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- 2021-05-26 发布
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专题 10 直流与交流电路
构建知识网络:
考情分析:
本专题包含直流电路的动态分析、电路故障的分析和判断、直流电路中能量转化、交变电流的产生与
描述、变压器的规律及远距离输电等知识点,是高考命题的热点,特别是交变电流有效值的计算、变压器
的动态分析、电路知识与电磁感应的综合应用等年年是高考的座上宾。从高考的考查重点不难看出,掌握
电路的基本结构和基本规律是获得高分的关键。
重点知识梳理:
一、闭合电路的欧姆定律
1.公式:I= E
R+r
2.路端电压与电流的关系:U=E-Ir.
3.路端电压与负载的关系:U=IR= R
R+r
E=
1
1+r
R
E,路端电压随外电阻的增大而增大,随外电阻的减
小而减小.
二、纯电阻电路和非纯电阻电路的电功、电功率
1.纯电阻电路:电功全部转化为电热,有
2.非纯电阻电路:电功大于电热,计算电功、电功率用 ,
计算电热、热功率
二、交流电的“四值”
最大值 ⇒ Em=nBSω ⇒ 计算电容器的耐压值
瞬时值 ⇒ e=Emsinωt ⇒
计算闪光电器的闪光
时间等
正弦交流电
的有效值 ⇒E= Em
2
⇒
电表的读数及计算
电热、电功及保险
丝的熔断电流
平均值 ⇒ E =nΔΦ
Δt
⇒
计算通过导体的
电荷量
三、变压器和远距离输电
1.理想变压器的基本关系
基本
关系
功率关系 P 入=P 出
电压关系 U1
U2
=n1
n2
,与负载、副线圈的个数无关
电流关系 只有一个副线圈:I1
I2
=n2
n1
频率关系 f1=f2
2.为减小远距离输电的功率损失和电压损失,远距离输电采用高压输电.
【名师提醒】
1.明确 1 个定律、2 个关系
(1)闭合电路的欧姆定律:I= E
R+r
.
(2)路端电压与电流的关系:U=E-Ir.
(3)路端电压与负载的关系
U=IR= R
R+r
E=
1
1+r
R
E,路端电压随外电阻的增大而增大,随外电阻的减小而减小.
2.直流电路动态分析的 3 种常用方法
方法 1:程序法
R 局——→
增大
减小
I 总= E
R+r
——→
减小
增大
U 内=I 总r——→
减小
增大
U 外=E-U 内——→
增大
减小
确定U 支、I 支
方法 2:结论法——“串反并同”
“串反”:指某一电阻增大(减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将
减小(增大).
“并同”:指某一电阻增大(减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将
增大(减小).
方法 3:极限法
因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端,使电阻最大
或电阻为零去讨论.
3.线圈通过中性面时的特点
(1)穿过线圈的磁通量最大;
(2)线圈中的感应电动势为零;
(3)线圈每经过中性面一次,感应电流的方向改变一次.
4.交变电流“四值”的应用
(1)最大值:Em=nBSω,分析电容器的耐压值;
(2)瞬时值:E=Emsin ωt(由中性面开始计时),计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力情况;
(3)有效值:电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝的熔断电流;
(4)平均值:E=nΔΦ
Δt
,计算通过电路截面的电荷量.
5.理想变压器的基本关系式
(1)功率关系:P 入=P 出.
(2)电压关系:U1
U2
=n1
n2
.
若 n1>n2,为降压变压器;若 n1<n2,为升压变压器.
(3)电流关系:只有一个副线圈时,I1
I2
=n2
n1
;
有多个副线圈时,U1I1=U2I2+U3I3+……+UnIn.
2.原、副线圈中各量的因果关系
(1)电压关系:U1 决定 U2.
(2)电流关系:I2 决定 I1.
(3)功率关系:P 出决定 P 入.
