2018届二轮复习　交变电流　电磁波课件(78张)全国通用

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专题十三　交变电流　电磁波 A组    自主命题·北京卷题组 1. (2017北京理综,20,6分)物理学原理在现代科技中有许多重要应用。例如,利用波的干涉,可将 无线电波的干涉信号用于飞机降落的导航。 如图所示,两个可发射无线电波的天线对称地固定于飞机跑道两侧,它们类似于杨氏干涉实验中 的双缝。两天线 同时都 发出波长为 λ 1 和 λ 2 的无线电波。飞机降落过程中,当接收到 λ 1 和 λ 2 的信号 都保持最强时,表明飞机已对准跑道。下列说法正确的是   (　　)   A.天线发出的两种无线电波必须一样强 B.导航利用了 λ 1 与 λ 2 两种无线电波之间的干涉 五年高考 C. 两种无线电波在空间的强弱分布稳定 D. 两种无线电波各自在空间的强弱分布完全重合 答案     C　本题考查波的干涉。波的干涉产生与否与波的强弱无关,故A错;导航利用了同频率 的两列波的干涉,而波长为 λ 1 和 λ 2 的两列波频率不同,B错; λ 1 与 λ 1 干涉, λ 2 与 λ 2 干涉,两个干涉图样在 空间的强弱分布稳定,故C正确;由于 λ 1 与 λ 2 两列波的波长不同,故两干涉图样在空间强弱分布不 重合,D错。 疑难突破 　波的干涉及干涉图样 两列波产生稳定干涉图样的条件之一是两列波的频率相同,本题中,每个天线同时且都发出两列 波长为 λ 1 和 λ 2 的波,在同种介质中波长相同,频率相同,产生干涉,故在飞机跑道区域存在两个稳定 的干涉图样,且跑道中心线上每点到波源的距离相等,故中心线上各点均为两个干涉图样的加强 点,飞机降落时利用这些加强点来对准跑道中心线,实现安全降落。 2. (2017北京理综,16,6分)如图所示,理想变压器的原线圈接在 u =220   sin 100π t (V)的交流电源 上,副线圈接有 R =55 Ω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220   W B.电流表的读数为1 A C.电压表的读数为110   V D.副线圈输出交流电的周期为50 s 答案     B　本题考查交变电流、变压器。由题知,变压器的输入电压 U 1 =   V=220 V,所以 U 2 =   U 1 =110 V;副线圈电流 I 2 =   =2 A,原线圈电流 I 1 =   I 2 =1 A。本题中电压表、电流表的读数 为有效值,故B项正确,C项错误;原线圈输入功率 P 1 = U 1 I 1 =220 W,A项错误;交流电的周期 T =   =   s=0.02 s,D项错误。 易错点拨 　交流电的最大值与有效值 1.在正弦交流电中, U =   。 2. 在交流电路中 , 电表的读数为有效值。 3. (2016北京理综,14,6分,0.81)下列说法正确的是   (　　) A.电磁波在真空中以光速 c 传播 B.在空气中传播的声波是横波 C.声波只能在空气中传播 D.光需要介质才能传播 答案      A 　声波是机械波 , 是纵波 , 在气体、固体、液体中都能传播 , 故 B 、 C 两项均错误 ; 电磁波 的传播不需要介质 , 能在真空中以光速传播 ,A 项正确 ,D 项错误。 考查点　 电磁波、机械波。 知识归纳     要把电磁波与机械波的共同点和不同点比较清楚。 4. (2015北京理综,20,6分,0.78)利用所学物理知识,可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作 原理及相关问题。IC卡内部有一个由电感线圈 L 和电容器 C 构成的 LC 振荡电路。公交车上的读 卡机(刷卡时“嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波。刷卡时,IC卡内的线圈 L 中产生感应电流,给电容器 C 充电,达到一定的电压后,驱动卡内芯片进行数据处理和传输。下列 说法正确的是   (　　) A.IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池 B.仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时,IC卡才能有效工作 C.若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率,则线圈 L 中不会产生感应电流 D.IC卡只能接收读卡机发射的电磁波,而不能向读卡机传输自身的数据信息 答案      B 　刷卡时线圈 L 产生感应电流 , 为电容器 C 充电 , 因此 IC 卡不用电池 ,A 错 ; 仅当读卡机向 外发射某一特定频率的电磁波时 , 才能使电容器 C 达到一定电压 ,IC 卡才能有效工作 ,B 正确 ; 当读 卡机发射的电磁波的频率偏离特定频率 , 线圈中也会产生感应电流 , 只是不能使电容器 C 达到一 定的电压 , 只有当电容器 C 达到一定电压后 , 才能驱动卡内芯片进行数据处理和传输 ,C 、 D 错 误。 考查点 　电磁感应、电磁波的产生、发射与接收。 思路点拨 　本题的设问不仅涉及物理的内容 , 也创设了需要结合物理知识和平时观察才能发现 和认识的内容 , 在答题时认知题干内容是解题的关键。 B组    统一命题、省(区、市)卷题组 考点一　交变电流的产生和描述 1. (2017天津理综,6,6分)(多选)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2 Ω,则        (　　)   A. t =0时,线圈平面平行于磁感线 B. t =1 s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8π 2 J 答案     AD　本题考查正弦交流电的产生、有效值,焦耳热。由 Φ - t 图可知, t =0时, Φ =0,则线圈平 面平行于磁感线,选项A正确; t =1 s时 Φ =0,此时电动势最大, t =0.5 s和 t =1.5 s时, Φ 最大,此时电动势 为0,电流改变方向,选项B、C错误;交流电电动势的最大值 E m = nBSω = n Φ m   =4π V,有效值 E =   E m =2   π V,一个周期内线圈产生的热量 Q =   · T =8π 2 J,D正确。 