【物理】2019届二轮复习恒定电流与交变电流作业（全国通用） 11页

第一部分　专题四　第1讲　恒定电流与交变电流 一、单项选择题 ‎1．(2018·贵阳月考)阻值相等的三个电阻R、电容器C及电池E(内阻不计)连接成如图4－1－15所示电路。保持S1闭合，开关S2断开，电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S2，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2，则Q1与Q2的比值为 图4－1－15‎ A.　　　　B.　　　　C.　　　　D. 解析　开关S2断开时的等效电路如图甲所示，电路稳定时电容器两极板之间的电压为U1＝，电容器所带的电荷量为Q1＝ CU1＝；开关S2闭合后的等效电路如图乙所示，电路稳定时电容器两极板之间的电压为U2＝E，电容器所带的电荷量为Q2＝CU2＝CE，则Q1∶Q2＝1∶2，即Q1与Q2的比值为，A正确。‎ 答案　A ‎2．(2018·福建质检)图4－1－16为模拟远距离交流输电的电路，升压变压器T1的原、副线圈匝数比n1∶n2＝1∶k，降压变压器T2的原、副线圈匝数比n3∶n4‎ ‎＝k∶1，模拟输电导线的电阻r＝3 Ω，T2的负载是规格为“15 V 45 W”的灯泡L。当T1的输入电压为16 V时L正常发光，两个变压器可视为理想变压器，则k的值为 图4－1－16‎ A. B．3 C．4 D．9‎ 解析　由变压器的工作原理可知，变压器T1原线圈的电压为16 V，则副线圈的输出电压为16k V，降压变压器T2的输出电压为15 V、输出电流为I4＝＝ A＝3 A，则降压变压器T2原线圈两端的电压为15k V、输入电流为 A，又16k V＝(15k＋3×) V，解得k＝3，B正确。‎ 答案　B ‎3．(2018·昆明质检)如图4－1－17甲所示的电路中，理想变压器输入电压u随时间t按正弦规律变化如图乙所示。图甲中L1和L2为两个相同的小灯泡，小灯泡都标有“12 V,6 W”字样，电容器C的击穿电压为13 V，电压表和电流表均为理想交流电表。开关S1和S2都断开时，小灯泡L1正常发光。下列说法正确的是 图4－1－17‎ A．理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1‎ B．输入电压u随时间t变化的规律为u＝48sin 100πt(V)‎ C．闭合开关S1、断开开关S2时，电压表的示数为48‎ ‎ V，电流表的示数为0.25 A D．闭合开关S2后，电容器C不会被击穿 解析　由图乙可知，原线圈输入电压为48 V，电流变化周期T＝0.04 s，根据小灯泡正常发光可知副线圈输出电压为12 V，根据变压器变压公式可知，理想变压器的原、副线圈的匝数比为48∶12 ＝4∶1，选项A错误；输入电压u随时间变化的规律为u＝ 48sin V＝48sin (50πt)(V)，选项B错误；闭合开关S1、断开开关S2时，变压器输入电压不变，电压表示数不变，根据变压器输入功率等于输出功率，P＝2×6 W＝12 W，可知输入电流为0.25 A，电流表的示数为0.25 A，选项C正确；闭合开关S2后，电容器两端最大电压等于12 V，大于击穿电压13 V，电容器会被击穿，选项D错误。‎ 答案　C ‎4．(2018·天津卷)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图4－1－18所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的，则 图4－1－18‎ A．R消耗的功率变为P B．电压表V的读数变为U C．电流表A的读数变为2I D．通过R的交变电流频率不变 解析　交流发电机产生的感应电动势最大值Em＝NBSω，且有ω＝2πn，所以当发电机线圈转速减半后，感应电动势最大值减半，有效值减半，又理想变压器原、副线圈电压有效值之比等于原、副线圈匝数比，故电压表示数减为原来的一半，B项正确；由电功率P＝可知，变压器输出功率即R 消耗的功率变为原来的，A项错误；由P＝UI可知，原线圈中电流减为原来的一半，C项错误；交流电的频率与发电机线圈转动角速度成正比，故D项错误。