2020版高考物理大二轮复习专题强化训练12直流电和交流电
高考物理
专题强化训练(十二)
一、选择题
1.如图所示电路中，电压表、电流表均为理想电表，滑动变阻器的总阻值R大于定值电阻R0的阻值．闭合开关S，当滑动变阻器的滑片P从最上端向下滑动时( )
A．电压表V的示数先变大后变小，电流表A的示数变大
B．电压表V的示数先变小后变大，电流表A的示数变小
C．电压表V的示数先变大后变小，电流表A的示数先变小后变大
D．电压表V的示数先变小后变大，电流表A的示数先变大后变小
[解析] 外电路结构为滑动变阻器的上部分电阻R1与定值电阻R0串联后再与下部分电阻R2并联．根据R1＋R2＋R0＝R＋R0，可知两电阻接入电路的阻值为定值，则并联电阻R并＝＝，结合基本不等式的关系可知，当R1＋R0＝R2时，R并有最大值，此时外电路电阻最大．又滑动变阻器的总阻值R大于定值电阻R0的阻值，则当滑片从最上端下滑时，R并增大，当滑动至R1＋R0＝R2时，R并最大，根据闭合电路欧姆定律有I＝，可知电路中总电流先减小后增大，而由U＝E－Ir可知，电压表示数先增大后减小．当滑片向下滑动至R1＋R0
R2时，电路中的总电阻变小，电路中的总电流I增大，U减小，R1＋R0增大，则流过R1和R0串联部分的电流I1＝减小，又I＝I1＋I2，所以电流表示数I2＝I－I1增大，综上所述，在滑片从最顶端向下滑动的过程中，电流表示数I2一直增大．
[答案] A
2．(多选)(2019·天津南开中学一模)某温度检测、光电控制加热装置原理如下图所示．图中RT为热敏电阻(其阻值随温度升高而减小)，用来探测加热电阻丝R的温度，RG为光敏电阻(其阻值随光照强度增大而减小)，接收小灯泡L的光照．除RT、RG外，其他电阻均为定值电阻(虚线框内两元件距离很近)．当R处温度升高时( )
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A．L变亮 B．通过R3的电流减小
C．E2的路端电压增大 D．R消耗的功率减小
[解析] 当R处温度升高时，RT阻值变小，小灯泡L中的电流变大，L变亮，所以光照强度增大，RG阻值变小，通过R2的电流变大，E2的路端电压变小，R两端电压变小，通过R的电流也变小，R消耗的功率变小，通过R3的电流变大，故A、D正确．
[答案] AD
3．(多选)(2018·岳阳高三年级期中联考)如右图所示电路， C为电容器，D为理想二极管(具有单向导通作用)，电流表、电压表均为理想电表．闭合开关S至电路稳定后，调节滑动变阻器滑片P向左移动一小段距离，结果发现电压表V1的示数改变量大小为ΔU1，电压表V2的示数改变量大小为ΔU2，电流表A的示数改变量大小为ΔI，则下列判断正确的有( )
A．滑片向左移动的过程中，电容器所带的电荷量不变
B．的值变大
C．的值不变，且始终等于电源内阻r
D．滑片向左移动的过程中，电容器所带的电荷量要不断减小
[解析] 由题图可知R1与R串联，V1测R两端的电压，V2测路端电压，若P向左端移动，则滑动变阻器接入电路的阻值增大，电路中总电流减小，则内电压减小，路端电压增大，即电压表V2示数增大，R1两端的电压减小，则V1的示数增大．根据闭合电路欧姆定律U1＝E－I(R1＋r)，则＝R1＋r，所以的值不变，B错误．根据闭合电路欧姆定律U2＝E－Ir
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，则＝r，所以的值也不变，C正确．滑片向左移动的过程中，因为理想二极管具有单向导通作用，即使R1两端电压减少，电容器也不能放电，所以电容器所带的电荷量不变，A正确，D错误．
[答案] AC
4．(2019·海淀区期末综合练习)一个边长为6 cm的正方形金属线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，电阻为0.36 Ω.磁感应强度B随时间t的变化关系如下图所示，则线框中感应电流的有效值为( )
A.×10－5 A B.×10－5 A
C.×10－5 A D.×10－5 A
[解析] 由法拉第电磁感应定律，和欧姆定律，可得0～3 s内产生的感应电流I1＝2×10－5 A,3～5 s内产生的感应电流I2＝3×10－5 A，且与0～3 s内方向相反，于是可作出i随时间变化的图像如图所示．由有效值的定义，得IRt1＋IRt2＝I2Rt，代入数据可得I＝×10－5 A，故B选项正确．
[答案] B
