2012屆高考物理二輪《恒定電流與交變電流》專題訓(xùn)練
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1、 2012屆高考物理二輪《恒定電流與交變電流》專題訓(xùn)練 1.(2011海南高考)如圖7-13,E為內(nèi)阻不能忽略的電池,R1、R2、R3為定值電阻,S0、S為開關(guān),與分別為電壓表和電流表。初始時(shí)S0與S均閉合,現(xiàn)將S斷開,則 ( ) A.的讀數(shù)變大,的讀數(shù)變小 B.的讀數(shù)變大,的讀數(shù)變大 圖7-13 C.的讀數(shù)變小,的讀數(shù)變小 D.的讀數(shù)變小,的讀數(shù)變大 解析:當(dāng)S斷開時(shí),R2所在支路斷路,總電阻R變大,根據(jù)I=知,干路電流I變小,根據(jù)U=E-Ir知,路端電壓變大,即讀數(shù)變大;根據(jù)U=IR知,R1兩端電壓U1=IR1變
2、小,而U=U1+U3,所以R3兩端的電壓U3=U-U1要變大,通過R3的電流I3=變大,即的讀數(shù)變大,所以B正確。 答案:B 2.(2011重慶高考)在測量電珠伏安特性實(shí)驗(yàn)中,同學(xué)們連接的電路中有四個(gè)錯(cuò)誤電路,如圖7-14所示。電源內(nèi)阻不計(jì),導(dǎo)線連接良好,若將滑動(dòng)變阻器的觸頭置于左端,閉合S,在向右端滑動(dòng)觸頭過程中,會(huì)分別出現(xiàn)如下四種現(xiàn)象: 圖7-14 a.電珠L不亮;電流表示數(shù)幾乎為零 b.電珠L亮度增加;電流表示數(shù)增大 c.電珠L開始不亮,后來忽然發(fā)光;電流表從示數(shù)不為零到線圈燒斷 d.電珠L不亮;電流表從示數(shù)增大到線圈燒斷 與上述abcd四種現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的電路序號(hào)為(
3、) A.③①②④ B.③④②① C.③①④② D.②①④③ 解析:電珠不亮、電流表示數(shù)幾乎為零,說明電珠和電流表與電壓表具有串聯(lián)關(guān)系,a對(duì)應(yīng)③圖;電珠亮度增加,電流表示數(shù)增大,說明電珠與電流表具有串聯(lián)關(guān)系,b對(duì)應(yīng)①圖;電流表線圈燒斷,說明最后電流表短路,但是電燈L不亮,可知,d對(duì)應(yīng)④圖,故選項(xiàng)A正確。 答案:A 3.如圖7-15甲所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1,b是原線圈的中心抽頭,圖中電表均為理想的交流電表,定值電阻R=10 Ω,其余電阻均不計(jì),從某時(shí)刻開始在原線圈c、d兩端加上如圖乙所示的交變電壓,則下列說法中正確的是( ) 圖7-15
4、 A.當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時(shí),電壓表的示數(shù)為22 V B.當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接且t=0.01 s時(shí),電流表示數(shù)為零 C.當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時(shí),原線圈的輸入功率變大 D.當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時(shí),副線圈輸出電壓的頻率變?yōu)?5 Hz 解析:原線圈輸入電壓的有效值為U1= V=220 V,當(dāng)單刀雙擲開關(guān)與a連接時(shí),U2=U1=22 V,A選項(xiàng)正確;當(dāng)t=0.01 s時(shí),電流表示數(shù)不為零,電流表測量的是有效值,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時(shí),U2′=U1=44 V,輸出功率增大,原線圈的輸入功率也增大,此時(shí)輸出電壓的頻率不變,C選項(xiàng)正確,D選項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案:AC 4.某
