课下巩固检测练8 直流电路与交流电路-【正禾一本通】2025年高考物理高三二轮专题复习高效讲义（新教材）

[课下巩固检测练(八)]　直流电路与交流电路 __________________________________________________________________ (选择题每题5分，非选择题每题10分，建议用时：40分钟) 一、单选题 1．(2024·广东高考)将阻值为50 Ω的电阻接在正弦式交流电源上。电阻两端电压随时间的变化规律如图所示。下列说法正确的是(　　 ) A．该交流电的频率为100 Hz B．通过电阻电流的峰值为0.2 A C．电阻在1秒内消耗的电能为1 J D．电阻两端电压表达式为u＝10sin (100πt) V 解析：选D。由题图可知，交流电的周期为0.02 s，则频率为f＝＝50 Hz故A错误；根据题图可知电压的峰值为10 V，根据欧姆定律可知电流的峰值Im＝＝0.2 A，故B错误；电流的有效值为I＝＝0.2 A，所以电阻在1 s内消耗的电能为W＝I2Rt＝0.22×50×1 J＝2 J，故C错误；根据题图可知其电压表达式为u＝Umsin ωt＝10 sin t (V)＝10sin 100πt (V)，故D正确。 2．(2024·重庆沙坪坝一模)图甲是我国自行研制的CPU“龙芯”系列。图乙中，R1和R2是两个材料相同、厚度相同、表面为正方形的芯片内部电阻，R1的表面边长为R2的两倍。现给R1、R2通以相同的电流I，则R1与R2相比(　　 ) A．两端电压U1>U2 B．电功率P1＝P2 C．电阻率ρ1>ρ2 D．相同时间内产生的焦耳热Q1>Q2 解析：选B。设电阻的厚度为d，电阻R2正方形的边长为a，根据电阻定律可得R＝ρ，由于两电阻的材料相同，则两电阻的电阻率相同，且厚度相同，则有R1＝R2，给R1、R2通以相同的电流，根据U＝IR，P＝I2R，可得U1＝U2，P1＝P2，根据Q＝I2Rt，可知R1、R2在相同时间内产生的焦耳热Q1＝Q2，故B正确。 3．(2024·河北高考)R1、R2为两个完全相同的定值电阻，R1两端的电压随时间周期性变化的规律如图1所示(三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的倍)，R2两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示，则两电阻在一个周期T内产生的热量之比为(　　) A．2∶3 B．4∶3 C．2∶ D．5∶4 解析：选B。由Q＝t可得Q1＝＋(U0)2·，又R1＝R2，所以，B正确。 4．(2024·北京朝阳一模)如图1所示，R1是电阻箱，R2是定值电阻。闭合开关S，改变R1的阻值，两理想电压表V1、V2的示数与R1的关系图像如图2所示，已知图线①和②为相互平行的直线。下列说法正确的是(　　 ) A．图线①表示V1示数与R1的对应关系 B．R1中的电流随R1的增大而减小 C．R2两端的电压随R1的增大而增大 D．供电设备输出的总功率随R1的增大而增大 解析：选D。在题图1所示的电路中，闭合开关S后，V1测量R1两端的电压，V2测量R1与R2串联后的电压，V2的示数大于V1的示数，所以图线①表示V2示数与R1的对应关系，故A错误；电路中的电流I＝，由题图2中的图线②可知，R1增大时I不变，供电设备是恒流电源，故B错误；由题图2知，电压表V1、V2的示数之差为定值，即R2两端的电压为定值，故C错误；因为R1增大时，V2的示数增大，又I不变，所以根据P＝UI可知，电路的总功率随R1的增大而增大，故D正确。 5．(2024·北京通州期末)如图所示的U ­I图像中，曲线表示某一灯泡的伏安特性曲线，直线为某一电源的路端电压与电流的变化关系图线，P为两图线的交点，坐标为(I0，U0)；过P点的切线与横轴的交点坐标为(I1，0)；路端电压与电流的变化关系图线与横轴交点坐标为(I2，0)、与纵轴交点坐标为(0，E)；阴影面积分别为S1、S2。用该电源直接与该灯泡连接成闭合回路，当灯泡通过的电流为I0时，下列说法正确的是(　　 ) A．灯泡的电阻为 B．灯泡的电功率为S1 C．电源的总功率为EI2 D．电源内部消耗的功率为2S2 解析：选D。根据欧姆定律知，灯泡的电阻为R＝，故A错误；灯泡的电功率为P＝U0I0，故B错误；电源的总功率为P总＝EI0，故C错误；电源内部消耗的功率为P内＝EI0－U0I0＝2S2，故D正确。 6．(2024·浙江高考)如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出u＝5sin (100πt) V的交流电，经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10 kV，就会在打火针和金属板间引发电火花，实现点火。下列正确的是(　　) A．< B．< C．用电压表测原线圈两端电压，示数为5 V D．副线圈输出交流电压的频率是100 Hz 解析：选B。