恒定电流与交变电流。
45分钟,100分)
一、选择题(本大题共8小题,每小题8分,共64分。第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求)
1.(2014·长沙二模)直流电路如图所示,在滑动变阻器的滑片p向右移动时,电源的( )
a.总功率一定减小。
b.效率一定减小。
c.内部损耗功率一定增大。
d.输出功率一定先增大后减小。
解析】选a。滑片p向右移动时外电路电阻r外增大,由闭合电路欧姆定律知总电流减小,由p总=ei可得p总减小,故选项a正确;根据η==可知选项b错误;由p内=i2r可知,选项c错误;由p输-r外图像,因不知道r外的初始值与r的关系,所以无法判断p输的变化情况,选项d错误。
加固训练】小灯泡通电后其电流i随所加电压u变化的图线如图所示,p为图线上一点,pn为图线过p点的切线,pq为u轴的垂线,pm为i轴的垂线。则下列说法中不正确的是( )
a.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻增大。
b.对应p点,小灯泡的电阻为r=
c.对应p点,小灯泡的电阻为r=
d.对应p点,小灯泡的功率为图中矩形pqom所围的面积。
解析】选c。随着所加电压的增大,灯丝温度升高,小灯泡的电阻增大,选项a正确;对应p点,由欧姆定律,小灯泡的电阻为r=,选项b正确、c错误;根据电功率定义式p=ui,对应p点,小灯泡的功率为图中矩形pqom所围的面积,选项d正确。故本题选c。
2.为锻炼身体,小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计,如图是原理图。轻质弹簧右端和金属滑片p固定在一起(弹簧的电阻不计,p与r1间的摩擦不计),弹簧劲度系数为100n/cm。
定值电阻r0=5ω,ab是一根长为5cm的均匀电阻丝,阻值r1=25ω,电源输出电压恒为u=3v,理想电流表的量程为0~0.6a。当拉环不受力时,滑片p处于a端。
下列关于这个电路的说法不正确的是( )
a.小明在电路中连入r0的目的是保护电路。
b.当拉环不受拉力时,闭合开关后电流表的读数为0.1a
c.当拉力为400n时,电流表指针指在0.3a处。
d.当拉力为400n时,电流表指针指在0.5a处。
解析】选d。若电路无电阻r0,且金属滑片p在b端时,回路短路损坏电源,r0的存在使电路不出现短路,因此a正确。当拉环不受拉力时,滑片p在a端,由闭合电路欧姆定律得i==0.
1a,故b正确。拉力为400n时,由f=kδx,则。
x=4cm,对应的电阻为rap=20ω,r1剩余部分接入电路的电阻rpb=5ω,由闭合电路欧姆定律有i′==0.3a,故d错,c正确。
加固训练】(多选)在如图所示的电路中,电源电动势为e,内电阻为r,闭合开关s,待电流达到稳定后,电流表示数为i,电压表示数为u,电容器c所带电荷量为q,r2上消耗的功率为p2,将滑动变阻器的滑动触头p从图示位置向a端移动一些,待电流达到稳定后,则与p移动前相比( )
变小变小增大变小。
解析】选b、c、d。设滑动变阻器实际连入电路的阻值为r,对回路由闭合电路欧姆定律有i=,滑动触头向a端移动,则r增大,i变小,r2功率p2(p2=i2r2)变小,电压表示数u(u=e-ir-ir2)变大,电容器所带电荷量q(q=cu)变大。故本题正确选项为b、c、d。
3.(2014·广州二模)如图所示,理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同的灯泡l1和l2,输电线的等效电阻为r。开始时,开关s断开,当s接通后( )
a.副线圈两端从m、n的输出电压减小。
b.副线圈输电线等效电阻r两端的电压降减小。
c.通过灯泡l1的电流减小。
d.原线圈中的电流减小。
解析】选c。原、副线圈电压比等于线圈匝数比,线圈匝数比没有变化,原线圈两端的电压没有变化,故m、n的输出电压不变,a错误;s接通后负载电阻阻值减小,故总电阻减小,总电流变大,r两端的电压降变大,l1两端的电压减小,通过l1的电流减小,b错误、c正确;输出功率p=iu,i变大,u不变,可知p变大,故输入功率变大,原线圈中的电流变大,d错误。
4.(2014·黄山二模)一矩形线圈,在匀强磁场中绕垂直磁感线的对称轴转动,形成如图所示的交变电动势图像,根据图像提供的信息,以下说法错误的是( )
a.线圈转动的角速度为rad/s
b.电动势的有效值为14.1 v
时,线圈平面和磁场方向的夹角为30°
时,穿过线圈平面的磁通量最大。
解析】选d。角速度ω==rad/s,a项正确;电动势的有效值e==14.1v,b项正确;电动势的瞬时值e=20sint(v),将t=1.
