【物理】2020届二轮复习专题四第8讲恒定电流与交变电流作业

【物理】2020届二轮复习专题四第8讲恒定电流与交变电流作业

第8讲　恒定电流与交变电流 一、单项选择题 ‎1.一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示。已知发电机线圈内阻为5.0 Ω,现外接一只电阻为95.0 Ω的灯泡,如图乙所示,则(　　)‎ ‎　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 ‎ A.电压表V的读数为220 V B.电路中的电流方向每秒改变50次 C.灯泡实际消耗的功率为484 W D.发电机线圈内阻每秒产生的焦耳热为24.2 J 答案　D　由题图甲知发电机产生的感应电动势有效值为220 V,灯泡中电流大小为I=ER+r=2.2 A,电压表读数为U=IR=2.2×95.0 V=209 V,选项A错误;由题图甲知交变电流的周期为0.02 s,则其频率为50 Hz,电路中的电流方向每秒改变100次,选项B错误;灯泡实际消耗的功率为P=IU=209×2.2 W=459.8 W,选项C错误;发电机线圈内阻每秒产生的焦耳热为Q=I2rt=2.22×5×1 J=24.2 J,选项D正确。‎ ‎2.(2019河南安阳模拟)如图所示电路中,电流表A和电压表V均可视为理想电表。现闭合开关S后,将滑动变阻器滑片P向左移动,下列说法正确的是(　　)‎ A.电流表A的示数变小,电压表V的示数变大 B.小灯泡L变亮 C.电容器C上电荷量减少 D.电源的总功率变大 答案　A　闭合开关S后,将滑动变阻器滑片P向左移动时,变阻器接入电路的电阻增大,根据闭合电路欧姆定律得知,电路中总电流I减小,则小灯泡L变暗,电流表A的示数变小。电压表V的示数U=E-I(RL+r),I减小,其他量不变,则U增大,即电压表V的示数变大,故A正确,B错误。电容器C两端的电压等于滑动变阻器两端的电压,即等于电压表的示数,U增大,由Q=CU,知电容器C上的电荷量增大,故C错误。电源的总功率P=EI,I减小,则电源的总功率变小,故D错误。‎ ‎3.有一种测量人体重的电子秤,其原理图如图所示,它主要由三部分构成:踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表(实质是理想电流表),设踏板的质量可忽略不计,已知理想电流表的量程为3 A,电源电动势为12 V,内阻为2 Ω,电阻R随压力变化的函数式为R=30-0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)。则下列说法正确的是(　　)‎ A.该秤能测量的最大体重是1 300 N B.体重为1 300 N应标在电流表刻度盘2 A刻度处 C.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘0刻度处 D.该秤零刻线应标在电流表刻度盘的最大刻度处 答案　B　电路中允许的最大电流为I1=3 A,由闭合电路欧姆定律E=I1(R+r)得,Rmin=2 Ω,代入R=30-0.02F得,Fmax=1 400 N,A错误;同理,体重为1 300 N时,I2=2 A,B正确;同理,当电子秤示数为零时,I3=0.375 A,C、D均错误。‎ ‎4.电动机的内电阻r=2 Ω,与R=8 Ω的电阻串联接在线圈上,如图所示。已知线圈面积为‎2‎‎20‎ m2,共100匝,电阻为2 Ω,在B=‎2‎π T的匀强磁场中绕OO'以转速n=600 r/min匀速转动,在合上开关S后电动机正常工作时,电压表的示数为100 V。则下列说法正确的是(　　)‎ A.电路中电流的最大值为5‎2‎ A B.电路中电流的最大值为10‎2‎ A C.电动机正常工作时的输出功率为1 000 W D.