5、小型實(shí)驗(yàn)水電站輸出功率是20 kW,輸電線總電阻為6 Ω。 (1)若采用380 V輸電,求輸電線路損耗的功率。 (2)若改用5000 V高壓輸電,用戶端利用n1∶n2=22∶1的變壓器降低,求用戶得到的電壓。 解析:(1)輸電線上的電流強(qiáng)度為 I== A=52.63 A 輸電線路損耗的功率為 P損=I2R=52.6326 W≈16620 W=16.62 kW。 (2)改用高壓輸電后,輸電線上的電流為 I′== A=4 A 用戶端在變壓器降壓前獲得的電壓 U1=U-I′R=(5000-46) V=4976 V 根據(jù)=,用戶得到的電壓為 U2=U1=4976 V=226.1
6、8 V。 答案:(1)16.62 kW (2)226.18 V 5.電動(dòng)自行車是目前一種較為時(shí)尚的代步工具,某廠生產(chǎn)的一種電動(dòng)自行車,設(shè)計(jì)質(zhì)量(包括人)為m=80 kg,動(dòng)力電源選用能量存儲(chǔ)量為“36 V 10 Ah”(即輸出電壓恒為36伏,工作電流與工作時(shí)間的乘積為10安培小時(shí))的蓄電池(不計(jì)內(nèi)阻),所用電源的額定輸出功率P=180 W,由于電動(dòng)機(jī)發(fā)熱造成的損耗(其他損耗不計(jì)),自行車的效率為η=80%。如果自行車在平直公路上行駛時(shí)所受阻力跟行駛速率和自行車對(duì)地面的壓力的乘積成正比,即Ft=kmgv,其中k=5.010-3 sm-1,g取10 m/s2。求: (1)該自行車保持額定功率
7、行駛的最長時(shí)間是多少? (2)自行車電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻為多少? (3)自行車在平直的公路上能達(dá)到的最大速度為多大? 解析:(1)根據(jù)公式:P=IU,得I=5 A 再根據(jù)電池容量可得t== h=2 h。 (2)P熱=P-80%P=I2r r=1.44 Ω。 (3)經(jīng)分析可知,當(dāng)自行車以最大功率行駛且達(dá)到勻速時(shí)速度最大,因此有F牽=kmgvmax 而F牽= 聯(lián)立代入數(shù)據(jù)可得vmax=6 m/s。 答案:(1)2 h (2)1.44 Ω (3)6 m/s 一、選擇題(本題共9個(gè)小題,每小題7分,共63分,每小題至少有一個(gè)選項(xiàng)正確,請(qǐng)將正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)) 1.(
8、2011溫州模擬)現(xiàn)用電壓為380 V的正弦式交流電給額定電壓為220 V的電燈供電,如圖1中的四個(gè)電路中不可能使電燈正常發(fā)光的有( ) 圖1 解析:由圖可知,A、B選項(xiàng)中均有電阻分壓,可以使電燈正常發(fā)光;C選項(xiàng)為降壓變壓器,通過變壓器降壓也可以使電燈正常發(fā)光;D選項(xiàng)為升壓變壓器,電燈兩端的電壓要大于380 V,不可行。 答案:D 2.兩只相同的電阻,分別通以正弦形的交流電和方波形的交流電。兩種交流電流的最大值相等,如圖2所示。在正弦形交流電的一個(gè)周期內(nèi),正弦形的交流電在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q1與方波形交流電在電阻上產(chǎn)生的焦耳熱Q2之比Q1/Q2等于( ) 圖2 A.3∶
9、1 B.1∶2 C.2∶1 D.4∶3 解析:根據(jù)有效值的定義及正弦交流電有效值和最大值的關(guān)系,可得該題正確答案為B. 答案:B 3.(2011廣東高考)如圖3甲左側(cè)的調(diào)壓裝置可視為理想變壓器,負(fù)載電路中 R= 55 Ω,為理想電流表和電壓表。若原線圈接入如圖乙所示的正弦交變電壓,電壓表的示數(shù)為 110 V,下列表述正確的是( ) 圖3 A.電流表的示數(shù)為 2 A B.原、副線圈匝數(shù)比為 1∶2 C.電壓表的示數(shù)為電壓的有效值 D.原線圈中交變電壓的頻率為 100 Hz 解析:電壓表的示數(shù)為110 V,則電流表的示數(shù)為=2 A,A項(xiàng)正確;原
