2023新教材高考物理二轮专题复习专题强化训练12直流电路与交流电路

专题强化训练12 直流电路与交流电路
选择题(1～10题为单项选择题，11～14题为多项选择题)
1．[2022·浙江6月]下列说法正确的是( )
A．恒定磁场对静置于其中的电荷有力的作用
B．小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向
C．正弦交流发电机工作时，穿过线圈平面的磁通量最大时，电流最大
D．升压变压器中，副线圈的磁通量变化率大于原线圈的磁通量变化率
2．如图是手机无线充电器的模型，其工作原理与理想变压器相同，已知发射、接收线圈匝数比n1∶n2＝5∶1，C、D端输出电流i＝2sin (2π×105t)(A)，则A、B端输入电流的( )
A．频率为50 kHz B．周期为2×10－5 s
C．有效值为0.2 A D．最大值为2 A
3．[2022·广东押题卷]如图所示，原线圈输入稳定交流电压，S开关处于断开状态．某时刻灯泡L1稍微暗了一些，则原因可能是( )
A．输入电压增大B．S开关闭合
C．电阻R发生短路D．电流表发生断路
4．[2022·浙江绍兴月考]如图所示为振动手电筒的示意图，通过摇晃手电筒使磁铁与线圈发生相对运动来给储电器充电，储电器再给LED灯泡供电．一般来回摇晃手电筒的平均作用力约为2.0 N，平均速度约为0.85 m/s，机械能的四分之三可以转化成LED灯泡正常发光时的电能．已知LED灯泡正常发光的电压为3.1 V，电流为32 mA.下列说法正确的是( )
A．摇晃过程线圈磁通量保持不变
B．LED灯泡的电阻约为1 000 Ω
C．摇晃手电筒的机械功率约0.1 W
D．手电筒摇晃1 min，灯泡约可正常发光13 min
5．随着经济发展，用电需求大幅增加，当电力供应紧张时，有关部门就会对部分用户进行拉闸限电．如图是远距离输电的原理图，假设发电厂输出电压恒定不变，输电线的电阻为R，两个变压器均为理想变压器．在某次拉闸限电后(假设所有用电器可视为纯电阻)电网中数据发生变化，下列说法正确的是( )
A．降压变压器的输出电压U4减小了
B．升压变压器的输出电流I2增加了
C．输电线上损失的功率减小了
D．发电厂输出的总功率增加了
6．[2022·安徽宣城二调]图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO′(OO′沿水平方向)匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R＝10 Ω连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数是10 V．图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图像．线圈内阻不计，则( )
A.此交流发电机的电动势平均值为102 V
B.t＝0.02 s时R两端的电压瞬时值为零
C．R两端的电压u随时间t变化的规律是u＝102·cos (100πt)V
D．当ab边速度方向向上时，它所受安培力的方向也向上
7.
[2022·山东卷]如图所示的变压器，输入电压为220 V，可输出12 V、18 V、30 V电压，匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u＝U m cos (100πt).单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表，电压表的示数为0.1 V．将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时，功率为12 W．下列说法正确的是( )
A．n1为1 100匝，U m为220 V
B．BC间线圈匝数为120匝，流过R的电流为1.4 A
C．若将R接在AB两端，R两端的电压为18 V，频率为100 Hz
D．若将R接在AC两端，流过R的电流为2.5 A，周期为0.02 s
8．[2022·广东押题卷]图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝5∶1，电阻R ＝20 Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，阻值均为10 Ω，S1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图所示．现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光．下列说法正确的是( )
