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高中物理选择性必修第一册第三、四章交变电流　电磁波
高中物理选择性必修第一册
第三、四章：交变电流 电磁波
第1节　交变电流的产生与描述
正弦式交变电流的产生及变化规律T1、2、4、5、6　　交变电流四值的理解与应用T3、7
五年高考
1.★(2024广东,1,4分)将阻值为50 Ω的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.该交流电的频率为100 Hz
B.通过电阻电流的峰值为0.2 A
C.电阻在1秒内消耗的电能为1 J
D.电阻两端电压表达式为u=10·sin (100πt) V
1.答案　D
2.★★(2025北京,4,3分)如图所示,交流发电机中的线圈ABCD沿逆时针方向匀速转动,产生的电动势随时间变化的规律为e=10 sin(100πt) V。下列说法正确的是(　　)
A.该交流电的频率为100 Hz
B.线圈转到图示位置时,产生的电动势为0
C.线圈转到图示位置时,AB边受到的安培力方向向上
D.仅线圈转速加倍,电动势的最大值变为10 V
2.答案　C
3.★★(2024河北,4,4分)R1、R2为两个完全相同的定值电阻,R1两端的电压随时间周期性变化的规律如图1所示(三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的倍),R2两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示,则两电阻在一个周期T内产生的热量之比Q1∶Q2为(　　)
　
A.2∶3　　　　B.4∶3
C.2∶　　　　D.5∶4
3.答案　B
4.★★★(2024山东,8,3分)如图甲所示,在-d≤x≤d,-d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域),边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时,线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化,线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分,则变化后磁场的区域可能为(　　)
　
4.答案　C
三年模拟
5.★★(2026届江苏苏州期初调研)一个单匝矩形线圈,在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,产生的电动势随时间的变化规律为e=220 sin 100πt(V),则(　　)
A.频率为100 Hz
B.电动势有效值为220 V
C.t=0时,线圈位于中性面
D.线圈中最大磁通量为 Wb
5.答案　C
6.★★★(2025黑吉辽蒙,T9改编)在磁感应强度大小为B的匀强磁场中,矩形导线框abcd沿ab边中垂线ef垂直弯折,弯折后的线框绕PM轴以角速度ω匀速转动(从上往下看为顺时针方向),PM与磁场方向垂直,ae=eb=bc=l,线框由同种均匀材料制成,总电阻为R,t=0时刻转动到如图所示位置,此时磁场方向与平面aefd平行,与平面ebcf垂直,且平面ebcf垂直纸面向外,下列说法正确的是(　　)
A.t=0时线框中电流方向为b→c
B.t=0时Ubc=Bl2ω
C.t=时线框的磁通量大小为Bl2
D.t=时电流大小与t=0时电流大小相等
6.答案　C
7.★★★(2026届山东九五协作体开学考)如图所示,在平面直角坐标系xOy的第Ⅰ象限和第Ⅳ象限内存在方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,第Ⅱ象限内存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小也为B的匀强磁场。一半径为L、电阻为R、圆心角为60°的扇形闭合线圈在纸面内绕O点逆时针匀速转动,角速度为ω,t=0时,半径OA与x轴重合。线圈转动一周的过程中产生的感应电流的有效值为(　　)