疑难突破 　①由 E = n   知 Φ 随时间按正弦规律变化,则 E 随时间按余弦规律变化。②电流改变 方向的时刻在 E =0时刻,即 Φ 最大时刻。③计算电流产生的焦耳热应使用电动势的有效值。 2. (2016 课标 Ⅲ,21,6 分 )( 多选 ) 如图 , M 为半圆形导线框 , 圆心为 O M ; N 是圆心角为直角的扇形导线 框 , 圆心为 O N ; 两导线框在同一竖直面 ( 纸面 ) 内 ; 两圆弧半径相等 ; 过直线 O M O N 的水平面上方有一 匀强磁场 , 磁场方向垂直于纸面。现使线框 M 、 N 在 t =0 时从图示位置开始 , 分别绕垂直于纸面、 且过 O M 和 O N 的轴 , 以相同的周期 T 逆时针匀速转动 , 则   ( 　　 )   A. 两导线框中均会产生正弦交流电 B. 两导线框中感应电流的周期都等于 T C. 在 t =   时 , 两导线框中产生的感应电动势相等 D. 两导线框的电阻相等时 , 两导线框中感应电流的有效值也相等 答案     BC　本题中导线框的半径旋转切割磁感线时产生大小不变的感应电流,故A项错误;两 导线框产生的感应电流的周期与线框转动周期相同,B项正确;在 t =   时,两导线框切割磁感线的 导线长度相同,且切割速度大小相等,故产生的感应电动势相等,均为 E =   BR 2 ω ,C项正确;两导线 框中感应电流随时间变化的图像如图所示,故两导线框中感应电流的有效值不相等,D项错误。   疑难突破 　设 M 导线框中的电流有效值为 I M ,则   rT =2   · r ·   ,得 I M =   ;设 N 导线框中电 流有效值为 I N ,则   rT =2   · r ·   ,得 I N =   ,故 I M =   I N 。 评析 　本题考查感应电动势及其相关知识 , 通过比较的方式对交流电的产生、感应电动势的产 生及有效值等知识进行考查 , 难度中等 , 考生需要对导线框转动过程进行细致周全的分析 , 能力 要求较高。 3.(2013福建理综,15,6分)如图,实验室一台手摇交流发电机,内阻 r =1.0 Ω,外接 R =9.0 Ω的电阻。闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时,产生的电动势 e =10   sin 10π t (V), 则   (　　) A.该交变电流的频率为10 Hz B.该电动势的有效值为10   V C.外接电阻 R 所消耗的电功率为10 W D.电路中理想交流电流表   的示数为1.0 A 答案      D     由交变电流电动势的表达式 e =10   sin 10π t (V)= E m sin ωt 可知 , 该交变电流的频率 为 f =   =   Hz=5 Hz,A 错误。该交变电流电动势的有效值 E =   =   V=10 V,B 错误。电流 的有效值 I =   =   A=1.0 A, 外接电阻 R 所消耗的电功率 P R = I 2 R =1.0 2 × 9.0 W=9 W, 故 C 错 误 ,D 正确。 4. (2013四川理综,2,6分)用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电,变压器输出电压 是110 V,通过负载的电流图像如图所示,则   (　　)   A.变压器输入功率约为3.9 W B.输出电压的最大值是110 V C.变压器原、副线圈匝数比是1∶2 D.负载电流的函数表达式 i =0.05 sin (100π t +   )(A) 答案      A 　由题图可知通过负载的电流最大值为 I m =0.05 A, 周期 T =0.02 s, 故电流的函数表达式 i = I m sin   t =0.05 sin 100π t (A),D 错误 ; 理想变压器线圈匝数比等于电压比 , 即 n 1 ∶ n 2 = U 1 ∶ U 2 =2∶ 1,C 错误 ; 输出电压 U 2 =110 V, 其最大值 U 2m =   U 2 =110   V,B 错误 ; 理想变压器输入功率等于输 出功率 , 即输入功率 P = I 2 U 2 =   × 110 W ≈ 3.9 W,A 正确。 5. (2016 课标 Ⅰ,16,6 分 ) 一含有理想变压器的电路如图所示 , 图中电阻 R 1 、 R 2 和 R 3 的阻值分别为 3 Ω 、 1 Ω 和 4 Ω,   为理想交流电流表 , U 为正弦交流电压源 , 输出电压的有效值恒定。当开关 S 断 开时 , 电流表的示数为 I ; 当 S 闭合时 , 电流表的示数为 4 I 。该变压器原、副线圈匝数比为   ( 　　 )   A.2 　     B.3 　     C.4 　     D.5 考点二　变压器　远距离输电 答案     B　设原、副线圈匝数比为 n ,根据能量守恒,当S断开时, UI = I 2 R 1 +( nI ) 2 ( R 2 + R 3 );当S闭合时,4 UI =(4 I ) 2 R 1 +(4 nI ) 2 R 2 ,联立解得 n =3,所以B正确。 误区警示 　变压器原线圈上串联电阻之后 , 属于非纯电阻电路 , 不能在含有线圈的电路中应用欧 姆定律。要计算原线圈上消耗的功率 , 只要计算出副线圈电阻上消耗的功率即可。 评析 　本题考查变压器的基本关系 , 要求掌握两点 : 一是电流与匝数的关系 ; 二是能量守恒定律 的应用。 6. (2016天津理综,5,6分)如图所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电 表。下列说法正确的是   (　　)   A.当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时, R 1 消耗的功率变大 B.当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时,电压表V示数变大 C.当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动时,电流表A 1 示数变大 D.