【名師伴你行】2021屆高考物理二輪復(fù)習(xí)專題提能專訓(xùn)：11直流電路與交流電路

提能專訓(xùn)(十一)直流電路與溝通電路時(shí)間：90分鐘滿分：100分一、選擇題(本題共13小題，每小題4分，共52分．多選全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)的得0分)1．(2022·福州八中質(zhì)檢)如圖所示為電阻R1和R2的伏安特性曲線，這兩條曲線把第一象限分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)區(qū)域．現(xiàn)把R1和R2并聯(lián)在電路中，消耗的電功率分別用P1和P2表示；并聯(lián)的總電阻設(shè)為R.下列關(guān)于P1與P2的大小關(guān)系及R的伏安特性曲線應(yīng)當(dāng)在區(qū)域的說法正確的是()A．伏安特性曲線在Ⅰ區(qū)域，P1<P2B．伏安特性曲線在Ⅲ區(qū)域，P1<P2C．伏安特性曲線在Ⅰ區(qū)域，P1>P2D．伏安特性曲線在Ⅲ區(qū)域，P1>P2答案：C解析：由題圖可知，R1<R2，當(dāng)并聯(lián)使用時(shí)，P1>P2，并聯(lián)總電阻小于任一電阻，所以其伏安特性曲線應(yīng)在Ⅰ區(qū)，選項(xiàng)C正確．2.(2022·河南開封一模)如圖所示的電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為R.L1和L2為相同的燈泡，每個(gè)燈泡的電阻和定值電阻阻值均為R.電壓表為抱負(fù)電表，K為單刀雙擲開關(guān)．當(dāng)開關(guān)由1位置擲到2位置時(shí)，下列說法中正確的是()A．L1亮度不變，L2將變暗B．L1將變亮，L2將變暗C．電源內(nèi)阻的發(fā)熱功率將變小D．電壓表示數(shù)將變小答案：D解析：開關(guān)擲到位置1時(shí)，燈泡L1和L2并聯(lián)，并聯(lián)電阻R并＝eq\f(R×R,R＋R)＝eq\f(R,2)，電路總電阻R總＝R＋R＋eq\f(R,2)＝eq\f(5R,2)，干路電流I＝eq\f(E,R總)＝eq\f(2E,5R)，依據(jù)并聯(lián)電路電流與電阻成反比可得流過燈泡L1和L2的電流相等即I1＝I2＝eq\f(E,5R).開關(guān)擲到2位置時(shí)，燈泡L1與定值電阻R串聯(lián)，然后與燈泡L2并聯(lián)，并聯(lián)電阻為R′并＝eq\f(R＋R×R,R＋R＋R)＝eq\f(2R,3)，電路總電阻R′總＝R＋eq\f(2R,3)＝eq\f(5R,3)，干路電流I′＝eq\f(E,R′總)＝eq\f(3E,5R)，依據(jù)并聯(lián)電路電流與電阻成反比可得流過燈泡L1的電流I′1＝I′×eq\f(1,3)＝eq\f(E,5R)，流過燈泡L2的電流I′2＝I′×eq\f(2,3)＝eq\f(2E,5R).據(jù)此推斷，開關(guān)由1位置擲到2位置，流過燈泡L1的電流大小不變，燈泡亮度不變，流過燈泡L2的電流變大，燈泡變亮，所以選項(xiàng)A、B錯(cuò)．總電流變大，電源內(nèi)阻的發(fā)熱功率(P＝I2R)變大，選項(xiàng)C錯(cuò)．總電流變大，內(nèi)電壓變大，路端電壓變小，電壓表示數(shù)變小，選項(xiàng)D對(duì)．3．(2022·河南省焦作市高三期末)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖甲所示．產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示．則下列說法正確的是()A．t＝0.01s時(shí)穿過線框的磁通量最小B．該交變電動(dòng)勢(shì)的有效值為11eq\r(2)VC．該交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝22eq\r(2)cos(100πt)VD．電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為22V時(shí)，線圈平面與中性面的夾角為45°答案：D解析：t＝0.01s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，穿過線框的磁通量最大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；該交變電動(dòng)勢(shì)的有效值為U＝eq\f(Em,\r(2))＝22V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；該交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式為e＝22eq\r(2)sineq\f(2π,T)t＝22eq\r(2)sin(100πt)V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為22V時(shí)，sin(100πt)＝eq\f(\r(2),2)，線圈平面與初始位置所在平面的夾角為45°，與中性面的夾角也為45°，選項(xiàng)D正確．4．(2022·安徽安慶二模)一個(gè)匝數(shù)為100匝，電阻為0.5Ω的閉合線圈處于某一磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面，從某時(shí)刻起穿過線圈的磁通量按圖示規(guī)律變化．則線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為()A．