A.　　　　B.　　　　C.　　　　D.
7.答案　A
创新风向·知识迁移
线框转动切割磁感线+力学三大观点的综合应用
(2026届浙江七彩阳光新高考联盟开学考)某探究小组设计了两种电磁驱动装置。图1利用直流电源给线框供电,接通电源后正方形导线框ABCD在磁极间的辐向磁场中,从静止开始绕中心轴线OO'发生转动。图2为三个线圈连接到三相电源上,电流形成的磁场可等效为角速度ω0的旋转辐向磁场,稳定后解锁正方形导线框ABCD,导线框由静止开始转动。图3为不同视角的上述两种驱动装置的截面图,分别为图1的正视图和图2的俯视图。已知导线框ABCD的边长为l,电阻为R,AB、CD两边的质量均为m,所处位置的磁感应强度大小均为B,磁场方向始终与转动方向垂直,转动中AB、CD两边受到的阻力均为f=kv(k为比例系数,v为线速度),其余两边质量和所受阻力不计。电源的电动势为E,内阻不计,求:
(1)在两种驱动装置中,若图1、2导线框的转动方向一致,则旋转辐向磁场的转动方向是顺时针还是逆时针;
(2)在图2装置中,若k=,则导线框转动的最大角速度ωm是多少;
(3)在图1装置中,若导线框经过时间t恰好达到最大角速度,则在该过程中AB边转过的弧长s是多少。
　
答案　(1)顺时针　(2)
(3)
解析　(1)题图1装置,导线框顺时针转动,则题图2装置导线框也顺时针转动,由楞次定律可知,旋转辐向磁场的转动方向也为顺时针。
(2)当导线框ABCD达到稳定时,线框AB、CD两边切割磁感线的相对速度大小为v相对=(ω0-ωm)·【点拨:注意f=kv中的v是线框相对磁场的速度】
此时的感应电动势为E'=2Blv相对=Bl2(ω0-ωm)
此时的感应电流为I==
导线框AB、CD两边所受的安培力均为
F安=BIl=
又有AB、CD两边所受的安培力均与阻力平衡
ωm·=
解得导线框转动的最大角速度ωm=。
(3)转动稳定后达到最大角速度ω'm,AB、CD两边所受的安培力均与阻力平衡f=F'安
此时的感应电动势为E″=2Blv=Bl2ω'm
则此时的感应电流为I'==
AB、CD两边所受的安培力大小为
F'安=
则kω'm·=
解得ω'm=
设安培力的冲量为IA,由动量定理得2IA-2ft=2m·ω'm·
又IA=∑FAiΔt=∑Δt=
联立解得s=
代入ω'm,解得s=。
第2节　变压器　远距离输电
实验:探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系
变压器及其相关实验T1、3、4、5、7、8　　远距离输电T2、6、9
五年高考
1.★(2025福建,2,4分)在图(a)所示电路中,理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1,电阻R1的阻值是R2的2倍,电压表为理想电压表。若原线圈输入如图(b)所示的正弦交流电,则(　　)
A.交流电周期为2.25 s
B.电压表示数为12 V
C.流经副线圈的电流是流经R1的2倍
D.变压器的输入、输出功率之比为4∶1
1.答案　B
2.★★(2025广东,2,4分)如图所示,某光伏电站输出功率1 000 kW、电压400 V的交流电,经理想变压器升压至10 kV后,通过输电线输送到变电站。输电线的等效电阻R为5 Ω。下列说法正确的是(　　)
A.变压器原、副线圈匝数比为1∶100
B.输电线上由R造成的电压损失为500 V
C.变压器原线圈中的电流为100 A
D.变压器原、副线圈中电流的频率不同
2.答案　B
3.★★(2024浙江1月,5,3分)如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出u=5 sin 100πt V的交流电,经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10 kV,就会在打火针和金属板间引发电火花,实现点火。下列正确的是(　　)
A.<
B.<
C.用电压表测原线圈两端电压,示数为5 V
D.副线圈输出交流电压的频率是100 Hz
3.答案　B
4.★★(2023河北,5,4分)除颤仪是用于突发心室纤颤等心脏疾病的急救医疗设备,某型除颤仪电路原理如图。某次调试时交流电压表示数为20 V,电容器充电完毕,开关由“1”掷向“2”,放电电流平均值为2.8 A,放电时间约为10-2 s,已知电容器电容为2.0×10-5 F。则升压变压器原副线圈的匝数比约为(　　)
