专题能力提升练(十一)　恒定电流与交变电流-2025版高考物理二轮复习

11专题能力提升练(十一)恒定电流与交变电流(40分钟66分)【核心巩固练】1.(6分)(2024·潍坊一模)某同学设计了如下电路,已知滑动变阻器总阻值为R,电源电动势为E,内阻为r,开关闭合时小灯泡正常发光,现将滑片从右向左滑动,各元件均可安全工作,下列说法正确的是()A.小灯泡变亮B.电流表A示数先变小后变大C.电压表V示数先变小后变大D.电源的总功率先变小后变大【解析】选A。依题意,将滑片从右向左滑动,滑动变阻器与小灯泡并联的部分电阻越来越大,由串联分压原理,可知小灯泡的电压一直增大,所以小灯泡将变亮,故A正确。设滑动变阻器与小灯泡并联部分的电阻为R0,则剩余部分电阻为R-R0,由闭合电路欧姆定律,可得I=ER-R0+R0RLR0+RL+r=2.(6分·多选)交警使用的某型号酒精测试仪如图甲,其工作原理如图乙所示,传感器电阻R的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小,电源的电动势为E、内阻为r,电路中的电表均为理想电表,且R0=r。当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时,下列说法中正确的是()A.电流表的示数减小B.电压表的示数减小C.电源输出功率增大D.电压表示数变化量ΔU与电流表示数变化量ΔI的绝对值之比减小【解析】选B、C。当酒驾驾驶员对着测试仪吹气时,传感器电阻减小,电路中电流增大,即电流表的示数增大,内电阻及R0所分电压增大,则传感器电阻上的电压减小,电压表示数减小,A错误,B正确;当内外电阻相等时,电源输出功率最大,当传感器电阻减小时,外电阻阻值接近内电阻,所以电源输出功率变大,C正确;根据闭合电路的欧姆定律得U=-I(R0+r)+E,则有ΔUΔI=R03.(6分)(2024·成都一模)图示为一种自动测定油箱内油面高度的装置,装置中金属杠杆的一端接浮标(浮标与杠杆绝缘),另一端的触点P接滑动变阻器R,油量表由电流表改装而成。当汽车加油时,油箱内油面上升过程中,下列说法正确的是()A.电路中电流减小B.R1两端电压减小C.整个电路消耗的功率增大D.电源输出功率一定增大【解析】选C。选项选项剖析对错A当油面上升时,使触点P向下滑动,则R的电阻变小,整个电路的总电阻变小,电路中的电流变大×B由于电路中的电流变大,由U1=IR1可知R1两端电压升高;由P=EI可知整个电路消耗的功率增大×C√D当R外=r时,电源输出功率最大,因不知道电路中各个电阻的大小关系,无法判断电源输出功率的变化×4.(6分)(2024·茂名一模)如图(a)所示的智能机器人广泛应用于酒店、医院等场所。机器人内电池的容量为25000mA·h,负载10kg时正常工作电流约为5A,电池容量低于20%时不能正常工作,此时需要用充电器对其进行充电,充电器的输入电压如图(b)所示。下列说法正确的是()A.充电器的输入电流频率为100HzB.充电器的输入电压瞬时表达式为u=2202sin10πt(V)C.机器人充满电后电池的电量为25CD.机器人充满电后,负载10kg时大约可以持续正常工作4h【解析】选D。由图可知交变电压的周期为0.02s,根据f=1T,可知电流频率为50Hz,故A错误;由图可知周期为0.02s,则角速度为ω=2πT=100πrad/s,充电器的输入电压的瞬时值表达式为u=2202sin100πt(V),故B错误;机器人充满电后电池的电量Q=It=25A·h=9×104C,正常工作可用电量为20A·h,由Q=5.(6分)(2024·温州一模)风力发电是一种绿色清洁能源。根据电磁感应的基本原理,风力发电可建立如下模型,叶片长度为l的风轮机在风的驱动下,带动内部匝数为N的矩形线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴匀速转动。设通过矩形线圈的磁通量Φ随时间t按正弦规律变化,周期为T,磁通量最大值为Φm,空气密度为ρ,风速为v,风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接收风能的面积,发电机将风的动能转化为电能的效率为η,下列说法正确的是()A.