表示数均变大
B．仅将滑片P1向下移，电阻R1消耗的功率变大
C．仅将滑片P2向下移，电压表和电流表示数均变大
D．仅将滑片P2向下移，电阻R2消耗的功率变大
【答案】BC
【详解】B．设原线圈中电流为，则
仅将滑片向下移，变大，电阻消耗的功率变大，故B正确；
A．由于变压器的输出功率
变大不能确定是否变大，因此不能确定电流表的示数是否变大，故A错误；
C．仅将滑片向下移，副线圈电路中的电阻减小，因此变大，电压表和电流表的示数均变大，故C正确；
D．仅将滑片向下移，变压器输入电压减小，输出电压减小，消耗的功率变小，故D错误．
故选BC。
14．（2024·黑龙江鹤岗·模拟预测）如图所示，一小水电站，输出的电功率为，输出电压，经理想升压变压器升压后远距离输送，升压变压器的匝数比，输电线总电阻为，最后经理想降压变压器降为向用户供电。下列说法正确的是（ ）
A．输电线上的电流为
B．用户得到的电功率为
C．输电线上损失的电压为500V
D．变压器的匝数比
【答案】BD
【详解】A．根据题意，由公式可得，水电站输出的电流为
升压变压器输出电流为
即输电线上的电流为，故A错误；
BC．输电线上损失的电压为
损失的功率为
则用户得到的电功率为
故B正确，C错误；
D．升压变压器输出电压为
降压变压器输入电压为
则变压器的匝数比为
故D正确。
故选BD。
15．（2024·山东淄博·模拟预测）如图为实验室完成远距离输电的模拟电路，电路中左侧升压变压器原、副线圈的匝数比为1: 5，右侧降压变压器的匝数比为2 :1，定值电阻R1= R2= 4Ω，当升压变压器原线圈所 接电源电压为U1= 8V，开关断开时两定值电阻消耗的总电功率为 32W，输电线的电阻为 r，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（ ）
A．r= 4Ω
B．流过升压变压器原线圈的电流为 5A
C．闭合开关，输电线上损耗的功率为
D．闭合开关，输电效率为 63%
【答案】BC
【详解】Ａ．根据电压比等于匝数比可知升压变压器次级电压
U2=40V
降压变压器次级电压
则降压变压器初级电压
降压变压器次级电流
则初级电流
则输电线的电阻为
选项A错误；
B．流过升压变压器原线圈的电流为
选项B正确；
C．闭合开关，升压变压器次级电压U2=40V；降压变压器初级电压
则次级电压
次级电流
其中
联立解得
输电线上损耗的功率为
选项C正确；
D．闭合开关，输电效率为
选项D错误。
故选BC。
16．（2024·贵州毕节·模拟预测）在远距离输电中，各物理量符号及输电原理如图所示，已知输电线电阻不变，输电过程中所有变压器均为理想变压器。升压变压器输入正弦交流电有效值保持不变，发电站发电机始终未超过最大功率，随着用户增多，下列说法正确的是（ ）
A．不变，变大B．变大，变大
C．的变化量和的变化量的比值不变D．不变，发电机输出的功率不变
【答案】AC
【详解】A.根据理想变压器原理
可知不变，设副线圈负载电阻为R，当用户增多，降压变压器副线圈电阻变小，回路等效电阻变小，各部分电流均增大，即、、均增大，故A正确；
B.根据
可知变小，故B错误；
C.根据
可得
故C正确；
D.根据
不变，增大，故D错误。
故选AC。
17．（2024·天津武清·模拟预测）如图所示是远距离输电线路图，升压变压器原、副线圈的匝数分别为、，电压分别为、，降压变压器原、副线圈的匝数分别为、，电压分别为、，两变压器均视为理想变压器，输电线总电阻为R。假设发电厂输出电压不变，则下列说法正确的是（ ）
A．若输送功率保持不变，升压变压器副线圈的匝数增大时，输电线上损失的功率减小，用户获得的电压不变
B．若，用户获得的电压小于发电厂的输出电压
C．用户使用的用电器数量增多时，发电厂的输出功率增大，用户获得的电压减小
D．用户使用的用电器数量增多时，可以增大以保证用户得到的电压不变
【答案】BC
【详解】A．升压变压器原线圈电流为
根据变压器原理
可知若输送功率保持不变，升压变压器副线圈的匝数增大时，输电线上的电流减小，根据
P损=I22R
可知输电线上损失的功率减小，降压变压器原线圈电压为
可知降压变压器原线圈电压增大，根据变压器原理
可知用户获得的电压增大，故A错误；
B．输电线R上有损耗的电压，故
根据变压器原理
，
若，用户获得的电压小于发电厂的输出电压，故B正确；