A.1∶25　　　　B.1∶50
C.1∶70　　　　D.1∶100
4.答案　B
5.(2025山东,14,8分)某实验小组为探究远距离高压输电的节能优点,设计了如下实验。所用实验器材为:
学生电源;
可调变压器T1、T2;
电阻箱R;
灯泡L(额定电压为6 V);
交流电流表A1、A2、A3,交流电压表V1、V2,开关S1、S2,导线若干。
部分实验步骤如下:
(1)模拟低压输电。按图甲连接电路,选择学生电源交流挡,使输出电压为12 V,闭合S1,调节电阻箱阻值,使V1示数为6.00 V,此时A1(量程为250 mA)示数如图乙所示,为　　　　mA,学生电源的输出功率为　　　　W。
(2)模拟高压输电。保持学生电源输出电压和电阻箱阻值不变,按图丙连接电路后闭合S2。调节T1、T2,使V2示数为6.00 V,此时A2示数为20 mA,则低压输电时电阻箱消耗的功率为高压输电时的　　　　倍。
(3)A3示数为125 mA,高压输电时学生电源的输出功率比低压输电时减少了　　　　W。
5.答案　(1)200　2.4　(2)100　(3)0.9
解析　(1)电流表表盘上每小格为5 mA,读数为200 mA。此时学生电源的输出功率P出1=I1U=0.2×12 W=2.4 W。
(2)低压输电时电阻箱消耗的功率为
PR1=P出1-PL1=I1U-I1U1=(0.2×12-0.2×6) W=1.2 W
由PR1=R得电阻箱连入电路的阻值R== Ω=30 Ω
高压输电时电阻箱功率为PR2=R=0.022×30 W=0.012 W
==100。
(3)高压输电时学生电源的输出功率为
P出2=I3U=0.125×12 W=1.5 W
电源输出功率的减小量ΔP=P出1-P出2=2.4 W-1.5 W=0.9 W。
三年模拟
6.★★(2026届江苏南京月考)白鹤滩水电站是实施“西电东送”的国家重大工程,若水电站的输出功率不变,输出电压提高为原来的10倍,则输电导线上的电流将减小为原来的(　　)
A.0.1　　　　B.0.01
C.0.05　　　　D.0.025
6.答案　A
7.★★★(多选)(2025届江西萍乡二模)如图为“日”字形理想变压器(铁芯左右对称)的示意图,中间和两臂上分别绕有匝数为n0、n1、n2的线圈,线圈匝数比n0∶n1∶n2=10∶4∶5,两臂电路中接有相同的电阻R。将中间线圈接入电压u0=36·sin 100πt(V)的交变电流,设通过铁芯左右两臂的磁通量相等,忽略磁损,电表均为理想电表,下列说法正确的是(　　)
A.三个线圈中磁通量的变化率都相同
B.电压表V1的示数为7.2 V
C.电压表V1和V2示数比为4∶5
D.电流表A1和A2示数比为5∶4
7.答案　BC
8.★★★(多选)(2026届云南昆明一中联考一)如图所示是磁吸基座无线充电器,当送电线圈接入u=220 sin πt(V)的交流电源后,手机上的受电线圈产生感应电流。手机即进入“无线超充模式”。若手机“超充模式”下的充电电压为20 V,充电电流为5 A,充电基座送电线圈接有理想电流表,受电线圈接有阻值为R=0.4 Ω的电阻,线圈电阻不计且充电过程中不计一切能量损失,则(　　)
A.送电线圈与受电线圈的匝数比为10∶1
B.电流表的示数为0.5 A
C.超充模式下,该充电器送电线圈的输入功率为110 W
D.若此手机的电池容量为5 000 mA·h,则超充模式下的充电时间为75分钟
8.答案　ABC
9.★★★★(2026届浙江七彩阳光一模)高铁运行中供给动力车厢线路的结构原理如图所示。通过牵引变电所的理想变压器把电压U1降到U2,动力车厢内的理想变压器再将U3降到U4后,为动力系统提供电能。两个理想变压器两端的匝数、电压和电流如图所示,输电线路电阻的阻值为r,则(　　)
A.I4=I1
B.U4=U1
C.r=
D.输入动力系统的功率为U1I1-U3I3
9.答案　A
微专题33　含变压器电路的动态分析
题组1　原线圈无负载
1.★★★(多选)(2026届云南曲靖罗平县二中9月考)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶2,原线圈所接交流电源的电压u随时间t按正弦规律变化,如图乙所示。已知定值电阻R0的阻值为5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为50 Ω,P为其滑片,电流表和电压表均为理想交流电表。下列说法正确的是(　　)
