版高考物理三轮增分练习 专练15.docx

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版高考物理三轮增分练习专练15

专练15　直流电路和交流电　变压器

题型29　直流电路和交流电

1．如图1所示的电路中，R1是定值电阻，R2是光敏电阻，电源的内阻不能忽略．闭合开关S，当光敏电阻上的光照强度增大时，下列说法中正确的是（　　）

图1

A．通过R2的电流减小

B．电源的路端电压减小

C．电容器C所带的电荷量增加

D．电源的效率增大

答案　B

解析　当光敏电阻上的光照强度增大时，光敏电阻的阻值会减小，电路的总电阻减小，电路中的总电流增大，流过R2的电流增大，故A错误；电路中的总电流增大，路端电压减小，故B正确；路端电压就减小，电容器两端的电压减小，电容器所带的电荷量减小，故C错误；电源效率：

η＝

＝

＝

＝1－

，总电路的电阻减小，所以电源的效率就减小，故D错误．

2．如图2所示，图中的三个电表均为理想电表，当滑动变阻器滑片P向左端缓慢移动时，下面说法中正确的是（　　）

图2

A．电压表

的读数减小，电流表

的读数增大

B．电压表

的读数增大，电压表

的读数增大

C．电阻RP消耗的功率增大，电容器C所带电荷量增加

D．电压表

的读数减小，电流表

的读数减小

答案　D

解析　P向左端缓慢移动，RP增大，R总＝r＋R1＋R2＋RP增大，电流表读数I＝

减小，

测量R2两端的电压U2＝IR2减小，故D正确.

测量R2和RP的总电压，或电源和R1的外电压，即U1＝I（R2＋RP）＝E－I（r＋R1）故增大，A、B错误．电阻RP消耗的功率P＝I2RP，不能确定，但电容器C所带电荷量Q＝CU1增大，故C错误．

3．（多选）如图3所示的电路中，电源电动势为E，内电阻为r，平行板电容器C的两金属板水平放置，R1和R2为定值电阻，P为滑动变阻器R的滑动触头，G为灵敏电流计，A为理想电流表．开关S闭合后，C的两板间恰好有一质量为m、电荷量为q的油滴处于静止状态，则以下说法正确的是（　　）

图3

A．在P向上移动的过程中，A表的示数变大，油滴仍然静止，G中有由a至b的电流

B．在P向上移动的过程中，A表的示数变小，油滴向上加速运动，G中有由b至a的电流

C．在P向下移动的过程中，A表的示数变大，油滴向下加速运动，G中有由a至b的电流

D．在P向下移动的过程中，A表的示数变小，油滴向上加速运动，G中有由b至a的电流

答案　BC

解析　油滴原来处于平衡状态，重力和静电力平衡；电容器与滑动变电阻R、电阻R2并联后与R1串联，滑片P向上移动，电阻R变大，电路总电阻变大，电流变小，电容器两端电压为：

U＝E－I（r＋R1），故电容器两端电压变大，带电荷量变大，电场力变大，粒子向上加速，电容器充电，故电流从b到a，故A错误，B正确；在将滑动变阻器滑片P向下移动的过程，电阻R变小，电路总电阻变小，电流变大，电容器两端电压为：

U＝E－I（r＋R1），故电容器两端电压变小，带电荷量变小，电场力变小，粒子向下加速，电容器放电，故电流从a到b，故C正确，D错误．

4．（多选）如图4所示的电路中，E为电源，R0为定值电阻，R1为光敏电阻（其电阻随光照强度增大而减小），R2、R3为滑动变阻器，C为平行板电容器．当开关S闭合时，电容器两极板间有一带电微粒恰好处于静止状态．下列说法正确的是（　　）

图4

A．只逐渐增大照在R1上的光照强度，电阻R0消耗的电功率变大，带电微粒向上运动

B．只将R3的滑动端P3向上端移动时，电源消耗的功率变大，带电微粒向上运动

C．只将R2的滑动端P2向下端移动时，带电微粒向下运动

D．断开开关S，带电微粒将向下运动

答案　AD

解析　只逐渐增大R1的光照强度，R1的阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，电阻R0消耗的电功率变大，滑动变阻器的电压变大，电容器两端的电压增大，两板间的场强增大，故微粒向上运动，故A正确；R3与电容器串联，只将R3的滑动端P3向上端移动时，电路稳定时相当于导线，故改变R3的滑片的位置不会影响电路中电流及电压，故带电微粒静止不动，故B错误；只调节电阻R2的滑动端P2向下端移动时，电容器并联部分的电阻变大，所以电容器两端的电压变大，两板间的场强增大，故带电微粒向上运动，故C错误；若断开开关S，电容器处于放电状态，电荷量变小，板间场强减小，带电微粒所受的电场力减小，将向下运动，故D正确．

