2019屆高考物理二輪復習 第一部分 專題整合 專題四 電磁感應和電路 第1講 恒定電流與交變電流專項訓練.doc

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第1講　恒定電流與交變電流 [真題再現(xiàn)]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(2016全國卷Ⅰ)一含有理想變壓器的電路如圖4－1－1所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω、1Ω和4Ω，A為理想交流電流表，U為正弦交流電壓源，輸出電壓的有效值恒定。當開關S斷開時，電流表的示數(shù)為I；當S閉合時，電流表的示數(shù)為4I。該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為 圖4－1－1 A．2　　　　　B．3　　　　　C．4　　　　　D．5 解析　設原、副線圈匝數(shù)比為n，根據(jù)能量守恒，當S斷開時，UI＝I2R1＋(nI)2(R2＋R3)；當S閉合時，4UI＝(4I)2R1＋(4nI)2R2，聯(lián)立解得n＝3，所以B正確。 答案　B 2．(2016全國卷Ⅱ)阻值相等的四個電阻、電容器C及電池E(內(nèi)阻可忽略)連接成如圖4－1－2所示電路。開關S斷開且電流穩(wěn)定時，C所帶的電荷量為Q1；閉合開關S，電流再次穩(wěn)定后，C所帶的電荷量為Q2。Q1與Q2的比值為 圖4－1－2 A. B. C. D. 解析　電路中四個電阻阻值相等，開關S斷開時，外電路的連接等效為圖甲，由于不計電池的內(nèi)阻，設每個定值電阻的阻值為R，根據(jù)串并聯(lián)電路的特點可知，電容器兩端的電壓為U1＝E＝E；當開關S閉合后，外電路的連接等效為圖乙，則電容器兩端的電壓為U2＝E＝E，由Q＝CU可知，＝＝，C項正確。 答案　C 3．(多選)(2016全國卷Ⅲ)如圖4－1－3，理想變壓器原、副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b。當輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時，兩燈泡均能正常發(fā)光。下列說法正確的是 圖4－1－3 A．原、副線圈匝數(shù)比為9∶1 B．原、副線圈匝數(shù)比為1∶9 C．此時a和b的電功率之比為9∶1 D．此時a和b的電功率之比為1∶9 解析　因為兩燈泡額定電壓相同且均正常發(fā)光，且輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍，所以理想變壓器的輸入、輸出電壓比為9∶1，由理想變壓器變壓規(guī)律可知，原、副線圈的匝數(shù)比為9∶1，A項正確，B項錯誤；由理想變壓器變流規(guī)律可知，原、副線圈的電流比為1∶9，由功率P＝UI可知，a和b的電功率之比為1∶9，C項錯誤，D項正確。 答案　AD 4.(2018全國卷Ⅲ)一電阻接到方波交流電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方；若該電阻接到正弦交流電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正。該電阻上電壓的峰值均為u0，周期均為T，如圖4－1－4所示。則Q方：Q正等于 圖4－1－4 A．1∶ B.∶1 C．1∶2 D．2∶1 解析　根據(jù)焦耳定律知熱量與方波中的電流方向的變化無關，故Q方＝T；而正弦交流電電壓的有效值等于峰值的，故Q正＝T＝T，所以＝，D正確。 答案　D [考情分析] 分值 0～6分 題型 以選擇題為主 命題熱點 (1)電路的動態(tài)分析 (2)交變電流的產(chǎn)生及“四值”的應用 (3)理想變壓器和遠距離輸電 考點一　直流電路的動態(tài)分析 直流電路動態(tài)分析的三種常用方法 (1)程序法 R局I總＝U內(nèi)＝I總rU外＝E－U內(nèi)確定U支、I支。 (2)結論法——“串反并同” “串反”：指某一電阻增大(減小)時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(增大)。 “并同”：指某一電阻增大(減小)時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(減小)。 (3)極限法 因變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，可將變阻器的滑片分別滑至兩個極端，使電阻最大或電阻為零去討論。 　(2018洛陽模擬)在如圖4－1－5所示電路中，閉合開關S，當滑動變阻器的滑動觸頭P向下滑動時，三個理想電表的示數(shù)都發(fā)生變化，電表的示數(shù)分別用I、U1、U2表示。下列判斷正確的是 圖4－1－5 A．I減小，U1增大　　　B．I減小，U2增大 C．I增大，U1增大 D．I增大，U2增大 [解析]　閉合開關S，當滑動變阻器的滑動觸頭P向下滑動時，變阻器接入電路的電阻增大，外電路總電阻R增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律分析得知，干路電流I總減小，路端電壓U增大，R3兩端電壓等于路端電壓，則流過R3的電流I3增大。流過電流表的電流I＝I總－I3，I總減小，I3增大，則I減小，R1兩端電壓減小，即電壓表V1的示數(shù)U1減小。電壓表V2的示數(shù)U2＝U－U1，U增大，U1減小，則U2增大。所以，I減小，U1減小，U2增大。故選B。 [答案]　B 【題組突破】 1.(2018天津五區(qū)縣高三聯(lián)考)如圖4－1－6所示，L1、L2、L3、L4為四個完全相同的燈泡。在變阻器R的滑片P向下移動過程中，下列判斷中正確的是 圖4－1－6 A．L1變暗 B．L2變暗 C．L3變亮 D．L4變暗 解析　當滑動變阻器的滑片P向下滑動時，滑動變阻器接入電路的阻值增大，外電路總電阻增大，由閉合電路歐姆定律得知，干路電流I減小，電源的內(nèi)電壓減小，則路端電壓增大，通過L4的電流增大，L4變亮，且通過L3的電流減小，L3的電壓減小，L3變暗，故L2的電壓增大，L2變亮，L1的電流減小，L1變暗。故A正確。 答案　A 2．(2018河南九校聯(lián)考)如圖4－1－7所示，平行金屬板中帶電質(zhì)點P原處于靜止狀態(tài)，不考慮電流表和電壓表對電路的影響，當滑動變阻器R2的滑片向b端移動時，則 圖4－1－7 A．電壓表示數(shù)增大 B．電流表示數(shù)減小 C．質(zhì)點P將向下運動 D．R1上消耗的功率逐漸減小 解析　由題圖可知，滑動變阻器R2與R3并聯(lián)后與R1串聯(lián)，電容器與R3并聯(lián)。當滑動變阻器R2的滑片向b端移動時，R2接入電路的阻值減小，則電路中總電阻減小，由閉合電路歐姆定律可知，電路中總電流增大，路端電壓減小，R1兩端的電壓增大，可知并聯(lián)部分的電壓減小，電壓表讀數(shù)減小，A錯誤；并聯(lián)部分電壓減小，流過R3的電流減小，而電路中總電流增大，故流過R2的電流增大，即電流表示增大，B錯誤；因電容器兩端電壓減小，板間場強減小。質(zhì)點受到的向上電場力，故質(zhì)點P將向下運動，故C正確；因R1電流增大，由P＝I2R可知，R1上消耗的功率增大，故D錯誤。 答案　C 考點二　交變電流的產(chǎn)生和“四值”問題 1．線圈通過中性面時的特點 (1)穿過線圈的磁通量最大。 (2)線圈中的感應電動勢為零。 (3)線圈每經(jīng)過中性面一次，感應電流的方向改變一次。 2．正弦交流電“四值”的應用 　(多選)(2018商丘模擬)如圖4－1－8甲為小型旋轉電樞式交流發(fā)電機，電阻為r＝2 Ω的矩形線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中，繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉動，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與右側電路連接，右側電路中滑動變阻器R的最大阻值為R0＝ Ω，滑動片P位于滑動變阻器中央，定值電阻R1＝R0、R2＝，其他電阻不計。從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，閉合開關S，線圈轉動過程中理想交流電壓表示數(shù)是10 V，圖乙是矩形線圈磁通量Φ隨時間t變化的圖像，則下列說法正確的是 圖4－1－8 A．電阻R2上的熱功率為W B．0.02 s時滑動變阻器R兩端的電壓瞬時值為零 C．