若闭合开关S,则电流表A 1 示数变大、A 2 示数变大 答案     B　由于原、副线圈两端电压不变,当滑动变阻器滑动触头 P 向上滑动时,连入电路的电 阻变大,所在电路总电阻变大,副线圈中电流减小, R 1 中电流减小, R 1 消耗的功率减小,A项错误; R 1 中电流减小,则 R 1 两端电压减小,而副线圈两端电压不变,所以滑动变阻器两端电压增大,电压表 示数变大,B项正确;副线圈中电流减小,原线圈中电流随之减小,故C项错误;若闭合开关S,负载电 路的总电阻减小,副线圈中电流增大, R 1 中电流增大,则 R 1 两端电压升高, R 2 两端电压减小,A 2 示数 变小,D项错误。 反思总结 　此题是变压器工作电路中的动态问题 , 要注意其中的因果关系 : 原线圈电压决定副线 圈输出电压 , 副线圈的输出电压和负载电阻共同决定副线圈中的电流 , 副线圈中的电流决定原线 圈中的电流。 7. (2016江苏单科,4,3分)一自耦变压器如图所示,环形铁芯上只绕有一个线圈,将其接在 a 、 b 间作 为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分,接在 c 、 d 间作为副线圈。在 a 、 b 间输入电压为 U 1 的交变电流时, c 、 d 间的输出电压为 U 2 。在将滑动触头从 M 点顺时针旋转到 N 点的过程中   (     　)   A. U 2 > U 1 , U 2 降低　    B. U 2 > U 1 , U 2 升高 C. U 2 < U 1 , U 2 降低　    D. U 2 < U 1 , U 2 升高 答案     C　由图可知变压器的原线圈匝数 n 1 大于副线圈匝数 n 2 ,因   =   ,则 U 2 < U 1 ;在将滑动触 头从 M 点顺时针转到 N 点的过程中, n 2 减小, U 2 降低,选项C正确,选项A、B、D错误。 易错点拨 　读懂图是解答本题的关键 , 当滑动触头转动时改变的是副线圈的匝数 , 副线圈的匝数 减小。 评析 　本题考查了理想变压器的变压比等于匝数比 , 意在考查考生的逻辑分析能力。 8. (2015 课标 Ⅰ,16,6 分 ,0.664) 一理想变压器的原、副线圈的匝数比为 3∶1, 在原、副线圈的回路 中分别接有阻值相同的电阻 , 原线圈一侧接在电压为 220 V 的正弦交流电源上 , 如图所示。设副 线圈回路中电阻两端的电压为 U , 原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为 k , 则   ( 　　 )   A. U =66 V, k =   　     B. U =22 V, k =   C. U =66 V, k =   　     D. U =22 V, k =   答案     A　设原线圈中电流为 I ,由   =   知副线圈中的电流 I 2 =3 I ,由题意知副线圈中电阻两端的 电压 U =3 IR ,则原线圈回路中 R 两端的电压 U '= IR =   ,原线圈两端的电压 U 1 =3 U ,由闭合电路中电 压关系可知 U 1 + U '=220 V,即   +3 U =220 V, U =66 V,原线圈回路中电阻消耗的功率 P 1 = I 2 R ,副线圈 回路中电阻消耗的功率 P 2 =(3 I ) 2 R ,   = k =   =   ,选项A正确。 9. (2015福建理综,15,6分)图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器 T 的原、 副线圈匝数分别为 n 1 、 n 2 ,在 T 的原线圈两端接入一电压 u = U m sin ωt 的交流电源,若输送电功率为 P ,输电线的总电阻为2 r ,不考虑其他因素的影响,则输电线上损失的电功率为   (　　)   A.(   )   　    B.(   )   C.4(   ) 2 (   ) 2 r 　    D.4(   ) 2 (   ) 2 r 答案     C     T 的输入电压 U 1 =   ,则 P = U 1 I 1 , I 1 =   =   ,又因为   =   ,所以 I 2 =   I 1 =     ,则输 电线上损失的电功率 P 损 =   ·2 r =4    r ,C项正确。 10. (2016天津理综,1,6分)我国成功研发的反隐身先进米波雷达堪称隐身飞机的克星,它标志着 我国雷达研究又创新的里程碑。米波雷达发射无线电波的波长在1~10 m范围内,则对该无线电 波的判断正确的是   (　　)   A.米波的频率比厘米波频率高 B.和机械波一样须靠介质传播 C.同光波一样会发生反射现象 D.不可能产生干涉和衍射现象 考点三　电磁场和电磁波 答案      C 　无线电波与光波均为电磁波 , 均能发生反射、干涉、衍射现象 , 故 C 正确、 D 错。电磁 波在真空中传播速度最快 , 故 B 错。由 c = λf 可知 , 频率与波长成反比 , 故 A 错。 知识归纳 　所有波共有的特性 : 能发生反射、折射、干涉、衍射和多普勒效应。 评析　 本题考查电磁波的基础知识 , 涉及的知识点虽多 , 但均为考生熟悉的知识点 , 故为容易 题。 11. (2014四川理综,2,6分)电磁波已广泛运用于很多领域。下列关于电磁波的说法符合实际的是   (　　) A.电磁波不能产生衍射现象 B.常用的遥控器通过发出紫外线脉冲信号来遥控电视机 C.根据多普勒效应可以判断遥远天体相对于地球的运动速度 D.光在真空中运动的速度在不同惯性系中测得的数值可能不同 答案      C 　衍射现象是波特有的现象 , 故电磁波能发生衍射现象 ,A 错误。遥控器是通过发出的 红外线脉冲信号遥控电视机的 ,B 错误。根据多普勒效应 , 当天体相对地球运动时 , 我们接收到来 自天体的电磁波频率发生变化 , 根据其变化可判断遥远天体相对地球的运动速度 ,C 正确。光在 真空中的速度是定值 , 在任何惯性系中测出的数值应相同 ,D 错误。 12. (2013四川理综,1,6分)下列关于电磁波的说法,正确的是   (　　) A.电磁波只能在真空中传播 B.电场随时间变化时一定产生电磁波 C.做变速运动的电荷会在空间产生电磁波 D.