发电机线圈在0.5T时刻输出的瞬时电压为0B.发电机线圈输出电压的有效值为U=2πC.发电机的发电功率P=π2ηρl2vD.若风速加倍,则发电机的发电功率将变为4倍【解析】选C。发电机线圈在0.5T时刻,磁通量为零,磁通量变化率最大,则感应电动势最大,故A错误;发电机线圈电动势的有效值为E=22Em=2πNΦmT,因为内外电阻关系未知,所以无法确定输出电压,故B错误;单位时间吹过风的质量为m=πρl2v,根据能量守恒,发电机的发电功率P=12mv2η=6.(6分)(2024·临沂二模)在如图所示的理想降压变压器电路中,在a、b之间加上电压稳定的交流电源,R1为定值电阻,P为滑动变阻器的滑片,滑动变阻器的总电阻R2>R1,电压表、电流表均为理想电表。当滑片P由d端向c端滑动过程中,下列说法正确的是()A.电流表的示数一定变大B.电压表的示数保持不变C.R1的功率一直变大D.R2的功率先增大后减小【解析】选D。当滑片P由d端向c端滑动时,电阻R2的阻值由0开始增加,假设副线圈的电压U2不变,根据欧姆定律I2=U2R2,可知电流表示数减小,又I2I1=n1n2,在匝数比不变的情况下原线圈电流I1减小,根据ΔU=I1R1,则R1两端的电压减小,由P1=I12R1可知,R1功率减小,又U1=U-ΔU,则原线圈的电压增大,根据U1U2=n1n2,副线圈电压U2增大,即电压表的示数增大,故A、B、C错误;可以将副线圈的电阻等效到原线圈上来,则R等效=n12n22R2,由于n1>n2,R2>R1,则R等效>R1,将R1看作电源的内阻,此时R等效7.(6分)直流特高压输电可以减少感抗和容抗的损耗,该技术已成为我国“西电东送”战略的技术基础,如图为特高压输电示意图,升压变压器T1、降压变压器T2均为理想变压器,整流及逆变等过程不计能量损失且有效值不变。若直流输电线的总电阻R=10Ω,T2匝数之比n3∶n4=53∶25。结合图中信息,下列说法正确的是()A.图中“500kV”指交流电的峰值B.直流输电线损失的电压为40kVC.输电功率为4.24×109WD.当用户负载增加时,用户端增加的功率大于T1输出端增加的功率【解析】选B。图中“500kV”指交流电的有效值,故A错误;根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数的关系U3U4=n3n4,解得U3=1060kV,直流输电线损失的电压为ΔU=U2-U3=40kV,故B正确;输电电流为I2=ΔUR4000×1100×103W=4.4×109W,故C错误;当用户负载增加时,T1输出端增加的功率等于用户端增加的功率与输电线上增加的损失功率之和,故用户端增加的功率小于T1输出端增加的功率,故D错误。【培优创新练】8.(6分)(2024·贵阳一模)如图,一理想自耦变压器原线圈的匝数为n1=400匝,滑片P可在原线圈上面上下移动,从而改变副线圈的匝数n2,电路中的定值电阻R1=150Ω,R2=30Ω,交流电压表、电流表均为理想电表,当从变压器的左端接入u=1802sin100πt(V)交流电源时,滑片P移动到某一位置,电压表V1与电压表V2的示数均为30V,下列说法正确的是()A.副线圈的匝数为n2=80匝B.电流表的示数为2AC.R1消耗的电功率为12WD.若把滑片P向上滑,则流经R2的电流频率会大于50Hz【解析】选A。由u=1802sin100πt(V)可知,变压器的左端接入交流电压的有效值为U=Um2=18022V=180V,可知理想自耦变压器原线圈的电压为U1=U-UV1=180V-30V=150V,由理想自耦变压器原、副线圈的电压与匝数的关系公式U1U2=n1n2可得副线圈的匝数为n2=U2U1n1=30150×400匝=80匝,A正确;由欧姆定律可得电流表的示数为I2=U2R2=3030A=1A,B错误;由电功率公式可得R1消耗的电功率为P=UV12R1【加固训练】如图所示,矩形线圈abcd与理想变压器组成闭合电路。