高考物理（四海八荒易錯集）專題10 直流電路與交流電路

專題10 直流電路與交流電路1.一根長為L、橫截面積為S的金屬棒，其材料的電阻率為，棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n，電子的質(zhì)量為m、電荷量為e.在棒兩端加上恒定的電壓時，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運動的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場強度大小為()圖2A. B.Cnev D.2如圖3所示，電源的內(nèi)阻不計，電動勢為12 V，R18 ，R24 ，電容C40 F，則下列說法正確的是()圖3A開關(guān)斷開時，電容器不帶電B將開關(guān)閉合，電容器充電C將開關(guān)閉合后，穩(wěn)定時電容器的電荷量為4.81014 CD若現(xiàn)開關(guān)處于閉合狀態(tài)，將開關(guān)S斷開，到再次穩(wěn)定后，通過R1的總電荷量為3.2104 C【答案】D【解析】開關(guān)斷開時，電容器兩端電壓不為零，電容器帶電，A項錯誤；將開關(guān)閉合，電容器兩端電壓變小，電容器放電，B項錯誤；將開關(guān)閉合后，穩(wěn)定時電容器的電荷量為QUC440106 C1.6104 C，C項錯誤；若開關(guān)現(xiàn)處于閉合狀態(tài)，將開關(guān)S斷開，再次穩(wěn)定后，通過R1的總電荷量Q|U|C(124)40106 C3.2104 C，D項正確3(多選)如圖4所示的火警報警裝置，R1為熱敏電阻，若溫度升高，則R1的阻值會急劇減小，從而引起電鈴電壓的增加，當(dāng)電鈴電壓達到一定值時，電鈴會響下列說法正確的是()圖4A要使報警的臨界溫度升高，可以適當(dāng)增大電源的電動勢B要使報警的臨界溫度降低，可以適當(dāng)增大電源的電動勢C要使報警的臨界溫度升高，可以把R2的滑片P適當(dāng)向下移D要使報警的臨界溫度降低，可以把R2的滑片P適當(dāng)向下移4(多選)在如圖5甲所示的電路中，電源電動勢為3.0 V，內(nèi)阻不計，L1、L2為相同規(guī)格的小燈泡，這種小燈泡的伏安特性曲線如圖乙所示，R為定值電阻，阻值為7.5 .當(dāng)開關(guān)S閉合后() 圖5AL1的電阻為 BL1消耗的電功率為7.5 WCL2的電阻為7.5 DL2消耗的電功率為0.3 W【答案】CD【解析】S閉合后，L1兩端的電壓為3.0 V，由乙圖可知，I10.25 A，故P10.75 W，R112 ，A、B均錯；L2與R及電源串聯(lián)，把R和電源等效成電動勢為3 V，內(nèi)阻為7.5 的新電源，在圖乙中作出新電源的IU圖線，如圖，兩圖線的交點表示出了此時L2兩端的電壓與通過的電流的大小，由圖知U21.5 V，I20.2 A，所以R2 7.5 ，P2U2I21.50.2 W3 W，C、D正確5. 如圖7所示單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd一半處于磁感應(yīng)強度為B的水平有界勻強磁場中，線框面積為S，電阻為R.線框繞與其中心線重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸OO以角速度勻速轉(zhuǎn)動，固定轉(zhuǎn)軸恰好位于勻強磁場的右邊界試寫出線框中感應(yīng)電流的瞬時值表達式并畫出it圖象(圖中位置為計時位置)圖7【答案】見解析6利用實驗室的手搖發(fā)電機產(chǎn)生的正弦交流電給燈泡L供電，其電路如圖8所示當(dāng)線圈以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，電壓表示數(shù)為U，燈泡正常發(fā)光已知發(fā)電機線圈的電阻為r，燈泡正常發(fā)光時的電阻為R，電表均為理想電表，導(dǎo)線電阻可忽略則() 圖8A圖中電流表示數(shù)為B燈泡的額定功率為C發(fā)電機的線圈中產(chǎn)生的電動勢的最大值為U(1)D從線圈轉(zhuǎn)到中性面開始計時，燈泡兩端電壓的瞬時值表達式為uUsin t7. 如圖9所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強度為B的水平勻強磁場中，線框面積為S，電阻為R.