麦克斯韦第一次用实验证实了电磁波的存在 答案      C 　电磁波是电磁场这种物质在空间的传播 , 它既可在真空中传播 , 也可在介质中传播 ,A 错误 ; 当电场随时间均匀变化时产生稳定的磁场 , 稳定的磁场不能再产生电场 , 故也就不能形成 电磁波 ,B 错误 ; 做变速运动的电荷产生变化的磁场 , 变化的磁场在其周围空间产生变化的电场 … … 电场、磁场交替产生 , 向外传播的过程就形成了电磁波 ,C 正确。麦克斯韦从理论上预言了电 磁波的存在 , 赫兹通过实验证实了电磁波的存在 ,D 错误。 C组　教师专用题组 1. (2015天津理综,6,6分)(多选)如图所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表,副线圈 匝数可以通过滑动触头 Q 来调节,在副线圈两端连接了定值电阻 R 0 和滑动变阻器 R , P 为滑动变阻 器的滑动触头。在原线圈上加一电压为 U 的正弦交流电,则   (　　)   A.保持 Q 的位置不动,将 P 向上滑动时,电流表读数变大 B.保持 Q 的位置不动,将 P 向上滑动时,电流表读数变小 C.保持 P 的位置不动,将 Q 向上滑动时,电流表读数变大 D.保持 P 的位置不动,将 Q 向上滑动时,电流表读数变小 答案     BC　保持 Q 位置不动,则副线圈两端电压 U 2 不变, P 向上滑动,则 R 增大,副线圈电流 I 2 减小, 由 P 1 = UI 1 = U 2 I 2 ,可知 I 1 减小,电流表读数减小,A错误,B正确。保持 P 位置不动,则 R 不变, Q 向上滑动, n 2 变大,根据   =   得, U 2 =   U ,则 U 2 增大,由 I 2 =   ,知 I 2 增大,由 UI 1 = U 2 I 2 , U 不变,知 I 1 增大,电流表 读数变大,所以C正确,D错误。故选B、C。 2. (2014 课标 Ⅱ,21,6 分 ,0.266)( 多选 ) 如图 , 一理想变压器原、副线圈的匝数分别为 n 1 、 n 2 。原线圈 通过一理想电流表   接正弦交流电源 , 一个二极管和阻值为 R 的负载电阻串联后接到副线圈的 两端。假设该二极管的正向电阻为零 , 反向电阻为无穷大。用交流电压表测得 a 、 b 端和 c 、 d 端 的电压分别为 U ab 和 U cd , 则   ( 　　 )   A. U ab ∶ U cd = n 1 ∶ n 2 B. 增大负载电阻的阻值 R , 电流表的读数变小 C. 负载电阻的阻值越小 , cd 间的电压 U cd 越大 D. 将二极管短路 , 电流表的读数加倍 答案      BD     a 、 b 端的电压为正弦式交变电压 , 故电压表测得的电压 U ab =   。副线圈两端电压 也为正弦式交变电压 , 但由于二极管的单向导电特性 , 从而使 c 、 d 两端的电压成为脉动直流电 , 由有效值定义可得   T =   ×   , 即 U cd =   , 故 U ab ∶ U cd =   ∶   =   n 1 ∶ n 2 ,A 错误。因 R 增大时消耗的功率 P =   减小 , 原线圈输入功率减小 , 故 U 1 不变时 I 1 减小 ,B 正确。由 U ab ∶ U cd =   n 1 ∶ n 2 可知 U cd 与负载的阻值无关 ,C 错误。将二极管短路时 R 两端电压为正弦式交变电压 , 其有效 值 U cd '=   , 故此时 R 消耗的功率 P '=   为原来的 2 倍 , 原线圈中的电流也变为原来的 2 倍 , 故 D 正 确。 3. (2014山东理综,17,6分)(多选)如图,将额定电压为60 V的用电器,通过一理想变压器接在正弦交 变电源上。闭合开关S后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分 别为220 V和2.2 A。以下判断正确的是   (　　)   A.变压器输入功率为484 W B.通过原线圈的电流的有效值为0.6 A C.通过副线圈的电流的最大值为2.2 A D.变压器原、副线圈匝数比 n 1 ∶ n 2 =11∶3 答案      BD 　对于理想变压器 , P 入 = P 出 , 所以输入功率 P 入 =60 × 2.2 W=132 W,A 错。 I 1 =   =   A= 0.6 A,B 正确。通过副线圈的电流的最大值 I 2m =   I 2 =2.2   A,C 错误。变压器原、副线圈匝数 比 n 1 ∶ n 2 = U 1 ∶ U 2 =11∶3,D 正确。 4. (2013天津理综,4,6分)普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流,通常要通过 电流互感器来连接,图中电流互感器 ab 一侧线圈的匝数较少,工作时电流为 I ab , cd 一侧线圈的匝数 较多,工作时电流为 I cd ,为了使电流表能正常工作,则   (　　)   A. ab 接 MN 、 cd 接 PQ , I ab < I cd B. ab 接 MN 、 cd 接 PQ , I ab > I cd C. ab 接 PQ 、 cd 接 MN , I ab < I cd D. ab 接 PQ 、 cd 接 MN , I ab > I cd 答案     B　在测量高压线路上电流时,电流互感器的作用是减小测量支路的电流。根据变压器 原理,   =   , I 大 n 小,故 ab 端应接 MN , cd 端应接 PQ , I ab > I cd ,选项B正确。 5. (2013山东理综,17,5分)(多选)图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为 水平方向的匀强磁场,   为交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴 OO '沿逆时针方向匀速转 动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示。以下判断正确的是   (　　)   A.电流表的示数为10 A B.线圈转动的角速度为50π rad/s C.0.01 s时线圈平面与磁场方向平行 D.0.02 s时电阻 R 中电流的方向自右向左 答案      AC 　由题图乙知 I m =10   A, I =   =10 A,A 正确。 