10、線圈輸入電壓的有效值為220 V,根據(jù)變壓器的變壓比關(guān)系,可知原、副線圈匝數(shù)比為2∶1,B項(xiàng)錯(cuò)誤;交流電表的示數(shù)為交流電的有效值,C項(xiàng)正確;由圖乙可知,此交流電的周期為0.02 s,頻率為50 Hz,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案:AC 4.如圖4所示,把電阻R、電感線圈L、電容器C分別串聯(lián)一個(gè)燈泡后,并聯(lián)接在交流電源的兩端,三盞燈亮度相同。要使燈泡L1變暗、燈泡L2變亮,下列措施中可行的是( ) A.只減小交流電的電壓 圖4 B.只增大交流電的電壓 C.只減小交流電的頻率 D.只增大交流電的頻率 解析:只減
11、小交流電壓,容抗和感抗并未發(fā)生變化,所以燈泡L1變暗、燈泡L2變暗,A錯(cuò)誤;只增大交流電壓,容抗和感抗并未發(fā)生變化,所以燈泡L1變亮,燈泡L2變亮,B錯(cuò)誤;只減小交流電的頻率,容抗增加,感抗減小,故燈泡L1變亮,燈泡L2變暗,C錯(cuò)誤;只增大交流電的頻率,容抗減小,感抗增加,故燈泡L1變暗、燈泡L2變亮,D正確。 答案:D 5.煤礦礦井中用于監(jiān)測瓦斯?jié)舛鹊膫鞲衅鳎碾娮桦S瓦斯?jié)舛鹊淖兓兓谌鐖D5所示的電路中,不同的瓦斯?jié)舛葘?duì)應(yīng)著傳感器的不同電阻,這樣,顯示儀表的指針就與瓦斯?jié)舛扔辛藢?duì)應(yīng)關(guān)系,觀察儀表指針就能判斷瓦斯是否超標(biāo)。有一種瓦斯傳感器,其電阻的倒數(shù)與瓦斯的濃度成正比,那么,電壓
12、表示數(shù)U與瓦斯?jié)舛菴之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系正確的是( ) 圖5 A.U越大,表示C越大,C與U成正比 B.U越大,表示C越小,C與U成反比 C.U越大,表示C越大,但是C與U不成正比 D.U越大,表示C越小,但是C與U不成反比 解析:由于瓦斯傳感器電阻的倒數(shù)與瓦斯的濃度成正比,所以有關(guān)系式:=kC;由閉合電路的歐姆定律可得:U=即U=結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)可得:U越大,C越大,C與U不成正比關(guān)系,C正確。 答案:C 6.(2011南昌模擬)溫度傳感器廣泛應(yīng)用于空調(diào)、電冰箱等家用電器中,它是利用熱敏電阻的阻值
13、隨著溫度變化的特性來工作的。如圖6甲所示,電源的電動(dòng)勢E=9.0 V,內(nèi)阻不計(jì),G為靈敏電流計(jì),內(nèi)阻Rg保持不變;R為熱敏電阻,其電阻阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示。閉合開關(guān)S,當(dāng)R的溫度等于20℃時(shí),電流表示數(shù)I1=2 mA;當(dāng)電流表的示數(shù)I2=3.6 mA時(shí),熱敏電阻的溫度是( ) 圖6 A.60℃ B.80℃ C.100℃ D.120℃ 解析:由圖像知,當(dāng)t1=20℃,熱敏電阻的阻值R1=4 kΩ,根據(jù)閉合電路歐姆定律I1=,可解得Rg=0.5 kΩ,又I2=,可解得R2=2 kΩ,結(jié)合圖像得:t2=120℃。故選D。 答案:D 7.如圖7所
14、示為降溫所用的一個(gè)小型電風(fēng)扇電路簡圖,其中理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為n,原線圈接電壓為U的交流電源,輸出端接有一只電阻為R的燈泡和風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)D,電動(dòng)機(jī)線圈電阻為r。接通電源后,電風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn),測出通過風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的電流為I,則下列說法錯(cuò)誤的是( ) A.風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)D兩端的電壓為Ir 圖7 B.理想變壓器的輸入功率為+ C.風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)D輸出的機(jī)械功率為-I2r D.若電風(fēng)扇由于機(jī)械故障被卡住,則通過原線圈的電流為 解析:由變壓器的原理可知,風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)D兩端的電壓為U/n,因?yàn)殡婏L(fēng)扇中含有線圈,故不能利用歐姆定律求電
