高考物理二轮专项复习限时训练10《直流与交流电路》(含详解)

专题限时训练10　直流与交流电路

时间：45分钟

一、单项选择题

1．如图所示，电源的电动势为E、内阻为r，定值电阻R的阻值也为r，滑动变阻器的最大阻值是2r.当滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动过程中，下列说法中正确的是(　C　)

A．电压表的示数变大

B．电流表的示数变小

C．滑动变阻器消耗的功率变小

D．定值电阻R消耗的功率先变大后变小

解析：等效电路图如图所示．滑片从a端滑向b端，其接入电路的阻值RPb减小，由“串反并同”原则有，电压表示数减小，电流表示数增大，电阻R消耗的功率增大，A、B、D错误；把电阻R当作电源内电阻(等效电源)，则R内＝2r，RPb减小，且RPb<2r，等效电源的输出功率减小，即滑动变阻器的功率减小，C正确．

2.在如图所示的电路中，闭合开关S后，L1、L2两灯泡都正常发光，后来由于某种故障使L2突然变亮，电压表读数减小，由此推断，该故障可能是(　D　)

A．L1灯丝烧断

B．电阻R2断路

C．电阻R2短路

D．电容器被击穿短路

解析：若电阻R2短路，则通过L2的电流为零，L2不亮，选项C错误；若L1灯丝烧断，则总电阻增大，总电流减小，L2两端电压减小，L2变暗，选项A错误；若R2断路，则总电阻增大，电压表读数增大，总电流减小，L1与R1并联部分两端的电压减小，故L2两端的电压增大，L2变亮，选项B错误；若电容器被击穿短路，则电路总电阻减小，路端电压减小，总电流增大，L2变亮，D正确．

3．(2018·新课标全国卷Ⅲ)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正．该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示．则Q方Q正等于(　D　)

A．1   B.1

C．12   D．21

解析：根据焦耳定律知热量与方波中的电流方向的变化无关，故Q方＝T；而正弦交流电电压的有效值等于峰值的，故Q正＝T＝·T，所以＝，D正确．

4．(2018·福建福州质检)某交流电源电动势随时间变化的规律如图所示，现用该电源对标称值为“5 V　10 W”的电动机供电，电源内阻不计，下列说法正确的是(　C　)

A．电动机的内阻为2.5 Ω

B．电动机的发热功率为10 W

C．通过电动机的电流为2 A

D．通过电动机的电流为2 A

解析：由图知该电源电动势最大值为Em＝5 V，则有效值E＝5 V，通过电动机的电流I＝ A＝2 A，电动机是非纯电阻元件，电动机内阻r< Ω＝2.5 Ω，电动机的发热功率P热＝I2r<P总＝10 W，故A、B、D错误，C正确．

5．如图甲为某水电站的电能输送示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为115，降压变压器的副线圈接有负载R，升压、降压变压器之间的输电线路的总电阻为10 Ω，变压器均为理想变压器，升压变压器原线圈中接入如图乙所示的正弦式交变电压，输送功率为33 kW.下列说法正确的是(　C　)

A．输电线上交变电流的变化周期为0.01s

B．输电线中电流为150 A

C．降压变压器原线圈输入电压为3 200 V

D．输电线上功率损失为500 W

解析：由图乙所示的正弦式交变电压图象可知周期T＝2×10－2 s，变压器不改变交变电流的周期，所以输电线上交变电流的变化周期为0.02 s，选项A错误；升压变压器原线圈电压的最大值为311 V，有效值U1＝ V＝220 V，由＝得升压变压器副线圈的输出电压U2＝U1＝15×220 V＝3 300 V，输电线中电流为I2＝＝10 A，选项B错误；输电线电压损失ΔU＝I2R＝100 V，降压变压器原线圈输入电压为U＝U2－ΔU＝3 200 V，选项C正确；输电线上功率损失为P损＝IR＝1 000 W，选项D错误．

6．如图甲所示是一种振动发电装置的示意图，一个半径r＝0.10 m、匝数n＝20匝的线圈套在永久磁铁槽中，槽中磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右侧视图如图乙所示)，线圈所在位置磁感应强度B的大小均为B＝ T，线圈的电阻R1＝0.50 Ω，它的引出线接有R2＝9.50 Ω的小灯泡L，为理想交流电流表．当线圈框架的P端在外力作用下沿轴线做往复运动，便有电流通过灯泡．若线圈往复运动的规律如图丙所示(v取向右为正)，则下列判断正确的是(　C　)

A．电流表的示数为0.24 A

B．0.01 s时回路中的电流最大

C．回路中交流电的频率为50 Hz

D．0.015 s时灯泡L中电流的方向为从D→L→C

解析：由E＝BLv及v­t图象可知，线圈往复运动所产生的感应电流为正弦式交流电，则Em＝nB×2πrvm＝2.4 V，电流的有效值I＝＝ A，A错；由图象可知T＝0.02 s，f＝50 Hz，C正确；t＝0.01 s时，v＝0，所以I＝0，B错；t＝0.015 s时，由右手定则可知，电流方向为C→L→D，D错．

二、多项选择题

7．(2018·河北石家庄模拟)如图甲所示的电路中电源电动势E＝8 V，电阻R与一个电流传感器相连，传感器可以将电路中的电流随时间变化的曲线显示在计算机屏幕上，先将S接2给电容器C充电，再将S接1，结果在计算机屏幕上得到如图乙所示的曲线，C为图象上的一点，将该曲线描绘在坐标纸上(坐标纸上的小方格图中未画出)，电流坐标轴每小格表示0.1 mA，时间坐标轴每小格表示0.1 s，曲线与AOB所围成的面积约为80个小方格．则下列说法正确的是(　CD　)

