高考物理二轮复习 专题四 电路与电磁感应 1 直流电路与交流电路课时作业(含解析)-人教版高三全册物

直流电路与交流电路 [题组一] 直流电路的分析
1.(2020·长沙长郡中学模拟)如图为直流电动机提升重物的装置，重物的重量G ＝500 N ，电源电动势E ＝90 V ，电源内阻r ＝2 Ω，不计各处摩擦，当电动机以v ＝0.6 m/s 的恒定速度向上提升重物时，电路中的电流I ＝5 A ，如下判断不正确的答案是( )
A ．电动机消耗的总功率为400 W
B ．电动机线圈的电阻为0.4 Ω
C ．电源的效率约为88.9%
D ．电动机的效率为75%
解析：B [重物被提升的功率P 重＝Fv ＝Gv ＝500×0.6 W＝300 W ，此时电路中的电流I ＝5 A ，如此电源的总功率P 总＝EI ＝90×5 W＝450 W ，设电动机线圈的电阻为R ，根据能量守
恒定律得P 总＝P 重＋I 2r ＋I 2
R ，如此得R ＝P 总－P 重－I 2r I 2＝450－300－52×252 Ω＝4 Ω，电动机消耗的总功率P 电＝P 重＋I 2
R ＝400 W ，电源的效率η1＝P 总－I 2r P 总×100%＝450－52×2450×100%≈88.9%，电动机的效率η2＝
P 重P 重＋I 2R ×100%＝300300＋52×4
×100%＝75%，应当选项B 符合题意．] 2．(2020·广州模拟)在如下列图的电路中，E 为电源电动势，r 为电源内阻，R 1和R 3均为定值电阻，R 2为滑动变阻器．当R 2的滑动触点在a 端时合上开关S ，此时三个电表A 1、A 2和V 的示数分别为I 1、I 2和U .现将R 2的滑动触点向b 端移动，如此三个电表示数的变化情况是
( )
A ．I 1增大，I 2不变，U 增大
B ．I 1减小，I 2增大，U 减小
C ．I 1增大，I 2减小，U 增大
D ．I 1减小，I 2不变，U 减小
解析：B [由题图知电压表测量路端电压，电流表A 1测量流过R 1的电流，电流表A 2测量流过R 2的电流．R 2的滑动触点向b 端移动时，R 2减小，整个电路的总电阻减小，总电流增大，电源的内电压增大，如此路端电压减小，即电压表示数U 减小，R 3电压增大，R 1、R 2并联电压减小，通过R 1的电流I 1减小，而总电流I 增大，如此流过R 2的电流I 2增大．故A 、C 、D 错误，B 正确．]
3．(2020·孝义市一模)如下列图的电路中，电源电动势E ＝8 V ，内阻r ＝2 Ω，电阻R 2＝6 Ω，电容为1μF 的平行板电容器水平放置且下极板接地．当滑动变阻器R 1的滑片处于b 端时，有一带电油滴位于板间正中央P 点且恰好处于静止状态．如下说法正确的答案是( )
A ．此时P 点电势为6 V
B ．电容器上极板所带电荷量为6×10－6 C
C ．假设仅将电容器上极板缓慢上移少许，如此P 点电势不变
D ．假设仅将滑片P 从b 端向a 端缓慢移动少许，如此油滴将向下移动
解析：B [由闭合电路的欧姆定律可知：路端电压U ＝R 2
R 2＋r E ＝6 V ，那么电容器两极的
电势差为6 V ，又有下端接地，故电势为零，那么P 点电势为12
U ＝3 V ，故A 错误；电容器上极板所带电荷量Q ＝CU ＝1×10－6×6 C＝6×10－6
C ，故B 正确；移动电容器上极板，电容器两端电势差不变；又有两极板间距离增大，故电场强度减小；又有P 点到下极板的距离不变，故电势差减小，那么，P 点电势减小，故C 错误；滑片P 从b 端向a 端移动，那么外电路电阻增大，所以路端电压增大，故两极板电势差增大，极板间场强增大，那么，油滴受到的电场力增大；油滴受重力和电场力作用，故有开始时油滴静止可知：电场力方向向上，那么，移动滑片后油滴合外力向上，故油滴向上运动，故
D 错误．]
[题组二] 交变电流的产生与描述
4．(2020·河南模拟)(多项选择)如图1所示，在匀强磁场中，一电阻均匀的金属正方形线圈abcd 以垂直磁感线的cd 边为转动轴匀速转动，线圈产生的交变电动势图像如图2所示，
如此如下说法正确的答案是( )
A ．t ＝3 s 时刻通过线圈的磁通量为零
B ．ab 边两端的电压大小等于dc 边两端的电压大小
C ．此交变电动势的频率为50 Hz
D ．dc 边两端电压的有效值为2 2 V