5．（多选）如图5所示，图甲中M为一电动机，当滑动变阻器R的滑片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示．已知电流表读数在0.2A以下时，电动机没有发生转动．不考虑电表对电路的影响，以下判断错误的是（　　）

图5

A．电路中电源电动势为3.6V

B．变阻器滑片向右滑动时，V2读数逐渐减小

C．此电路中，电动机的最大输出功率减小

D．变阻器的最大阻值为30Ω

答案　BC

解析　由电路图甲知，电压表V2测量路端电压，电流增大时，内电压增大，路端电压减小，所以最上面的图线表示V2的电压与电流的关系．此图线的斜率大小等于电源的内阻，为r＝

Ω＝2Ω.当电流I＝0.1A时，U＝3.4V，则电源的电动势E＝U＋Ir＝3.4＋0.1×2V＝3.6V，故A正确；变阻器滑片向右滑动时，R阻值变大，总电流减小，内电压减小，路端电压即为V2读数逐渐增大，故B错误；由图可知，电动机的电阻rM＝

Ω＝4Ω.当I＝0.3A时，U1＝3V，电动机输出功率最大，最大为P＝U1I－I2rM＝3V×0.3A－（0.3A）2×4Ω＝0.54W，此电路中，变阻器滑片向右滑动时，R阻值变大，总电流减小，电动机的最大输出功率减小；变阻器滑片向左滑动时，R阻值变小，总电流增大，电动机的最大输出功率增大，故C错误；当I＝0.1A时，电路中电流最小，变阻器的电阻为最大值，所以R＝

－r－rM＝（

－2－4）Ω＝30Ω，故D正确．本题选错误的，答案BC.

6．一质量为m、电阻为r的金属杆ab，以一定的初速度v0从一光滑平行金属导轨底端向上滑行，导轨平面与水平面成30°角，两导轨上端用一电阻R相连，如图1所示，磁场垂直斜面向上，导轨的电阻不计，金属杆始终与导轨接触良好，金属杆向上滑行到某一高度之后又返回到底端时的速度大小为v，则金属杆在滑行过程中（　　）

图6

A．线圈平面与磁场垂直时，交流电流表A的示数最小

B．线圈平面与磁场平行时，流经定值电阻R的电流最大

C．线圈平面与磁场垂直时，通过线圈的磁通量变化率最大

D．线圈平面与磁场平行时，通过线圈的磁通量最大

答案　B

7．图7甲是小型交流发电机的示意图，在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示．发电机线圈内阻为10Ω，外接一只电阻为90Ω的灯泡，不计电路的其他电阻，则（　　）

图7

A．t＝0时刻线圈平面与中性面垂直

B．每秒钟内电流方向改变100次

C．灯泡两端的电压为22V

D．0～0.01s时间内通过灯泡的电荷量为0

答案　B

解析　由题图乙可知t＝0时感应电动势为零，处于中性面上，故A错误；由题图乙可知周期T＝0.02s，线圈每转一周，电流方向改变两次，每秒电流方向改变100次，故B正确；由题图乙可知交流电电动势的最大值是Em＝31.1V，有效值为：

E＝

≈22V，根据闭合电路的分压特点得电压表的示数为：

U＝

E＝

×22V＝19.8V，故C错误；根据q＝

得：

0～0.01s时间内通过灯泡的电荷量为q＝

①

Em＝BSω＝BS

＝100πBS②

代入数据①②联立得：

q≈0.00198C，故D错误．

8．（多选）图8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．线圈绕垂直于磁场方向的水平轴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象如图乙所示，以下判断正确的是（　　）

