2019届高考物理二轮复习 专题限时训练10直流与交流电路-有答案

专题限时训练10 直流与交流电路
时间：45分钟
一、单项选择题
1．如图所示，电源的电动势为E 、内阻为r ，定值电阻R 的阻值也为r ，滑动变阻器的最大阻值是2r .当滑动变阻器的滑片P 由a 端向b 端滑动过程中，下列说法中正确的是( C )
A ．电压表的示数变大
B ．电流表的示数变小
C ．滑动变阻器消耗的功率变小
D ．定值电阻R 消耗的功率先变大后变小
解析：等效电路图如图所示．滑片从a 端滑向b 端，其接入电路的阻值R Pb 减小，由“串反并同”原则有，电压表示数减小，电流表示数增大，电阻R 消耗的功率增大，A 、B 、D 错误；把电阻R 当作电源内电阻(等效电源)，则R
内
＝2r ，R Pb 减小，且R Pb <2r ，等效电源的输出功率减小，即滑动变阻器的功率减小，C 正确．
2.在如图所示的电路中，闭合开关S 后，L 1、L 2两灯泡都正常发光，后来由于某种故障使L 2突然变亮，电压表读
数减小，由此推断，该故障可能是( D )
A ．L 1灯丝烧断
B ．电阻R 2断路
C ．电阻R 2短路
D ．电容器被击穿短路
解析：若电阻R 2短路，则通过L 2的电流为零，L 2不亮，选项C 错误；若L 1灯丝烧断，则总电阻增大，总电流减小，L 2两端电压减小，L 2变暗，选项A 错误；若R 2断路，则总电阻增大，电压表读数增大，总电流减小，L 1与R 1并联部分两端的电压减小，故L 2两端的电压增大，L 2变亮，选项B 错误；若电容器被击穿短路，则电路总电阻减小，路端电压减小，总电流增大，L 2变亮，D 正确．
3．(2018·新课标全国卷Ⅲ)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q 方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q 正．该电阻上电压的峰值均为u 0，周期均为T ，如图所示．则Q 方Q 正等于( D )
A
． 2 B.
2 C ．
1
D
．
解析：根据焦耳定律知热量与方波中的电流方向的变化无关，故Q 方＝u 20
R
T ；而正弦交流电电压的有效值等于峰值
的1
2
，故Q 正＝u 0
2
2
R
T ＝12·u 2
0R T ，所以Q 方Q 正＝2
1
，D 正确． 4．(2018·福建福州质检)某交流电源电动势随时间变化的规律如图所示，现用该电源对标称值为“5 V 10 W”
的电动机供电，电源内阻不计，下列说法正确的是( C )
A ．电动机的内阻为2.5 Ω
B ．电动机的发热功率为10 W
C ．通过电动机的电流为2 A
D ．通过电动机的电流为2 2 A
解析：由图知该电源电动势最大值为E m ＝5 2 V ，则有效值E ＝5 V ，通过电动机的电流I ＝10
5 A ＝2 A ，电动机
是非纯电阻元件，电动机内阻r <52
Ω＝2.5 Ω，电动机的发热功率P 热＝I 2
r <P 总＝10 W ，故A 、B 、D 错误，C 正确．
5．如图甲为某水电站的电能输送示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为
，降压变压器的副线圈接有负
载R ，升压、降压变压器之间的输电线路的总电阻为10 Ω，变压器均为理想变压器，升压变压器原线圈中接入如图乙所示的正弦式交变电压，输送功率为33 kW.下列说法正确的是( C )
A ．输电线上交变电流的变化周期为0.01s
B ．输电线中电流为150 A
C ．降压变压器原线圈输入电压为3 200 V
D ．输电线上功率损失为500 W
解析：由图乙所示的正弦式交变电压图象可知周期T ＝2×10－2
s ，变压器不改变交变电流的周期，所以输电线上交变电流的变化周期为0.02 s ，选项A 错误；升压变压器原线圈电压的最大值为311 V ，有效值U 1＝311
2 V ＝220 V ，
由U 1U 2＝n 1n 2得升压变压器副线圈的输出电压U 2＝n 2n 1U 1＝15×220 V＝3 300 V ，输电线中电流为I 2＝P U 2
＝10 A ，选项B 错误；输电线电压损失ΔU ＝I 2R ＝100 V ，降压变压器原线圈输入电压为U ＝U 2－ΔU ＝3 200 V ，选项C 正确；输电线上功率损失为P 损＝I 2