線圈產(chǎn)生的感應電動勢隨時間t變化的規(guī)律是e＝10cos 100πt(V) D．線圈開始轉動到t＝s的過程中，通過R1的電荷量為 C [解析]　根據(jù)串聯(lián)電路分壓關系，可求得R2兩端的電壓為 V，故P＝ W＝ W，A正確；0.02 s時穿過線圈的磁通量為零，此時線圈中電動勢最大，R兩端電壓最大，B錯誤；因線圈有內(nèi)阻r，故電動勢最大值Em＞10 V，C錯誤；由R外＝10 Ω，r＝2 Ω，U＝10 V可得Em＝NBSω＝12 V，又q＝N＝N，以上各式聯(lián)立可得：q＝C，D正確。 [答案]　AD 【題組突破】 1．(多選)(2018湖北八校聯(lián)考)如圖4－1－9所示，矩形單匝線圈abcd，放置在磁感應強度大小為B的勻強磁場中，繞OO′軸勻速轉動，轉動的周期為T，ab的中點和cd的中點的連線恰好位于轉軸所在直線上，且轉軸OO′位于勻強磁場的邊界線上，轉軸OO′垂直于磁場方向，線圈電阻阻值為R，外電阻的阻值也為R，從圖示位置開始計時，線圈轉過30時的瞬時感應電流為I，則以下判斷正確的是 圖4－1－9 A．線圈的面積為 B．線圈消耗的電功率為4I2R C．t時刻線圈中的感應電動勢為e＝2IR sint D．t時刻穿過線圈的磁通量為Φ＝cost 解析　設線圈面積為S，從圖示位置開始計時時感應電動勢的表達式為e＝Bω sin ωt＝ sin θ，轉過30時的瞬時電流I＝＝sin 30＝，故S＝，則e＝4IR sint，A正確，C錯誤。線圈消耗的電功率為P＝2R＝2I2R，B錯誤。t時刻穿過線圈的磁通量為Φ＝B cos ωt＝cost，D正確。 答案　AD 2.(2018濰坊第三次檢測)如圖4－1－10所示是某小型交流發(fā)電機的示意圖，其矩形線圈abcd的面積為S＝0.03 m2，共有10匝，線圈總電阻為r＝1 Ω，線圈處于磁感應強度大小為T的勻強磁場中，可繞與磁場方向垂直的固定對稱軸OO′轉動，線圈在轉動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路電阻R＝9 Ω的連接。在外力作用下線圈以角速度10π rad/s繞軸OO′勻速轉動時，下列說法中正確的是 圖4－1－10 A．電阻R的發(fā)熱功率是3.6 W B．交流電流表的示數(shù)是0.6 A C．用該交流發(fā)電機給電磁打點計時器供電時，打點的時間間隔一定為0.02 s D．如果將電阻R換成標有“6 V　3 W”字樣的小燈泡，小燈泡能正常工作 解析　感應電動勢最大值Em＝nBωS＝1010π0.03 V＝6 V，電動勢有效值E＝＝6 V，電路中的電流I＝＝ A＝0.6 A，則交流電流表的示數(shù)是0.6 A，選項B正確；電阻R的發(fā)熱功率是PR＝I2R＝3.24 W，選項A錯誤；交流電的周期T＝＝ s＝0.2 s，則用該交流發(fā)電機給電磁打點計時器供電時，打點的時間間隔一定為0.2 s，選項C錯誤；如果將電阻R換成有“6 V　3 W”字樣的小燈泡，燈泡的電阻UL＝RL＝12 V＝5.54 V，故小燈泡不能正常工作，選項D錯誤。 答案　B 考點三　變壓器與遠距離輸電 1．理想變壓器問題中的兩個“弄清” (1)弄清變量和不變量。如原線圈電壓不變，原、副線圈的匝數(shù)比不變，其他物理量可隨電路的變化而發(fā)生變化。 (2)弄清動態(tài)變化過程中的決定關系，如U2由U1決定，P1、I1由P2、I2決定。 2．理想變壓器問題的分析流程 (1)由＝分析U2的情況； (2)由I2＝分析I2的情況； (3)由P1＝P2＝I2U2判斷輸入功率的情況； (4)由P1＝I1U1分析I1的變化情況。 3．遠距離輸電過程中功率的關系 (1)變壓器輸出功率：P出＝P損＋P用。 (2)輸電線上的電流：I＝。 (3)輸電線上損失的功率：P損＝I2R線＝2R線＝＝U損I。 　(2018河南聯(lián)考)如圖4－1－11所示，變壓器輸入有效值恒定的電壓，副線圈匝數(shù)可調(diào)，輸出電壓通過輸電線送給用戶(電燈等用電器)，R表示輸電線的電阻，則 圖4－1－11 A．用電器增加時，變壓器輸出電壓增大 B．要提高用戶的電壓，滑動觸頭P應向上滑 C．用電器增加時，輸電線的熱損耗減少 D．