線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度從中性面開始勻速轉(zhuǎn)動，下列說法正確的是()圖9A在該線圈兩端接上一電容器，要使電容器不被擊穿，電容器的最大承受電壓為B線框中感應(yīng)電流的有效值為C從中性面開始轉(zhuǎn)過的過程中，通過線框橫截面的電荷量為D線框轉(zhuǎn)一周的過程中，產(chǎn)生的熱量為【答案】C【解析】要使電容器不被擊穿，電容器的最大承受電壓即線框中最大的電動勢，為BS，A錯誤；線框中感應(yīng)電流的最大值Im，由于線框中的感應(yīng)電流是正弦交流電，其電流有效值I，B錯誤；由q可知，從中性面開始轉(zhuǎn)過的過程中，通過線框橫截面的電荷量q，C正確；線框轉(zhuǎn)一周的過程中，產(chǎn)生的熱量等于感應(yīng)電流做的功，因此QWI2R，D錯誤8(多選)(如圖10甲所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢如圖乙中曲線a、b所示，則下列說法正確的是() 圖10A曲線a表示的交變電動勢瞬時值ea36sin 25t VB曲線b表示的交變電動勢最大值為28.8 VCt5102 s時，曲線a、b對應(yīng)的感應(yīng)電動勢大小之比為32Dt6102 s時，曲線a對應(yīng)線框的磁通量最大，曲線b對應(yīng)線框的磁通量為09一理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為31 ，在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻，原線圈一側(cè)接在電壓為220 V的正弦交流電源上，如圖14所示設(shè)副線圈回路中電阻兩端的電壓為U.原、副線圈回路中電阻消耗的功率的比值為k，則()圖14AU66 V，kBU22 V，kCU66 V，k DU22 V，k【答案】A【解析】設(shè)原、副線圈中的電流分別為I1、I2，則，故k.設(shè)原線圈兩端的電壓為U1，則，故U13U，而原線圈上電阻分擔(dān)的電壓為U，故3U220 V，解得U66 V選項A正確10(多選)如圖15是自耦變壓器的示意圖，負載變化時輸入電壓不會有大的波動，輸電線的電阻用R0表示如果變壓器上的能量損失可以忽略，以下說法正確的是() 圖15A開關(guān)S1接a，閉合開關(guān)S后，電壓表V示數(shù)減小，電流表A示數(shù)增大B開關(guān)S1接a，閉合開關(guān)S后，原線圈輸入功率減小C斷開開關(guān)S，開關(guān)S1接a時電流表的示數(shù)為I1，開關(guān)S1接b時電流表的示數(shù)為I2，則I1>I2D斷開開關(guān)S，開關(guān)S1接a時原線圈輸入功率為P1，開關(guān)S1接b時原線圈輸入功率為P2，則P1<P2易錯起源1、 直流電路的分析與計算 例1(2016全國甲卷T17)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1所示電路開關(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時，C所帶的電荷量為Q1；閉合開關(guān)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1A.B.C. D.【名師點睛】1高考考查特點該考點是高考中的冷考點，五年只考1次，命題點考查了電路的結(jié)構(gòu)、串、并聯(lián)特點、電容器電容的計算要熟練掌握串、并聯(lián)電路電壓與電阻關(guān)系，電容、電壓、電荷量的關(guān)系2解題的常見誤區(qū)及提醒(1)電路結(jié)構(gòu)不會簡化，電路的串、并聯(lián)關(guān)系不清(2)串、并聯(lián)電路中電壓、電流、電阻、電功率關(guān)系混淆(3)電容器的連接方式不清、不明白電容的電路相當(dāng)于斷路【錦囊妙計，戰(zhàn)勝自我】1明確1個定律、2個關(guān)系(1)閉合電路的歐姆定律：I.(2)路端電壓與電流的關(guān)系：UEIr.