3.输电过程的电压关系
4.输电过程功率的关系
典型例题剖析:
考点一:直流电路的动态分析
【典型例题 1】在如图所示的电路中,E 为电源,电源内阻为 r,L 为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变),
为理想电压表,R1、R2 为定值电阻,R3 为滑动变阻器,将滑动变阻器的滑片向上移动,则( )
A.电压表的示数变大 B.小灯泡消耗的功率变小
C.通过 R2 的电流变小 D.电源的内耗电压变大
【答案】 B
【解析】将滑动变阻器的滑片向上移动,滑动变阻器接入电路的阻值增大,电路中的总电阻增大;由
闭合电路欧姆定律可得,电路中的电流减小,故 R1 两端的电压减小,并联部分电压增大,通过 R2 的电流变
大,A、C 错误;由并联电路的电流规律可知,流过灯泡的电流一定减小,故由 P=I2R 可知,小灯泡消耗的
功率变小,B 正确;因电路中电流减小,故电源的内耗电压减小,D 错误。
【变式训练 1】(2017·淮安模拟)在如图所示的电路中,闭合开关 S,当滑动变阻器的滑动触头 P 向上
滑动过程中,下列说法正确的是( )
A.电容器的电荷量增大 B.电流表 A 的示数减小
C.电压表 V1 示数在变大 D.电压表 V2 示数在变大
【答案】
【变式训练 2】(名师原创)在如图所示的电路中,已知电阻 R1 的阻值小于滑动变阻器 R 的最大阻值.闭
合电键 S,在滑动变阻器的滑片 P 由左端向右滑动的过程中,四个电表 V1、V2、A1、A2 的示数及其变化量分
别用 U1、U2、I1、I2、ΔU1、ΔU2、ΔI1、ΔI2 表示,下列说法中正确的是( )
A.U1 先变大后变小,I1 不变
B.U1 先变小后变大,I1 变小
C.ΔU1
ΔI2
的绝对值先变大后变小,ΔU2
ΔI2
的绝对值不变
D.U2 先变小后变大,I2 先变小后变大
【答案】
【解析】 片 P 由滑动变阻器的左端向右端滑动的过程中,滑动变阻器 R 的左半部分与 R1 串联然后与 R
的右半部分并联,并联电阻先变大后变小,所以电路总电阻先变大后变小,根据闭合电路欧姆定律,I2 先变
小后变大,U1 先变大后变小,由极限法可得当滑片 P 滑到滑动变阻器右端时,电流表 A1 把 R1 所在支路短路,
此时 I1 最大,所以 I1 一直增大,A、B 错误;对于 C 项,ΔU1
ΔI2
的绝对值等于电源的内阻,保持不变;ΔU2
ΔI2
的
绝对值等于 R2,保持不变,所以 C 错误;电阻 R2 不变,电压表 V2 的示数 U2=I2R2,U2 先变小后变大,D 正确.
【名师提醒】
闭合电路动态分析的两种常用方法
方法 1:程序法 :遵循“局部—整体—部分”的思路,按以下步骤分析:
方法 2:结论法——“串反并同”
“串反”:指某一电阻增大(减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将
减小(增大).
“并同”:指某一电阻增大(减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将
增大(减小).
考点二:闭合电路的功率及效率问题
【典型例题 2】如图所示,已知电源电动势为 6 V,内阻为 1 Ω,保护电阻 R0=0.5 Ω,求:当电阻箱
R 读数为多少时,保护电阻 R0 消耗的电功率最大,并求这个最大值。
【答案】:R=0 P0max=8 W
【变式训练 3】例题中条件不变,求当电阻箱 R 读数为多少时,电阻箱 R 消耗的功率 PR 最大,并求这个
最大值。
【答案】:R=1.5 Ω PRmax=6 W
【解析】:这时要把保护电阻 R0 与电源内阻 r 算在一起,据以上结论,当 R=R0+r 即 R=(1+0.5) Ω
=1.5 Ω时,PRmax= E2
4(r+R0)
= 62
4×1.5
W=6 W。
【变式训练 4】在例题中,若电阻箱 R 的最大值为 3 Ω,R0=5 Ω,求:当电阻箱 R 读数为多少时,电
阻箱 R 的功率最大,并求这个最大值。
【答案】:R=3 Ω P=4
3
W
【名师提醒】