解析：ABD [由图乙可知，当t ＝3 s 时，感应电动势最大，如此此时穿过线框回路的磁通量变化率最大，磁通量为零．故A 正确；由图可知，线框中的ab 边与dc 边切割磁感线，产生电动势，由E ＝BLv 可知二者产生的电动势是相等的；由于线框各局部的电阻串联，所以ab 边与dc 边电压降U ＝IR 也相等，所以ab 边两端的电压大小等于dc 边两端的电压大小．故
B 正确；由图可知，交流电的周期为0.04 s ，如此此交变电动势的频率为：f ＝1T ＝10.04
Hz ＝25 Hz ；故C 错误；
由图可知，交流电压的最大值为16 V ，如此有效值为8 2 V ，该电路的等效电路如图 设ab 边与dc 边产生的电动势都是E ，每一条边的电阻都是r ，如此E ＝4 2 V
电路中的电流：I ＝2E 4r
dc 边两侧的电压：U dc ＝E －Ir ＝E －2E 4r ·r ＝12
E ＝2 2 V ．故D 正确．] 5．(多项选择)如下列图，图线a 是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电的图像，当调整线圈转速后，所产生的正弦交流电的图像如图线b 所示，以下关于这两个正弦交流电的说法正确的答案是( )
A ．在图中t ＝0时刻穿过线圈的磁通量均为零
B ．线圈先后两次转速之比为3∶2
C ．交流电a 的瞬时值表达式为u ＝10sin 5πt (V)
D ．交流电b 的最大值为203
V 解析：BCD [在图中t ＝0时刻，感应电动势为零，穿过线圈的磁通量最大，A 错误；a 的周期为0.4 s ，b 的周期为0.6 s ，转速与周期成反比，所以转速之比为3∶2，B 正确；交流电的瞬时值表达式为u ＝U m sin ωt ，所以a 的瞬时值表达式为u ＝10sin ⎝ ⎛⎭
⎪⎫2π0.4t ＝10sin 5πt (V)，C 正确；由U m ＝NBSω，可知角速度变为原来的23，如此最大值变为原来的23
，交流电b 的最大值为203
V ，D 正确．]
6．图1中，单匝矩形线圈abcd 在匀强磁场中绕垂直磁场的轴转动．改变线圈的转速，穿过该线圈的磁通量随时间分别按图2中图线甲、乙的规律变化．设线圈的电阻为1.0 Ω，如此( )
A ．图线甲对应线圈在t ＝0时产生的感应电动势最大
B ．图线甲、乙对应的线圈在t ＝2.0 s 时，线圈平面均平行于磁感线
C ．图线甲、乙对应的线圈转速之比为4∶5
D ．图线甲对应的线圈中交变电流的峰值为2.5π A
解析：B [在t ＝0时，Φ甲最大，如此产生的感应电动势最小，故A 错误；因为在t ＝0.2 s×10＝2.0 s 时，Φ甲＝Φ乙＝0，所以线圈平面均平行于磁感线，故B 正确；由图可知
甲、乙图线对应的周期之比为4∶5，而线圈的转速n ＝1T
，所以图线甲、乙对应的线圈转速之
比为5∶4，故C 错误；甲图线对应的线圈中交流电压的峰值E m ＝BSω＝Φm ω＝0.4×2π0.16
V ＝5π V，电流的峰值I m ＝E m R ＝5π A，故D 项错误．]
[题组三] 变压器与远距离输电 7．(2019·山西四模)如图甲所示，一阻值为R 的电阻接在电动势为E 、内阻为r 的直流电源两端，电源的效率为94.1%；如图乙所示，当该阻值为R 的电阻通过理想变压器接在电压有效值为E 、内阻为r 的交流电源上时，变压器原线圈两端的电压为E
2
，如此该变压器的原、副线圈匝数比为( )
A ．4∶1
B ．1∶4
C ．16∶1
D ．1∶16 解析：B [当接直流电源时，有：η＝
R R ＋r ＝94.1% 解得：R ＝16r 根据原副线圈的电压比等于匝数比可知：n 1n 2＝U 1U 2＝E
2U 2
解得：U 2＝En 2
2n 1
根据原副线圈的功率相等可知：I 1U 1＝I 2U 2 即为：E 2r ×E 2＝⎝ ⎛⎭
⎪⎫En 22n 12R 解得：n 1n 2＝14
故B 正确，A 、C 、D 错误．]
8．(2020·安徽一模)有一理想变压器，副线圈所接电路如下列图，灯L 1、L 2为规格一样的两只小灯泡．当S 断开时，灯L 1正常发光．保持原线圈输入电压不变，S 闭合后，如下说法正确的答案是( )
A ．电阻R 消耗的功率增大
B ．原线圈的输入电流减小
C ．原、副线圈的电压比增大