5．(2019·曲靖四十九阶段性验收测试)如图甲所示，交流发电机的矩形金属线圈abcd的匝数n＝44，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M、N(集流环)焊接在一起，并通过电刷与一含有理想变压器的电路连接，L1、L2均为“24 V、11 W”的灯泡．现使线圈绕过bc和ad边中点且垂直于磁场的转轴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
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变化的图像如图乙所示．当开关S闭合时，灯泡均正常发光．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．变压器原、副线圈匝数比为55∶6
B．矩形线圈匀速转动的角速度为5 rad/s
C．矩形线圈中产生感应电动势的最大值为220 V
D．矩形线圈中产生感应电流的有效值为1 A
[解析] 由题图乙知T＝0.4 s，则ω＝＝5π rad/s，B错误；线圈中产生的感应电动势的最大值为Em＝nBSω＝nΦmω＝44××5π V＝220 V，C错误；原线圈两端电压的有效值为U1＝＝220 V，副线圈两端有效电压为U2＝24 V，变压器原、副线圈匝数比为＝＝，A正确；原线圈输入功率为P1＝2PL＝22 W，由P1＝I1U1得原线圈中的电流为I1＝0.1 A，D错误．
[答案] A
6．(2019·天津河东一模)在日常生活中，各种家用电器所使用的电压不同，经常需要用变压器把220 V交流电变成所需的电压．如图所示为原、副线圈匝数比为n1∶n2＝10∶1的理想变压器，b是原线圈中的中心抽头，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上u1＝220sin100πt(V)的交变电压，则( )
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A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为22 V
B．当单刀双掷开关与a连接时，把滑动变阻器滑片P向上移动，电流表的示数变大
C．单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈的输入功率变小
D．当单刀双掷开关由a扳向b时，再把滑动变阻器的滑片P向上移动，原线圈输入功率有可能不变
[解析] 当单刀双掷开关与a连接时，由＝，又n1∶n2＝10∶1，U1＝220 V，可得副线圈的电压U2＝22 V，则电压表的示数为22 V，故A错误；当单刀双掷开关与a连接时，因输入电压及原、副线圈匝数之比不变，则副线圈两端电压不变，所以电压表的示数不变；因变阻器滑片P向上移动，变阻器接入电路的电阻变大，则副线圈电流变小，电流表示数变小，故B错误；当单刀双掷开关由a扳向b时，原线圈匝数变小，根据＝，可知副线圈两端的电压U2变大，输出功率P2＝变大，又输入功率等于输出功率，所以原线圈输入功率变大，故C错误；当单刀双掷开关由a扳向b时，输出电压变大，调节滑动变阻器滑片到适当位置使其连入电路的电阻R变大，输出功率P2＝可能不变，又输入功率等于输出功率，所以有可能实现调节前、后原线圈输入功率相等，故D正确．
[答案] D
7．(2019·湖南永州一模)如图所示，在某一输电线路的起始端接入两个互感器，原、副线圈的匝数比分别为100∶1和1∶100，图中a、b表示电压表或电流表，已知电压表的示数为22 V，电流表的示数为1 A，则( )
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A．a为电流表，b为电压表
B．a为电压表，b为电流表
C．线路输送功率是22 kW
D．输电线路总电阻为22 Ω
[解析] 由题图可知，左侧为电压互感器，所以a表是电压表，右侧为电流互感器，所以b表是电流表，A错误，B正确．电压互感器原、副线圈的匝数比为100∶1，又电压表的示数为22 V，得原线圈的电压U＝2200 V；电流互感器原、副线圈的匝数比为1∶100，由电流表的示数为1 A，得原线圈的电流I＝100 A．所以电线输送功率P＝UI＝2.2×105 W＝220 kW，C错误．由已知条件无法求输电线电阻，D错误．
[答案] B