电源总功率
任意电路:P 总=EI=P 出+P 内
纯电阻电路:P 总=I2(R+r)= E2
R+r
电源内部消耗的功率 P 内=I2r=P 总-P 出
电源的输出功率
任意电路:P 出=UI=P 总-P 内
纯电阻电路:P 出=I2R= E2R
(R+r)2
P 出与外电阻 R 的关系
电源的效率
任意电路:η=P 出
P 总
×100%=U
E
×100%
纯电阻电路:η= R
R+r
×100%
由 P 出与外电阻 R 的关系图像可知
①当 R=r 时,电源的输出功率最大为 Pm=E2
4r
。
②当 R>r 时,随着 R 的增大输出功率越来越小。
③当 R<r 时,随着 R 的增大输出功率越来越大。
④当 P 出<Pm 时,每个输出功率对应两个外电阻 R1 和 R2,且 R1R2=r2。
考点三:两类 UI 图像的比较与应用
【典型例题 3】(多选)(2017·衡水中学模拟)在如图所示的图像中,直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电
流的关系图像,直线Ⅱ为某一电阻 R 的伏安特性曲线。用该电源直接与电阻 R 相连组成闭合电路。由图像
可知( )
A.电源的电动势为 3 V,内阻为 0.5 Ω
B.电阻 R 的阻值为 1 Ω
C.电源的输出功率为 2 W
D.电源的效率为 66.7%
【答案】 BD
【变式训练 5】(多选)(2017·南京模拟)如图所示,图线甲、乙分别为电源和某金属导体的伏安特性曲
线,电源的电动势和内阻分别用 E、r 表示,根据所学知识分析下列选项正确的是( )
A.E=50 V
B.r=25
3
Ω
C.当该导体直接与该电源相连时,该导体的电阻为 20 Ω
D.当该导体直接与该电源相连时,电路消耗的总功率为 80 W
【答案】 C
【解析】 由图像的物理意义可知电源的电动势 E=50 V,内阻 r=ΔU
ΔI
=50-20
6-0
Ω=5 Ω,故 A 正确,
B 错误;该导体与该电源相连时,电阻的电压、电流分别为 U=40 V,I=2 A,则 R=U
I
=20 Ω,此时,电
路消耗的总功率 P 总=EI=100 W,故 C 正确,D 错误。
【名师提醒】
电源 UI 图像 电阻 UI 图像
图形
物理意义 电源的路端电压随电路电流的变化关系
电阻中的电流随电阻两端电压的变化关
系
截距 与纵轴交点表示电源电动势 E,与横轴交 过坐标轴原点,表示没有电压时电流为
点表示电源短路电流E
r
零
坐标 U、I
的乘积
表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率
坐标 U、I
的比值
表示外电阻的大小,不同点对应的外电阻
大小不同
每一点对应的比值均等大,表示此电阻
的大小
斜率
(绝对值)
电源电阻 r 电阻大小
考点四:交变电流的产生与描述
【典型例题 4】(2017·苏州模拟)如图甲所示,在磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中,有一矩形单匝线
圈,其面积为 S,总电阻为 r,线圈两端外接一电阻 R 和一个理想交流电流表。若线圈绕对称轴 OO′以角速
度ω做匀速转动,图乙是线圈转动过程中产生的感应电动势 e 随时间 t 变化的图像,下列说法正确的是
( )
A.在 t1~t3 时间内,穿过线圈平面的磁通量的变化量为 BS
B.在 t3~t4 时间内,通过电阻 R 的电荷量为BS
R
C.在 t3 时刻穿过线圈平面的磁通量的变化率为 2BSω
D.在 t3 时刻电流表的示数为 BSω
2 R+r
【答案】 A
【变式训练 6】(多选)(2017·江苏四市一模)如图甲所示为风力发电的简易模型图,在风力的作用下,
风叶带动与其固定在一起的永磁铁转动,转速与风速成正比。某一风速时,线圈中产生的正弦式电流如图
乙所示,则( )
A.电流的表达式 i=0.6sin 10πt(A)
B.磁铁的转速为 10 r/s
C.风速加倍时电流的表达式 i′=1.2sin 10πt(A)
D.风速加倍时线圈中电流的有效值为3 2