T =2 × 10 -2 s, ω =   =100π rad/s,B 错误。 t =0.01 s 时 , i =- I m , 此时线圈平面与磁场方向平行 ,C 正确。由右手定则判定 0.02 s 时电阻 R 中电流方 向自左向右 ,D 错误。 6. (2012北京理综,15,6分,0.61)一个小型电热器若接在输出电压为10 V的直流电源上,消耗电功 率为 P ;若把它接在某个正弦交流电源上,其消耗的电功率为   。如果电热器电阻不变,则此交流 电源输出电压的最大值为   (　　) A.5 V　　B.5   V　　C.10 V　　D.10   V 答案     C　设电热器电阻为 R ,正弦交流电源的电压有效值为 U 效 ,接10 V直流电源时, P =   =   ①;接交流电源时,   =   ②,联立①②得 U 效 =5   V,故最大值 U m =   U 效 =10 V,C选项正确。 A组    2015—2017年高考模拟·基础题组 （时间:45分钟　　分值:70分） 一、选择题(每题6分,共54分) 1. (2017北京西城一模,19)在探究变压器的两个线圈的电压关系时,某同学自己绕制了两个线圈 套在可拆变压器的铁芯上,如图所示。线圈 a 作为原线圈连接到学生电源的交流输出端,线圈 b 接 小灯泡。他所用的线圈电阻忽略不计。当闭合学生电源的开关时,他发现电源过载(电流过大, 超过学生电源允许的最大值)。如果仅从解决电源过载问题的角度考虑,下列采取的措施中,最 可能有效的是   (　　)   A.增大电源电压 B.适当增加原线圈 a 的匝数 C.换一个电阻更小的灯泡 三年模拟 D. 将线圈 a 改接在学生电源直流输出端 答案     B　为解决电源过载,即减小原线圈电流或是减小灯泡功率,由   =   知,增大原线圈匝 数,可减小 U 2 即减小灯泡功率,B正确。增大 U 1 则 U 2 增加,灯泡功率增大,A错误。在 U 2 不变的情况 下,减小灯泡电阻,则灯泡的功率增加,C错误。如果用电源直流输出端,由于线圈电阻忽略不计, 则电源被短路,D错误。 2. (2017北京海淀零模,20)电磁波无处不在,我们身边的广播、电视、移动通信都与电磁波有着 密不可分的联系,Wi-Fi、非接触式公交卡、导航、雷达、微波加热、射电天文学、遥感遥测 也都与电磁波有关。频率是电磁波的一个重要参量,不同频率的电磁波在空中互不干扰,保证了 各项无线电应用的顺利开展。 例如,我国自主建立的北斗导航系统所使用的电磁波频率约为1 561 MHz;家用微波炉加热食物 所使用的电磁波频率约为2 450 MHz;家用5GWi-Fi所使用的电磁波频率约为5 725 MHz。对于 家用5GWi-Fi的信号,下列说法中正确的是   (　　) A.一定不会产生偏振现象 B.从一个房间穿越墙壁进入另一个房间后,频率保持不变 C.与北斗导航信号叠加时,将产生明显的干涉现象 D.与微波炉所使用的微波相比,更容易产生明显的衍射现象 答案      B 　电磁波是横波 , 会产生偏振现象 ,A 错。频率相同的两列波叠加 , 才能产生干涉现象 ,C 错。波长越长 , 频率越低 , 越容易产生明显的衍射现象 ,D 错。 3. (2017北京朝阳一模,20)骑自行车有很多益处,可缓解交通压力,可节能减排;骑自行车时,人做 功要消耗体能,还可强身健体。成人在平路上骑自行车时所受阻力约为20 N。近来多个城市推 出摩拜单车,车锁内主要集成了芯片、GPS定位模块和SIM卡等,便于掌控自行车的具体位置和 状态,其工作原理如图所示。使用摩拜单车APP,用户可以查看并找到单车的位置,扫描车身上 的二维码,通过手机网络发送到云端请求解锁,云端收到后识别该车辆并发送解锁指令,摩拜单 车执行解锁指令自动开锁,用户便可开始骑行。据此材料,以下推断错误的是   (　　) A.摩拜单车车锁工作过程中需要用电,车内有供电系统 B. 摩拜单车车锁直接接收了手机的电磁辐射信号后自动开锁 , 无需用电 C. 无线电信号非常弱时 , 摩拜单车的定位将受到影响 D. 成人在平路上骑自行车时 , 每秒钟平均消耗的体能约 100 J 答案      B 　根据题意 , 摩拜单车是从云端获得解锁指令 , 然后执行指令自动开锁的 , 这个自动开锁 的能量则来源于车内的供电系统 , 故 A 说法正确 ,B 说法错误。由于车辆需要得到云端的信息才 能执行指令 , 故当无线电信号非常弱时 , 车的定位将受到影响 ,C 说法正确。根据 P = Fv , 成人正常 骑自行车的速度约为 5 m/s, 可得 P 约为 100 W, 即每秒钟平均消耗的体能约为 100 J,D 说法正确。 4. (2017北京西城二模,16)某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图所示。由图像可 知   (　　)   A.该交流电的周期为4 s B.该交流电的频率为50 Hz C.该交流发电机线圈转动的角速度为100π rad/s D.电动势的瞬时值与时间的关系为 e =100 sin 50π t (V) 答案      D 　由图知 T =4 × 10 -2 s, f =   =25 Hz, ω =   =50π rad/s, E m =100 V, 瞬时值 e = E m sin ωt =100 sin 5 0π t (V),D 正确。 5. (2016北京西城一模,16)如图所示,有一个电热器 R ,接在电压为 u =311 sin 100π t (V)的交流电源 上。电热器工作时的电阻为100 Ω,电路中的交流电表均为理想电表。由此可知   (　　)   A.电压表的示数为311 V B.电流表的示数为2.2 A C.电热器的发热功率为967 W D.交流电的频率为100 Hz 答案     B　交流电表测量的是有效值, U =   =220 V,故A错误; i =   =3.11 sin 100π t (A), I =   =2.2 A,故B正确;电热器的发热功率根据电压、电流的有效值计算, P = UI =484 W,故C错误;由电压 u =3 11 sin 100π t (V)可知,频率 f =   =50 Hz,故D错误。 