两个方向均垂直纸面向里的匀强磁场以平行磁场方向且过bc轴的平面为分界线,其中bc左边磁场的磁感应强度大小为B1,bc右边磁场的磁感应强度大小为B2,且B2比B1大,线圈在这两个磁场中绕垂直于磁场的bc边匀速转动,线圈的面积为S,转动角速度为ω,匝数为N,线圈电阻不计。下列说法不正确的是()A.线圈从垂直于B1磁场方向开始运动,在一个周期内,小灯泡的电流经历了先增大后减小,再增大最后减小四个阶段B.当将滑片P向上移动时,小灯泡的亮度将变亮C.该变压器输入电压的有效值为12NSωD.将小灯泡换成发光二极管,若线圈从图示位置开始运动时二极管发光,则当线圈转一周将要回到初始位置时二极管不发光【解析】选B。当线圈与磁场方向平行时产生的电动势最大,所以线圈从垂直于B1磁场方向开始运动,在一个周期内,线圈绕bc轴转动时,小灯泡的电流先增大再减小,电流反向后先增大再减小,总共经历四个阶段,故A正确,不符合题意;当滑片P向上移动时,原线圈匝数增大,根据变压器原理,输出电压减小,小灯泡会变暗,故B错误,符合题意;线圈在左侧磁场中产生电动势的有效值E1=NB1Sω2,线圈在右侧磁场中产生电动势的有效值E2=NB2Sω2,设电动势的有效值为E,根据有效值定义E2RT=E12R9.(6分·多选)如图所示,电源电动势E=1.5V,内阻不计,滑动变阻器R1的最大阻值为2Ω,两定值电阻R2、R3的阻值均为1Ω,电容器C的电容为3μF。初始时R1的滑片置于最上端,开关S掷于a端。下列说法正确的是()A.当R1的滑片向下移动时,R2两端的电压减小B.移动R1的滑片过程中,R1消耗的最大功率为0.5625WC.开关从a掷向b,流过R3的电流方向由d到cD.开关从a掷向b,流过R3的电荷量为4.5×10-6C【解题指导】解答本题需要注意以下四个方面(1)R1滑片向下移动的过程中,R1接入电路中的电阻值变小,回路总电阻减小。(2)当滑动变阻器的阻值与电源的等效电阻相等时,R1消耗的功率最大,此时有R1=R2。(3)开关从a掷向b,电容器C左极板带正电,所以电容器先放电后充电。(4)电容器电荷量的计算公式Q=CU。【解析】选B、D。开关S掷于a端,R1与R2串联,R2两端的电压U2=ER1+R2·R2,当R1的滑片向下滑动时,R1接入电路中的电阻值变小,R2两端电压变大,A错误;R1消耗的功率P=EI-I2R2,电流I=ER1+R2,解得当R1=R2=1Ω时,R1消耗的功率最大为0.5625W,B正确;开关掷于a端时,电容器C右极板带正电,开关从a掷向b,电容器C左极板带正电,所以电容器先放电后充电,电流方向为c→d,C错误;流过R3的电荷量Q=C·ΔU=C(ER1+10.(6分)(2024·赣州二模)如图甲所示,自耦变压器的原线圈与N匝、半径为r的圆形线圈(图中未画全)相连,副线圈与定值电阻R构成回路,图示位置副线圈的匝数为原线圈匝数的35。线圈内有垂直线圈平面向里的磁场,磁感应强度按图乙所示规律变化(B0,T已知)。不考虑电阻随温度的变化以及线圈的电阻,下列说法正确的是(A.原线圈输入的瞬时电压为u=2NB0B.通过定值电阻R的电流为3C.若磁感应强度的变化周期减小,则变压器的输出功率将增大D.若自耦变压器的滑片P逆时针转动,则通过原线圈的电流减小【解析】选C。由图乙可得磁感应强度为B=B0sin2πTt,由法拉第电磁感应定律得圆形线圈中产生的感应电动势为E=NΔBΔtπr2=2π2r2NB0Tcos2πTt,所以原线圈两端的最大电压为U1max=2π2r2NB0T,原线圈输入的瞬时电压为u=2NB0π2r2Tcos2πTt,A错误;由U1maxU2max=n111.(6分)(2024·武汉二模)2023年6月底投运的杭州220千伏柔性低频交流输电示范工程实现了杭州富阳、萧山两大负荷中心互联互通,为杭州亚运会主场馆所在区域提供30万千瓦的灵活电能支撑。如图所示是该输电工程的原理简图,海上风力发电站输出电压U=880V,经升压变压器转换为220kV的高压后送入远距离输电线路,到达杭州电力中心通过降压变压器将电能分别输送给富阳和萧山负荷中心,降压变压器原、副线圈的匝数比为n3∶n4∶n5=200∶1∶2。下列说法正确的是()A.升压变压器原、副线圈的匝数之比为n