5
A
【答案】 D
【解析】 通过乙图可知 Im=0.6 A,T=0.2 s,ω=2π
T
=10π rad/s,故电流的表达式为:i=0.6sin
10πt(A),A 正确;磁体的转速为 n=1
T
=5 r/s,B 错误;风速加倍时,根据 Em=nBSω可知感应电动势加倍,
形成的电流加倍,故电流表达式变为 i′=1.2sin 20πt(A),C 错误;风速加倍时,Im=1.2 A,有效值 I
= Im
2
=3 2
5
A,D 正确。
【名师提醒】
考点五:有关变压器问题的分析
【典型例题 5】(多选)(2016·海南高考)图(a)所示,理想变压器的原、副线圈的匝数比为 4∶1,RT 为
阻值随温度升高而减小的热敏电阻,R1 为定值电阻,电压表和电流表均为理想交流电表。原线圈所接电压 u
随时间 t 按正弦规律变化,如图(b)所示。下列说法正确的是( )
A.变压器输入、输出功率之比为 4∶1
B.变压器原、副线圈中的电流强度之比为 1∶4
C.u 随 t 变化的规律为 u=51sin(50πt)(国际单位制)
D.若热敏电阻 RT 的温度升高,则电压表的示数不变,电流表的示数变大
【答案】BD
【变式训练 7】(多选)(2017·南通模拟)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数之比为 44∶5,b
是原线圈的中心抽头,S 为单刀双掷开关,负载电阻 R=25 Ω。电表均为理想电表,在原线圈 c、d 两端接
入如图乙所示的正弦交流电,下列说法正确的是( )
A.当 S 与 a 连接,t=1×10-2s 时,电流表的示数为 0
B.当 S 与 b 连接,t=1.5×10-2s 时,电压表的示数为 50 2 V
C.当 S 与 b 连接时,电阻 R 消耗的功率为 100 W
D.当 S 与 a 连接时,1 s 内电阻 R 上电流方向改变 100 次
【答案】CD
【名师提醒】
1.明确变压器各物理量间的制约关系
2.谨记三点提醒,全面清除雷区
(1)变压器匝数不变时,变压器的输入、输出电压均不变,但变压器原、副线圈中的电流均随负载的变
化而变化。
(2)变压器匝数变化时,要注意区分是原线圈还是副线圈匝数变化。
(3)当变压器输出电压一定时,移动变阻器的滑动触头或改变接入的用电器多少时,引起的各物理量的
变化分析方法同直流电路的动态分析方法。
考点六:交流电的四种产生模式
【典型例题 6】某兴趣小组设计了一种发电装置,如图所示. 在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区
域的圆心角 均为 ,磁场均沿半径方向. 匝数为 N 的矩形线圈 abcd 的边长 ab =cd =l 、bc =ad =2l . 线
圈以角速度 绕中心轴匀速转动,bc 和 ad 边同时进入磁场. 在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小
均为 B、方向始终与两边的运动方向垂直. 线圈的总电阻为 r,外接电阻为 R. 求:
(1)线圈切割磁感线时,感应电动势的大小 Em;
(2)线圈切割磁感线时,bc 边所受安培力的大小 F;
(3)外接电阻上电流的有效值 I.
【答案】 (1)2NBl2ω(2)4N2B2l3ω
r+R
(3) 4NBl2ω
3 r+R
【名师提醒】
1.与教材上的发电模型相比较,本题有两点变化:
(1)磁场只分布在两个圆心角为 的对称范围内
(2)磁感应强度大小相同,方向始终与运动方向垂直
2.线圈中电动势 e 随时间 t 变化的交变电流为“方波式”交变电流
【典型例题 7】磁场变化产生正弦式交变电流
如图所示,光滑平行的长金属导轨固定在水平面上,相距 ,左端连接 的电阻,一质量
,电阻 的导体棒 MN 垂直放置在两平行金属导轨上,彼此接触良好,导轨的电阻不计。在两
导轨间有这样的磁场:磁场方向竖直向下,磁感应强度 B 大小随 x 变化关系是
, ;两区域磁感应强度大小关于直线 对称
(1)导体棒在水平向右的拉力 F 作用下,以速度 匀速穿过磁场区,求此过程中感应电流的最
