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專題08 恒定電流和交變電流 1．如圖所示，水平銅盤半徑為r，置于磁感應強度為B，方向豎直向下的勻強磁場中，銅盤繞通過圓盤中心的豎直軸以角速度ω做勻速圓周運動，銅盤的邊緣及中心處分別通過導線與理想變壓器的原線圈相連，該理想變壓器原、副線圈的匝數比為n∶1，變壓器的副線圈與電阻為R的負載相連，則(　　) A．負載R兩端的電壓為 B．原線圈中的電流強度為通過R電流的 C．變壓器的副線圈磁通量為0 D．通過負載R的電流強度為0 【答案】D 2．在如圖所示的電路中，E為電源，電源內阻為r，L為小燈泡(其燈絲電阻可視為不變)，○V 為理想電壓表，R1、R2為定值電阻，R3為滑動變阻器，將滑動變阻器的滑片向上移動，則(　　) A．電壓表的示數變大 B．小燈泡消耗的功率變小 C．通過R2的電流變小 D．電源的內耗電壓變大 【答案】B 【解析】將滑動變阻器的滑片向上移動，滑動變阻器接入電路的阻值增大，電路中的總電阻增大，由閉合電路歐姆定律可得，電路中的電流減小，故R1兩端的電壓減小，并聯部分電壓增大，通過R2的電流變大，A、C錯誤；由并聯電路的電流規(guī)律可知，流過燈泡的電流一定減小，故由P＝I2R可知，小燈泡消耗的功率變小，B正確；因電路中電流減小，故電源的內耗電壓減小，D錯誤． 7．如圖所示的變壓器，按如圖甲所示的交流電時，燈泡正常發(fā)光，電容器能正常工作，現將電源換成如圖乙所示的交流電，則(　　) A．由于乙交變電流的周期短，因此燈泡比第一次亮 B．由于乙的頻率比甲的大，因此電容器有可能被擊穿 C．無論接甲電源，還是接乙電源，若滑動觸頭P向上移動，燈泡都變暗 D．若將原線圈n1的匝數增加，燈泡消耗的功率將變大 【答案】C 8． 如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數比為21，a、b端接入一正弦式交流電源．L1、L2為兩只規(guī)格均為“22 V，6 W”的燈泡，兩電表為理想交流電表．當滑動變阻器的滑片P處于中間位置時，兩燈泡恰好都正常發(fā)光．下列說法正確的是(　　) A．電流表示數為0.27 A B．電壓表示數為44 V C．滑片P向下移動時，燈泡L2將變暗 D．滑片P向上移動時，燈泡L1將變暗 【答案】B 【解析】由于原、副線圈匝數比為2 ：1，則原、副線圈電流比為1：2，因兩燈泡正常發(fā)光，所以原線圈電流為 A，則副線圈電流為 A＝0.55 A，A錯．原、副線圈兩端電壓比為2：1，副線圈兩端電壓為22 V，所以原有線圈兩端電壓為44 V，B對．滑片P向下移動時，副線圈電路的電阻變小，電流變大，則原線圈電路中電流也變大，即通過燈泡L2的電流變大，燈泡L2可能變亮或燒毀，C錯．滑片P向上移動時，通過燈泡L2的電流變小，原線圈兩端電壓變大，則副線圈兩端電壓也變大，燈泡L1可能變亮或燒毀，D錯． 12．如圖13所示為遠距離輸電的示意圖，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。閉合開關S后(　　) 圖13 A．升壓變壓器的輸出電壓增大 B．降壓變壓器的輸出電流減小 C．輸電線上損耗的功率增大 D．輸電線上交流電的頻率減小 【答案】C 13．如圖14所示的理想變壓器中原、副線圈的匝數比為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14 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 【答案】C 【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。 14．如圖15所示為一理想變壓器通過二極管給某種型號的電池充電的簡單原理圖，現在變壓器的原線圈接入有效電壓為220 V的正弦交變電流，變壓器原、副線圈的匝數比為110∶1，交流電流表的示數為 A，電池的內阻為2 Ω，二極管具有單向導電性，下列說法正確的是(　　) 圖15 A．電池的充電電壓為2 V B．理想變壓器的輸入功率為 W C．充電時，電池的熱功率為 W D．充電時，電能轉化為化學能的功率為(－) W 【答案】D 15.在如圖6所示的電路中，E為電源，電源內阻為r，L為小燈泡(其燈絲電阻可視為不變)，為理想電壓表，R1、R2為定值電阻，R3為滑動變阻器，將滑動變阻器的滑片向上移動，則(　　) 圖6 A．電壓表的示數變大 B．小燈泡消耗的功率變小 C．通過R2的電流變小 D．電源的內耗電壓變大 【答案】B 16.如圖7所示，電路中燈泡L1和L2均正常發(fā)光，由于電路某處發(fā)生斷路故障，發(fā)現燈泡L1變暗，而燈泡L2變亮了。則下列判斷正確的是(　　) 圖7 A．R1斷路 B．R2斷路 C．S斷開 D．發(fā)生故障后電容器C的帶電荷量減少 【答案】B 【解析】因為是斷路(相當于該處電阻增至無窮大)，電路中電阻增大。