电动机正常工作时的输出功率为800‎2‎ W 答案　B　线圈的角速度ω=20π rad/s,电动势的最大值Em=NBSω=200‎2‎ V,有效值E=Em‎2‎=200 V,电路中的电流I=E-UR+‎r线圈=10 A,电流的最大值Im=‎2‎I=10‎2‎ A,选项A错误,B正确;电动机正常工作时的输出功率P出=UI-I2r=800 W,选项C、D错误。‎ ‎5.如图甲所示为远距离输电示意图,变压器均为理想变压器,升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100,其输入交流电压的变化规律如图乙所示,远距离输电线的总电阻为50 Ω。降压变压器右侧部分为火灾报警系统原理图,其中R1为一定值电阻,R2为用半导体热敏材料制成的传感器,当温度升高时其阻值变小,电压表V可以显示加在报警器两端的电压(报警器未画出)。未出现火警时,升压变压器的输入功率为660 kW。下列说法中正确的是(　　)‎ 甲 乙 A.0.01 s时刻,电压表的示数是0‎ B.未出现火警时,远距离输电线路损耗的功率为45 kW C.当传感器R2所在处出现火警时,电压表V的示数变大 D.当传感器R2所在处出现火警时,输电线上的电流变小 答案　B　电压表的读数是交流电的有效值,则0.01 s时刻,电压表的示数不为零,选项A错误;升压变压器输入端电压有效值为220 V,根据电压与匝数成正比知,副线圈两端电压为22 000 V,所以输电线中的电流I=PU=‎660×1‎‎0‎‎3‎‎22000‎ A=30 A,输电线损失的电压ΔU=IR=30×50 V=1 500 V,输电线路损耗功率ΔP=ΔUI=1 500×30 W=45 kW,故B正确;当传感器R2所在处出现火警时其阻值减小,降压变压器副线圈中电流增大,定值电阻的分压增大,所以电压表V的示数减小,故C错误;当传感器R2所在处出现火警时,副线圈电流增大,根据电流与匝数成反比知输电线上的电流增大,故D错误。‎ ‎6.(2019四川绵阳模拟)工厂生产的某一批次小灯泡说明书上附有如图甲所示的电压随电流变化图像,图乙是该批次三个小灯泡连接而成的电路,三个灯泡均发光时电压表V2的示数为1 V,下列说法正确的是(　　)‎ A.电压表V1的示数为2.0 V B.电流表A1的示数为0.6 A C.若灯泡L1短路,则电压表V2的示数为5.0 V D.电源的输出功率为0.9 W 答案　B　分析电路的连接时,把电压表看做断路,电流表看做导线,题中L2与L3并联,然后再与L1串联组成外电路,电压表V1测量L1两端的电压,电压表V2测量并联电路部分的电压,电流表A1测量干路电流,电流表A2测量通过L3的电流。闭合开关S,电压表V2的示数为1 V,表示L2两端的电压为1 V,由题图甲可知,此时对应的支路电流I=0.3 A,通过L1的干路电流为0.6 A,电流表A1的示数为0.6 A,选项B正确;此时L1两端电压根据题图甲可知为4.0 V,即电压表V1的示数为4.0 V,选项A错;此时路端电压为5.0 V,干路电流为0.6 A,电源输出功率为3.0 W,选项D错;若灯泡L1短路,则只有两个灯泡并联,电压表V2测并联电压即路端电压,由于内阻作用,外电路电阻变化,路端电压也变化,不等于原来的5.0 V,选项C错。‎ ‎7.如图甲所示,一理想变压器原线圈匝数为n1=1 000匝,副线圈匝数为n2=150匝,变压器输入端的正弦交变电压随时间变化图像如图乙所示,定值电阻的阻值为11 Ω,总阻值为22 Ω的滑动变阻器滑片为P。下列说法中正确的是(　　)‎ A.变压器副线圈输出电压的频率为100 Hz B.滑片P向右滑动时,电阻R两端的电压不变 C.滑片P滑到最右端时,通过电阻R的电流为6 A D.滑片P滑到最左端时,变压器的输入功率为66 W 答案　C　原、副线圈的周期T=0.02 s,频率f=‎1‎T=50 Hz,选项A错误;滑动变阻器的滑片P向右滑动时,电阻R两端的电压变大,选项B错误;原线圈电压的有效值U1=Um‎2‎=440 V,根据U‎1‎U‎2‎=n‎1‎n‎2‎可得副线圈的电压U2=66 V,滑动变阻器的滑片P滑到最右端时,通过电阻R的电流为I2=U‎2‎R=6 A,选项C正确;滑动变阻器的滑片P滑到最左端时,理想变压器的输入功率为P1=P2=U‎2‎‎2‎R+‎RP=132 W,选项D错误。