　
A.所用交流电频率为100 Hz
B.滑动变阻器R接入电路的阻值为20 Ω时,电压表示数为22 V
C.滑片P向下滑动,电流表示数变大
D.改变滑片P的位置,副线圈的最大输出功率为24.2 W
1.答案　BD
2.★★★(2026届湖南长沙雅礼中学月考)如图所示,理想变压器原线圈接在电压有效值恒定的交流电源上,定值电阻R1=3 Ω,R2=10 Ω,滑动变阻器最大阻值R=6 Ω,三只电表均为理想交流电表。滑动变阻器滑片从中间向上滑动到端点的过程中,电流表A2和电压表的读数变化量分别为ΔI2、ΔU,则下列判断正确的是(　　)
A.电流表A1的示数增大
B.电压表的示数不变
C.=13 Ω
D.R和R2消耗的总功率先增大后减小
2.答案　D
3.★★★(2026届浙江强基联盟一模)如图甲所示,矩形线框切割磁感线产生交流电压e=25 sin 100πt(V),它的匝数N=5、电阻r=1 Ω,将其接在如图乙所示的理想变压器的原线圈上。“220 V　22 W”的灯泡L正常发光,内阻为10 Ω的电风扇正常工作,电流表的示数为0.3 A。导线电阻不计,电压表和电流表均为理想电表,不计灯泡电阻的变化,矩形线框最大电流不能超过20 A。以下描述正确的是(　　)
　
A.矩形线框转动时最大磁通量为 Wb
B.当线圈从图甲所示位置经过时,理想电压表示数为22 V
C.原、副线圈上的电流比I1∶I2=44∶5
D.若将电风扇换成另一只与L完全相同的小灯泡,则电流表的示数变大
3.答案　B
4.★★★(多选)(2026届深圳实验中学开学考)如图甲所示为一理想变压器的原理图,原、副线圈的匝数分别为n1、n2,a、b为输入端,c、d为输出端。除了通过调节原、副线圈的匝数比来调节输出端的电压外,还可以通过调节R1和R2的比值来调节输出端的电压,若在a、b端接入如图乙所示的电压,电压随时间按正弦规律变化,电压表和电流表均为理想交流电表,则下列说法正确的是(　　)
　
A.输入端电压的变化规律为u=220·sin 100πt(V)
B.若n1∶n2=1∶10,输出端电压的有效值可能为1 100 V
C.若输入端的电压保持不变,原、副线圈的匝数比和R1的阻值不变,要使R2的功率最大,则有R2=R1
D.若输入端的电压保持不变,原、副线圈的匝数比和R1的阻值不变,增大电阻R2,则电流表示数变小,电压表示数增大
4.答案　BCD
题组2　原线圈含负载
1.★★★(2025湖南,6,4分)如图,某小组设计了灯泡亮度可调的电路,a、b、c为固定的三个触点,理想变压器原、副线圈匝数比为k,灯泡L和三个电阻的阻值均恒为R,交变电源输出电压的有效值恒为U。开关S与不同触点相连,下列说法正确的是　(　　)
A.S与a相连,灯泡的电功率最大
B.S与a相连,灯泡两端的电压为
C.S与b相连,流过灯泡的电流为
D.S与c相连,灯泡的电功率为
1.答案　B
2.★★★(多选)(2026届浙江绍兴期末)如图所示为自耦式变压器,输入端接u=200 sin 100πt(V)正弦式交变电流,调节P使原、副线圈匝数比为3∶1,调节Q使滑动变阻器的阻值R=R0,已知变压器为理想变压器,电压表为理想电压表,下列说法正确的是(　　)
A.电压表的读数为66.7 V
B.原、副线圈回路中电阻消耗的功率之比为1∶9
C.保持P的位置不变,将Q向下移动时,电压表示数保持不变
D.保持Q的位置不变,将P逆时针方向移动时,电阻R0消耗的功率将增大
2.答案　BD
3.★★★(多选)(2026届云南昆明一中联考二)如图所示,一内阻不计的交流发电机向某电路供电,发电机内部的磁场视为匀强磁场,线圈以角速度ω=10π rad/s,绕垂直于磁场的轴匀速转动,灯泡L1(100 V,100 W)、L2(50 V,50 W)、L3(100 V,100 W)均恰好正常发光,当线圈通过图示位置时,磁通量为Φ,理想交流电压表示数为U,已知发电机线圈的匝数为100,图中变压器为理想变压器,三个灯泡工作时电阻恒定,则(　　)
A.理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1
B.此时电压表的示数为0 V