根据理想变压器的变压规律有，根据题意可知U1＝ V，U2> V，解得>2 000，即<，A错误，B正确；电压表测量的是电压的有效值，则其示数应为 V，C错误；变压器不改变交流电的频率，结合原线圈输入交流电压的瞬时表达式可知，副线圈输出交流电压的频率f＝ Hz＝50 Hz，D错误。 7．(2024·广东茂名二模)某兴趣小组在校园内进行科学小实验，实验场地所处的磁场可视为方向竖直向下、大小B＝5×10-5 T的匀强磁场，兴趣小组使长为3 m、宽为1 m、匝数为100的金属线框以角速度ω＝10 rad/s匀速转动，再利用原、副线圈匝数比为1∶100的理想变压器使“12 V，9 W”的电风扇正常工作，线框及电线电阻不计，如图所示。下列说法正确的是(　　 ) A．当线框平面与地面平行时产生的电动势最大 B．电风扇的内阻为16 Ω C．为了使电风扇能正常工作，需把电风扇与一个阻值为R＝4 Ω的电阻串联 D．金属线框感应电动势的峰值为0.15 V 解析：选C。当线框平面与地面平行时，此时穿过线框的磁通量最大，但磁通量的变化率为0，产生的电动势为0，故A错误；电风扇正常工作，则有P＝UI>I2r，可得电风扇的内阻满足r< Ω＝16 Ω，故B错误；金属线框感应电动势的峰值为Em＝NBSω＝100×5×10-5×3×1×10 V＝0.15 V，则变压器原线圈的输入电压的有效值为U1＝＝0.15 V，变压器副线圈的输出电压的有效值为U2＝×0.15 V＝15 V，为了使电风扇能正常工作，副线圈电流为I2＝ A＝0.75 A，根据欧姆定律可知，与电风扇串联的电阻阻值为R＝ Ω＝4 Ω，故C正确，D错误。 8．在如图所示的电路中，开关S闭合，理想变压器的输入电压U＝Umsin ωt，原线圈匝数为n1，副线圈匝数为n2，定值电阻R1、R2、R3的阻值均为R。在变压器的闭合铁芯上还绕有一匝线圈，该线圈接理想交流电压表，电压表的示数为U0。下列说法正确的是(　　 ) A．Um＝U0 B．电阻R2的功率为 C．原线圈中的电流为 D．若仅断开开关S，则电压表的示数变为U0 解析：选C。根据变压器电压与线圈匝数的关系可知，解得Um＝n1U0，故A错误；根据变压器电压与线圈匝数的关系可知，解得U2＝n2U0，根据串并联电路电流规律可知I2＝，则通过R2的电流为I＝，R2的功率为P＝I2R2＝，故B错误；根据变压器电流与线圈匝数的关系可知，解得I1＝，故C正确；仅断开开关S，电压表的示数不变，故D错误。 9．(2024·四川成都二模)为全面推进乡村振兴，彭州某地兴建的小型水电站如图所示。该水电站交流发电机的输出功率为P＝100 kW、发电机的输出电压U1＝250 V，经变压器升压后用总电阻R线＝7.5 Ω的输电线向远处输电，在用户处的降压变压器输出电压U4＝220 V，若升压变压器与降压变压器的匝数比满足，则以下说法正确的是(　　 ) A．发电机输出的电流I1＝40 A B．输电的效率为85% C．升压变压器的匝数比为 D．降压变压器输出的电流I4＝400 A 解析：选D。根据电功率公式P＝UI，可知发电机输出的电流I1＝ A＝400 A，故A错误；根据理想变压器电流与线圈匝数成反比关系，有，又I线＝I2＝I3，，解得I4＝I1＝400 A，故D正确；降压变压器输出的功率为P4＝U4I4＝220×400 W＝88 kW，输电的效率为η＝×100%＝×100%＝88%，故B错误；输电线上损失的功率为P线＝P1－P4＝12 kW，又P线＝R线，解得I线＝40 A，其中I2＝I3＝I线，则升压变压器的匝数比为，故C错误。 10．如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2，输入端C、D接入电压有效值恒定的交变电源，灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是(　　) A．L1先变暗后变亮，L2一直变亮 B．L1先变亮后变暗，L2一直变亮 C．L1先变暗后变亮，L2先变亮后变暗 D．L1先变亮后变暗，L2先变亮后变暗 解析：选A。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中，副线圈电路中的总电阻先增大后减小，滑片在R中间时，副线圈电路中总电阻最大。将副线圈电路中的电阻等效到原线圈电路中，等效电路图如图所示， 根据理想变压器的工作原理可得R′＝2R副，故R′先增大后减小，则通过灯泡L1(原线圈)的电流先减小后增大，故灯泡L1先变暗后变亮，灯泡L1两端的电压先减小后增大，则原线圈两端的电压先增大后减小，由于理想变压器原、副线圈的匝数比固定，根据原、副线圈匝数比与电流的关系知，通过副线圈的电流先减小后增大，根据原、副线圈匝数比与电压的关系知，副线圈两端的电压先增大后减小，而灯泡L2所在支路电阻一直减小，副线圈两端电压增大的过程中，灯泡L2变亮，之后副线圈两端的电压减小，通过副线圈的电流增大，而R0所在支路电阻一直增大，所以通过R0的电流减小，灯泡L2所在支路电流增大，可知灯泡L2一直变亮，A正确。 