5eq\r(2)A B．2eq\r(5)AC．6A D.5A答案：B解析：0～1s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝100×0.01V＝1V,1～1.2s內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝100×eq\f(0.01,0.2)V＝5V，對(duì)一個(gè)定值電阻，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量Q＝Q1＋Q2＝eq\f(12,0.5)×1J＋eq\f(52,0.5)×0.2J＝12J，依據(jù)交變電流有效值的定義Q＝I2Rt＝12J得，I＝2eq\r(5)A，故B項(xiàng)正確，A、C、D錯(cuò)誤．5．(2022·河北開灤一中模擬)一個(gè)U形金屬線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過導(dǎo)線給同一電阻R供電，如圖甲、乙所示．其中甲圖中OO′軸右側(cè)有磁場(chǎng)，乙圖中整個(gè)空間均有磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度相同．則甲、乙兩圖中溝通電流表的示數(shù)之比為()A．1∶eq\r(2)B．1∶2C．1∶4D．1∶1答案：A解析：甲圖中的磁場(chǎng)只分布在OO′軸的右側(cè)，所以線框只在半個(gè)周期內(nèi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流表測(cè)的是有效值，所以I＝eq\f(1,2)·eq\f(BSω,R)；乙圖中的磁場(chǎng)布滿整個(gè)空間，所以I′＝eq\f(\r(2),2)·eq\f(BSω,R)，則I∶I′＝1∶eq\r(2)，即A項(xiàng)正確．6．(2022·廣東理綜)(多選)如圖所示的電路中，P為滑動(dòng)變阻器的滑片，保持抱負(fù)變壓器的輸入電壓U1不變，閉合電鍵S，下列說法正確的是()A．P向下滑動(dòng)時(shí)，燈L變亮B．P向下滑動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出電壓不變C．P向上滑動(dòng)時(shí)，變壓器的輸入電流變小D．P向上滑動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出功率變大答案：BD解析：由于抱負(fù)變壓器輸入電壓U1不變，原、副線圈匝數(shù)不變，所以輸出電壓U2也不變，燈L亮度不隨P的滑動(dòng)而轉(zhuǎn)變，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確．P向上滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻減小，負(fù)載總電阻R總減小，由I2＝eq\f(U2,R總)知，通過副線圈的電流I2增大，輸出功率P2＝U2I2增大，再由eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)知輸入電流I1也增大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．7.(2022·山西太原一模)如圖是原、副線圈都有中心抽頭(匝數(shù)一半處)的抱負(fù)變壓器，原線圈通過單刀雙擲開關(guān)S1與電流表連接，副線圈通過另一單刀雙擲開關(guān)S2與定值電阻R0相連接，通過S1、S2可以轉(zhuǎn)變?cè)?、副線圈的匝數(shù)．現(xiàn)在原線圈上加一電壓有效值為U的正弦溝通電，當(dāng)S1接a，S2接c時(shí)，電流表的示數(shù)為I，下列說法正確的是()A．當(dāng)S1接a，S2接d時(shí)，電流為2IB．當(dāng)S1接a，S2接d時(shí)，電流為eq\f(I,2)C．當(dāng)S1接b，S2接c時(shí)，電流為4ID．當(dāng)S1接b，S2接d時(shí)，電流為eq\f(I,2)答案：C解析：設(shè)S1、S2分別接a、c時(shí)，匝數(shù)比為n1∶n2，則輸出電壓U2＝eq\f(n2,n1)U，功率P2＝UI＝eq\f(U\o\al(2,2),R0)，在S1、S2分別接a、d時(shí)，輸出電壓U′2＝eq\f(n2U,2n1)，功率P′2＝UI′＝eq\f(U′\o\al(2,2),R0)，解得I′＝eq\f(1,4)I，所以A、B項(xiàng)均錯(cuò)；同理可知，C項(xiàng)對(duì)，D項(xiàng)錯(cuò)誤．8．(2022·廣東揭陽(yáng)一模)(多選)某發(fā)電站接受高壓輸電向外輸送電能．若輸送的總功率為P0，輸電電壓為U，輸電導(dǎo)線的總電阻為R，則下列說法正確的是()A．輸電線上的電流為eq\f(U,R)B．輸電線上的電流為eq\f(P0,U)C．輸電線上損失的功率為eq\f(U2,R)D．輸電線上損失的功率為eq\f(P\o\al(2,0)R,U2)答案：BD解析：依據(jù)P＝UI得，輸電線上的電流I＝eq\f(P0,U)，只有當(dāng)U是導(dǎo)線上損失的電壓，可以用I＝eq\f(U,R)得出輸電線上的電流，然而此處U為輸電電壓，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；輸電線上損耗的功率ΔP＝I2R＝eq\f(P\o\al(2,0)R,U2)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．