【物理】2020届二轮复习专题四第9讲　恒定电流与交变电流作业（山东专用） 8页

第9讲　恒定电流与交变电流 一、单项选择题 ‎　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 ‎ ‎1.(2019山东济宁一模)如图所示,理想变压器原线圈接一正弦交变电源,其电压的有效值恒定不变,两个副线圈的匝数分别为n1和n2,所接电阻分别为R1和R2,且R2=2R1。不计电流表内阻,当只闭合S1时,电流表示数为1 A;只闭合S2时,电流表示数为2 A,则n1∶n2等于(　　)‎ A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶4‎ 答案　B　设原线圈的电压为U,当只闭合S1时,根据电流表示数为1 A,变压器的输入功率为U×1 A,则副线圈的功率为U×1 A;当只闭合S2时,电流表示数为2 A,变压器的输入功率为U×2 A,则副线圈的功率为U×2 A;因此两副线圈的功率之比为1∶2;根据P=U‎2‎R,结合负载R2=2R1的阻值关系,则有:‎2‎U‎1‎‎2‎R‎1‎=U‎2‎‎2‎R‎2‎,解得U1∶U2=1∶2,由变压器原、副线圈的电压之比等于匝数之比,而原线圈电压、匝数不变,则有n1∶n2=1∶2,故B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.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=‎660×1‎‎0‎‎3‎‎22 000‎ 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。‎ 二、多项选择题 ‎5.(2019山东日照一模)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机通过理想变压器向用电器供电,电路如图所示。副线圈的匝数可以通过滑动触头Q来调节,副线圈两端连接定值电阻R0、灯泡L和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑动触头,原线圈上连接一只理想交流电流表A,闭合开关S,电流表的示数为I。则(　　)‎ A.仅增大发电机线圈的转速,I增大 B.仅将P向上滑动,I增大 C.仅将Q向上滑动,I增大 D.仅将开关S断开,I增大 答案　AC　仅增大发电机线圈的转速n,角速度ω=2πn增大,则最大感应电动势Em=NBSω增大,感应电动势的有效值增大,由于原、副线圈匝数不变,导致副线圈两端电压增大,副线圈电流增大,根据I‎1‎I‎2‎=n‎2‎n‎1‎可知原线圈电流I增大,故选项A正确;仅将P向上滑动,则副线圈总电阻增大,副线圈电流减小,可知原线圈电流I减小,故选项B错误;仅将Q向上滑动,则副线圈的匝数增大,由于原线圈两端电压不变,则根据U‎1‎U‎2‎=n‎1‎n‎2‎可知,副线圈两端电压增大,则副线圈电流增大,可知原线圈电流I增大,故选项C正确;仅将开关S断开,则副线圈总电阻增大,由于原、副线圈两端电压均不变,则副线圈电流减小,可知原线圈电流I减小,故选项D错误。‎ ‎6.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。‎ ‎7.(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。‎ ‎8.两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。‎ ‎9.(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。‎ 命题拓展预测 ‎1.如图甲所示,电阻R1=R2=1 kΩ,电源电动势E=6 V,内阻不计。两个相同的二极管D1、D2串联在电路中,二极管的ID-UD特性曲线如图乙所示。下列说法正确的是(　　)‎ A.通过二极管的电流为3 mA B.通过二极管的电流为2 mA C.电阻R1消耗的功率为8 mW D.电阻R2消耗的功率为8 mW 答案　B　由闭合电路欧姆定律得2UD=E-(ID+‎2‎UDR‎2‎)R1,代入数据解得ID与UD的关系为ID=0.006-‎1‎‎250‎ UD,其ID-UD图线为一条直线。电压UD与流过二极管的电流ID还要受二极管的ID-UD特性曲线的限制,因此二极管就工作在两条图线的相交点P上(如图所示),由此得二极管两端的电压和电流分别为UD=1.0 V、ID=2.0 mA,所以B项正确,A项错误;电阻R1上的电压U1=E-2UD=4 V,‎ 其功率为P1=U‎1‎‎2‎R‎1‎=16 mW,所以C项错误;电阻R2上的电压U2=2 V,其功率为P2=U‎2‎‎2‎R‎2‎=4 mW,所以D项错误。‎ ‎2.如图所示的电路中,三个定值电阻阻值相同,电流表为理想电流表,理想变压器的原、副线圈匝数之比为2∶1,a、b端输入的交流电压的有效值恒定,开关S断开时电流表的示数为I1,S闭合后电流表的示数为I2,则I‎1‎I‎2‎为(　　)‎ A.‎2‎‎3‎ B.‎‎3‎‎5‎ C.‎4‎‎7‎ D.‎‎5‎‎9‎ 答案　D　设每个定值电阻的阻值为R,a、b端输入的电压为U,S断开时,副线圈两端的电压为2I1R,根据电压与匝数的关系,可知原线圈两端的电压为4I1R。根据电流与匝数的关系,可知原线圈中的电流为‎1‎‎2‎I1,则U=‎1‎‎2‎I1R+4I1R,得到I1=‎2U‎9R;当S闭合时,副线圈两端的电压为I2R,根据电压与匝数的关系,可知原线圈两端的电压为2I2R,根据电流与匝数的关系,可知原线圈中的电流为‎1‎‎2‎I2,则U=‎1‎‎2‎I2R+2I2R,得到I2=‎2U‎5R,则I‎1‎I‎2‎=‎5‎‎9‎,D项正确。‎