C．用户使用的用电器数量增多时，发电厂的输出功率增大，升压变压器原线圈电流增大，根据变压器原理可知，输电线上的电流增大，输电线上损失的电压增大，降压变压器原线圈电压减小，根据变压比可知，用户获得的电压减小，故C正确；
D．根据变压器原理
用户使用的用电器数量增多时，降压变压器原线圈电压减小，可以减小以保证用户得到的电压不变，故D错误。
故选BC。
18．（2024·辽宁锦州·模拟预测）图甲所示的装置是斯特林发电机，其工作原理图可以简化为图乙。已知矩形导线框的匝数为N，面积为S，处在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，矩形导线框以角速度绕垂直磁场方向的轴匀速转动，线框与理想变压器原线圈相连。理想变压器原、副线圈的匝数比为，图示时刻线框平面与磁感线垂直并以此时刻为计时起点，为定值电阻，R为滑动变阻器，交流电压表、均视为理想电表，不计线框的电阻。下列说法正确的是（ ）
A．线框从图示位置开始转过180°时，电压表的示数为0
B．滑动变阻器的滑片向c端滑动的过程中，的发热功率一直减小
C．滑动变阻器的滑片向d端滑动的过程中，电压表的示数始终为
D．线框从图示位置开始转过180°的过程中，产生的平均电动势为
【答案】BC
【详解】AC．矩形线框在转动过程中产生的感应电动势的最大值
则原线圈的电压即电压表V1的示数
根据原、副线圈电压比与匝数比的关系有，则副线圈的电压即电压表V2的示数
解得
A错误，C正确；
B．根据以上分析知，只要不变则不变。在滑动变阻器的滑片向c端滑动的过程中，接入电路中的电阻增大，副线圈回路的电流减小，的发热功率减小，B正确；
D．线框从题中图示位置开始转过180°的过程中，磁通量的变化量
而产生的平均电动势
D错误。
故选BC。
19．（2024·天津蓟州·三模）如图所示，在匀强磁场中匀速转动的单匝矩形线圈的周期为T，转轴垂直于磁场方向，线圈电阻为2Ω。从线圈平而与磁场方向平行时开始计时，线圈转过时的感应电流为1A，则下列说法正确的是（ ）
A．线圈消耗的电功率为2W
B．线圈中感应电流的最大值为2A
C．任意时刻线圈中的感应电动势为
D．任意时刻穿过线圈的磁通量为
【答案】BC
【详解】AB．从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过时的感应电流为1A，由感应电流的瞬时表达式可得
解得线圈中感应电流的最大值为
线圈中感应电流的有效值为
线圈消耗的电功率为
故A错误，B正确；
C．线圈中的最大感应电动势为
从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，任意时刻线圈中的感应电动势为
故C正确；
D．从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，任意时刻穿过线圈的磁通量为
故D错误。
故选BC。
20．（2024·天津蓟州·三模）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为20∶1，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为，则（ ）
A．单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为11V
B．单刀双掷开关与a连接，时，电压表的示数为
C．单刀双掷开关由a扳向b，电压表和电流表的示数均变大
D．单刀双掷开关与a连接，在滑动变阻器触头P向上移动的过程中，电压表和电流表的示数均变小
【答案】AC
【详解】A．原线圈中的有效电压值为220V，当单刀双掷开关与a连接时，原副线圈的匝数比为20:1，所以根据
所以副线圈中电压表的示数为
故A正确；
B．无论在什么时间，电压表的示数一直为交变电压的有效值，故仍为11V，故B错误；
C．当单刀双掷开关由a扳向b时，原副线圈的匝数比减小，所以根据
得增大，电压表示数变大，根据
所以电流表示数变大，故电压表和电流表示数均变大，故C正确。
D．开关与a连接，在滑片P触头向上移动的过程中，原副线圈的匝数比不发生变化，所以电压表的示数不变化，接入电路中滑动变阻器的阻值变大，电流表示数变小，故D错误。
故选AC。
考点
考向
题型分布
交变电流、变压器、远距离输电的综合理解与应用
考向1：交变电流的变化规律
考向2：交变电流“四值”的理解应用
考向3：理想变压器的原理和基本关系的应用
考向4：理想变压器的动态分析
考向5：远距离输电
10单选+10多选