2R ＝1 000 W ，选项D 错误．
6．如图甲所示是一种振动发电装置的示意图，一个半径r ＝0.10 m 、匝数n ＝20匝的线圈套在永久磁铁槽中，槽中磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右侧视图如图乙所示)，线圈所在位置磁感应强度B 的大小均为B ＝0.60π
T ，线圈的电阻R 1＝0.50 Ω，它的引出线接有R 2＝9.50 Ω的小灯泡L ，为理想交流电流表．当线圈框架的P 端在外力作用下沿轴线做往复运动，便有电流通过灯泡．若线圈往复运动的规律如图丙所示(v 取向右为正)，则下列判断正确的是( C )
A ．电流表的示数为0.24 A
B ．0.01 s 时回路中的电流最大
C ．回路中交流电的频率为50 Hz
D ．0.015 s 时灯泡L 中电流的方向为从D →L→C
解析：由E ＝BLv 及v ­t 图象可知，线圈往复运动所产生的感应电流为正弦式交流电，则E m ＝nB ×2πrv m ＝2.4 V ，
电流的有效值I ＝
E m 2R 1＋R 2＝0.24
2
A ，A 错；由图象可知T ＝0.02 s ，f ＝50 Hz ，C 正确；t ＝0.01 s 时，v ＝0，
所以I ＝0，B 错；t ＝0.015 s 时，由右手定则可知，电流方向为C →L→D ，D 错．
二、多项选择题
7．(2018·河北石家庄模拟)如图甲所示的电路中电源电动势E ＝8 V ，电阻R 与一个电流传感器相连，传感器可以将电路中的电流随时间变化的曲线显示在计算机屏幕上，先将S 接2给电容器C 充电，再将S 接1，结果在计算机屏幕上得到如图乙所示的曲线，C 为图象上的一点，将该曲线描绘在坐标纸上(坐标纸上的小方格图中未画出)，电流坐标轴每小格表示0.1 mA ，时间坐标轴每小格表示0.1 s ，曲线与AOB 所围成的面积约为80个小方格．则下列说法正确的是( CD )
A ．充电电流由a 极板穿过电容器内部流向b 极板
B ．
C 点的坐标乘积表示电容器放电过程中流过电流传感器的电荷量 C ．电容器充电完毕时，所带电荷量约为8×10－4
C D ．电容器的电容约为10－4
F
解析：充电电流由电源正极流向a 极板，而不是由a 极板穿过电容器内部流向b 极板，选项A 错误；C 点的坐标乘积为矩形面积，小于电容器放电过程中流过电流传感器的电荷量，选项B 错误；根据图象的含义，因为Q ＝It ，所以方格的面积表示电容器放电的电荷量，也为充电的总电荷量，Q ＝0.1×10－3
×0.1×80 C＝8×10－4
C ，选项C 正确；
C ＝Q E ＝8×10－48
F ＝10－4
F ，选项D 正确． 8.(2018·株洲模拟)如图所示，先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电．第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化，如图甲所示；第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示．若图甲、乙中的U 0、T 所表示的电压、周期值是相等的，则以下说法正确的是( AD )
A ．第一次灯泡两端的电压有效值是
2
2
U 0 B ．第二次灯泡两端的电压有效值是3
2U 0
C ．第一次和第二次灯泡的电功率之比是
D ．第一次和第二次灯泡的电功率之比是
解析：第一次所加正弦交流电压的有效值为U 1＝
2
2
U 0，A 项正确；设第二次所加交流电压的有效值为U 2，则根据有效值的定义有U 22
R T ＝
2U 02
R
·T 2＋U 20
R ·T 2，解得U 2＝102U 0，B 项错误；根据电功率的定义式P ＝U 2R
可知，P 1P 2＝，
C 项错误，
D 项正确．
9．(2018·江苏四市调研)图甲为风力发电的简易模型，在风力的作用下，风叶带动与其固定在一起的永磁铁转动，转速与风速成正比．某一风速时，线圈中产生的正弦式电流如图乙所示，则( AD )
A ．电流的表达式为i ＝0.6sin10πt (A)
B ．磁铁的转速为10 r/s
C ．风速加倍时电流的表达式为i ＝1.2sin10πt (A)
D ．风速加倍时线圈中电流的有效值为0.6 2 A