8．(2019·山东济宁期末)如图所示，某发电机输出功率是100 kW，输出电压是250 V，从发电机到用户间的输电线总电阻为8 Ω，要使输电线上的功率损失为5%，而用户得到的电压正好为220 V，则升压变压器和降压变压器原、副线圈匝数比分别是( )
A．16∶1 190∶11 B．1∶16 11∶190
C．1∶16 190∶11 D．16∶1 11∶190
[解析] 输电线损失功率P损＝100×103×5%W＝5×103 W，所以，输电线电流I2＝＝25 A，升压变压器原线圈电流I1＝＝400 A，故升压变压器原、副线圈匝数比＝＝.升压变压器副线圈端电压U2＝U1＝4000 V，输电线损失电压U损＝I2·R线＝200 V，降压变压器原线圈电压U3＝U2－U损＝3800 V，故降压变压器原、副线圈匝数比为＝＝.故选项C正确．
[答案] C
9.如图所示，在AB间接入U1＝311sin314t(V)的正弦交流电，通过理想变压器和相同的理想二极管D1、D2给阻值R＝20 Ω的纯电阻供电，变压器原线圈n1＝1100匝，副线圈n2＝200匝，Q为副线圈正中央抽头．为保证安全，二极管的反向耐压值至少为U0，设电阻R上消耗的电功率为P，则( )
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A．U0＝56.6 V，P＝20 W
B．U0＝28.3 V，P＝20 W
C．U0＝40 V，P＝80 W
D．U0＝80 V，P＝80 W
[解析] 交流电的有效值U1＝220 V，由＝得，U2＝40 V，对电阻来说，始终承载变压器输出电压的一半，即U2′＝20 V，其功率P＝＝20 W；对二极管来说，承载的反向电压始终是变压器的输出电压U2＝40 V，则二极管反向耐压值U0＝U2＝56.6 V，选项A正确，B、C、D错误．
[答案] A
二、非选择题
10. (2019·山西太原山大附中期末)如图所示，一个半径为r的半圆形单匝线圈，以直径ab为轴匀速转动，转速为n，ab的左侧有垂直于纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场，磁感应强度大小为B，M和N是两个集流环，负载电阻的阻值为R，线圈、电流表和连接导线的电阻不计，求：
(1)感应电动势的最大值．
(2)从图示位置起转过转的时间内负载电阻R上产生的热量．
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(3)从图示位置起转过转的时间内通过负载电阻R的电荷量．
(4)电流表的示数．
[解析] (1)交变电动势的最大值
Em＝BSω＝B·2πn＝π2Bnr2
(2)在线圈从图示位置转过转的时间内，电动势的有效值E＝＝
电阻R上产生的热量Q＝2R·＝
(3)在线圈从图示位置转过转的时间内，电动势的平均值＝
通过R的电荷量q＝Δt＝Δt＝＝
(4)设此交变电动势在一个周期内的有效值为E1，由有效值的定义得·＝T
解得：E1＝，故电流表的示数I＝＝
[答案] (1)π2Bnr2 (2) (3) (4)
11．(2019·江西临川模拟)如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝3∶1，原线圈电路中接有一量程为3 A的理想交流电流表，副线圈两端接有理想交流电压表、可变电阻R以及若干“6 V,6 W”的相同灯泡．输入端交变电压u的图像如图乙所示．
(1)求图甲中电压表的读数；
(2)要求灯泡均正常发光，求电路中最多允许接入的灯泡个数；
(3)为满足(2)中的要求，求可变电阻R应调到的电阻值．
[解析] (1)根据题图乙，可得原线圈电压的最大值U1m＝27 V，其有效值为U1＝27 V，根据n1∶n2＝U1∶U2，代入数据可得电压表的读数U2＝9 V.
(2)设原线圈中通过的电流为I1，副线圈中通过的电流为I2，为使副线圈接入的灯泡最多，则I1＝3 A，
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根据＝，
代入数据可得I2＝9 A，
正常发光时每个灯泡中电流为I灯＝＝1 A，
所以允许接入的灯泡个数为n＝＝9(盏)．
(3)电阻两端电压为UR＝U2－U灯＝3 V，
电阻阻值为R＝＝ Ω.
[答案] (1)9 V (2)9盏 (3) Ω
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