15、壓,A錯(cuò)誤;由變壓器功率特點(diǎn)可知,理想變壓器的輸入功率為+,B正確;風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)D輸出的機(jī)械功率為-I2r,C正確;因?yàn)楦本€圈兩端的電壓為U/n,若電風(fēng)扇由于機(jī)械故障被卡住,則副線圈回路可視為純電阻電路,該回路的等效電阻為,所以副線圈中的電流為,通過原線圈的電流為,D正確。 答案:A 8.如圖8所示的電路中,電源內(nèi)阻不可忽略,若調(diào)整可變電阻R的阻值,可使電壓表的示數(shù)減小ΔU(電壓表為理想電表),在這個(gè)過程中( ) A.通過R1的電流減小,減小量一定等于ΔU/R1 B.R2兩端的電壓增加,增加量一定等于ΔU 圖8 C.路端電壓減小,減小量
16、一定等于ΔU D.通過R2的電流增加,但增加量一定小于ΔU/R2 解析:通過R1的電流I=,電壓減小ΔU,則通過R1的電流減小量一定等于,選項(xiàng)A正確;R2和電源內(nèi)阻的總電壓要增加ΔU,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;因?yàn)镽2的電壓增加量小于ΔU,路端電壓減小量一定也小于ΔU,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;R2電壓增加量小于ΔU,通過R2的電流增加量一定小于,選項(xiàng)D正確。 答案:AD 9.(2011福建高考)圖9甲中理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比n1∶n2=5∶1,電阻R=20 Ω,L1、L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡,S1為單刀雙擲開關(guān)。原線圈接正弦交變電源,輸入電壓u隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示?,F(xiàn)將S1接1、S2閉合,此時(shí)
17、L2正常發(fā)光。下列說法正確的是( ) 圖9 A.輸入電壓u的表達(dá)式u=20sin(50πt)V B.只斷開S2后,L1、L2均正常發(fā)光 C.只斷開S2后,原線圈的輸入功率增大 D.若S1換接到2 后,R消耗的電功率為0.8 W 解析:讀圖知周期T=0.02 s,所以u(píng)=20sin(100πt)V。原本L2正常發(fā)光,只斷開S2后,電壓被兩燈泡均分,不會(huì)正常發(fā)光,且兩燈泡串聯(lián),負(fù)載電阻增大,輸出功率減小,輸入功率也減小。由變壓器的變壓比=可得副線圈輸出電壓為4 V,S1換接到2后,R消耗的功率P== W=0.8 W。D正確。 答案:D 二、計(jì)算題(本題共3個(gè)小題,共37分
18、,解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和演算步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 10.(10分)某課外小組設(shè)計(jì)了一種測定風(fēng)速的裝置,其原理如圖10所示。一個(gè)勁度系數(shù)k=120 N/m、自然長度L0=1 m的彈簧一端固定在墻上的M點(diǎn),另一端N與導(dǎo)電的迎風(fēng)板相連,彈簧穿在光滑水平放置的電阻率較大的金屬桿上,彈簧是不導(dǎo)電的材料制成的。迎風(fēng)板面積S=0.5 m2,工作時(shí)總是正對(duì)著風(fēng)吹來的方向,電路的一端與迎風(fēng)板相連,另一端在M點(diǎn)與金屬桿相連,迎風(fēng)板 圖10 可在金屬桿上滑動(dòng),且與金屬桿接觸良好。定值電阻R=1.0 Ω,電源的電動(dòng)勢E=12 V,內(nèi)阻r=0.5 Ω。閉合開關(guān),沒有風(fēng)吹時(shí),彈簧