‎ 答案　B ‎5．如图4－1－19甲所示的电路中，调节滑动变阻器的滑动触头P向某一方向移动，根据电路中电压表和电流表的数据描绘了如图乙所示的两条U－I图线，则下列关于调节过程中说法正确的是 图4－1－19‎ A．图线乙是根据V1与A的示数描绘的 B．电源的内阻为0.5 Ω C．两图线交点处电源的输出功率最大 D．两图线交点处电源效率最大 解析　由部分电路的欧姆定律可得，电压表V2和电流表A的示数的比值为定值电阻R0，三者之间满足关系：U2＝IR0，结合数学知识可得应为图线乙，A错误；由闭合电路欧姆定律：U＝E－Ir，结合数学知识可得图线甲为根据电压表V1与电流表A的示数描绘的，图线斜率的绝对值为电源的内阻大小，故有：r＝＝ Ω＝1 Ω，B错误；图线的交点处表示两电压表示数相等，分析电路可知此时滑动变阻器分压为零，即此时滑动变阻器的电阻R＝0，由于R0＝ Ω＝2 Ω>r＝1 Ω，故此时负载电阻最小，电源的输出功率最大，C正确；负载电阻越大，电源的效率越大，交点处负载电阻最小，电源效率最小，D错误。‎ 答案　C ‎6．一自耦变压器如图4－1－20所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈。通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈。在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2‎ ‎，在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中 图4－1－20‎ A．U2＞U1，U2降低　　　　　B．U2＞U1，U2升高 C．U2＜U1，U2降低 D．U2＜U1，U2升高 解析　由变压器的变压公式＝可知，由于原线圈匝数n1大于副线圈匝数n2，因此有U2＜U1，当滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中，n2减小，因此U2降低，C正确。‎ 答案　C ‎7．(2018·潍坊二模)图4－1－21甲是一台小型发电机的构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势e随时间t变化的正弦规律图像如图乙所示。发电机线圈的内阻不计，外接灯泡的电阻为12 Ω。则 图4－1－21‎ A．在t＝0.01 s时刻，穿过线圈的磁通量为零 B．电压表的示数为6 V C．灯泡消耗的电功率为3 W D．若其他条件不变，仅将线圈的转速提高一倍，则线圈电动势的表达式e＝12sin 100πt(V)‎ 解析　在t＝0.01 s的时刻，电动势为零，则线圈平面位于中性面，穿过线圈的磁通量最大，选项A错误；电动势的最大值为Em＝6 V，电压表测量的为有效值，故示数为 V＝6 V，选项B错误；灯泡消耗的功率P＝＝ W＝3 W。选项C正确；周期为0.02 s，瞬时电动势表达式为e＝Emsin＝6sin ‎ 100πt(V)。转速提高一倍后，最大值变成12 V，ω＝2πn，故角速度变为原来的2倍，表达式应为e＝12sin 200πt(V)，选项D错误。‎ 答案　C ‎8．在如图4－1－22所示的电路中，电源电动势为3.0 V，内阻不计，L1、L2、L3为相同规格的小灯泡，电容器的电容为C＝100 μF。小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示。闭合开关S，当电路稳定后，下列说法正确的是 图4－1－22‎ A．L1中电流为0.20 A B．电容器带电荷量为300 C C．L2中电流为0.20 A D．L2的电阻为15 Ω 解析　闭合开关S，当电路稳定后，L1中电流为零，电容器两端电压等于电源电动势，即U＝3.0 V，由C＝Q/U可知，电容器带电荷量为Q＝CU＝100×10－6×3.0 C＝3×10－4 C，选项A、B错误。