D ．灯L 1、L 2都能正常发光
解析：A [当S 闭开后，电路的电阻减小，副线圈的电流增大，所以电阻R 两端的电压增大，故R 消耗的功率增大，故A 正确；变压器原副线圈的匝数不变，故原副线圈中电流之比不变，副线圈中电流增大，故原线圈中电流也增大，故B 错误；因线圈匝数之比不变，故原副线圈中电压比不变，故C 错误；当S 闭合后，电路的电阻减小，副线圈的电流增大，所以通过电阻R 的电压增大，灯泡两端的电压减小，灯L 1、L 2都不能正常发光，故D 错误．]
9．(2020·河南郑州检测)如下列图的电路中，R 为光敏电阻(增大照射光的强度电阻会减小)、C 为电容器，灯泡L 的额定电压为50 V ，理想变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1.闭合开关S ，在a 、b 两端输入正弦式交变电流u ＝1002sin 10πt (V)，如此如下说法正确的答案是( )
A ．灯泡会正常发光
B ．光敏电阻中的电流和灯泡中的电流相等
C ．增大照射光的强度照射光敏电阻，灯泡会变亮
D ．断开开关S ，灯泡会熄灭
解析：C [由题可知，理想变压器原、副线圈的匝数之比为2∶1，原线圈两端的电压的有效值为100 V ，根据U 1U 2＝n 1n 2
，可知副线圈两端的电压的有效值为50 V ，由于电容器和光敏电阻都会阻碍交变电流的通过，因此灯泡两端的电压小于50 V ，不会正常发光，A 错误；由于电容器能通交流，因此光敏电阻R 中的电流小于灯泡中的电流，B 错误；增大照射光的强度照射光敏电阻，光敏电阻的阻值减小，因此灯泡中的电流增大，灯泡会变亮，C 正确；断开开关S ，由于电容器能通交流，因此灯泡不会熄灭，D 错误．]
10.(2020·资阳模拟)如下列图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压一样的灯泡a
和b .当输入电压U 为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．如下说法正确的答案是
( )
A ．原、副线圈匝数之比为1∶9
B ．原、副线圈匝数之比为9∶1
C ．此时a 和b 的电功率之比为10∶1
D ．此时a 和b 的电功率之比为1∶10 解析：B [灯泡正常发光，如此其电压均为额定电压U ，如此说明原线圈输入电压为9U ，输出电压为U ；如此可知，原副线圈匝数之比为9∶1，故A 错误，B 正确；根据公式I 1I 2＝n 2
n 1
可得I 1I 2＝19
，由于小灯泡两端的电压相等，所以根据公式P ＝UI 可得两者的电功率之比为1∶9；故C 错误，D 错误．]
[B 级－综合练]
11．(2019·江苏南京三模，5)如下列图为远距离输电的原理图，升压变压器的原副线圈匝数比为m ，降压变压器的原副线圈匝数比为n ，输电线的电阻为R ，升压变压器和降压变压器均为一理想变压器，发电机输出的电压恒为U ，假设由于用户的负载变化，使电压表V 2的示数减小了ΔU ，如此如下判断正确的答案是( )
A ．电流表A 2的示数增大了ΔU R
B ．电流表A 1的示数增大了n ΔU R
C ．电压表V 1的示数减小了ΔU
D ．输电线损失的功率增加了⎝ ⎛⎭
⎪⎫n ΔU R 2R 解析：B [由U
U 1＝m 得U 1＝U m
，由于U 、m 不变，故U 1不变，故C 错．设降压变压器的输入
电压为U ′，如此U ′＝U 1－I 1R ，由U ′U 2＝n 得，U 2＝1n ⎝ ⎛⎭
⎪⎫U m －I 1R ，如此ΔU ＝－R n ΔI 1，由此可见，电流表A 1的示数增大了n ΔU R ，即B 正确．由I 1I 2＝1n 得I 2＝nI 1，由此可知，I 2增大了n 2ΔU R
，故A 错．输电线损失的功率增加量ΔP ＝(I 1＋ΔI 1)2R －I 21R ＝2I 1ΔI 1·R ＋ΔI 21R ≠⎝ ⎛⎭
⎪⎫n ΔU R 2R ，故D 错．] 12.(2020·新课标Ⅱ卷一模)如下列图，直角三角形导线框OPQ 放置在磁感应强度大小为B ，方向垂直于OQ 向右的匀强磁场中，且OP 边的长度为L ，∠POQ ＝θ.当导线框绕OQ 边以角速度ω逆时针转动(从O 向Q 观察)时，如下说法正确的答案是( )
A ．导线框OPQ 内无感应电流