6. (2016北京海淀零模,17)一个电热器接在直流电源上,通过它的电流为2 A,其电功率为 P ;把它接 在某个正弦交流电源上,其电功率为2 P 。如果电热器电阻的阻值不变,则此电热器接在该交流 电源上通过它的电流的最大值为   (　　) A.   A　　B.2 A　　C.2   A　　D.4 A 答案     D　设电热器接在交流电源上时通过它的电流的有效值为 I ,电热器的电阻为 R 。依题意 有:(2 A) 2 R = P 和 I 2 R =2 P ,可解得 I =2   A,则电流的最大值 I m =   I =4 A。 7. (2015北京朝阳一模,15)如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线框绕与磁场方向垂直的轴匀 速转动产生交流电,电动势 e 随时间 t 的变化关系如图乙所示,则   (　　)   A.该交流电的频率为100 Hz B.该交流电电动势的有效值为311 V C. t =0.01 s时,穿过线框的磁通量为零 D. t =0.01 s 时 , 穿过线框的磁通量的变化率为零 答案      D 　由乙图可知该交流电的周期为 0.02 s, 频率 f =   =50 Hz,A 错 ; 该交流电电动势的最大值 为 311 V, 有效值为   V=220 V,B 错 ; t =0.01 s 时 , e = N   =0, 即磁通量的变化率为零 , 而磁通量最 大 , 线框平面与磁场垂直 ,D 对 C 错。 8. (2015北京丰台一模,17)如图所示,单匝矩形闭合导线框 abcd 一半处于磁感应强度为 B 的水平有 界匀强磁场中,线框面积为 S ,电阻为 R 。线框绕与其中心线重合的竖直固定转动轴 OO '以角速度 ω 匀速转动,固定转动轴恰好位于匀强磁场的右边界。则线框中感应电流的有效值为   (　　)   A.   　    B.   　    C.   　    D.   答案     A　线框中产生感应电动势的最大值: E m =   BSω , 设感应电动势的有效值为 E ,则: E =   =   BSω , 感应电流的有效值 I =   ; 联立解得: I =   故选A。 9. (2015北京昌平二模,17)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比 n 1 ∶ n 2 =10∶1, R 1 = R 2 =20 Ω, C 为电容器。已知加在原线圈两端的正弦式交变电流的电压随时间变化的规律如图乙所示, 则   (　　)   A.交流电的频率为100 Hz B.副线圈中交流电压表的示数为20   V C.电阻 R 1 消耗的电功率为20 W D.通过 R 2 的电流始终为零 答案     C　由乙图知,交流电的周期 T =0.02 s, f =   =50 Hz,A项错;交流电压表的示数应为有效值, 原线圈电压有效值 U 1 =   =200 V,又因为   =   ,因此交流电压表示数 U 2 应为20 V,B项错; R 1 消 耗的电功率 P =   =   W=20 W,C项正确。由电容器“隔直流,通交流”的特性知,会有电流通 过 R 2 ,D项错。 10. (2016北京东城二模,23)(16分)电源是把其他形式能转化为电势能的装置。我们通常使用的 电源有交流、直流之分。 (1)法拉第发明了世界上第一台直流发电机——法拉第圆盘发电机。如图1所示为其示意图,铜 质圆盘竖直放置在水平向左的匀强磁场中,它可以绕水平轴在竖直平面内转动。当两个电刷分 别位于圆盘的边缘和圆心处时,在圆盘匀速转动时产生的电流是稳定的。用导线将电刷与电阻 R 连接起来形成回路。已知匀强磁场的磁感应强度大小为 B ,圆盘半径为 a ,圆盘匀速转动时的角 速度为 ω ,发电机内阻为 r 1 。求电源电动势 E ,并判断通过电阻 R 的电流方向。   二、非选择题 ( 共 16 分 ) 图 1 (2)如图2所示为一个小型交流发电机的原理图, n 匝矩形线圈处于磁感应强度大小为 B 的匀强磁 场中, ab 边、 cd 边分别连在两个滑环上,导体做的两个电刷分别压在滑环上。线圈 ab 边的边长为 L 1 , bc 边的边长为 L 2 ,总电阻为 r 2 。线圈以恒定的角速度 ω 绕与磁场方向垂直的固定对称轴 OO '匀 速转动。用导线将电刷与电阻 R 连接起来形成回路。回路中其他电阻不计。请你说明发电机 线圈平面转至何位置时感应电动势具有最大值 E m ,并推导此最大值的表达式。 　       (3)若已知 L 1 =2 a , L 2 = a ,求上述两个发电机分别为电阻 R 供电时,电阻 R 消耗的电功率之比。 图 2 答案 　见解析 解析 　(1)圆盘产生的电动势为 E = Ba     =   ωa E =   Bωa 2 根据右手定则可以判断:流过电阻 R 的电流方向为从 c 到 d 。 (2)当线圈平面转至与磁场方向平行位置(图示位置)时,线圈中的感应电动势最大 设此时 ab 、 cd 边的线速度大小为 v , 则单匝线圈时 ab 边产生的感应电动势为 E 1 = BL 1 v cd 边产生的感应电动势为 E 2 = BL 1 v n 匝线圈产生的总感应电动势为 E m = n ( E 1 + E 2 )=2 nBL 1 v 由于 v = ωr = ω   有 E m =2 nBL 1 ω ·   = nBL 1 L 2 ω (3)(1)中发电机为电阻供电时: U 1 =   E =   (2)中发电机为电阻供电时: U 2 =   ·   E m =     =   =   其他方法正确同样给分 B组    2015—2017年高考模拟·综合题组 （时间:40分钟　　分值:60分） 一、选择题(每题5分,共40分) 1. (2017北京顺义二模,18)如图所示,一理想变压器的原、副线圈匝数之比为 n 1 ∶ n 2 =10∶1,原线 圈接入电压 u =220   sin 100π t (V)的交流电源,交流电压表和电流表对电路的影响可忽略不计, 定值电阻 R 0 =10 Ω,可变电阻 R 的阻值范围为0~10 Ω,则下列说法正确的是   (　　) A.调节可变电阻 R 的阻值时,电流表示数的变化范围为1.1~2.2 A B. 当可变电阻阻值为 10 Ω 时 , 变压器的输入功率为 24.2 W C. 