9．如圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，正確接入電路中的電表a、b、c均有正常示數(shù)(既不為零，也不超量程；電表均為抱負(fù)電壓表或電流表)，在滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)的過程中，關(guān)于a、b、c三只電表示數(shù)的變化，以下說法正確的是()A．a(chǎn)的示數(shù)將變大，c的示數(shù)將變小B．a(chǎn)的示數(shù)將變小，c的示數(shù)將變大C．a(chǎn)的示數(shù)將變小，b的示數(shù)將變小D．b的示數(shù)將不變，c的示數(shù)將變小答案：A解析：由題意，a是電流表，測(cè)量流過滑動(dòng)變阻器的電流，b是電流表，測(cè)量干路電流，c是電壓表，測(cè)量電源路端電壓．在滑動(dòng)變阻器滑片P向右移動(dòng)過程中，電阻變小，由閉合電路歐姆定律，電流表b的示數(shù)變大，路端電壓U＝E－Ir變小，通過R的電流變小，電流表a的示數(shù)Ia＝I－IR變大，選項(xiàng)A正確．10．(2022·長(zhǎng)沙重點(diǎn)中學(xué)第三次月考)(多選)汽車電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)車燈會(huì)瞬時(shí)變暗，如圖，在打開車燈的狀況下，電動(dòng)機(jī)未啟動(dòng)時(shí)電流表讀數(shù)為10A，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流表讀數(shù)為58A，若電源電動(dòng)勢(shì)為12.5V，內(nèi)阻為0.05Ω，電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻為0.02Ω，電流表內(nèi)阻不計(jì)，則電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)()A．車燈的電壓為9.6VB．通過電動(dòng)機(jī)的電流為48AC．電動(dòng)機(jī)的電功率為50WD．電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率為430W答案：AD解析：依據(jù)閉合電路歐姆定律，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，UL＝E－Ir＝12.5V－58×0.05V＝9.6V，A項(xiàng)正確；燈泡電阻RL＝eq\f(E－I′r,I′)＝1.2Ω，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)通過燈的電流IL＝eq\f(9.6,1.2)A＝8A，通過電動(dòng)機(jī)的電流為IM＝50A，則電動(dòng)機(jī)的電功率P＝UIM＝480W，機(jī)械功率P機(jī)＝P－Ieq\o\al(2,M)r′＝430W，故B、C項(xiàng)錯(cuò)，D項(xiàng)正確．11．(2022·湖北八校二聯(lián))如圖為學(xué)校配電房向各個(gè)教室的供電示意圖，T為抱負(fù)變壓器，V1、A1為監(jiān)控市電供電端的電壓表和電流表，V2、A2為監(jiān)控校內(nèi)變壓器的輸出端的電壓表和電流表，R1、R2為教室的負(fù)載電阻，V3、A3為教室內(nèi)的監(jiān)控電壓表和電流表，配電房和教室間有相當(dāng)長(zhǎng)的一段距離，則當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)()A．電流表A1、A2和A3的示數(shù)都變大B．只有電流表A1的示數(shù)變大C．電壓表V3的示數(shù)變小D．電壓表V2和V3的示數(shù)都變小答案：C解析：在電路中，S閉合前，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可知，電壓表的示數(shù)V2為U2＝eq\f(n2,n1)U1，電路中電流表A2與A3是串聯(lián)關(guān)系，則由歐姆定律可得I2＝I3＝eq\f(U2,r＋R1)(r為電線電阻)，電壓表V3的示數(shù)為U3＝R1I2，再由eq\f(I2,I1)＝eq\f(n1,n2)可知電流表A1示數(shù)為I1＝eq\f(n2,n1)I2；同理，在電路中S閉合后，可知因U1不變，電壓表V2示數(shù)為U′2＝eq\f(n2,n1)U1＝U2不變，I′2＝eq\f(U2,r＋R并)(r為電線電阻)，因R并<R1，則有I′2>I2，又I′1＝eq\f(n2,n1)I′2，則I′1>I1，由U2′＝Ur′＋U3′＝I2′r＋U3′，可知U3′<U3，又I3′＝eq\f(U′3,R1)，則I′3<I3，則可推斷V1不變，V2不變，V3變小，A1變大，A2變大，A3變小，A、B、D三項(xiàng)都錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確．12．(多選)如圖所示，R1為定值電阻，R2為可變電阻，E為電源電動(dòng)勢(shì)，r為電源內(nèi)阻，以下說法中正確的是()A．當(dāng)R2＝R1＋r時(shí)，R2獲得最大功率B．當(dāng)R1＝R2＋r時(shí)，R1獲得最大功率C．當(dāng)R2＝0時(shí)，R1獲得最大功率D．