B ．导线框OPQ 内产生大小恒定，方向周期性变化的交变电流
C ．P 点的电势始终大于O 点的电势
D ．如果截去导线PQ ，如此P 、O 两点的电势差的最大值为12
BL 2ωsin θcos θ 解析：D [导线框OPQ 内，只有边长OP 做切割磁感线运动，产生感应电动势，根据法拉第电磁感应定律可求得感应电动势的大小为E ＝BL ·L sin θ
2·ωcos θsin ωt ＝12
BL 2ωsin θcos θsin ωt ，故导线框OPQ 内产生正弦式交变电流，故A 、B 错误；由于导体框OPQ 内产生正弦式交变电流，P 点的电动势与O 点的电动势大小成周期性变化，故C 错误；如果截取导线PQ ，如此没有感应电流，但PQ 两点的电势差U ＝BL
L sin θ2ωcos θsin ωt ＝12BL 2ωsin θcos θsin ωt ，故最大值为1
2BL 2ωsin θcos θ，故D 正确．]
13．(2020·衡水模拟)(多项选择)如下列图，面积S ＝0.5 m 2
、n ＝50匝、电阻不计的矩形闭合导线圈ABCD 处于磁感应强度大小为B ＝210 T 的水平匀强磁场中，线框绕垂直于磁场的轴OO ′以角速度ω＝200 rad/s 匀速转动，并与理想变压器原线圈1相连，副线圈2接入一只“220 V 100 W〞的灯泡甲，副线圈3接入一只“110 V 60 W〞的灯泡乙与滑动变阻器，当滑动变阻器的滑片处于最左端时两灯均正常发光，交流电流表的量程为0～0.6 A ，且为理想
电表．如下说法正确的答案是( )
A．从图示位置计时，线框中交变电压瞬时值的表达式为e＝5002sin 200t V B．当两灯正常发光时，交流电流表的示数为0.30 A
C．变压器线圈的匝数之比为n1∶n2∶n3＝50∶22∶11
D．当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电流表的示数增大
解析：AC [图示位置穿过线框的磁通量最大，电动势的最大值E m＝NBSω＝50×
2 10
×0.5×200 V＝500 2 V．图示位置穿过线框的磁通量最大，导线框中产生交变电压的表达式为u＝5002sin 200t V．故A正确；变压器副线圈2中的电功率为100 W，变压器副线圈3中电功率为60 W，如此变压器原线圈中的电功率为160 W，所以变压器原线圈中电流强度I1
＝P1
U1
＝
160
500
A＝
8
25
A．故B错误；电动势的最大值为500 2 V，如此交流电压的有效值500 V．滑
动变阻器的滑片处于最左端时接入电路中的电阻值为0；根据电压之比等于匝数比，如此原副线圈的匝数比＝500∶220∶110＝50∶22∶11，故C正确，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，接入副线圈的电阻值增大，所以副线圈3中的电流值减小，输出功率与输入功率都减小，所以电流表的示数减小，故D错误．]
14．(多项选择)如下列图的电路中，E为电源，内电阻为r，V为理想电压表，L为阻值恒为2r的小灯泡，定值电阻R1的阻值恒为r，R3为半导体材料制成的光敏电阻(其阻值随光照的增强而减小)．电容器两极板处于水平状态，闭合开关S，电容器中心P点有一带电小球处于静止状态，电源负极接地，如此如下说法正确的答案是( )
A．假设将R2的滑片上移，如此电压表的示数变小
B．假设突然将电容器上极板上移，如此小球在P点的电势能增大
C．假设光照变强，如此小球会向上运动
D．假设光照变强，如此A、B间电路的功率变大
解析：BD [R2与电容器C串联，假设只是将R2的滑片上移，对电路没有影响，电压表示数不变，A项错误；假设只是将电容器上极板上移，如此电容器两端电压U C不变，两极板间距d增大，场强E减小，P点的电势减小，由题分析可知小球带负电，如此小球在P点的电势能增大，B项正确；假设光照变强，如此光敏电阻R3的阻值减小，灯L和R3两端电压减小，电容器两端电压减小，两极板间场强E减小，小球所受电场力减小，球会向下运动，C项错误；将R1视为电源一局部，如此等效电源内阻阻值为2r，而A、B间L和R3的总电阻为R L＋R3＝2r ＋R3＞2r，假设光照变强，如此R3的阻值减小，A、B间电路的功率变大，故D项正确．]。