A.输入电压u的表达式u＝202sin 50πt(V)
B.只断开S2后，L1、L2均正常发光
C．只断开S2后，原线圈的输入功率为0.8 W
D.若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.4 W
9．[2022·山东押题卷]如图，变压器的输入端接入u1＝2202sin 100πt(V)的交流电，开关S接1，当滑动变阻器接入电路的阻值为20 Ω时，此时电压表的读数为102 V．变压器为理想变压器，二极管正向电阻不计，所有电表均为理想电表，下列说法正确的是( )
A．若只将滑动变阻器的滑片向下滑动，则电流表示数减小，电压表示数增大
B．若只将S从1拨到2，电流表示数变大
C．S接1时，原、副线圈中接入电路的匝数之比为11∶1
D．1 min内滑动变阻器产生的热量为400 J
10．[2022·湖南押题卷]如图所示，理想变压器原线圈与矩形线圈abcd组成闭合电路，副线圈接有定值电阻R1和滑动变阻器R2.线圈abcd在有界匀强磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动，磁场只分布在bc边的左侧，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里．线圈abcd的面积为S，角速度大小为ω，匝数为N，其电阻忽略不计，图中各电表均为理想电表．开关闭合后，下列说法正确的是( )
A．当滑动变阻器的滑片向上滑动时，电流表A的示数变小
B．在线圈abcd的转动过程中，通过其磁通量的最大值为NBS
C．当变压器原线圈的滑片向下滑动时，电压表V的示数变小
D．若线圈abcd转动的角速度大小变为2ω，则变压器原线圈电压的有效值为NBSω11．[2022·湖北卷]近年来，基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用，其简化的充电原理图如图所示．发射线圈的输入电压为220 V、匝数为1 100匝，接收线圈的匝数为50匝．若工作状态下，穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%，忽略其它损耗，下列说法正确的是( )
A．接收线圈的输出电压约为8 V
B．接收线圈与发射线圈中电流之比约为22∶1
C．发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同
D.穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同
12．如图所示为一种海上导航浮标的简化原理图．固定的内圆筒上绕有线圈．某段时间内，海浪驱动固定在外浮筒的磁体相对于线圈运动产生正弦式交变电流，频率为 1 Hz，电压最大值为31 V．理想变压器原、副线圈匝数比为1∶10，原线圈接内圆筒线圈的输出端，副线圈接指示灯．下列说法正确的是( )
A．通过指示灯电流的频率为10 Hz
B．指示灯两端电压的有效值约为220 V
C．指示灯消耗的电功率等于变压器的输入功率
D.变压器的输入电压与绕在内圆筒上线圈的匝数无关
13．[2022·山东押题卷]一交流发电机线圈内磁通量随时间的变化规律如图甲所示．已知发电机线圈的匝数N＝50匝，其总电阻r＝2.5 Ω.乙图中灯泡的额定电压为48 V，额定功率为153.6 W．现将该发电机产生的电压接在乙图中理想降压变压器原线圈的a、b两端，此时灯泡正常发光．则( )
A．发电机线圈产生的电动势瞬时值表达式为e＝1002sin (100πt) V
B．灯泡正常工作时的电阻为15 Ω
C．理想降压变压器原、副线圈匝数之比为2∶1
D．发电机线圈的热功率为102.4 W
14．[2022·重庆押题卷]理想变压器原线圈匝数n1＝270匝，输入如图甲所示的正弦交变电压．P是副线圈上的滑动触头，当P处于如图乙所示位置时，副线圈连入电路的匝数n2＝135匝，灯泡L恰能正常发光，电容器C刚好不被击穿，R是滑动变阻器．下列说法正确的是( )
A ．电容器的击穿电压为112 V
B ．若R 的滑片不动，向下移动P ，则电容器的电容变小
C ．若R 的滑片不动，向下移动P ，则原线圈的输入功率变大
D ．若P 不动，向上移动R 的滑片，则灯泡变暗
专题强化训练12 直流电路与交流电路
1．解析：恒定磁场对静置于其中的电荷没有力的作用，选项A 错误；小磁针N 极在磁场中的受力方向指向该点的磁感应强度方向，选项B 正确；正弦交流发电机工作时，穿过线圈平面的磁通量最大时，磁通量的变化率为零，电流为零，选项C 错误；变压器副线圈的磁通量变化率和原线圈的磁通量变化率相等，与线圈匝数无关，选项D 错误．