(3)路端電壓與負載的關(guān)系UIREE，路端電壓隨外電阻的增大而增大，隨外電阻的減小而減小2明確引起電路動態(tài)變化的原因(1)滑動變阻器、熱敏電阻或光敏電阻的阻值變化(2)某支路開關(guān)閉合或斷開3程序法分析直流電路的動態(tài)變化R局I總U內(nèi)I總rU外EU內(nèi)確定U支、I支易錯起源2、 交變電流的產(chǎn)生與描述例2、(多選)(2016全國丙卷T21)如圖6所示，M為半圓形導(dǎo)線框，圓心為OM；N是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框，圓心為ON；兩導(dǎo)線框在同一豎直面(紙面)內(nèi)；兩圓弧半徑相等；過直線OMON的水平面上方有一勻強磁場，磁場方向垂直于紙面現(xiàn)使線框M、N在t0時從圖示位置開始，分別繞垂直于紙面、且過OM和ON的軸，以相同的周期T逆時針勻速轉(zhuǎn)動，則()圖6A兩導(dǎo)線框中均會產(chǎn)生正弦交流電B兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的周期都等于TC在t時，兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等D兩導(dǎo)線框的電阻相等時，兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值也相等【名師點睛】1高考考查特點該考點仍為冷考點，借助不同形狀的線框切割磁感線考查感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件、變化周期及電動勢大小、有效值的概念要掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，法拉第電磁感應(yīng)定律及交變電流中的基本概念和常用物理量2解題的常見誤區(qū)及提醒(1)感應(yīng)電動勢產(chǎn)生及大小的計算，特別是切割類中的有效長度易錯(2)對周期的理解和有效值的理解及計算易出錯(3)正弦交流電的產(chǎn)生條件及瞬時值表達式不清楚(4)交變電流“四值”應(yīng)用不清楚及圖象信息把握不準【錦囊妙計，戰(zhàn)勝自我】解決交變電流的產(chǎn)生和描述的基本思路(1)兩個特殊位置的特點線圈平面與中性面重合時，SB，最大，0，e0，i0，電流方向?qū)l(fā)生改變線圈平面與中性面垂直時，SB，0，最大，e最大，i最大，電流方向不改變(2)書寫交變電流瞬時值表達式的基本思路確定正弦式交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出或由公式EmnBS求出相應(yīng)峰值明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式a若線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則it圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iImsin t.b若線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則it圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為iImcos t.易錯起源3、 變壓器問題例3、 (2016全國乙卷T16)一含有理想變壓器的電路如圖11所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3 、1 和4 ，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(dāng)開關(guān)S斷開時，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)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11A2B3C4 D5【答案】B【解析】設(shè)原、副線圈的匝數(shù)比為k，根據(jù)變壓器匝數(shù)比與電流成反比的關(guān)系，則原線圈電流為I時，副線圈電流為kI；原線圈電流為4I時，副線圈電流為4kI.根據(jù)變壓器的輸入功率等于輸出功率得UII2R1(kI)2(R2R3)4UI(4I)2R1(4kI)2R2聯(lián)立兩式代入數(shù)據(jù)解得k3選項B正確【變式探究】 (多選)(2016全國丙卷T19)如圖12所示，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(dāng)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12A原、副線圈匝數(shù)比為91B原、副線圈匝數(shù)比為19C此時a和b的電功率之比為91D此時a和b的電功率之比為19【名師點睛】 