‎ 二、多项选择题 ‎8.小型发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,bc边长为L1,磁极间的磁场可视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO',线圈以角速度ω绕OO'匀速转动,如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,下列说法正确的是(　　)‎ A.ab边长为L=‎‎2‎e‎0‎BωL‎1‎ B.产生的交变电流的周期是2πω C.若从中性面开始计时,则发电机的感应电动势的瞬时值表达式为e=2Ne0 sin ωt D.发电机线圈从垂直中性面位置转动90°的过程中,产生的感应电动势的平均值是‎2Ne‎0‎π 答案　AC　由题意可知,线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,由e0=BLv=BLωL‎1‎‎2‎,解得L=‎2‎e‎0‎BωL‎1‎,选项A正确;T=‎2πω,选项B错误;对单匝矩形线圈,其感应电动势最大值为2e0,发电机线圈共N匝,所以发电机线圈中总感应电动势最大值为2Ne0,从中性面开始计时,则感应电动势的瞬时值表达式为e=2Ne0 sin ωt,选项C正确;发电机线圈从垂直中性面位置转动90°的过程中,磁通量变化量为ΔΦ=BLL1=‎2‎e‎0‎ω,时间Δt=T‎4‎=π‎2ω,产生的感应电动势平均值是E=NΔΦΔt=‎4Ne‎0‎π,选项D错误。‎ ‎9.(2019山东德州模拟)某兴趣小组自制一小型发电机,使线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴转动,穿过线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化的图像如图所示,线圈转动周期为T,线圈产生的感应电动势的最大值为Em。线圈的电阻为r,该线圈与电阻为R的纯电阻用电器构成闭合回路,则(　　)‎ A.线圈匝数为n=‎TEm‎2πΦm B.电阻为R的用电器的电功率为Em‎2‎‎2R C.在0~T‎4‎时间内通过用电器的电荷量为q=‎TEm‎2π(r+R)‎ D.若线圈转速增大为原来的2倍,线圈中电动势的瞬时值为Em cos ‎‎4πtT 答案　AC　线圈中电动势的瞬时值e=nBS‎2πT cos ‎2πtT,而Φm=BS,所以线圈匝数为n=TEm‎2πΦm,选项A正确;电路中电流的有效值为I=Em‎2‎‎(r+R)‎,用电器的电功率为Em‎2‎R‎2(r+R‎)‎‎2‎,选项B错误,在0~T‎4‎时间内通过用电器的电荷量为q=nΦmr+R=TEm‎2π(r+R)‎,选项C正确;若线圈转速增大为原来的2倍,线圈中电动势的瞬时值e1=2Em cos ‎4πtT,所以选项D错误。‎ ‎10.如图所示为远距离输电示意图,其中T1、T2为理想变压器,输电线电阻可等效为电阻r,灯L1、L2相同且阻值不变。现保持变压器T1的输入电压不变,滑片P位置不变,当开关S断开时,灯L1正常发光。则下列说法正确的是(　　)‎ A.仅闭合开关S,灯L1会变亮 B.仅闭合开关S,r消耗的功率会变大 C.仅将滑片P下移,r消耗的功率会变小 D.仅将滑片P上移,电流表示数会变小 答案　BD　仅闭合开关S,则负载端消耗的功率变大,T2副线圈中电流增大,T2原线圈中的电流也增大,则r上的电压和功率增大,则T2输入电压减小,灯L1两端电压减小,灯L1会变暗,故A错误,B正确;仅将滑片P下移,则T1副线圈的匝数增多,副线圈电压U2增大,灯L1两端电压也增大,通过灯L1的电流增大,则输电线中的电流增大,电阻r消耗的功率增大,故C错误;仅将滑片P上移,则T1副线圈的匝数减小,副线圈电压U2减小,同理分析可知灯L1‎ 两端电压也减小,通过灯L1的电流减小,则输电线中的电流减小,T1原线圈中的电流减小,则电流表示数减小,故D正确。