19、處于原長,電壓表的示數(shù)U1=9.0 V,某時(shí)刻由于風(fēng)吹迎風(fēng)板,電壓表的示數(shù)變?yōu)閁2=6.0 V。(電壓表可看做理想表)求: (1)金屬桿單位長度的電阻; (2)此時(shí)作用在迎風(fēng)板上的風(fēng)力。 解析:設(shè)無風(fēng)時(shí)金屬桿接入電路的電阻為R1,風(fēng)吹時(shí)接入電路的電阻為R2,由題意得 (1)無風(fēng)時(shí):U1=R1 得R1=4.5 Ω 所以金屬桿單位長度的電阻 r== Ω/m=4.5 Ω/m。 (2)有風(fēng)時(shí):U2=R2 得R2=1.5 Ω 此時(shí),彈簧長度L== m 壓縮量x=L0-L=(1-) m= m 由二力平衡得此時(shí)風(fēng)力:F=kx=120 N=80 N。 答案:(1)4.5 Ω/m (2
20、)80 N 11.(12分)如圖11甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖。其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈的匝數(shù)n=100、電阻r=10 Ω。線圈兩端的電流環(huán)與電阻R連接,電阻R=90 Ω,與R并聯(lián)的電壓表為理想電壓表。在t=0時(shí)刻,線圈平面與磁場方向平行,穿過每匝線圈的磁通量隨時(shí)間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化。求: 圖11 (1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值; (2)從線框經(jīng)過圖示位置開始計(jì)時(shí),寫出交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式; (3)電路中電壓表的示數(shù)。 解析:(1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值 Em=nBωS 而
21、Φm=BS,ω=,則Em= 由Φ-t圖線可知:Φm=2.010-2 Wb,T=6.2810-2 s 解得Em=200 V。 (2)t=0 s時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢為最大值,則感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為e=nBωScosωt=200cos100t (V)。 (3)感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值E=Em/=100 V。 由閉合電路歐姆定律得,電路中電流的有效值為 I== A 電壓表的示數(shù)為U=IR=90 V。 答案:(1)200 V (2)e=200cos100t V (3)90 V 12.(15分)在遠(yuǎn)距離輸電時(shí),要考慮盡量減少輸電線上的功率損失。有一個(gè)發(fā)電站,輸送的電功率為P=500 kW,當(dāng)使
22、用U=5 kV的電壓輸電時(shí),測得安裝在輸電線路起點(diǎn)和終點(diǎn)處的兩只電能表一晝夜示數(shù)相差4800度。求: (1)這時(shí)的輸電效率η和輸電線的總電阻r; (2)若想使輸電效率提高到98%,又不改變輸電線,那么發(fā)電站應(yīng)使用多高的電壓向外輸電? 解析:(1)畫出此遠(yuǎn)距離輸電線路如圖所示 由于輸送功率為P=500 kW, 一晝夜輸送電能E=Pt=12000度, 終點(diǎn)得到的電能為E′=7200度, 因此效率η=60%, 輸電線上的電流可由I=計(jì)算,為I=100 A, 而輸電線損耗功率可由Pr=I2r計(jì)算, 其中Pr=kW=200 kW,因此可求得r=20 Ω。 (2)輸電線上損耗功率為Pr=()2r∝, 原來Pr=200 kW,現(xiàn)在要求Pr′=10 kW, 計(jì)算可得輸電電壓應(yīng)調(diào)節(jié)為U′=22.4 kV。 答案:(1)60% 20 Ω (2)22.4 kV
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