大值
(2)在(1)的情况下,求导体棒穿过磁场过程中拉力做功 W 以及电阻 R 上产生的热量
【答案】 (1)0.2A(2)W=0.06J,
【名师提醒】
1.与教材上的发电模型相比较,本题有两点变化:
(1)磁场不是匀强磁场,而是磁感应强度随位置按正弦规律变化
(2)不是线圈在磁场中转动切割,而是导体棒在磁场中平动切割产生感应电动势
2.回路中的电流为正弦式交变电流
【典型例题 8】导体棒的有效长度按正弦规律变化
如图所示,OACO 为置于水平面内的光滑闭合金属导轨,O、C 处分别接有电阻丝(图中用粗线表示),
,(导轨其他部分电阻不计)。导轨 OAC 的形状满足 (单位:m)。磁感应强度 B
=0.2T 的匀强磁场方向垂直于导轨平面。一足够长的金属棒在水平外力 F 作用下,以恒定的速率 v=5.0m/s
水平向右在导轨上从 O 点滑动到 C 点,棒与导轨接触良好且始终保持与 OC 导轨垂直,不计棒的电阻。求:
(1)外力 F 的最大值;
(2)金属棒在导轨上运动时电阻丝 R1 上消耗的最大功率;
(3)在滑动过程中通过金属棒的电流 I 与时间 t 的关系。
【答案】 (1)0.3N(2)1W(3)
故 A
【名师提醒】
1.此类题属于导体杆平动切割,因此在电动势上用
2.但因为有效切割长度随时间正弦规律变化,故产生的为正弦式交流电
【典型例题 9】导体棒切割磁感线的速度随时间按正弦规律变化
在竖直方向上、磁感应强度大小 B=5 T 的匀强磁场中,水平放置两平行光滑金属导轨 MN 和 PQ,导轨
宽度 L=1 m,导轨一端接有定值电阻 R=10 Ω,一导体棒垂直于导轨放置,导体棒在周期性驱动力的作用
下,在 ab 和 a′b′范围内做简谐运动,其速度随时间的变化规律为 v=2sin 3.14t(m/s),求在 10 s 内电
阻 R 上产生的热量。(导体棒和导轨的电阻均不计)
【答案】 50J
【名师提醒】
1.此类题属于导体杆平动切割,因此在电动势上用
2.但因为切割速度随时间正弦规律变化,故产生的为正弦式交流电
专题十 课时跟踪训练
一、单项选择题
1.(2017·淮安模拟)在如图所示的电路中,闭合开关 S,当滑动变阻器的滑动触头 P 向上滑动过程中,
下列说法正确的是( )
A.电容器的电荷量增大 B.电流表 A 的示数减小
C.电压表 V1 示数在变大 D.电压表 V2 示数在变大
【答案】 C
2. 如图所示,面积为 S、匝数为 N、电阻为 r 的线圈与阻值为 R 的电阻构成闭合回路,理想交流电压
表并联在电阻 R 的两端。线圈在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,绕垂直于磁场的转动轴以角速度ω匀速转
动。设线圈转动到图示位置的时刻 t=0,则( )
A.在 t=0 时刻,穿过线圈的磁通量达到最大,流过电阻 R 的电流为零,电压表的读数也为零
B.1 秒钟内流过电阻 R 的电流方向改变ω
π
次
C.经 π
2ω
的时间,通过电阻 R 的电量为 2πNBS
4(R+r)
D.在电阻 R 的两端再并联一只电容较大的电容器后,电压表的读数不变
【答案】 B
【解析】 t=0 时刻线圈处于中性面Φ最大,e=0,i=0,但电压表的读数为有效值不为 0,A 错;T
=2π
ω
,交流电在 1T 内电流方向改变两次,所以 1 s 内电流方向改变次数为 2×1
T
=ω
π
,B 正确;在 π
2ω
=T
4
时
间内,通过 R 的电量 Q=ΔΦ
R+r
= NBS
R+r
,则 C 错;电容器有通交流隔直流的特点,在 R 两端并联一只电容较大
的电容器,相当于总电阻减小,则路端电压减小,电压表测路端电压,所以 D 错。
3. 如图所示为远距离输电的示意图,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,发电厂的输出电压和
输电线的电阻均不变。闭合开关 S 后( )
A.升压变压器的输出电压增大 B.降压变压器的输出电流减小
C.输电线上损耗的功率增大 D.输电线上交流电的频率减小
