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  • 2021-05-26 发布

高考物理二轮复习专题10直流与交流电路学案

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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