2020年高考物理专题卷：专题10（交变电流）答案与解析

2020年高考物理专题卷：专题10（交变电流）答案与解析

‎2020年专题卷物理专题十答案与解析 ‎1．【命题立意】本题考查交流电的定义。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握两个关键知识点：①交流电的定义；②y轴正负半轴图象的含义。‎ ‎【答案】CD【解析】交变电流是大小方向都随时间变化的电流，所以C、D正确，A、B仅是电流的大小发生变化而方向不变，故不属于交变电流。‎ ‎2．【命题立意】本题考查磁通量的计算及交流电瞬时值、平均值的计算。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握以下几个关键的知识点：①磁通量是穿过线圈的磁感线的条数；②交流电瞬时值的计算方法；③交流电平均值的计算方法。‎ ‎【答案】BCD【解析】闭合线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，若从中性面开始计时，穿过线框的磁通量Φ按余弦规律变化，线框中产生的感应电动势按正弦规律变化，在穿过线框的磁通量为的时刻，线圈转过60°，此时的电动势，A错误；穿过线框的磁通量为的时刻，线框中的感应电动势等于，B正确；线框转动四分之一周过程中，感应电动势的平均值为，线框每转动一周，磁通量的改变量等于零，平均感应电动势等于零，C、D正确。‎ ‎3．【命题立意】考查远距离输电的导线损失功率的计算。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握两个关键知识点：①导线上的电流与输送电流的关系；②损失功率的计算方法。‎ ‎【答案】A【解析】高压输电时P=UI，I是输送电路上的电流。用电高峰时，若输送电压不变，则I为正常时的2倍，A正确；高压线上的热耗功率ΔP＝I2R线则热耗功率变为4倍，B错误；用电高峰时，若输送电压也加倍，则I不变，与正常时相同，C错误；由ΔP＝I2R线则热耗功率也不变，D错误。‎ ‎4．【命题立意】本题考查中性面的性质与交流电仪表的读数特点。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握以下三个关键的知识点：①中性面的性质特点；②交流电仪表的读数为交流电的有效值；③交流电最大值与转速的关系。‎ ‎【答案】D【解析】线框在匀强磁场中匀速转动时，在中性面即线框与磁感线垂直时，磁通量最大感应电动势最小，而在题中图示位置线框与磁感应线平行时，磁通量最小感应电动势最大，电流表示数为有效值，不为零，A、B、C错误；电流的有效值，现在其余的量都不变，角速度增大一倍后，电流也增大一倍，则电流表示数也增大一倍，D正确。‎ ‎5．【命题立意】本题考查交流电图象的意义，交流电最大值与有效值之间的关系。‎ - 5 -‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握以下三个关键的知识点：①交流电图象能够提供哪些信息？②线圈转动过程中磁通量变化率的意义；③交流电最大值与有效值的关系。‎ ‎【答案】AC【解析】由图象可知，交流电压的最大值为10V，有效值为v，周期T＝0.04s，则f＝＝25Hz，故A正确，B错误；0.01s末交流电压达到最大值，线框平面应与磁场平行，C正确；0.02s末交流电压为零，线框平面与磁场垂直，磁通量最大，D错误。‎ ‎6．【命题立意】本题综合考查交流电的图象和变压器的的有关知识。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握以下四个关键的知识点：①交流电图象能够提供的信息；②交流电有效值与最大值之间的关系；③变压器的变压、变流决定关系；④变压器输入功率与输出功率的关系。‎ ‎【答案】D【解析】由图可知，该电流频率是50Hz，变压器不改变交流电的频率，B错误；a、b两端电压的最大值为311V，有效值为220V，所以c、d两端电压的有效值是660V，故A错误；电阻R减小，负载电流增大，故原线圈电流增大，C错误；由，输出电压不变，故输出功率增大，输入功率变大，D正确。‎ ‎7．【命题立意】电流、电压互感器的基本知识。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握以下几个关键的知识点：①电压、电流互感器的接法及线圈匝数关系。②变压器电流、电压的计算。③交流电输送功率的计算。‎ ‎【答案】AD【解析】电压互感器并联在电路中，电流互感器串联在电路中，故甲是电压互感器，乙是电流互感器，A对，B错；由U1∶U2=n1∶n2得U1=220×50V=1.1×104V；由I1n1=I2n2得I1=1.0×102A。故输送功功率P=I1U1=1.1×106W，D对。‎ ‎8．【命题立意】交流电路的分析与计算、非正弦交流电有效值的计算，及二极管的性质。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握以下几个关键的知识点：①二极管的单向导电性；②交流电有效值的定义与非正弦交流电有效值的计算；③交流电路的分析与计算；④电路中电量的计算方法。‎ ‎【答案】C【解析】由题图可知，图示位置通过R的电流为最大值，A选项错误；R两端电压的瞬时值可用上图来表示，设电压的有效值为U，在一个周期内有：＝T解得：U＝NBSω，电流的有效值I＝＝，在一个周期内，只有半周期的时间有电流通过R，故：。‎ ‎9．【命题立意】交流电路变压器的动态分析。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握以下几个关键的知识点：①交流电路的电路分析；②交流电路原副线圈的电流、电压的决定关系与动态变化关系。‎ ‎【答案】A【解析】由于是理想变压器，开关闭合前后理想电压表的读数、比值均不变；由于负载并联个数增多，电阻减小，故A1、A2均增大，但比值不变，与变压器匝数成反比。故A正确。‎ ‎10．【命题立意】本题综合考查变压器的工作原理以及闭合电路欧姆定律的功率问题。