C.磁通量Φ= Wb
D.若将滑动变阻器R的滑片向b端移动,灯泡L1将会变暗
3.答案　AC
4.★★★(2026届湖南名校联合体一模)如图所示,理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2=1∶2,R1为滑动变阻器,R2为电阻箱,电压表和电流表均为理想电表,两个定值电阻阻值均为R0,在a、b两端加上正弦交流电,在调节滑动变阻器滑片和电阻箱阻值的过程中,下列判断正确的是(　　)
A.仅将滑动变阻器滑片向右移,原、副线圈电路中定值电阻消耗的功率之比变大
B.仅将滑动变阻器滑片向右移,a、b端输入功率和变压器的输出功率均变大
C.仅将R2变大,电压表和电流表的示数均变大
D.仅将R2变大,电压表示数的变化量大小ΔU与电流表示数变化量大小ΔI的比值变大
4.答案　B
5.★★★★(2025届安徽合肥一中模拟)“西电东送”是我国实现经济跨区域可持续快速发展的重要保证,如图为模拟远距离高压输电示意图。已知升压变压器原、副线圈两端的电压分别为U1和U2,降压变压器原、副线圈两端的电压分别为U3和U4。在输电线路的起始端接入两个互感器,两个互感器原、副线圈的匝数比分别为30∶1和1∶20,各互感器和电表均为理想状态,则下列说法正确的是(　　)
A.电压互感器电压值为
B.若电压表的示数为100 V,电流表的示数为5 A,则输电线路损耗功率为300 kW
C.若保持发电机输出电压U1和输送功率不变,仅将滑片Q下移,则输电线损耗功率增大
D.发电机输出电压U1一定,增加用户数,为维持用户电压U4不变,可将滑片Q下移
5.答案　D
第3节　电磁振荡与电磁波
1.★★(多选)(2026届广东湛江部分学校一模)下列关于电磁现象和电磁波的叙述中,正确的是(　　)
A.电磁波在空间中传播时传播速度与所处介质有关
B.麦克斯韦发现了电磁感应现象并证实了相关理论
C.电磁波是一种传播方向和振动方向相互垂直的波
D.X射线一般可用于安检、医疗透视以及杀菌消毒
1.答案　AC
2.★★(2026届重庆七校联盟期末)理想变压器的原线圈通过a或b与频率为f、电压为u的交流电源连接,副线圈接有三个支路,如图所示(光敏电阻的阻值随着光照增加而减少)。当S接a时,三个灯泡均发光,下列说法正确的是(　　)
A.若电容C减小,则L1灯泡变暗
B.若频率f减小,则L2灯泡变暗
C.若RG上光照减弱,则L3灯泡变亮
D.若S接到b时,则三个泡均变暗
2.答案　A
3.★★(2026届四川广安中学开学考)在如图所示的电路中,L是直流电阻可以忽略的电感线圈,闭合开关S,电路稳定后突然断开开关S并开始计时,已知LC振荡电路的振荡周期为T,则在~时间内
(　　)
A.电容器在放电
B.灯泡越来越亮
C.A板所带的正电荷增加
D.L产生的自感电动势不变
3.答案　C
4.★★★(2025浙江1月,7,3分)有关下列四幅图的描述,正确的是(　　)
　
　
A.图1中,U1∶U2=n2∶n1
B.图2中,匀速转动的线圈电动势正在增大
C.图3中,电容器中电场的能量正在增大
D.图4中,增大电容C,调谐频率增大
4.答案　C
5.★★★(2026届广东六校联盟开学考)科技发展日新月异,一些曾经很流行的物件慢慢边缘化,如图1所示是一个收音机(简笔画),可以用来收听广播电台节目。广播电台将电磁波发射出去,人们通过调节收音机上的调频旋钮来选择自己想要收听的电台。收音机内部有一个LC振荡电路,需要调节其固有频率与要接收的电磁波频率相同,使接收到的信号最强。收音机的调频旋钮实际上就是个可调电容器,其原理简化图如图2所示,两个半圆形铜片中心通过塑料转轴连接,其中一片是定片,另一片是动片,旋动调频旋钮的时候,改变两个铜片的正对面积从而改变其电容,当前收音机正在接收中山人民广播电台(调频96.7 MHz)的节目,下列说法正确的是(　　)
　图1　　　　图2
A.不同频率的电磁波在相同介质中的传播速率相同
B.电磁波从真空进入水中,传播速度减小,波长变大
C.不同电台发出的电磁波到达收音机处,会发生干涉,有些时候信号加强,有些时候信号减弱
D.若要调台,改听中山音乐电台(调频88.8 MHz),则需要将图2中的动片逆时针旋转
5.答案　D

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