0×10-2s代入该式,解得θ=,这是线圈从中性面开始转过的夹角,故线圈平面和磁场方向的夹角为30°,c项正确;t=1.5×10-2s时,线圈平面与磁场平行,磁通量最小,d项错。
5.如图所示,有一台交流发电机e,通过理想升压变压器t1和理想降压变压器t2向远处用户供电,输电线的总电阻为r。t1的输入电压和输入功率分别为u1和p1,它的输出电压和输出功率分别为u2和p2;t2的输入电压和输入功率分别为u3和p3,它的输出电压和输出功率分别为u4和p4。
设t1的输入电压u1一定,当用户消耗的电功率变大时,有( )
减小,u4变大不变,u3不变。
变小,p2变小变大,p3变大。
解析】选d。由理想变压器输出功率决定输入功率可得,当用户功率增大时,升压变压器的输入功率必增大,即p1增大,输入电压u1为定值不变,升压变压器的匝数不变,输入电压不变,故输出电压u2不变,由于p1增大,由p1=u1i1=p2=u2i2可得,i1增加,p2、i2增加,由闭合电路欧姆定律:u3=u2-i2r,故u3减小,降压变压器原、副线圈匝数不变,所以随u3减小,u4减小,a、b错误;由于用户功率增加,即p4增加,理想变压器无功率损耗可得:
p3=p4,功率p3也增加,故c错误,d正确。
总结提升】解决远距离输电问题的一般思路。
1)电路分析:远距离输电线路由升压变压器、输电线、降压变压器和负载四部分组成。
2)电压关系:升压变压器输入电压u1是不变的,根据=可以确定升压变压器的输出电压u2,输电线上有一定的电压损失,δu=ir。
降压变压器输入端电压u3=u2-δu,降压变压器输出电压由=确定。
3)功率关系:升压变压器输入功率为p1,输电线上损失功率为δp=i2r。降压变压器输出功率为p2,则p1=p2+δp=p2+i2r。
4)电流关系:升压变压器输入电流由i1=确定,输出电流i2由=确定,i2通过输电线传到降压变压器,即i3=i2,而=。
6.(2014·新课标全国卷ⅱ)如图,一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源,一个二极管和阻值为r的负载电阻串联后接到副线圈的两端。
假设该二极管的正向电阻为零,反向电阻为无穷大。用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为uab和ucd,则( )
b.增大负载电阻的阻值r,电流表的读数变小。
c.负载电阻的阻值越小,cd间的电压ucd越大。
d.将二极管短路,电流表的读数加倍。
解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:
1)理解二极管的单向导电性;
2)分析变压器原、副线圈电压、电流与匝数的关系。
解析】选b、d。若变压器原线圈电压为uab,则副线圈电压为u2=uab。由于二极管的单向导电性使得ucd=u2,故=,选项a错误;增大负载电阻的阻值r,则变压器副线圈电流减小,原线圈电流也减小,即电流表的读数变小,选项b正确;cd间的电压由变压器的原线圈电压决定,与负载电阻无关,选项c错误;将二极管短路时,ucd=u2,副线圈电流会加倍,所以原线圈电流也加倍,故选项d正确。
7.(2014·滨州二模)如图所示,c1=6μf,c2=3μf,r1=3ω,r2=6ω,电源电动势e=18v,内阻不计。下列说法正确的是( )
a.开关s断开时,a、b两点电势相等。
b.开关s闭合后,a、b两点间的电流是2a
c.开关s断开时c1带的电荷量比开关s闭合后c1带的电荷量大。
d.不论开关s断开还是闭合,c1带的电荷量总比c2带的电荷量大。
解析】选b、c。s断开时外电路处于断路状态,两电阻中无电流通过,电阻两端电势相等,由图知a点电势与电源负极电势相等,而b点电势与电源正极电势相等,a错误;s断开时两电容器两端电压都等于电源电动势,而c1>c2,由q=cu知此时q1>q2,当s闭合时,稳定状态下c1与r1并联,c2与r2并联,电路中电流i==2a,此时两电阻两端电压分别为u1=ir1=6v,u2=ir2=12v,则此时两电容器所带电荷量分别为q1′=c1u1=3.6×10-5c,q2′=c2u2=3.
6×10-5c,对电容器c1来说,s闭合后其两端电压减小,所带电荷量也减小,故b、c正确,d错误。
8.(2014·山东高考)如图,将额定电压为60v的用电器,通过一理想变压器接在正弦交变电源上。闭合开关s后,用电器正常工作,交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示数分别为220v和2.
2 a。以下判断正确的是( )
a.变压器输入功率为484 w
b.通过原线圈的电流的有效值为0.6 a
c.通过副线圈的电流的最大值为2.2 a
d.变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=11∶3
解题指南】解答本题应从以下两点分析:
1)在交流电路中交流电表均测量交变电流的有效值;
2)根据理想变压器的电压、电流关系去计算原、副线圈的匝数比,原线圈中的电流。
解析】选b、d。变压器副线圈电流表的读数2.2a为有效值,故选项c错误;原线圈电压表的读数220v也为有效值,由变压器的电压关系=,可得==,d正确;由变压器的电流关系=,可得通过原线圈的电流为i1=i2=×2.
2a=0.6 a,故b正确;变压器的输入功率为p=u1i1=220×0.6w=132w,选项a错误。
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