‎ ‎【思路点拨】解答本题要掌握三个关键点：一是原线圈组成的回路，求出输出电压；二是副线圈与用电器组成的回路，求出负载R上消耗的电功率；三是利用数学知识求极值。‎ - 5 -‎ ‎【答案】C【解析】设原副线圈的匝数分别为n1，n2，电流分别为I1，I2，电压分别为U1，U2，则：电阻R消耗的电功率为，即 可见当时，P有最大值此时 ，则 又因：代入上述所求I1，I2得：，说明当时，电阻R消耗功率最大。‎ ‎11．【命题立意】本题考查交流电的图象识别和交流电最大值的计算。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握以下三个关键知识点：①通过交流电的图象能得到哪些信息？②交流电最大值的计算、最大值与有效值之间的关系；③焦耳热的计算。‎ ‎【答案】（1）147.8V（2）12.17J（3）0.7Wb ‎【解析】（1）电压表示数为灯泡两端电压的有效值，由图象知电动势的最大值Em=220V，有效值，灯泡两端电压V（3分）‎ （2） 电路中的电流：A（1分），‎ 发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为J=12.17J（2分）‎ （3） Em=Φmω=220V由图知T=0.02s 又rad/s（3分） Φm=0.7Wb（1分）‎ ‎12．【命题立意】本题考查正弦交流电的电压和电流的瞬时值表达式的书写。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握以下三个关键的知识点：①如何计算交流电感应电动势的最大值；②交流电流最大值的计算和瞬时值的书写方法；③从中性面开始计时和与中性面垂直开始计时，交流电的表达式的区别。‎ ‎【答案】（1）e =196cos（50πt）V（2）i= 14cos（50πt）A（3）e′=196sin（50πt）V i′=14sin（50πt）A ‎【解析】（1）线圈匝数n=50，磁场的磁感应强度B=0.5T，线圈转动的角速度ω=2πf=2π×rad/s=50π rad/s，‎ 线圈的面积S=Ld=0.05m2（2分）‎ 所以Em=nBSω=50×0.5×0.05×50πV=196V（1分）‎ 从图示位置计时，有e=Emcosωt=196cos（50πt）V（1分）‎ （2） 若r=0.02Ω，则r′= 50r = 0.02×50Ω=1.0Ω（1分）‎ R总= R + r′= 13Ω +1Ω=14Ω（1分）‎ Im=A=14 A（1分）‎ 所以i=Im cosωt= 14cos（50πt）A（1分）‎ ‎（3）若从线圈平面与磁感线垂直的位置开始计时，即从中性面开始计时，感应电动势和电流的瞬时值分别为 e′=196sin（50πt）V（1分），i′=14sin（50πt）A（1分）‎ ‎13．【命题立意】本题考查交流电输电损失的计算。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握以下几个关键的知识点：‎ - 5 -‎ ‎①明确输电过程中1度的含义②输电损失功率的计算公式的选择。③输电电流的计算。‎ ‎【答案】（1）66.7% r=8.35Ω （2）20.4kv ‎【解析】（1）由于输送功率为P=1000kw，一昼夜输送电能E=Pt=24000度，终端得到的电能E /=16000度（2分），因此效率η=66.7%。输电线上的电流可由I=P/U计算，为I=200A（2分），而输电线损耗功率可由Pr=I 2r计算，其中Pr=8000/24=334kw，因此可求得r=8.35Ω（2分）‎ ‎（2）输电线上损耗功率，现在要求，计算可得输电电压应调节为（3分）‎ ‎14．【命题立意】本题考查变压器的相关计算。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握以下两个关键知识点：①变压器的变压比的求法；②变压器输入、输出功率的关系及计算。‎ ‎【答案】（1）（2）0.98A（3）180W ‎【解析】（1）由变压器的变压关系得，所以（3分）。‎ ‎（2）设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有I1U1=I2U2 当I2=12 A时，I1即为熔断电流，代入数据，得I1=0.98A（3分）‎ ‎（3）设副线圈中电流为I2′=10A时，变压器的输入功率为P1，根据理想变压器的输入功率等于输出功率，有P1=I2′U2 ，代入数据得，P1=180W（3分）‎ ‎15．【命题立意】本题考查变压器的计算、交流电图象的识别及变压器负载电路的分析。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握三个关键的知识点：①电容器的特点、变压器副线圈电路的分析；②变压器的电压、电流的计算；③含电容器支路的特点。‎ ‎【答案】（1）U=200V （2）P2=10W （3）I3=0.25A ‎【解析】（1）电阻R1电压有效值（1分）‎ 所以原线圈输入电压有效值（2分）‎ （2） 电阻R2的电流（1分）‎ 电阻R2的功率（1分）‎ 原线圈输入电流（1分）‎ 副线圈的输出电流（1分）‎ R3支路中的电流（2分）‎ ‎16．【命题立意】本题考查远距离输电的相关计算。‎ ‎【思路点拨】解答本题需要掌握以下三个关键知识点：①远距离输电的原理；②输电线路的电压损失、功率损失的计算方法；③变压器的相关计算。‎ - 5 -‎ ‎【答案】（1）E＝2.19×105kw·h或E＝7.884×1011J （2）升压变压器的匝数比为： 降压变压器的匝数比为：‎ ‎【解析】（1）P＝1.0×105W t＝365×6h E＝Pt＝2.19×105kw·h或E＝7.884×1011J（3分）‎ （2） 依题意作出如下图输电示意图（1分），‎ 升压变压器原线圈的电流为（1分）‎ 当输电线上损失的电功率为输送电功率的5％时，输电线中的电流为I2，则（1分）‎ 所以（1分）‎ 升压变压器的匝数比为：（1分）‎ 降压变压器副线圈中电流，即为提供给所有用户的总电流，用户获得的总功率为：（1分）‎ 又（1分）‎ 所以（1分）‎ 其原线圈中电流（1分）‎ 降压变压器的匝数比为：（1分） ‎ - 5 -‎