解析：通过乙图可知电流的最大值为0.6 A ，周期T ＝0.2 s ，故ω＝2π
T
＝10π rad/s ，故电流的表达式为i ＝
0.6sin10πt (A)，故A 正确；电流的周期为T ＝0.2 s ，故磁铁的转速为n ＝1T ＝1
0.2 r/s ＝5 r/s ，故B 错误；风速加
倍时，角速度加倍，根据E m ＝nBS ω可知产生的感应电动势加倍，形成的感应电流加倍，故风速加倍时电流的表达式为i ＝1.2sin20πt (A)，故C 错误；根据C 的分析，形成的感应电流最大值I m ＝1.2 A ，故有效值为I ＝I m
2＝1.22
A ＝0.6 2 A ，故D 正确．
10.如图所示，C 1＝6 μF ，C 2＝3 μF ，R 1＝3 Ω，R 2＝6 Ω，电源电动势E ＝18 V ，内阻不计，下列说法正确的是( BC )
A ．开关S 断开时，a 、b 两点电势相等
B ．开关S 闭合后，a 、b 两点间的电流是2 A
C ．开关S 断开时C 1带的电荷量比开关S 闭合后C 1带的电荷量大
D ．不论开关S 断开还是闭合，C 1带的电荷量总比C 2带的电荷量大
解析：S 断开时外电路处于断路状态，两电阻中均无电流通过，电阻两端电势相等，由题图知a 点电势与电源负极电势相等，而b 点电势与电源正极电势相等，A 错误．S 断开时两电容器两端电压都等于电源电动势，而C 1>C 2，由
Q ＝CU 知此时Q 1>Q 2.当S 闭合时，稳定状态下C 1与R 1并联，C 2与R 2并联，电路中电流I ＝E
R 1＋R 2
＝2 A ，此时两电阻两
端电压分别为U 1＝IR 1＝6 V 、U 2＝IR 2＝12 V ，则此时两电容器所带的电荷量分别为Q 1′＝C 1U 1＝3.6×10－5
C 、Q 2′＝
C 2U 2＝3.6×10－5 C ，对电容器C 1来说，S 闭合后其两端电压减小，所带的电荷量也减小，故B 、C 正确，
D 错误．
三、计算题
11．“氢火焰离子化检测器”可以检测出无机物气体中极其微量的有机分子的含量，其装置如图所示，在氢火焰的作用下，有机物的分子电离为一价正离子和自由电子，而无机物的分子不会电离．设单位时间内有n 摩尔被检测气体进入检测器，调节滑动变阻器，使得电流表的示数逐渐变大，直到最大值I ，求有机物分子与被检测气体分子的数目的比值K 是多少？(阿伏加德罗常数为N A ，电子的电荷量为e )
解析：电流达到最大值I 后，表明电离出来的电子全部到达了阳极，设经过时间t 到达极板的电荷量为q ，则q ＝It ，被电离的有机物分子的数目N ′＝q e ＝It e ，则有机物分子与被测气体分子的数目的比值为K ＝
N ′ntN A ＝I
nN A e
. 答案：
1nN A e
12．如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场．已知线圈的匝数n ＝100匝，总电阻r ＝1.0 Ω，所围成矩形的面积S ＝0.040 m 2
，小
灯泡的电阻R ＝9.0 Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e ＝nB m S 2πT cos 2π
T
t ，其中B m 为磁感应强度的最大值，T 为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求：
(1)线圈中产生感应电动势的最大值； (2)小灯泡消耗的电功率；
(3)在磁感应强度变化的0～T
4
时间内，通过小灯泡的电荷量．
解析：(1)由图象知，线圈中产生的交变电流的周期T ＝3.14×10－2
s ，所以E m ＝nB m S ω＝2πnB m S T
＝8.0 V.
(2)电流的最大值I m ＝
E m
R ＋r
＝0.80 A ，有效值I ＝
I m
2
＝
225
A ，小灯泡消耗的电功率P ＝I 2
R ＝2.88 W. (3)在0～T
4时间内，电动势的平均值E ＝nS ΔB Δt ，平均电流I ＝E R ＋r ＝nS ΔB
R ＋r Δt
，流过灯泡的电荷量Q ＝I Δt
＝
nS ΔB R ＋r
＝4.0×10－3
C. 答案：(1)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×10－3
C。