副线圈中交变电流的频率为 100 Hz D. t =0.02 s 时 , 电压表的示数为零 答案     B　由   =   、 U 1 =220 V知 U 2 =22 V, I 2 =   ,范围是1.1~2.2 A,电流表测的是原线圈电 流 I 1 ,而   =   =   ,A项错。当 R =10 Ω时,变压器的输入功率 P 入 = P 出 =   =   W=24.2 W,B 项对。输入电压 U = U 1m sin 2π ft =220   sin 100π t (V),因此交变电流的频率 f =50 Hz,变压器不改变 交流电的频率,C项错。交流电压表、电流表测的都是有效值,因此 t =0.02 s时,电压表的示数为2 2 V,D项错。 考查点 　本题考查变压器、欧姆定律、交变电压表达式。 易错警示 　交流电压表、电流表读数均为有效值。变压器的输出功率决定输入功率 , 输出电流 决定输入电流 , 输入电压决定输出电压。 2. (2017北京海淀二模,17)如图所示为一理想变压器,原线圈接在一输出电压为 u = U 0 sin ωt 的交流 电源两端。电路中 R 0 为定值电阻, V 1 、V 2 为理想交流电压表,A为理想交流电流表,导线电阻不 计。现使滑动变阻器 R 的滑动触头 P 向上滑动,则下列说法中正确的是   (　　) A.A的示数变小 B.V 2 的示数变小 C.V 1 与V 2 示数的比值变大 D. R 0 消耗的电功率变大 答案     A　电压 U 1 决定 U 2 保持不变,滑动触头向上滑动,变阻器连入电路中的阻值变大,则 I 2 变小, 又 I 2 决定 I 1 ,则 I 1 也变小。 U 1 / U 2 保持不变。 P 0 =   R 0 变小,综上,A正确,B、C、D错误。 考查点 　变压器的工作原理 , 各物理量间的相互决定关系。 解题关键        =   ,线圈匝数不变, U 1 不变,则 U 2 不变, U 1 决定 U 2 。而输出端电流变化会反过来影 响输入端电流, I 2 决定 I 1 。输出功率 P 2 决定输入功率 P 1 。 3. (2017北京丰台一模,20)最近北京的马路边出现了某种新型的共享单车,如图甲所示,这种单车 外观结构简单,没有链条,但单车质量比普通自行车大,达到了25 kg。如图乙所示,单车的车锁内 集成了嵌入式芯片、GPS模块和SIM卡等,便于监控单车在路上的具体位置,实现防盗。同时手 机APP上有定位系统,也能随时了解单车的实时位置;手机还可以通过扫描二维码自动开锁,关 锁后APP就显示计时、计价等信息。此外,单车能够在骑行过程中为车内电池充电,满足定位和 自动开锁等过程中的用电。根据以上信息下列说法 不正确 的是   (　　)   A.单车比普通自行车运动状态更容易改变 B.单车某个时刻的准确位置信息是借助通讯卫星定位确定的 C.单车是利用电磁感应原理实现充电的 D. 单车和手机之间是利用电磁波传递信息的 答案      A    GPS 是全球卫星定位系统的英文简写 , 应用于实时导航、定位等领域 , 故 B 项正确 ; 手 机和单车之间的信息交换通过电磁波实现 , 故 D 项正确 ; 骑行过程中为车内电池充电 , 是应用“动 生电” , 故 C 项正确 ; 因单车质量大于普通自行车 , 其惯性也大 , 运动状态难以改变 , 故 A 项错误。 考查点 　牛顿运动定律及其应用、电磁感应现象、电磁波。 反思总结 　北京高考物理试题中 , 密切联系科技生活和新兴事物的题目近年来屡见不鲜 , 体现了 物理学习中的基本特征。这也提示考生在日常学习和复习中要注意理论联系实际 , 用心体会物 理和现代科技、生活的联系。 4. (2016北京顺义一模,17)一理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1,原线圈所接电源电压按图示 规律变化,副线圈接有负载。下列说法中正确的是   (　　) A.用理想电压表测副线圈负载两端的电压为22   V B.原、副线圈中电流之比为10∶1 C.变压器输入、输出功率之比为10∶1 D.交流电源电压的有效值为220 V,频率为50 Hz 答案      D 　根据图像可知原线圈两端的电压有效值为 220 V, 周期为 0.02 s , 所以频率为 50 Hz , D 正 确 ; 又因为原、副线圈匝数比为 10∶1, 所以副线圈负载两端的电压有效值为 22 V, A 错误 ; 又因为 匝数比等于电流的反比 , 所以原、副线圈中电流之比为 1∶10, B 错误 ; 理想变压器的输入功率等 于输出功率 , C 错误。 考查点 　考查理想变压器原、副线圈匝数比等于电压之比 , 等于电流的反比。变压器输入、输 出功率相等。 易错警示 　电压表测量的是电压的有效值。 5. (2016北京顺义一模,19)在家庭电路中,为了安全,一般在电能表后面的电路中安装一个漏电保 护器,如图所示。当漏电保护器的 ef 两端没有电压时,脱扣开关S能始终保持接通;当 ef 两端一旦 有电压时,脱扣开关立即会自动断开,以起到保护作用。关于这个电路的工作原理,下列说法中 正确的是   (　　) A.当站在绝缘物上的人双手分别接触 b 和 d 线时,脱扣开关会自动断开 B.当用户家的电流超过一定值时,脱扣开关会自动断开 C.当火线和零线之间电压太高时,脱扣开关会自动断开 D.当站在地面上的人触及 b 线时,脱扣开关会自动断开 答案      D 　观察漏电保护器的导线缠绕方式可知 , 穿过铁芯的磁通量为零。漏电时火线电流和 零线电流大小不同 , 导致小型变压器上端磁通量不为零 , 这时下端线圈中磁通量也会随之变化 , 进而产生感应电动势 , 脱扣开关自动断开 , 从而起到保护作用。只要零线与火线电流相等都不会 有磁通量的变化 , 所以 A 、 B 、 C 错误 ,D 正确。 考查点 　导线双缠绕方式及磁通量。 解题关键　 零线火线双缠绕方式 , 如果电流相同则铁芯中无磁通量。 6. (2016北京海淀二模,18)如图甲所示,交流发电机的矩形金属线圈 abcd 的匝数 n =100,线圈的总 电阻 r =5.0 Ω,线圈位于匀强磁场中,且线圈平面与磁场方向平行。线圈的两端分别与两个彼此 绝缘的铜环 E 、 F (集流环)焊接在一起,并通过电刷与阻值 R =95 Ω的定值电阻连接。现使线圈绕 过 bc 和 ad 边中点且垂直于磁场的转动轴 OO '以一定的角速度匀速转动。