【答案】C
4. 如图甲所示,电阻箱 R(0~99.9 Ω)置于阻值最大位置,Rx 为未知电阻,(1)断开 S2,闭合 S1,逐次
减小电阻箱的阻值,得到一组 R、I 值,并依据 R、I 值作出了如图乙所示的 R-1
I
图线;(2)断开 S2,闭合
S1,当 R 调至某一位置时,电流表的示数 I1=1.0 A。保持电阻箱的位置不变,断开 S1,闭合 S2,此时电流
表的示数 I2=0.8 A,据以上数据可知( )
A.电源电动势为 2.0 V B.电源内阻为 0.25 Ω
C.Rx 的阻值为 1.5 Ω D.S1 断开、S2 接通时,随着 R 的减小,电源输出功率减小
【答案】 A
【解析】 断开 S2,闭合 S1,由闭合电路欧姆定律得 E=I(R+r),R=E·1
I
-r,R-1
I
图线斜率等于电
源的电动势,E=2.0 V,在纵轴的截距绝对值等于电源内阻,r=0.5 Ω,选项 A 正确,B 错误;断开 S2,
闭合 S1,当电阻调至某一位置时,电流表的示数 I1=1.0 A,由 E=I(R+r)可知 R=1.5 Ω;保持电阻箱的
位置不变,断开 S1,闭合 S2,由闭合电路欧姆定律,E=I(R+Rx+r),此时电流表的示数为 I2=0.8 A,Rx
=0.5 Ω,选项 C 错误;S1 断开,S2 接通时,随着 R 的减小,电源的输出功率增大,选项 D 错误。
5.(2015·北京理综·19)如图 2 所示,其中电流表 A 的量程为 0.6A,表盘均匀划分为 30 个小格,每一
小格表示 0.02A;R1 的阻值等于电流表内阻的1
2
;R2 的阻值等于电流表内阻的 2 倍.若用电流表 A 的表盘刻
度表示流过接线柱 1 的电流值,则下列分析正确的是( )
A.将接线柱 1、2 接入电路时,每一小格表示 0.04A
B.将接线柱 1、2 接入电路时,每一小格表示 0.02A
C.将接线柱 1、3 接入电路时,每一小格表示 0.06A
D.将接线柱 1、3 接入电路时,每一小格表示 0.01A
【答案】 C
二、多项选择题
6.(2017·常州模拟)小灯泡通电后其电流 I 随所加电压 U 变化的图线如图所示,P 为图线上一点,PN
为图线在 P 点的切线,PQ 为 U 轴的垂线,PM 为 I 轴的垂线,则下列说法中正确的是( )
A.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻增大
B.对应 P 点,小灯泡的电阻为 R=U1
I2
C.对应 P 点,小灯泡的电阻为 R= U1
I2-I1
D.对应 P 点,小灯泡的功率为图中矩形 PQOM 所围的面积大小
【答案】 ABD
【解析】 IU 图线的斜率逐渐减小,说明电阻逐渐增大,A 正确;对应 P 点,小灯泡的电阻为 R=
U1
I2
≠ U1
I2-I1
,B 正确,C 错误;对应 P 点,小灯泡的功率为 P=I2U1,此值恰为图中矩形 PQOM 所围面积的大小,
D 正确。
7.如图所示,直线Ⅰ、Ⅱ分别是电源 1 与电源 2 的路端电压随输出电流变化的特性图线,曲线Ⅲ是一
个小灯泡的伏安特性曲线,曲线Ⅲ与直线Ⅰ、Ⅱ相交点的坐标分别为 P(5.2,3.5)、Q(6,5)。如果把该小灯
泡分别与电源 1、电源 2 单独连接,则下列说法正确的是( )
A.电源 1 与电源 2 的内阻之比是 3∶2
B.电源 1 与电源 2 的电动势之比是 1∶1
C.在这两种连接状态下,小灯泡的电阻之比是 1∶2
D.在这两种连接状态下,小灯泡消耗的功率之比是 7∶10
【答案】 AB
8.如图所示,图甲中 M 为一电动机,当滑动变阻器 R 的触头从左端滑到另一端的过程中,两电压表的
读数随电流表读数的变化情况如图乙所示。已知电流表读数在 0.2 A 以下时,电动机没有发生转动。不考
虑电表对电路的影响,以下判断正确的是( )
A.变阻器向右滑动时,V2 读数逐渐减小
B.电路中电源内阻为 2 Ω
C.此电路中,电动机的输出功率先减小后不变
D.变阻器的最大阻值为 36 Ω
【答案】 BC
9. 如图甲所示,阻值为 r=4 Ω的矩形金属线框与理想电流表、理想变压器的原线圈构成回路,标有