答案：B
2．解析：变压器不改变周期和频率，所以周期为T ＝2πω ＝10－5 s ，频率为f ＝1T
＝105 Hz ＝100 kHz ，故A 、B 错误；C 、D 端输出电流的最大值为2 A ，由n 1
n 2 ＝I 2m I 1m
可得A 、B 端输入电流的最大值为I 1m ＝
25 A ，A 、B 端输入电流的有效值为I 1＝I 1m 2
＝0.2 A ，故C 正确，D 错误．
答案：C
3．解析：如果输入电压U 1变大，则U 2变大，根据U L1＝R L1R ＋R L1
U 2，可知L 1两端电压变大，灯泡L 1变亮，故A 错误；若S 闭合，则并联电阻变小，副线圈总电阻变小，副线圈电流I 2变大，则根据U L1＝U 2－I 2R ，可知L 1两端电压变小，灯泡L 1变暗，故B 正确；若电阻R 发生短路则U L1＝U 2，L 1两端电压变大，灯泡L 1变亮，故C 错误；电流表发生断路，则原线圈电流为零，副线圈电流为零，L 1应熄灭，故D 错误．
答案：B
4．解析：摇晃过程中，磁铁与线圈相对位置发生变化，线圈内磁通量改变，产生感应
电流给储电器充电，A 错误；灯泡电阻为R ＝U I ＝3.10.032
Ω＝96.875 Ω，B 错误；摇晃手电筒的机械功率约P ＝Fv ＝2×0.85 W＝1.7 W ，C 错误；灯泡的电功率为P 灯＝UI ＝3.1×0.032
W ＝0.099 2 W ，手电筒摇晃1 min ，灯泡可正常发光的时间约为t ＝W P 灯 ＝1.7×60×340.099 2
s≈13 min ，D 正确．
答案：D
5．解析：拉闸限电后，用电器减少，意味着并联支路减少，用户端总电阻增加，I 4减小，I 2＝I 3也随着减小，输电线上的电压损失ΔU 减小，由于发电厂输出电压U 1恒定，输送电压U 2也恒定，根据U 2＝ΔU ＋U 3，可知U 3增加，U 4也增加，故A 、B 错误；根据ΔP ＝I 22 R ，可知输电线上损失的功率减小了，故C 正确；I 2减小，I 1也随着减小，发电厂输出电压U 1恒定，所以发电厂输出总功率减小，故D 错误．
答案：C
6．解析：矩形线圈相当于电源，若绕垂直于磁场的转轴匀速转动，将产生正弦交流电，电阻R ＝10 Ω，电压表示数10 V ，说明U m
2 ＝10 V ，即U m ＝102 V ．根据乙图t ＝0时磁
通量等于0，可判断t ＝0时电压最大，所以电压随时间变化的规律为u ＝102 cos （100πt ）V ，C 正确；t ＝0.02 s 时u ＝102 V ，B 错误；根据楞次定律，感应电流总是阻碍线圈的转动，所以当ab 边速度方向向上时，它所受安培力的方向向下，D 错误；电动势最大值为E m ＝102 V ，平均值一定小于102 V ，A 错误．
答案：C
7．解析：根据理想变压器的变压规律有U
n 1 ＝0.1 V 1
，代入U ＝220 V 得n 1＝2 200，U m ＝2 U ＝2202 V ，A 错误；由功率与电压的关系得U BC ＝PR ＝12 V ，根据理想变压器的
变压规律有U
n 1 ＝U BC n BC ，代入数据解得n BC ＝120，由欧姆定律得I ＝U BC R
＝1 A ，B 错误；由以上分析结合题意可知U AB ＝18 V ，U AC ＝30 V ，变压器不改变交流电的频率，故f ＝ω2π
＝50 Hz ，C 错误；由欧姆定律得I ′＝
U AC R ＝2.5 A ，周期T ＝1f ＝0.02 s ，D 正确． 答案：D
8．解析：由图乙可知周期为T ＝0.02 s ，则有ω＝2πT
＝100π，所以输入电压u 的表达式应为u ＝202 sin 100πt （V ），A 错误；将S 1接1，S 2闭合时，L 2正常发光，L 2的电压为副线圈的输出电压U 2，当只断开S 2时，L 1接入电路，与L 2串联，L 1、L 2的电压都只为副线圈的输出电压的一半，故L 1、L 2均不能正常发光，B 错误；只断开S 2后，负载电阻变为原来的2倍，副线圈输出电压不变，由图乙可知原线圈的输入电压有效值为U 1＝20 V ，副线圈输
出电压U 2＝n 2n 1 U 1＝15 ×20 V＝4 V ，由输入功率等于输出功率P 入＝P 出＝U 2
2 2R L ＝422×10 W ＝0.8 W ，C 正确；若S 1换接到2后，电阻R 两端电压有效值为U 2＝4 V ，R 消耗的电功率为P
＝U 2
2 R ＝4220 W ＝0.8 W ，D 错误． 答案：C