L2、L3两个小灯泡串联，每个灯泡两端电压为U2＝1.5 V，根据小灯泡的伏安特性曲线可知电压为1.5 V时对应的小灯泡中的电流为I2＝0.20 A，L2的电阻为R2＝U2/I2＝7.5 Ω，选项D错误，选项C正确。‎ 答案　C ‎9．如图4－1－23所示，电源电动势为E，内阻为r。电路中的R2、R3分别为总阻值一定的滑动变阻器，R0为定值电阻，R1为光敏电阻(其电阻随光照强度增大而减小)。当开关S闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态，则下列说法中正确的是 图4－1－23‎ A．只逐渐增大R1的光照强度，电阻R0消耗的电功率变大，电阻R3中有向上的电流 B．只调节电阻R3的滑片P2向上端移动时，电源消耗的功率变大，电阻R3中有向上的电流 C．只将R2的滑片P1向下移动时，电压表示数变大，带电微粒向下运动 D．若断开开关S，电容器所带电荷量变大，带电微粒向上运动 解析　只逐渐增大R1的光照强度，R1的阻值减小，电流变大，R0消耗的电功率变大，电容器的电压增大，电容器充电，R2中有向上的电流，A选项正确；由于R3与电容器相连，而电容器隔直流，所以只调节R3的阻值对电路中的电流和电压没有影响，电源消耗的功率不变，R3中没有向上的电流，B选项错误；只将R2的滑片P1向下移动时，电路中的电流不变，因此电容器两端的电压U2增大，带电微粒受到的电场力F＝qE＝q变大，微粒将向上运动，C项错误；若断开开关S，电容器将通过R3、R2放电，电容器所带电荷量减少，带电微粒向下运动，D选项错误。‎ 答案　A 二、多项选择题 ‎10．如图4－1－24所示，50匝矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小为B＝ T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.5 m2，线框电阻不计。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相连，副线圈接入一只“220 V、60 W”的灯泡，且灯泡正常发光，熔断器允许通过的最大电流为10 A，下列说法正确的是 图4－1－24‎ A．图示位置穿过线框的磁通量为零 B．线框中产生交变电压的有效值为500 V C．变压器原、副线圈匝数之比为25∶11‎ D．允许变压器输出的最大功率为5 000 W 解析　由题图可知，此时线框平面和磁场垂直，此时穿过线框的磁通量最大，所以A错误。矩形闭合导线框ABCD在磁场中转动，产生的交流电的最大值为Em＝NBSω＝50××0.5×200 V＝500 V，由于最大值为有效值的倍，所以交流电的有效数值为500 V，所以B错误。由于电压与匝数成正比，所以变压器原、副线圈匝数之比为＝，所以C正确。由于熔断器允许通过的最大电流为10 A，所以允许变压器输出的最大功率为P＝UI＝500×10 W＝5 000 W，所以D正确。‎ 答案　CD ‎11.如图4－1－25所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节，在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R，P为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为U的正弦交流电，则 图4－1－25‎ A．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变大 B．保持Q的位置不动，将P向上滑动时，电流表读数变小 C．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变大 D．保持P的位置不动，将Q向上滑动时，电流表读数变小 解析　保持Q的位置不动，则U2不变，将P向上滑动时，R接入电路的电阻变大，根据I2＝知，I2变小，由＝得I1也变小，即电流表读数变小，选项A错误，选项B正确；保持P的位置不动，将Q向上滑动时，U2变大，则根据P2＝知副线圈输出功率变大，由P1＝P2知，变压器原线圈输入功率P1变大，而P1＝I1U，输入电压U一定，I1变大，即电流表读数变大，选项C正确，选项D错误。