图8

A．线圈转动的角速度为50πrad/s

B．电流表的示数为10

A

C．0.01s时线圈平面与磁场方向平行

D．0.02s时电阻R中电流的方向自左向右

答案　CD

解析　周期T＝0.02s，角速度ω＝

＝100πrad/s，故A错误；由题图乙可知交流电电流的最大值是Im＝10

A，由于电流表的示数为有效值，故示数I＝

A＝10A，故B错误；0.01s时线圈中的感应电流达到最大，感应电动势最大，则穿过线圈的磁通量变化最快，磁通量为0，故线圈平面与磁场方向平行，故C正确；由楞次定律可判断出0.02s时流过电阻的电流方向自左向右，故D正确．

题型30　变压器和远距离输电问题

1．（多选）如图1所示为街头变压器通过降压给用户供电的示意图．变压器和用户之间两条输电线的总电阻用R0表示，用电器增加时相当于R的阻值减小（滑动片向下移）.

和

是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；和是理想交流电流表，示数分别用I1和I2表示．忽略变压器上的能量损失，输入电压恒定．下列说法正确的是（　　）

图1

A．用电器数目增加时，用电器两端电压减小

B．用电器数目增加时，两电流表示数I1、I2不变

C．变压器的输入功率与用电器数目增减无关

D．滑片P向上滑动的过程中，输电线上的功率损耗减小

答案　AD

解析　当用电器数目增加时，相当于R的阻值减小，电路中的总的电阻减小，所以电流I2要变大，即A2的示数变大，由于副线圈的电流变大，电阻R0消耗的电压变大，又因为V2的示数不变，所以用电器两端电压减小，故A正确，B错误；由于变压器的输入的功率和输出的功率相等，由于副线圈的电阻减小了，输出的功率变大了，所以原线圈的输入的功率也要变大，故C错误；滑片P向上滑动的过程中，相当于R的阻值增大，电流I2要变小，输电线上的功率损耗减小，故D正确．

2．如图2所示，理想变压器的原线圈接有交变电压U，副线圈接有光敏电阻R1（光敏电阻阻值随光照强度增大而减小）和定值电阻R2.则（　　）

图2

A．仅增强光照时，原线圈的输入功率减小

B．仅向下滑动P时，R2两端的电压增大

C．仅向下滑动P时，R2消耗的功率减小

D．仅增大U时，R2消耗的功率减小

答案　B

解析　根据变压器原理，仅增强光照时，输出电压不变，随光照增强，R1变小，输出总电阻变小，输出功率增大，则输入功率增加，A错误；仅向下滑动P时，原线圈匝数减少，根据

＝

，U2＝

U1，若n1减小，则U2增大，B正确，C错误；仅增大U时，输出电压增大，R2消耗的功率增大，D错误．

3．（多选）如图3，是一个小型电风扇电路简图，其中理想变压器的原、副线圈的匝数比为n，原线圈接电压为U的交流电源，输出端接有一只电阻为R的灯泡L和风扇电动机D，电动机线圈电阻为r.接通电源后，电风扇正常运转，测出通过风扇电动机的电流为I，则下列说法正确的是（　　）

图3

A．风扇电动机D两端的电压为Ir

B．理想变压器的输入功率为

C．风扇电动机D输出的机械功率为

－I2r

D．若电风扇由于机械故障被卡住，则通过原线圈的电流为

答案　CD

解析　风扇电动机是非纯电阻，因此其两端电压不能为Ir，应该与灯泡的电压相等，故A错误；理想变压器的原、副线圈的匝数比为n，原线圈接电压为U的交流电源，则输出端电压为

，而电动机的输入功率为

，灯泡的功率为I2R＝

，输入功率等于输出功率，为

＋

，故B错误；电动机的输入功率为

，而电动机的线圈电阻消耗的功率为I2r，则电动机D的机械功率为

－I2r，故C正确；因为副线圈两端的电压为

，若电风扇由于机械故障被卡住，则副线圈回路可视为纯电阻电路，该回路的等效电阻为

，所以副线圈中的电流为

，通过原线圈的电流为

，D正确．

4．（多选）如图4所示，一理想变压器原线圈接正弦交变电源，副线圈接有三盏相同的灯（不计灯丝电阻的变化），灯上均标有（36V,6W）字样，此时L1恰正常发光，图中两个电表均为理想电表，其中电流表显示读数为0.5A，下列说法正确的是（　　）