11．(2024·湖南高考)根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻R时，R0上消耗的功率为P。不计其余电阻，下列说法正确的是(　　) A．风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4P B．输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0上消耗的功率为4P C．若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为8P D．若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P 解析：选A。设升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4，将降压变压器和用户端所接定值电阻R等效为一个电阻R等效，则R等效＝R；发电机转子以角速度ω匀速转动时，产生的电动势的最大值Em＝NBSω，则升压变压器输入端的电压有效值U1＝，转子角速度增加一倍，则升压变压器输出端的电压U2＝U1将增加一倍，根据闭合电路欧姆定律可知，定值电阻R0中的电流变为原来的2倍，结合P＝R0可知，转子角速度增加一倍，R0上消耗的功率变为4P，A正确；结合P＝·R0，若R0增加一倍，则R0上消耗的功率为·2R0≠4P，B错误；若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，根据理想变压器变压规律知，升压变压器副线圈两端的电压变为原来的2倍，由I0＝可知，定值电阻R0中的电流变为原来的2倍，R0上消耗的功率变为4P，C错误；若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，降压变压器和用户端所接定值电阻的等效电阻变为R等效，R0上消耗的功率变为6P，D错误。 二、多选题 12．(2024·新课标卷)电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过90°时，线圈中(　　) A．电流最小 B．电流最大 C．电流方向由P指向Q D．电流方向由Q指向P 解析：选BD。磁极顺时针匀速转动相当于线圈逆时针匀速转动，线圈从中性面位置开始转动，磁极转过90°时即线圈逆时针转过90°时，此时穿过线圈的磁通量为0，磁通量的变化率最大，线圈中电流最大，A错误，B正确；磁极转过90°时相当于题图示中PQ向下切割磁感线，由右手定则可知线圈中电流方向由Q指向P，C错误，D正确。 13．如图所示，电源电动势E＝10 V、内阻r＝1 Ω，电动机M的内阻R0＝4 Ω，闭合开关S后，标有“8 V　12 W”的灯泡恰能正常发光，则(　　 ) A．图中理想电流表示数为1 A B．电源的输出功率为16 W C．10 s内电动机产生的热量为10 J D．电动机的机械功率为4 W 解析：选BC。标有“8 V　12 W”的灯泡恰能正常发光，则外电路并联部分的电压为8 V，由闭合电路的欧姆定律有I＝＝2 A，即干路电流为2 A，理想电流表的示数为2 A，故A错误；电源的输出功率为P出＝EI－I2r＝16 W，故B正确；正常发光的灯泡中的电流为IL＝＝1.5 A，故流过电动机的电流为IM＝I－IL＝0.5 A，则电动机的机械功率为P机＝UIM－R0＝3 W，故D错误；10 s内电动机产生的热量为Q＝R0t＝10 J，故C正确。 14．如图所示，理想变压器原线圈接电压u＝的交流电，原、副线圈的匝数比n1∶n2＝2∶1，副线圈上接一定值电阻R0与电动机，电动机的内阻RM＝1 Ω，定值电阻R0＝2 Ω。下列说法正确的是(　　) A．电动机消耗的最大功率为4.5 W B．原线圈上电流为3 A时，电动机消耗功率最大 C．若把电动机换成滑动变阻器(0～5 Ω)，滑动变阻器消耗的最大功率也为4.5 W D.若把电动机换成滑动变阻器(0～5 Ω)，当R0与滑动变阻器阻值相等时，R0的功率最大 解析：选AC。副线圈两端的电压为U2＝U1，将n1：n2＝2：1和U1＝12 V代入上式解得U2＝6 V，电动机消耗的功率PM＝U2I－I2R0，当I＝＝1.5 A时，电动机消耗的功率最大，此时PM＝4.5 W，由于是理想变压器，所以，电动机消耗功率最大时，原线圈上电流为I1＝0.75 A，故A正确，B错误；把电动机换成滑动变阻器，滑动变阻器消耗的功率为P＝U2I－I2R0，滑动变阻器消耗的最大功率跟电动机消耗的最大功率相同，故C正确；R0上的功率为P＝I2R0，当电流最大时，定值电阻R0的功率最大，即滑动变阻器的阻值为零时，R0上的功率最大，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$