‎ 答案　BC ‎12．(2018·衡阳联考)如图4－1－26所示，匝数n＝10匝的矩形线框处在磁感应强度B＝ T的匀强磁场中，绕垂直磁场的轴以恒定角速度ω＝20 rad/s在匀强磁场中转动，线框电阻不计，面积S＝0.4 m2，线框通过滑环与一理想自耦变压器的原线圈相连，副线圈接有一只灯泡L(4 W,100 Ω”)和滑动变阻器，电流表视为理想电表，则下列说法正确的是 图4－1－26‎ A．灯泡正常发光时原、副线圈的匝数比为2∶1‎ B．灯泡正常发光时电流表的示数为0.2 A C．若将自耦变压器触头向下滑动，灯泡会变暗 D．若将滑动变阻器滑片向上移动，则电流表示数减小 解析　变压器输入电压的最大值为Um＝nBSω＝10××0.4×20 V＝80 V，变压器输入电压的有效值为U1＝＝ V＝80 V，灯泡正常发光时的电压U2＝＝ V＝20 V，此时原、副线圈的匝数比为＝＝＝，故A错误；由欧姆定律得I2＝＝ A＝0.2 A，根据＝得，此时电流表的示数为I1＝＝×0.2 A＝0.05 A，故B错误；若将自耦变压器触头向下滑动，副线圈匝数变小，根据＝可知输出电压减小，所以灯泡变暗，故C正确；线圈匝数不变，根据＝可知输出电压不变，若将滑动变阻器触头向上滑动，连入电路电阻变大，负载等效电阻变大，P1＝P2＝变小，又P1＝U1I1可知电流表示数变小，故D正确。‎ 答案　CD ‎13．如图4－1－27为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T1的原、副线圈匝数之比为n1∶n2＝1∶10，在T1的原线圈两端接入一正弦交流电，输电线的总电阻为2r＝2 Ω，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为n3∶n4＝10∶1。若T2的用电设备两端的电压为U4＝200 V，用电设备消耗的电功率为10 kW，不考虑其他因素的影响，则 图4－1－27‎ A．T1的副线圈两端电压的最大值为2 010 V B．T2的原线圈两端的电压为2 000 V C．输电线上损失的电功率为50 W D．T1的原线圈输入的电功率为10.1 kW 解析　因为用电设备消耗的电功率为10 kW，T2副线圈两端的电压为U4＝200 V，则流过T2副线圈的电流为I4＝＝＝50 A，由变压器原、副线圈的电流与线圈匝数的关系＝，可得I3＝5 A，由＝，可知T2原线圈两端的电压为U3＝2 000 V，B正确；输电线的电阻分得的电压为U线＝I3·2r＝5×2 V＝10 V，所以T1副线圈两端的电压为U2＝U3＋U线＝(2 000＋10) V＝2 010 V，其最大值为U2m＝2 010 V，A正确；输电线上损失的电功率为P损＝I·2r＝50 W，C正确；由能量守恒定律可知T1副线圈的输出功率为P出＝(10 000＋50)W＝10 050 W，因此T1原线圈的输入功率为10 050 W，D错误。‎ 答案　ABC ‎14．图4－1－28甲中的变压器为理想变压器，原线圈匝数n1与副线圈匝数n2之比为10∶1，变压器的原线圈接如图乙所示正弦交流电，电阻R1＝R2＝R3＝20 Ω，它们与电容器C连接如图甲所示的电路，其中电容器的击穿电压为8 V，电压表V为理想交流电表，开关S处于断开状态，则 图4－1－28‎ A．电压表V的读数约为7.07 V B．电流表A的读数为0.05 A C．电阻R2上消耗的功率为2.5 W D．若闭合开关S，电容器会被击穿 解析　开关断开时，副线圈为R1和R2串联，电压表测量R2的电压，由图可知原线圈电压为＝100 V，所以副线圈电压为10 V，则R2的电压为5 V≈7.07 V，故A正确；由A的分析可知，副线圈电流为 A＝ A，所以原线圈电流为× A＝ A，故B错误；电阻R2上消耗的功率为P＝＝ W＝2.5 W，故C正确；当开关闭合时，R1与R3并联后和R2串联，电容器的电压为并联部分的电压，并联部分电阻为R并＝R1＝10 Ω，所以并联部分的电压为10× V＝ V，最大值为 V，最大值 V＜8 V，所以电容器不会被击穿，故D错误。‎ 答案　AC