(新)江苏专版2018版高考物理二轮复习第一部分专题九直流电路与交流电路限时集训

专题限时集训(九) 直流电路与交流电路(对应学生用书第133页)(建议用时：40分钟)一、选择题(本题共8小题，每小题6分．在每小题给出的四个选项中，第1～5题只有一项符合题目要求，第6～8题有多项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)1．如图9­19所示电路中，R为某种半导体气敏元件，其阻值随周围环境一氧化碳气体浓度的增大而减小，当一氧化碳气体浓度增大时，下列说法中正确的是( )图9­19A．电压表V示数增大B．电流表A示数减小C．电路的总功率减小D．变阻器R1的取值越大，电压表示数变化越明显D [当一氧化碳气体浓度增大时，R减小，总电阻减小，则总电流增大，内电压增大，路端电压减小，可知，通过R1的电流减小，因此电压表V示数减小，通过变阻器的电流减小，则电流表A示数增大，故A、B错误．电路的总功率为P＝EI，E不变，I增大，则P增大，故C错误．变阻器R1的取值越大，R1与R并联的阻值越接近R，R对电路的影响越大，则知变阻器R1的取值越大，电压表示数变化越明显，故D正确．] 2．(2017·江西萍乡二模)如图9­20所示为汽车的点火装置，此装置的核心是一个变压器，该变压器的原线圈通过开关连接到12 V的蓄电池上，副线圈连接到火花塞的两端，开关由机械控制，当开关由闭合变为断开时，副线圈中产生10 000 V以上的电压，火花塞中产生火花．下列说法中正确的是( )【导学号：17214158】图9­20A．变压器的原线圈要用粗导线绕制，而副线圈可以用细导线绕制B ．若该点火装置的开关始终闭合，火花塞的两端会持续产生高压C ．变压器原线圈输入的12 V 电压必须是交流电，否则就不能在副线圈中产生高压D ．该点火装置中变压器的副线圈匝数必须小于原线圈的匝数A [汽车的点火装置是利用变压器原理工作的，当开关始终闭合时，通过原线圈的电流恒定，原线圈中产生的磁场恒定，则在副线圈上不会产生电压，所以B 错误；由题可知原线圈处接12 V 的直流电源，当断开开关瞬间原线圈中电流迅速变化，会产生变化的磁场，则在副线圈中可能产生高压，所以C 错误；由U 1U 2＝n 1n 2可知，要在副线圈中产生高压，则原线圈匝数必须小于副线圈的匝数，所以D 错误．故选A ．]3．如图9­21所示，一个匝数为N ＝100匝的线圈以固定转速50转/秒在匀强磁场中转动，其产生的交流电通过一匝数比为n 1∶n 2＝10∶1的理想变压器给阻值R ＝20 Ω的电阻供电，已知电压表的示数为20 V ，从图示位置开始计时，则下列说法正确的是( )图9­21A ．t ＝0时刻流过线圈的电流最大B ．原线圈中电流的有效值为10 AC ．穿过线圈平面的最大磁通量为250πWb D ．理想变压器的输入功率为10 WC [t ＝0时刻为中性面位置，故感应电动势为零，故感应电流为零，流过线圈的电流为零，故A 错误；副线圈中的电流I 2＝U 2R ＝2020 A ＝1 A ，根据电流与匝数成反比，I 1I 2＝n 2n 1，原线圈中电流的有效值I 1＝n 2n 1I 2＝110×1 A＝0．1 A ，故B 错误；根据电压与匝数成正比，原线圈两端的电压U 1＝200 V ，角速度ω＝2πn ＝100π rad/s，线圈产生最大感应电动势为200 2 V ，E m ＝NBSω，最大磁通量Φ＝BS ＝E m Nω＝2002100×100π Wb ＝250πWb ，故C 正确；理想变压器输出功率P 2＝U 2I 2＝20×1 W＝20 W ，输入功率等于输出功率，所以变压器的输入功率为20 W ，故D 错误．]4．(2017·黑龙江哈尔滨一模)在如图9­22所示电路中，闭合开关S ，理想电流表和理想电压表的示数分别用I 和U 表示，当滑动变阻器的滑动触头P 向左滑动时，两表的示数都发生变化．电源的电动势和内电阻始终不变，则下列说法正确的是( )【导学号：17214159】图9­22A ．I 变大，U 变小B ．U I 变小C ．R 1的功率一定变大D ．电源的总功率一定减小D [根据电路图可知，R 1、R 2、电流表串联后接在电源两端，电压表并联在R 2两端．当滑动触头P 向左滑动时，R 2连入电路的阻值变大，由闭合电路欧姆定律可判断，I 变小，U 变大，则U I变大，A 、B 错误；由P R 1＝I 2R 1，知R 1的功率P R 1变小，C 错误；电源的总功率P 总＝E 2R 总，因R 总变大，则P 总是变小的，D 正确．] 5．如图9­23甲所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为10∶1，a 、b 端输入如图乙所示的电压，副线圈电路中电阻R ＝5 2 Ω，电路中的电表为理想电表，则( )图9­23A ．电压表V 1的示数为50 6 VB ．电流表的示数为1．0 AC ．电压表V 2的示数为10 VD ．电阻R 消耗的电功率为10 2 WB [由题图乙可知原线圈两端电压的有效值为U ＝ U 21＋U 222＝100 V(在一个周期内，前半个周期的有效值为U 1＝100 V ，后半个周期的有效值为U 2＝100 V)，所以电压表V 1的示数为100 V ，A 错；因变压器对恒定电流不起作用，且原、副线圈匝数比为10∶1，所以副线圈两端电压的有效值为U ′＝ U 1102×12＝5 2 V ，C 错；副线圈中的电流I＝U′R＝1 A，B对；电阻R消耗的电功率P＝I2R＝5 2 W，D错．]6．(2012·江苏高考T7)某同学设计的家庭电路保护装置如图9­24所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成．当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路．仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有( )【导学号：17214160】图9­24A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起ABD [由于零线、火线中电流方向相反，产生磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2的磁通量的变化，选项B正确，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确．] 7．(2017·山东潍坊二模)如图9­25甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表．线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示．以下判断正确的是( )图9­25A．电流表的示数为10 AB．线圈转动的角速度为50π rad/sC．0．01 s时线圈平面与磁场方向平行D．0．02 s时电阻R中电流的方向自右向左AC [由题图乙知I m＝10 2 A，I＝I m2＝10 A，A正确．T＝2×10－2 s，ω＝2πT＝100πrad/s ，B 错误．t ＝0．01 s 时，i ＝I m ，此时线圈平面与磁场方向平行，C 正确．由右手定则判定0．02 s 时电阻R 中电流方向自左向右，D 错误．]8．(2017·武汉二调)如图9­26为发电厂向远处用户的输电电路示意图，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．若输送功率增大，下列说法中正确的有( )图9­26A ．升压变压器的输出电压增大B ．降压变压器的输出电压增大C ．输电线上损耗的功率增大D ．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大CD [已知发电厂的输出电压不变，升压变压器的原、副线圈匝数比不变，则由n 1n 2＝U 1U 2知，升压变压器的输出电压U 2不变，A 错．若输送功率增大，输电电压U 2不变，则由P ＝U 2I 2知，输电线上电流I 2增大，又输电线的电阻不变，由U 损＝I 2R 知输电线上损失电压增大，则降压变压器输出电压减小，B 错．因输电电流增大，则由P ＝I 22R 知，输电线上损耗的功率变大，C 对．输电线上损耗功率占总功率的比例(I 22R U 2I 2＝I 2R U 2)增大，D 对．] 二、计算题(共2小题，32分)9．(12分)如图9­27所示，用导线绕成匝数N ＝50匝的直角三角形线框ACD ，该线框绕与匀强磁场垂直的OO ′轴(OO ′轴与AD 边共线)匀速转动，转速为n ＝25 r/s ．垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度B ＝0．5 T ；三角形线框的AC 边长为30 cm ，AD 边长为50 cm ，三角形线框的总电阻r ＝5 Ω，不计一切摩擦．当线框通过滑环和电刷与R ＝10 Ω的外电阻相连时，求：图9­27(1)线圈从图示位置转过π3的过程中通过外电阻R 上的电量q ； (2)线圈从图示位置转过π的过程中外力所做的功．【解析】 (1)通过外电阻R 上的电量q ＝I ·Δt ①由闭合电路欧姆定律得I ＝ER ＋r ②由法拉第电磁感应定律有E ＝N ΔΦΔt③ 而磁通量的变化量大小ΔΦ＝12BS ④ 由几何关系易得DC ＝40 cm ，同时得三角形线框的面积S ＝12·AC ·DC ⑤ 由①②③④⑤联立并代入数据得：q ＝5×10－2 C ．⑥(2)线框匀速转动的角速度ω＝2πn ＝50π rad/s⑦线框转动产生的电动势的最大值为E m ＝NBSω＝75π V⑧电动势的有效值E ＝E m 2＝75π2V⑨ 电路中产生的电功率P 电＝E 2R ＋r ＝375π22W⑩ 整个电路在半周期内消耗的电能E 电＝P 电·T 2＝15π24J 根据功能关系知半周期内外力所做的功W ＝E 电＝15π24J ． 【答案】 (1)5×10－2 C (2)15π24 J 10．(20分)(2017·河南阳信一模)如图9­28甲所示，长、宽分别为L 1、L 2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O 1O 2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B 0、B 1和t 1均为已知．在0～t 1时间内，线框保持静止，且线框平面和磁场垂直；t 1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：图9­28 (1)0～t 1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．【导学号：17214161】【解析】 (1)在0～t 1时间内，金属线框中的感应电动势为E 1＝n ΔΦΔt ＝nL 1L 2B 1－B 0t 1根据闭合电路欧姆定律，通过电阻R 的电流I 1＝E 1R ＋r ＝nL 1L 2B 1－B 0R ＋r t 1． (2)线框产生感应电动势的最大值E m ＝nB 1L 1L 2ω感应电动势的有效值E ＝22nB 1L 1L 2ω 通过电阻R 的电流的有效值I ＝2nB 1L 1L 2ω2R ＋r 线框转动一周所需的时间t ＝2πω此过程中，电阻R 产生的热量Q ＝I 2Rt ＝πRω(nB 1L 1L 2R ＋r)2． (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 ＝n ΔΦΔt ＝nB 1L 1L 2Δt平均感应电流I ＝ER ＋r ＝nB 1L 1L 2Δt R ＋r通过电阻R 的电荷量q ＝I Δt ＝nB 1L 1L 2R ＋r ． 【答案】 见解析。