9．解析：若只将滑动变阻器的滑片向下滑动，负载电阻增大，则副线圈电流I 2减小，原线圈电流I 1减小，即电流表示数减小，电压表示数由输入电压和匝数比决定，故电压表示数保持不变，A 错误；若只将S 从1拨到2，原线圈匝数n 1增大，可知副线圈输出电压减小，滑动变阻器两端电压减小，故滑动变阻器消耗功率减小，根据变压器输入功率等于输出功率可得U 1I 1＝P R 可知，原线圈输入电压U 1不变，滑动变阻器消耗功率减小，则原线圈电流I 1减小，即电流表示数减小，B 错误；开关S 接1时，设此时副线圈的输出电压为U 2，由于二极管的单向导电性，使得加在滑动变阻器上的电压只剩下一半波形，由电流热效应可得U 22 R ·T 2 ＝（102V ）2R T ，解得U 2＝20 V ，由题意可知U 1＝22022
V ＝220 V ，可得原、副线圈中接入电路的匝数之比为n 1n 2 ＝U 1U 2 ＝
22020 ＝111 ，C 正确；1 min 内滑动变阻器产生的热量为Q ＝U 2有 R t ＝（102）220
×60 J＝600 J ，D 错误． 答案：C
10．解析：当滑动变阻器的滑片向上滑动时，电路的总电阻减小，电压不变，电流变大，电流表A 的示数变大，A 错误；磁通量与线圈的匝数无关，在线圈abcd 的转动过程中，线
圈磁通量的最大值为BS ，B 错误；当变压器原线圈的滑片向下滑动时，原线圈匝数减小，副线圈的电压变大，电压表V 的示数变大，C 错误；若线圈abcd 转动的角速度为ω，线圈转动一周只有半周在磁场中发生电磁感应，产生的交流电为正弦交流电（全波波形）的每个周
期有半个周期存在电动势（半波波形），设输入电压的有效值为U ，电动势最大值为U m ，则U 2R
T ＝（
U m 2
）2R ·T 2 ，因此电压有效值为U ＝U m 2 ＝NBSω2
，当角速度大小变为2ω时，变压器原线圈电压的有效值为NBSω，D 正确．
答案：D
11．解析：根据n 1n 2 ＝80%U 1U 2
可得接收线圈的输出电压约为U 2＝8 V ，A 正确；由于存在磁漏现象，电流比不再与匝数成反比，B 错误；变压器是不改变其交变电流的频率的，C 正确；由于穿过发射线圈的磁通量与穿过接收线圈的磁通量大小不相同，所以穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的不相同，D 错误．
答案：AC 12．解析：变压器不改变交流电频率，故A 错误；交流电有效值U 1＝312 V≈22 V，根
据U 1U 2 ＝n 1n 2
，因此指示灯两端电压的有效值约为U 2＝220 V ，B 正确；理想变压器没有能量损
失，因此指示灯消耗的电功率等于变压器的输入功率，故C 正确；根据E ＝n ΔΦΔt
可知变压器的输入电压与绕在内圆筒上线圈的匝数有关，故D 错误．
答案：BC
13．解析：峰值E m ＝NΦm ·2πT ＝1002 V ，t ＝0时刻，线圈平面与磁感线平行，发
电机线圈产生的电动势瞬时值表达式为e ＝1002 cos （100πt ） V ，故A 错误；灯泡正常
工作时的电阻为R ＝U 2P ＝15 Ω，故B 正确；发电机电动势的有效值为E ＝E m 2
，设原、副线圈中的电流分别为I 1、I 2，由闭合电路欧姆定律可知E ＝I 1r ＋U ab ，根据变压器原理可知U ab n 1 ＝U
n 2 ，I 1I 2 ＝n 2n 1 ，其中I 2＝P U ＝3.2 A ，解得n 1
n 2
＝2，故C 正确；由C 选项知I 1＝1.6 A ，则P r ＝I 21 r ＝6.4 W ，故D 错误． 答案：BC
14．解析：原线圈输入电压的峰值为U m1＝222 V ，则副线圈输出电压的峰值为U m2＝n 2n 1
U m1＝112 V ，由于电容器C 刚好不被击穿，则电容器的击穿电压为112 V ，故A 正确；根据电容器电容决定式C ＝εr S 4πkd
可知，当R 的滑片不动，向下移动P ，电容器的电容不变，故B 错误；若R 的滑片不动，向下移动P ，则负载总电阻R 总不变，副线圈匝数减小，根据U 1
U 2
＝n 1n 2 可知，副线圈输出电压有效值U 2减小，再根据总P 1＝U 22 R 总
可知，副线圈输出功率P 2减小，根据P 1＝P 2可知，原线圈的输入功率变小，故C 错误；若P 不动，向上移动R 的滑片，则滑动变阻器接入电阻变大，负载总电阻变大，副线圈匝数不变，根据U 1U 2 ＝n 1n 2 可知，副线圈输出电压有效值U 2不变，根据I 2＝U 2R 总
可知副线圈回路总电流减小，则根据P L ＝I 22 R L 可知，灯泡功率减小，则灯泡变暗，故D 正确．
答案：AD。