‎ ‎11.两位同学在实验室中利用如图(a)所示的电路进行实验,调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动时,一位同学记录电流表A和电压表V1的测量数据,另一位同学记录电流表A和电压表V2的测量数据。两位同学根据记录的数据描绘出如图(b)所示的两条U-I图线。则图像中两图线的交点表示的物理意义是(　　)‎ A.滑动变阻器的滑动触头P滑到了最右端 B.电源的输出功率最大 C.定值电阻R0消耗的功率为0.5 W D.电源的效率达到最大值 答案　BC　由题图可得,电源电动势E=1.5 V,内阻r=1 Ω,在交点位置有R+R0=U‎1‎I=‎ ‎2 Ω,R0=U‎2‎I=2 Ω,则R=0,滑动变阻器的滑动触头P滑到了最左端,选项A错误;当电路中外电阻等于电源内阻时,电源的输出功率最大,但R0>r,故改变滑动变阻器的阻值时无法使电路中外电阻等于电源内阻,此时外电阻越接近电源内阻,电源的输出功率越大,故选项B正确;P0=U2I=0.5 W,选项C正确;电源的效率η=EI-I‎2‎rEI,电流越小,电源的效率越大,可见滑动变阻器的滑动触头P滑到最右端时电源的效率最大,选项D错误。‎ ‎12.(2019山东临沂模拟)如图所示,理想变压器原线圈接电压为220 V的正弦交流电,开关S接1时,原、副线圈的匝数比为11∶1,滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω,电压表和电流表均为理想电表,下列说法正确的是(　　)‎ A.变压器输入功率与输出功率之比为1∶1‎ B.1 min内滑动变阻器上产生的热量为40 J C.仅将S从1拨到2,电流表示数变小 D.仅将滑动变阻器的滑片向下滑动,两电表示数均减小 答案　AC　根据理想变压器的特点可知,变压器的输入功率与输出功率之比为1∶1,故A正确;原、副线圈的电压与匝数成正比,所以副线圈两端电压为U2=n‎2‎n‎1‎U1=‎1‎‎11‎×220 V=20 V,则1 min内产生的热量为Q=U‎2‎‎2‎Rt=‎2‎‎0‎‎2‎‎10‎×60 J=2 400 J,故B错误;若只将S从1拨到2,副线圈的电压减小,副线圈中电流减小,原线圈中电流即电流表示数减小,故C正确;将滑动变阻器的滑片向下滑动,接入电路中的阻值变大,电流表的读数变小,但对原、副线圈两端的电压无影响,即电压表的读数不变,故D错误。‎ ‎13.某小型电站电能输送的示意图如图所示,矩形线圈abcd与理想变压器原线圈组成闭合电路,与副线圈相连的输送线路的电阻可等效为电阻R。线圈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,线圈面积为S,转动角速度为ω,匝数为N,线圈电阻不计。下列说法正确的是(　　)‎ A.将原线圈触头P向上滑动时,用户的灯泡变暗 B.图示位置时,矩形线圈中瞬时感应电动势最大 C.若线圈abcd转动的角速度变为2ω,则变压器原线圈电压的有效值为2NBSω D.用电高峰期,随着发电厂输出功率的增大,输电线上损耗的功率占总功率的比例不变 答案　AC　矩形线圈abcd中产生交变电流,将原线圈触头P向上滑动时,原线圈匝数变大,根据电压与匝数成正比知,输出电压减小,灯泡会变暗,故选项A正确;线圈处于题图示位置时,是中性面位置,矩形线圈中感应电动势的瞬时值为零,故选项B错误;若线圈abcd转动的角速度变为2ω,根据电动势最大值公式可得Em=2NBSω,最大值增加为原来的2倍,有效值E=Em‎2‎也变为2倍,则变压器原线圈电压的有效值为2NBSω,故选项C正确;随着发电厂输出功率的增大,升压变压器的输出电压不变,则输电线电流增大,输电线损失电压增大,输电线上损耗的功率占总功率的比例增大,选项D错误。‎