A．充电电流由a极板穿过电容器内部流向b极板

B．C点的坐标乘积表示电容器放电过程中流过电流传感器的电荷量

C．电容器充电完毕时，所带电荷量约为8×10－4 C

D．电容器的电容约为10－4 F

解析：充电电流由电源正极流向a极板，而不是由a极板穿过电容器内部流向b极板，选项A错误；C点的坐标乘积为矩形面积，小于电容器放电过程中流过电流传感器的电荷量，选项B错误；根据图象的含义，因为Q＝It，所以方格的面积表示电容器放电的电荷量，也为充电的总电荷量，Q＝0.1×10－3×0.1×80 C＝8×10－4 C，选项C正确；C＝＝ F＝10－4 F，选项D正确．

8.(2018·株洲模拟)如图所示，先后用不同的交流电源给同一盏灯泡供电．第一次灯泡两端的电压随时间按正弦规律变化，如图甲所示；第二次灯泡两端的电压变化规律如图乙所示．若图甲、乙中的U0、T所表示的电压、周期值是相等的，则以下说法正确的是(　AD　)

A．第一次灯泡两端的电压有效值是U0

B．第二次灯泡两端的电压有效值是U0

C．第一次和第二次灯泡的电功率之比是29

D．第一次和第二次灯泡的电功率之比是15

解析：第一次所加正弦交流电压的有效值为U1＝U0，A项正确；设第二次所加交流电压的有效值为U2，则根据有效值的定义有T＝·＋·，解得U2＝U0，B项错误；根据电功率的定义式P＝可知，P1P2＝15，C项错误，D项正确．

9．(2018·江苏四市调研)图甲为风力发电的简易模型，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(　AD　)

A．电流的表达式为i＝0.6sin10πt(A)

B．磁铁的转速为10 r/s

C．风速加倍时电流的表达式为i＝1.2sin10πt(A)

D．风速加倍时线圈中电流的有效值为0.6 A

解析：通过乙图可知电流的最大值为0.6 A，周期T＝0.2 s，故ω＝＝10π rad/s，故电流的表达式为i＝0.6sin10πt(A)，故A正确；电流的周期为T＝0.2 s，故磁铁的转速为n＝＝ r/s＝5 r/s，故B错误；风速加倍时，角速度加倍，根据Em＝nBSω可知产生的感应电动势加倍，形成的感应电流加倍，故风速加倍时电流的表达式为i＝1.2sin20πt(A)，故C错误；根据C的分析，形成的感应电流最大值Im＝1.2 A，故有效值为I＝＝A＝0.6 A，故D正确．

10.如图所示，C1＝6 μF，C2＝3 μF，R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，电源电动势E＝18 V，内阻不计，下列说法正确的是(　BC　)

A．开关S断开时，a、b两点电势相等

B．开关S闭合后，a、b两点间的电流是2 A

C．开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大

D．不论开关S断开还是闭合，C1带的电荷量总比C2带的电荷量大

解析：S断开时外电路处于断路状态，两电阻中均无电流通过，电阻两端电势相等，由题图知a点电势与电源负极电势相等，而b点电势与电源正极电势相等，A错误．S断开时两电容器两端电压都等于电源电动势，而C1>C2，由Q＝CU知此时Q1>Q2.当S闭合时，稳定状态下C1与R1并联，C2与R2并联，电路中电流I＝＝2 A，此时两电阻两端电压分别为U1＝IR1＝6 V、U2＝IR2＝12 V，则此时两电容器所带的电荷量分别为Q1′＝C1U1＝3.6×10－5 C、Q2′＝C2U2＝3.6×10－5 C，对电容器C1来说，S闭合后其两端电压减小，所带的电荷量也减小，故B、C正确，D错误．

三、计算题

11．“氢火焰离子化检测器”可以检测出无机物气体中极其微量的有机分子的含量，其装置如图所示，在氢火焰的作用下，有机物的分子电离为一价正离子和自由电子，而无机物的分子不会电离．设单位时间内有n摩尔被检测气体进入检测器，调节滑动变阻器，使得电流表的示数逐渐变大，直到最大值I，求有机物分子与被检测气体分子的数目的比值K是多少？(阿伏加德罗常数为NA，电子的电荷量为e)

解析：电流达到最大值I后，表明电离出来的电子全部到达了阳极，设经过时间t到达极板的电荷量为q，则q＝It，被电离的有机物分子的数目N′＝＝，则有机物分子与被测气体分子的数目的比值为K＝＝.

答案：

12．如图甲所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面垂直的均匀分布的磁场．已知线圈的匝数n＝100匝，总电阻r＝1.0 Ω，所围成矩形的面积S＝0.040 m2，小灯泡的电阻R＝9.0 Ω，磁感应强度随时间按如图乙所示的规律变化，线圈中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e＝nBmScost，其中Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期，不计灯丝电阻随温度的变化，求：

(1)线圈中产生感应电动势的最大值；

(2)小灯泡消耗的电功率；

(3)在磁感应强度变化的0～时间内，通过小灯泡的电荷量．

解析：(1)由图象知，线圈中产生的交变电流的周期T＝3.14×10－2 s，所以Em＝nBmSω＝＝8.0 V.

(2)电流的最大值Im＝＝0.80 A，有效值I＝＝ A，小灯泡消耗的电功率P＝I2R＝2.88 W.

(3)在0～时间内，电动势的平均值＝，平均电流＝＝，流过灯泡的电荷量Q＝Δt＝＝4.0×10－3 C.

答案：(1)8.0 V　(2)2.88 W　(3)4.0×10－3 C