“12 V 36 W”的字样的灯泡 L 与理想变压器的副线圈构成回路,灯泡 L 恰能正常发光,理想变压器原、
副线圈的匝数之比为 3∶1。矩形金属线框在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时
间变化的规律如图乙所示。则( )
A.理想变压器原线圈输入电压的瞬时值表达式为 u=40 2sin(100πt)V
B.理想电流表的示数为 1 A
C.t=0.01 s 时,矩形金属线框平面与磁场方向平行
D.灯泡 L 与理想变压器的副线圈构成的回路中的电流方向每秒改变 100 次
【答案】 BD
【解析】 由于灯泡恰能正常发光,说明理想变压器的输出电压 U2=12 V,根据理想变压器电压与匝
数的关系可得 U1=n1
n2
U2=36 V,所以理想变压器输入电压的瞬时值表达式为 u=36 2sin(100πt)V,故 A 选
项错误;根据理想变压器的电流与匝数的关系可得 I1=n2
n1
I2=1 A,又电流表显示的交变电流的有效值,则
理想电流表的示数为 1 A,故 B 选项正确;t=0.01 s 时,电动势的瞬时值为零,发电机的线圈平面与磁场
方向垂直,故 C 错误;由于理想变压器不改变交流电的频率,根据图乙可知,灯泡 L 与理想变压器的副线
圈构成的回路中的电流方向每秒改变 100 次,故 D 选项正确。
10.如图所示,M、N 是两块水平放置的平行金属板,R0 为定值电阻,R1 和 R2 为可变电阻,开关 S 闭合。
质量为 m 的带正电荷的微粒从 P 点以水平速度 v0 射入金属板间,沿曲线打在 N 板上的 O 点。若经下列调整
后,微粒仍从 P 点以水平速度 v0 射入,则关于微粒打在 N 板上的位置说法正确的是( )
A.保持开关 S 闭合,增大 R1,粒子打在 O 点左侧
B.保持开关 S 闭合,增大 R2,粒子打在 O 点左侧
C.断开开关 S,M 极板稍微上移,粒子打在 O 点右侧
D.断开开关 S,N 极板稍微下移,粒子打在 O 点右侧
【答案】 AD
三、计算题
11.如图甲所示,长、宽分别为 L1、L2 的矩形金属线框位于竖直平面内,其匝数为 n,总电阻为 r,可绕
其竖直中心轴 O1O2 转动,线框的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环 C、D(集流环)焊接在一起,并通过电
刷和定值电阻 R 相连。线框所在空间有水平向右均匀分布的磁场,磁感应强度 B 的大小随时间 t 的变化关
系如图乙所示,其中 B0、B1 和 t1 均为已知。在 0~t1 时间内,线框保持静止,且线框平面和磁场垂直;t1 时
刻后线框在外力的驱动下开始绕其竖直中心轴以角速度ω匀速转动。求:
(1)0~t1 时间内通过电阻 R 的电流大小;
(2)线框匀速转动后,在转动一周的过程中电流通过电阻 R 产生的热量;
(3)线框匀速转动后,从图甲所示位置转过 90°的过程中,通过电阻 R 的电荷量。
【答案】:(1)nL1L2(B1-B0)
(R+r)t1
(2)πRω(nB1L1L2
R+r
)2 (3)nB1L1L2
R+r
(3)线框从图甲所示位置转过 90°的过程中
平均感应电动势E-=nΔΦ
Δt
=nB1L1L2
Δt
平均感应电流I-= E-
R+r
= nB1L1L2
Δt(R+r)
通过电阻 R 的电荷量 q=I-Δt=nB1L1L2
R+r
。
12. 如图所示的电路中,R1、R2 均为定值电阻,且 R1=100 Ω,R2 阻值未知,R3 为一滑动变阻器。当其
滑片 P 从左端滑至右端时,测得电源的路端电压随电源中流过的电流变化图线如图乙所示,其中 A、B 两点
是滑片 P 在变阻器的两个不同端点得到的。求:
(1)电源的电动势和内阻;
(2)定值电阻 R2 的阻值;
(3)滑动变阻器的最大阻值。
【答案】 (1)20 V 20 Ω(2)5 Ω(3)300 Ω
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