當(dāng)R2＝0時(shí)，電源的輸出功率最大答案：AC解析：在爭(zhēng)辯R2的電功率時(shí)，可將R1視為內(nèi)電阻的一部分，R2的電功率是等效電源的輸出功率．明顯當(dāng)R2＝R1＋r時(shí)，R2獲得的電功率最大，A項(xiàng)正確；爭(zhēng)辯R1的電功率時(shí)，由于R1為定值，依據(jù)P＝I2R知，電路中電流越大，R1上的電功率P＝I2R1就越大，所以當(dāng)R2＝0時(shí)，R1獲得的電功率最大，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；對(duì)于電源的輸出功率，R1＋R2為外電阻，內(nèi)電阻r恒定，由于沒有給出R1和r的具體數(shù)值，所以當(dāng)R2＝0時(shí)，電源輸出功率不肯定最大，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．13．(2022·福州市期末質(zhì)檢)如圖所示，有一矩形線圈面積為S，匝數(shù)為N，總電阻為r，外電阻為R，接觸電阻不計(jì)．線圈繞垂直于磁感線的軸OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.則()A．當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí)，線圈中電流為零B．電流有效值I＝eq\f(\r(2)NBSω,R＋r)C．電動(dòng)勢(shì)的最大值為eq\r(2)NBSωD．外力做功的平均功率P＝eq\f(N2B2S2ω2,2R＋r)答案：D解析：當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí)，感應(yīng)電流有最大值，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝NBSω，電流的最大值Im＝eq\f(NBSω,R＋r)，有效值I＝eq\f(Im,\r(2))，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；外力做功的平均功率等于整個(gè)電路的熱功率，P＝I2(R＋r)＝eq\f(N2B2S2ω2,2R＋r)，D項(xiàng)正確．二、計(jì)算題(本題包括3小題，共48分．解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最終答案不能得分)14．(16分)某愛好小組設(shè)計(jì)了一種發(fā)電裝置，如圖所示．在磁極和圓柱狀鐵芯之間形成的兩磁場(chǎng)區(qū)域的圓心角α均為eq\f(4,9)π，磁場(chǎng)均沿半徑方向．匝數(shù)為N的矩形線圈abcd的邊長(zhǎng)ab＝cd＝l、bc＝ad＝2l.線圈以角速度ω繞中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，bc和ad邊同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)．在磁場(chǎng)中，兩條邊所經(jīng)過處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向始終與兩邊的運(yùn)動(dòng)方向垂直．線圈的總電阻為r，外接電阻為R.求：(1)線圈切割磁感線時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小Em；(2)線圈切割磁感線時(shí)，bc邊所受安培力的大小F；(3)外接電阻上電流的有效值I.答案：(1)2NBl2ω(2)eq\f(4N2B2l3ω,r＋R)(3)eq\f(4NBl2ω,3R＋r)解析：(1)bc、ad邊的運(yùn)動(dòng)速度v＝ωeq\f(l,2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Em＝4NBlv解得Em＝2NBl2ω(2)電流Im＝eq\f(Em,r＋R)安培力F＝2NBIml解得F＝eq\f(4N2B2l3ω,r＋R)(3)一個(gè)周期內(nèi)，通電時(shí)間t＝eq\f(4,9)TR上消耗的電能W＝Ieq\o\al(2,m)Rt且W＝I2RT解得I＝eq\f(4NBl2ω,3r＋R)15．(2022·鄭州模擬)(16分)如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B＝0.1T，所用矩形線圈的匝數(shù)N＝100，邊長(zhǎng)ab＝0.2m，bc＝0.5m，以角速度ω＝100πrad/s繞OO′軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．當(dāng)線圈平面通過中性面時(shí)開頭計(jì)時(shí)，試求：(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式；(2)由t＝0至t＝eq\f(T,4)過程中的平均電動(dòng)勢(shì)的大?。?3)該交變電流的電動(dòng)勢(shì)有效值是多少？答案：(1)e＝314sin100πtV(2)200V(3)222V解析：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值e＝NBSωsinωt，由題意可知：S＝eq\x\to(ab)·eq\x\to(bc)＝0.2×0.5m2＝0.1m2Em＝NBSω＝100×0.1×0.1×100πV＝314V所以e＝314sin100πtV.(2)t＝0至t＝eq\f(T,4)過