1高考考查特點(1)該考點是本專題的命題熱點，理想變壓器的原理、基本規(guī)律的應(yīng)用、電路結(jié)構(gòu)的變化及分析與計算是主要命題角度(2)熟練掌握理想變壓器的“三種關(guān)系”，能用直流電路動態(tài)分析方法結(jié)合變壓器制約關(guān)系分析動態(tài)問題是突破該考點的關(guān)鍵2解題的常見誤區(qū)及提醒(1)變壓器“電壓比”中電壓是指變壓器兩端的電壓(2)公式僅用于“一原一副”的情況“一原多副”要結(jié)合功率關(guān)系求解(3)變壓器動態(tài)變化類要看清電路結(jié)構(gòu)，找到變化原因，分清變量、不變量【錦囊妙計，戰(zhàn)勝自我】變壓器分析與計算的兩點技巧(1)理想變壓器問題中的兩個“理清”理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)生變化理清動態(tài)變化過程中的決定關(guān)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由分析U2的情況；由I2分析I2的情況；由P1P2I2U2判斷輸入功率的情況；由P1I1U1分析I1的變化情況 1一自耦變壓器如圖19所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈，將其接在a、b間作為原線圈通過滑動觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈，在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時，c、d間的輸出電壓為U2，在將滑動觸頭從M點順時針轉(zhuǎn)到N點的過程中()圖19AU2>U1，U2降低 BU2>U1，U2升高CU2<U1，U2降低 DU2<U1，U2升高2如圖20所示為汽車的點火裝置，此裝置的核心是一個變壓器，該變壓器的原線圈通過開關(guān)連接到12 V的蓄電池上，副線圈連接到火花塞的兩端，開關(guān)由機械控制，當(dāng)開關(guān)由閉合變?yōu)閿嚅_時，副線圈中產(chǎn)生10 000 V以上的電壓，火花塞中產(chǎn)生火花下列說法中正確的是() 圖20A變壓器的原線圈要用粗導(dǎo)線繞制，而副線圈可以用細導(dǎo)線繞制B若該點火裝置的開關(guān)始終閉合，火花塞的兩端會持續(xù)產(chǎn)生高壓C變壓器原線圈輸入的12 V電壓必須是交流電，否則就不能在副線圈中產(chǎn)生高壓D該點火裝置中變壓器的副線圈匝數(shù)必須小于原線圈的匝數(shù)【答案】A【解析】汽車的點火裝置是利用變壓器原理工作的，當(dāng)開關(guān)始終閉合時，通過原線圈的電流恒定，原線圈中產(chǎn)生的磁場恒定，則在副線圈上不會產(chǎn)生電壓，所以B錯誤；由題可知原線圈處接12 V的直流電源，當(dāng)斷開開關(guān)瞬間原線圈中電流迅速變化，會產(chǎn)生變化的磁場，則在副線圈中可能產(chǎn)生高壓，所以C錯誤；由可知，要在副線圈中產(chǎn)生高壓，則原線圈匝數(shù)必須小于副線圈的匝數(shù)，所以D錯誤故選A. 3.如圖21所示，接在家庭電路上的理想降壓變壓器給小燈泡L供電，如果將原、副線圈減少相同匝數(shù)，其它條件不變，則()圖21A小燈泡變亮B小燈泡變暗C原、副線圈兩端電壓的比值不變D通過原、副線圈電流的比值不變4在如圖22所示電路中，閉合開關(guān)S，理想電流表和理想電壓表的示數(shù)分別用I和U表示，當(dāng)滑動變阻器的滑動觸頭P向左滑動時，兩表的示數(shù)都發(fā)生變化電源的電動勢和內(nèi)電阻始終不變，則下列說法正確的是() 圖22AI變大，U變小 B.變小CR1的功率一定變大 D電源的總功率一定減小5如圖23甲所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為101，a、b端輸入如圖乙所示的電壓，副線圈電路中電阻R5，電路中的電表為理想電表，則()圖23A電壓表V1的示數(shù)為50 VB電流表的示數(shù)為1.0 AC電壓表V2的示數(shù)為10 VD電阻R消耗的電功率為10 W【答案】B【解析】由題圖乙可知原線圈兩端電壓的有效值為U 100 V(在一個周期內(nèi)，前半個周期的有效值為U1100 V，后半個周期的有效值為U2100 V)，所以電壓表V1的示數(shù)為100 V，A錯；因變壓器對恒定電流不起作用，且原、副線圈匝數(shù)比為101，所以副線圈兩端電壓的有效值為U 5 V，C錯；副線圈中的電流I1 A，B對；電阻R消耗的電功率PI2R5 