此時電路中電流減小，路端電壓增大。L1亮度比原來暗，說明L1中電流減小，根據“串反并同”規(guī)律，斷路處必定與L1串聯或間接串聯。L2比原來亮，說明L2中電流增大，根據“串反并同”規(guī)律，斷路處必定與L2并聯或間接并聯。分析題圖可知，R2出現了斷路故障，S斷開不影響L1、L2。發(fā)生故障后，路端電壓增大，即C兩端電壓增大，所以電容器帶電荷量增加。 19．如圖所示，平行金屬板中帶電質點P原來處于靜止狀態(tài)，不考慮電流表和電壓表對電路的影響，R1的阻值和電源內阻r相等．將滑動變阻器R4的滑片向b端移動，則(　　) A．R3上消耗的功率增大 B．電流表讀數減小，電壓表讀數增大 C．電源的輸出功率增大 D．質點P將向下運動 【答案】CD 20．如圖(甲)所示，理想變壓器原、副線圈匝數比n1：n2＝2：1，電壓表和電流表均為理想電表，二極管為理想二極管，燈泡電阻R＝55 Ω，原線圈兩端加如圖(乙)所示的電壓，下列說法正確的是(　　) A．電流表的讀數為 A B．電壓表的讀數為110 V C．燈泡L的功率為110 W D．副線圈兩端電壓為110 V 【答案】AC 21．如圖所示，有一矩形線圈的面積為S，匝數為N，電阻不計，繞OO′軸在水平方向的磁感應強度為B的勻強磁場中以角速度ω做勻速轉動，從圖示位置開始計時，矩形線圈通過銅滑環(huán)接理想變壓器原線圈，副線圈接有固定電阻R0和滑動變阻器R，下列判斷正確的是(　　) A．矩形線圈產生的感應電動勢的瞬時值表達式為e＝NBSωcosωt B．矩形線圈從圖示位置經過時間內，通過電流表A1的電荷量為0 C．當滑動變阻器的滑片向上滑動過程中，電流表A1和A2示數都變小 D．當滑動變阻器的滑片向上滑動過程中，電壓表V1示數不變，V2和V3的示數都變小 【答案】AC 【解析】初始位置是與中性面垂直的平面，則矩形線圈產生的感應電動勢的瞬時值表達式為e＝NBSωcosωt，選項A正確；是四分之一個周期，由Q＝可得，通過電流表A1的電荷量不為零，選項B錯誤；當滑動變阻器的滑片向上滑動過程中，滑動變阻器的阻值變大，電路總電阻變大，電流表A2示數變小，結合＝可得，電流表A1示數也變小，選項C正確；當滑動變阻器的滑片向上滑動過程中，電壓表V1示數不變，結合＝，V2示數也不變，電壓表V3示數變大，選項D錯誤． 22．如圖所示，MN、PQ是兩條水平、平行放置的光滑金屬導軌，導軌的右端接理想變壓器的原線圈，變壓器的副線圈與電阻R＝20 Ω組成閉合回路，變壓器的原副線圈匝數之比n1：n2＝1：10，導軌寬L＝5 m．質量m＝2 kg、電阻不計的導體棒ab垂直MN、PQ放在導軌上，在水平外力F作用下，從t＝0時刻開始在圖示的兩虛線范圍內往復運動，其速度隨時間變化的規(guī)律是v＝2sin20πt(m/s)．垂直軌道平面的勻強磁場的磁感應強度B＝4 T．導軌、導線和線圈電阻均不計．求： (1)ab棒中產生的電動勢的表達式；ab棒中產生的是什么電流？ (2)電阻R上的電熱功率P. (3)從t＝0到t1＝0.025 s的時間內，通過外力F所做的功． 【答案】(1)見解析 (2)4103 W　(3)104 J (3)由以上分析可知，該正弦交流電的周期T＝＝0.1 s．從t＝0到t1＝0.025 s，經歷了四分之一個周期．設在這段時間內電阻R上產生的熱量為Q，則Q＝＝100 J 在t1＝0.025 s時刻，ab棒的速度為v，則 則v＝2sin20πt1＝2 m/s 由能量守恒定律可得這段時間內外力F做的功 W＝Q＋mv2＝104 J 23．如圖11甲所示，長、寬分別為L1、L2的矩形金屬線框位于豎直平面內，其匝數為n，總電阻為r，可繞其豎直中心軸O1O2轉動，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，磁感應強度B的大小隨時間t的變化關系如圖乙所示，其中B0、B1和t1均為已知。在0～t1時間內，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動下開始繞其豎直中心軸以角速度ω勻速轉動。求： 圖11 (1)0～t1時間內通過電阻R的電流大??； (2)線框勻速轉動后，在轉動一周的過程中電流通過電阻R產生的熱量； (3)線框勻速轉動后，從圖甲所示位置轉過90的過程中，通過電阻R的電荷量。 【答案】(1)　(2)πRω()2　(3) 【解析】在0～t1時間內，金屬線框中的感應電動勢為 E1＝n＝ 故ab棒中產生的是正弦交變電流． (3)由以上分析可知，該正弦交流電的周期T＝＝0.1 s．從t＝0到t1＝0.025 s，經歷了四分之一個周期．設在這段時間內電阻R上產生的熱量為Q，則Q＝＝100 J 在t1＝0.025 s時刻，ab棒的速度為v，則 則v＝2sin20πt1＝2 m/s 由能量守恒定律可得這段時間內外力F做的功 W＝Q＋mv2＝104 J