穿过线圈的磁通量 Φ 随 时间 t 变化的图像如图乙所示。若电路其他部分的电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。则 下列说法中正确的是   (　　)   A. 线圈匀速转动的角速度为 100 rad/s B. 线圈中产生感应电动势的最大值为 100   V C. 线圈中产生感应电动势的有效值为 100 V D. 线圈中产生感应电流的有效值为   A 答案      D 　根据 Φ - t 图像可知 : T =π × 10 -2 s, Φ m = BS =1 × 10 -2 Wb 所以 ω =   =200 rad/s,A 项错误 ; E m = nBSω =200 V,B 项错误 ; E =   =100   V,C 项错误 ; I =   =   A,D 项正确。 考查点     交流发电机发电的最大值、有效值及闭合电路欧姆定律。 解题关键 　感应电动势最大值 E m = nBSω = n Φ ω ,电动势有效值 E =   。 7. (2016北京朝阳二模,16) A 、 B 是两个完全相同的电热器, A 通以图甲所示的交变电流, B 通以图 乙所示的交变电流,则两电热器的电功率之比 P A ∶ P B 等于   (　　)   A.2∶1　　B.1∶1　　C.   ∶1　　D.1∶2 答案     A　甲图电流有效值为 I 0 ,乙图电流有效值为   ,由 P = I 2 R 知, P A ∶ P B =2∶1,A正确。 考查点 　交变电流有效值的计算。 思路分析 　甲图电流有效值 I = I 0 ,从生热的角度分析,甲图描述的虽然是交流电,但电流大小不变, 只是方向发生了改变,所以有效值为 I 0 。乙图描述的是正弦交流电,电流有效值 I =   。 8. (2015北京海淀二模,16)如图所示为模拟街头变压器通过降压给用户供电的示意图,变压器输 入的交流电压可视为不变。变压器输出的低压交流电通过输电线输送给用户。定值电阻 R 0 表 示输电线的电阻,变阻器 R 表示用户用电器的总电阻。若变压器为理想变压器,电表为理想电表, 则在变阻器的滑片 P 向上移动的过程中   (　　) A.V 2 示数变小　　B.V 1 示数变大 C.A 2 示数变大　　D.A 1 示数变小 答案     D　由   =   知,在变压器原、副线圈匝数不变时, U 1 不变,则 U 2 不变,故A、B均错误;变阻 器的滑片 P 向上移动,副线圈中负载电阻增大,由 I 2 =   可知,当 R 增大时, I 2 减小,即A 2 示数减小, 又由   =   ,可知当 I 2 减小时, I 1 随之变小,即A 1 示数变小,故C错误,D正确。 9. (2015北京东城一模,24)(20分)(1)如图所示匝数 n =60的线圈绕在变压器的闭合铁芯上,通过 A 、 B 两端在线圈内通有随时间变化的电流。有两个互相连接的金属环,细环的电阻是粗环的3倍, 将细环套在铁芯的另一端。已知某一时刻细环和粗环的连接处 C 、 D 间的电压 U =0.2 V,并知道 粗环的电阻 R =1.0 Ω,求此时刻线圈 AB 的感应电动势。( C 、 D 间距很小;可认为磁感线都集中在 铁芯内)   (2)变压器的线圈是由金属线绕制成的,若在短时间内吸热过多来不及散热就会损坏。现对粗细 均匀的电阻线通以直流电的情况进行讨论:设通电产生的焦耳热与电阻线升高的温度之间满足 如下关系: Q = kcm Δ T ,其中 c 表示物体的比热容, m 为物体的质量,Δ T 表示升高的温度, k 为大于1的 常数。请你选择一些物理量,通过论述和计算证明“为避免升温过快,若电流越大,电阻线应该 二、非选择题 ( 共 20 分 ) 越粗”。(说明自己所设物理量的含义) (3)下面请根据以下微观模型来研究焦耳热,设有一段横截面积为 S ,长为 l 的直导线,单位体积内 自由电子数为 n ,每个电子电荷量为 e ,质量为 m 。在导线两端加电压 U 时,电子定向运动,在运动过 程中与金属离子碰撞,将动能全部传递给离子,就这样将由电场得到的能量变为相撞时产生的内 能。“金属经典电子论”认为,电子定向运动是一段一段加速运动的接替,各段加速都是从定向 速度为零开始。根据统计理论知,若平均一个电子从某一次碰撞后到下一次碰撞前经过的时间 为 t ,一秒钟内一个电子经历的平均碰撞次数为   ,请利用以上叙述中出现的各量表示这段导体 发热的功率 P 。 答案 　(1)48 V　(2)见解析　(3)   解析 　 (1) 当 C 、 D 间电压为 0.2 V 时 , 粗环中的电流 I =   =   A=0.2 A 设此刻细环中的感应电动势为 e , 则对细环和粗环组成的回路满足 e = I (3 R + R )=0.2 A × (3 Ω+1 Ω)= 0.8 V 由法拉第电磁感应定律 E = n   , 及题设闭合铁芯磁通量处处相等可知 : 同一时刻线圈 AB 中的感应电动势为 60 e =48 V (2) 设有一小段长为 l 的电阻线 , 其横截面积为 S , 电阻率为 ρ , 密度为 ρ ', 通过它的电流为 I , 因为通电 产生焦耳热使这段电阻线经过时间 Δ t 温度升高 , 电流流过电阻线产生的焦耳热 Q = I 2 R Δ t , 其中 R = ρ   由题意知 Q = kcm Δ T 即 I 2 R Δ t = kcm Δ T , 其中 m = ρ ' lS 联立 , 整理 , 有 :   =   由于 k 、 c 、 ρ 、 ρ '都是常数,所以   与   成正比   表示单位时间内升高的温度;   与   成正比表明:当电流越大时,若想让单位时间内升高的 温度少一些,则要求电阻线的横截面积大一些,即电阻线应该粗一些。 (3)导线两端电压为 U ,所以导线中的电场强度 E =   导线中的一个电子在电场力 F = eE 的作用下,经过时间 t 获得的定向运动速率为 v = at =   t =   t ,由电能转化为的动能为 E k =   mv 2 =   已知平均一秒钟内一个电子经历的碰撞次数为   , 所以一秒钟内一个电子获得的动能为   E k =   整条导线在一秒钟内获得的内能为 nSl   E k =   一秒钟内由电能转化为的内能即这段导线的发热功率,因此 P =