W，D錯6如圖24甲是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極N、S間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，為交流電流表線圈繞垂直于磁場的水平軸OO沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時，產(chǎn)生的交變電流隨時間變化的圖象如圖乙所示以下判斷正確的是()圖24A電流表的示數(shù)為10 AB線圈轉(zhuǎn)動的角速度為50 rad/sC0.01 s時線圈平面與磁場方向平行D0.02 s時電阻R中電流的方向自右向左7如圖25所示電路中，電源內(nèi)阻不計，三個小燈泡完全相同且外電路變化時每個燈泡兩端的電壓都不會超過其額定電壓，開始時只有S1閉合，當(dāng)S2也閉合后，下列說法中正確的是()圖25A燈泡L1變亮B燈泡L2變亮C電容器C的帶電荷量增加D閉合S2瞬間流過電流表的電流方向自右向左【答案】AD【解析】根據(jù)電路可知，S1閉合、S2斷開時，L1、L2串聯(lián)，則兩燈一樣亮，因L3與電容器串聯(lián)后接到電源兩端，則L3不亮，電容器兩端電壓等于電源電動勢E；當(dāng)S2也閉合后，電路總阻值變小，流過L1的電流變大，L1兩端電壓變大，L2兩端電壓變小，則燈L1變亮，L2變暗；因電容器此時與燈L1并聯(lián)，則電容器兩端電壓變小，電容器上的電荷量變少，電容器對外放電，又知電容器左極板與電源正極相連，帶正電，則閉合S2瞬間流過電流表的電流方向自右向左，綜上所述，B、C錯誤，A、D正確8如圖26為發(fā)電廠向遠處用戶的輸電電路示意圖，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，發(fā)電廠的輸出電壓和輸電線的電阻均不變?nèi)糨斔凸β试龃?，下列說法中正確的有() 圖26A升壓變壓器的輸出電壓增大B降壓變壓器的輸出電壓增大C輸電線上損耗的功率增大D輸電線上損耗的功率占總功率的比例增大9一臺小型發(fā)電機的最大輸出功率為100 kW，輸出電壓恒為500 V，現(xiàn)用電阻率為1.8108 m，橫截面積為105 m2的輸電線向4103 m遠處的用戶輸電，要使發(fā)電機滿負荷運行時，輸電線上的損失功率不超過發(fā)電機總功率的4%，求：(1)所用的理想升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比是多少？(2)如果用戶用電器的額定電壓為220 V，那么所用的理想降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比是多少？【解析】(1)輸電要用兩根導(dǎo)線，則輸電線的電阻為r1.8108 14.4 由題意知P損P4%()2r1050.04()214.4U26 000 V升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比.【答案】(1)112(2)2881110如圖27甲所示，長、寬分別為L1、L2的矩形金屬線框位于豎直平面內(nèi)，其匝數(shù)為n，總電阻為r，可繞其豎直中心軸O1O2轉(zhuǎn)動線框的兩個末端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán)C、D(集流環(huán))焊接在一起，并通過電刷和定值電阻R相連線框所在空間有水平向右均勻分布的磁場，磁感應(yīng)強度B的大小隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示，其中B0、B1和t1均為已知在0t1時間內(nèi)，線框保持靜止，且線框平面和磁場垂直；t1時刻后線框在外力的驅(qū)動下開始繞其豎直中心軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動求：圖27(1)0t1時間內(nèi)通過電阻R的電流大??；(2)線框勻速轉(zhuǎn)動后，在轉(zhuǎn)動一周的過程中電流通過電阻R產(chǎn)生的熱量；(3)線框勻速轉(zhuǎn)動后，從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過90的過程中，通過電阻R的電荷量. 【解析】(1)在0t1時間內(nèi)，金屬線框中的感應(yīng)電動勢為E1n根據(jù)閉合電路歐姆定律，通過電阻R的電流I1.(2)線框產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值EmnB1L1L2感應(yīng)電動勢的有效值EnB1L1L2通過電阻R的電流的有效值I線框轉(zhuǎn)動一周所需的時間t此過程中，電阻R產(chǎn)生的熱量QI2RtR()2.【答案】見解析