图4

A．原、副线圈匝数之比为3∶1

B．变压器的输入功率为12W

C．电压表的读数为18V

D．若L3突然断路，则L1变暗，L2变亮，输入功率减小

答案　CD

解析　因L1正常发光，L1两端的电压为36V，电流I＝

＝

A＝

A，L2、L3的电流均为

A，两端的电压为18V，电功率为1.5W，所以副线圈的输出电压为36V＋18V＝54V，副线圈的输出功率为6W＋1.5W＋1.5W＝9W，原线圈输入的功率也为9W；由变压比公式

＝

知，

＝

，

＝

，当L3断路时，副线圏的电压不变，总电阻增大，电流变小，L1变暗，L2两端的电压变大，L2变亮，总功率变小，由P＝

，U不变，R总增大．

5．如图5甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1＝20Ω，R2＝30Ω，C为电容器，已知通过R1的正弦交流电如图乙所示，则（　　）

图5

A．交流电的频率为0.02Hz

B．原线圈输入电压的最大值为282.8V

C．电阻R2的电功率约为6.67W

D．通过R3的电流始终为零

答案　C

解析　根据变压器原理可知原、副线圈中电流的周期、频率相同，周期为0.02s，频率为50Hz，A错；由题图乙可知通过R1的电流最大值为Im＝1A，根据欧姆定律可知其最大电压为Um＝20V，再根据原、副线圈的电压之比等于匝数之比可知原线圈输入电压的最大值为200V，B错；根据正弦交流电的峰值和有效值关系及并联电路特点可知，通过电阻R2的电流有效值为I＝

，电压有效值为U＝

，电阻R2的电功率为P2＝UI≈6.67W，所以C对；因为电容器有通交流、隔直流的作用，则有电流通过R3和电容器，D错．

6．（多选）如图6所示，一理想变压器原、副线圈的匝数比为n1∶n2＝10∶1，原线圈通过一理想电流表A接在u＝200

sin100πtV的正弦交流电源上，一个二极管D和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端，理想电压表V和电阻R并联．假设该二极管D的正向电阻为零，反向电阻为无穷大，则（　　）

图6

A．交流电压表示数为20V

B．交流电压表示数为14.1V

C．减小负载电阻的阻值R，电流表的读数变小

D．将二极管短路，电流表的读数加倍

答案　BD

解析　由

＝

，副线圈电压的有效值为U2＝20V，因为二极管具有单向导电性，由此根据焦耳定律得：

＝

T′，U2′＝

≈14.1V，交流电压表示数为14.1V，A错误，B正确；减小负载电阻的阻值R，由P＝

知，副线圈输出功率变大，原线圈输出功率也变大，电流表的读数变大，故C错误；将二极管短路，输出功率变为原来的两倍，而原线圈输入电压不变，则电流变为原来的两倍，故D正确．

7．（多选）远距离输电的原理图如图7所示，升、降压变压器原、副线圈的匝数、电压、电流、线路电阻如图．变压器为理想变压器，则下列关系式正确的是（　　）

图7

A.

＝

B．I2＝

C．I1U1＝I2U2

D．若n2增加，用户得到的电压增大

答案　CD

解析　升压变压器电流之比等于匝数的反比，故A错误；U2是输电导线及降压变压器两端的电压之和，不能只对导线由欧姆定律求电流，故B错误；理想变压器输入功率等于输出功率，故I1U1＝I2U2，故C正确；变压器电压之比等于匝数之比，若n2增加，U2增大，输电线上电流I2＝

减小，损失电压ΔU＝I2R减小，故用户得到的电压增大，故D正确．

8．（多选）图8甲是远距离输电线路的示意图，图乙是发电机输出电压随时间变化的图象，则（　　）

图8

A．发电机输出交流电压的有效值约为500V

B．用户用电器上交流电的频率是100Hz

C．输电线的电流只由升压变压器原、副线圈的匝数比决定

D．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小

答案　AD

解析　由图象可知交流电压的最大值为Um＝707V，因此其有效值为U＝

V≈500V，故A正确；发电机的输出电压随时间变化的关系，由图可知，T＝0.02s，故f＝

＝

Hz＝50Hz，故B错误；输电线的电流由输送的功率与电压决定的，与降压变压器原、副线圈的匝数比无关，故C错误；当用户用电器的总电阻增大时，用户的功率减小，降压变压器的输出功率减小，则输入的功率减小，输入的电流减小，输电线上损失的功率减小，故D正确．