用電器增加時，變壓器的輸入功率減小 [解析]　由于變壓器原、副線圈的匝數(shù)不變，而且輸入電壓不變，因此增加負載不會影響輸出電壓，故A錯誤；根據(jù)變壓器原理可知輸出電壓U2＝U1，當滑動觸頭P向上滑時，n2增大，所以輸出電壓增大，用戶兩端電壓增大，故B正確；由于用電器是并聯(lián)的，因此用電器增加時總電阻變小，輸出電壓不變，總電流增大，故輸電線上熱損耗增大，故C錯誤；用電器增加時總電阻變小，總電流增大，輸出功率增大，所以輸入功率增大，故D錯誤。 [答案]　B 【題組突破】 1．原線圈串聯(lián)電阻 如圖4－1－12所示的理想變壓器中原、副線圈的匝數(shù)比為5∶1，其中R1＝100 Ω、R2＝4 Ω分別代表輸電線的電阻。在副線圈上接有兩盞“8 V、4 W”的燈泡，若在a、b端輸入e＝60sin 100πt(V)的交流電，當開關S斷開時，燈泡L1正常發(fā)光，則 圖4－1－12 A．開關閉合后，燈泡L1會變亮 B．開關閉合后，a、b端輸入功率變小 C．開關閉合前，R1、R2消耗的功率相等 D．開關閉合前，電源的輸出功率為5 W 解析　開關閉合后，副線圈電路中總電阻變小，副線圈中的電流I2變大，根據(jù)n1I1＝n2I2可知，原線圈中的電流I1也變大，所以R1、R2上的電壓都變大，燈泡L1上的電壓變小，亮度變暗，選項A錯誤；原線圈中的電流I1變大，a、b端輸入功率變大，選項B錯誤；開關閉合前，通過燈泡的電流I2＝＝0.5 A，R2上消耗的功率為P2＝IR2＝1 W，根據(jù)n1I1＝n2I2求得I1＝0.1 A，R1上消耗的功率為P1＝IR1＝1 W，選項C正確；開關閉合前，電源的輸出功率為P總＝1 W＋1 W＋4 W＝6 W，選項D錯誤。 答案　C 2．理想變壓器的動態(tài)分析問題 (2016天津卷)如圖4－1－13所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表。下列說法正確的是 圖4－1－13 A．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，R1消耗的功率變大 B．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電壓表V示數(shù)變大 C．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電流表A1示數(shù)變大 D．若閉合開關S，則電流表A1示數(shù)變大，A2示數(shù)變大 解析　當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，滑動變阻器接入電路的電阻增大，變壓器副線圈的總負載的等效電阻增大，R1中電流減小，R1兩端電壓減小，電壓表示數(shù)變大，R1消耗的電功率變小，選項A錯誤，B正確。當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，變壓器副線圈輸出電流減小，輸出功率減小，根據(jù)變壓器輸入功率等于輸出功率，變壓器輸入功率變小，電流表A1示數(shù)變小，選項C錯誤。若閉合開關S，變壓器副線圈的總負載的等效電阻減小，則R1中電流增大，R1兩端電壓增大，電壓表示數(shù)減小，電流表A2示數(shù)減小，電流表A1示數(shù)變大，選項D錯誤。 答案　B 3．遠距離輸電 如圖4－1－14甲為遠距離輸電示意圖，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶100，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為100∶1，遠距離輸電線的總電阻為100 Ω。若升壓變壓器的輸入電壓如圖乙所示，輸入功率為750 kW。下列說法中正確的是 圖4－1－14 A．用戶端交流電的頻率為100 Hz B．輸電線中的電流為30 A C．用戶端電壓為250 V D．輸電線路損耗功率為180 kW 解析　由圖乙知交流電的周期T＝0.02 s，所以頻率f＝＝ Hz＝50 Hz，A錯誤；由圖乙知升壓變壓器輸入端電壓最大值為250 V，有效值為250 V，由＝得U2＝U1＝25 000 V，根據(jù)P＝UI得輸電線中的電流為I2＝＝30 A，故B正確；輸電線上損失的電壓為ΔU＝I2R＝3 000 V，降壓變壓輸入端電壓為U3＝U2－ΔU＝22 000 V，根據(jù)＝知用戶端電壓為U4＝U3＝220 V，故C錯誤；輸電線路損耗功率為ΔP＝ΔUI2＝90 kW，故D錯誤。 答案　B