专题10 直流电路和交流电路(专题专练)(北京专用)2026年高考物理二轮复习讲练测
2026-01-04
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2份
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65页
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资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高三 |
| 章节 | - |
| 类型 | 题集-专项训练 |
| 知识点 | 恒定电流,交变电流 |
| 使用场景 | 高考复习-二轮专题 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 北京市 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 22.96 MB |
| 发布时间 | 2026-01-04 |
| 更新时间 | 2026-01-04 |
| 作者 | xkw_077816975 |
| 品牌系列 | 上好课·二轮讲练测 |
| 审核时间 | 2026-01-04 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/55771505.html |
| 价格 | 4.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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内容正文:
专题10 直流电路和交流电路
目录
第一部分 风向速递 洞察考向,感知前沿
第二部分 分层突破 固本培优,精准提分
A组·保分基础练
题型01 直流电路的分析与计算
题型02 交变电流的分析与计算
题型03 变压器的分析和计算
题型04 远距离输电
B组·抢分能力练
第三部分 真题验证 对标高考,感悟考法
1.某超导研究中心为测定超导体的电阻率,进行了如下实验探究:用横截面积为的导线制成一半径为的圆环,测得其质量为。今使圆环处于超导状态,并水平放置在强磁极的正上方,如图所示。当圆环通以的电流时,超导圆环恰能静止于磁极上方处。实验经历近一年时间(约)后,测量发现圆环高度下降了。据此可估算该超导圆环电阻率的数量级为( )
A. B.
C. D.
2.如图1所示,是工程建设中常用的力学应变传感器,其简化电路结构如图2所示:上表面两个应变片的电阻分别为,下表面两个应变片的电阻分别为。不受力时两点的电势差为0;当受力时上下表面伸长与压缩不相同,四个电阻的阻值均发生了变化。下列说法正确的是( )
A.右端的电势可能比右端的电势低
B.右端的电势可能比右端的电势高
C.当时,两点的电势不相等
D.当时,两点的电势不相等
3.如图甲所示为乐清湾农光互补、渔光互补光伏电力项目。该项目以U0=220kV高压输出,通过本地的变电站网络逐级降压配送。图乙是首次降压的变压器示意图,通往居民区的输出电压为U1=110kV,通往工业区的输出电压为U2=55kV。已知工业区耗电功率是居民区的10倍,变压器可视为理想变压器,初级线圈匝数为n0,电流为I0;居民区次级线圈匝数为n1,电流为I1;工业区次级线圈匝数为n2,电流为I2。则( )
A. B.I0:I1=11:2
C.I1:I2=1:2 D.I1:I2=11:40
4.图甲是风力发电原理示意图,当风轮机的叶片转动时,叶片的转轴连接一个升速齿轮箱,齿轮箱中连接叶片的齿轮与连接发电机的转子的转轴相互啮合,如图乙所示。当风轮机的叶片转动时,发电机就可以进行发电了。某物理学习小组按照以上原理制作了一个小型发电机模型,已知叶片的转速为n,传动齿轮升速比(输入与输出转速比)达到,与升速齿轮箱相连的发电原理图如图丙所示,线圈匝数为N,面积为S,内部匀强磁场的磁感应强度大小为B,在一段时间内叶片稳定转动,忽略其他因素的影响,线圈电阻不计,则下列说法错误的是( )
A.线圈的转速为20n
B.线圈电动势的峰值为40πnNBS
C.负载的电阻为R时,发电机的输出功率与成正比
D.发电机输出的交流电的频率为40n
5.图甲为吸尘器的电路图,理想自耦变压器原线圈一端连接着图乙所示的正弦交流电。调节滑片P可形成四个不同挡位,1档吸尘力度最小,4档吸尘力度最大。当滑片P位于线圈图示位置时,原、副线圈的匝数比为1∶2,吸尘力度为2档,此时交流电源的输出功率为P0。已知电动机内阻为r,和电动机串联的电阻阻值为R。下列说法正确的是( )
A.滑片P向上滑动,吸尘力度变大
B.当吸尘力度为2档时,流过电动机电流为
C.当吸尘力度为2档时,电动机的总功率为
D.当吸尘力度为2档时,吸尘器的机械功率为
6.某同学设计的智能停车位计时收费电路如图所示,当汽车进入车位时,会使原磁场发生变化,磁阻传感器所用的材料电阻率减小,下列说法正确的是( )
A.磁阻传感器的工作原理是电磁感应
B.车辆驶入车位时,电压表的示数减小
C.车辆驶离车位时,电流表的示数增大
D.车位处于“占用”状态时电源的输出功率最大
01 直流电路的分析与计算
1.(2025·北京北师大实验中学·期中)我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭将最后一颗北斗三号组网卫星成功送入预定轨道。卫星在工作时用太阳能电池供电,太阳能电池由许多片电池板组成。某电池板断路电压是800mV,短路电流为40mA,若将该电池板与阻值为的电阻连成一闭合电路,则它的路端电压是( )
A.0.20V B.0.40V C.0.60V D.0.80V
2.(2025·北京·期中)某一电源的路电压与电流的关系和电阻R1、R2的电压与电流的关系如图所示。用此电源和电阻R1、R2组成电路。R1、R2可以同时接入电路,也可以单独接入电路。根据以上情形,以下说法不正确的是( )
A.电动势为3V
B.电源内阻为1Ω
C.将R1、R2串联后接到电源两端,电源两端电压最大
D.将R1、R2并联后接到电源两端,电源内电压最大
3.(2025·北京人大附中朝阳学校·期中)在图甲的电路中,是可变电阻,是定值电阻阻值。实验时调节的阻值,得到各组电压表和电流表数据,用这些数据在坐标纸上描点、拟合,作出的图像如图乙中所示。电压表和电流表皆看作理想电表。下列说法正确的是( )
A.当时,电源输出功率最大 B.该电源电动势为,内阻
C.可变电阻的最大电阻一定是 D.当时,消耗功率最大
4.(2025·北京35中·月考)如图所示为某小组设计的电子秤原理图。轻质托盘与竖直放置的轻弹簧相连。为定值电阻,滑动变阻器R的滑片与弹簧上端连接。当盘中没有放物体时,滑片刚好位于滑动变阻器的最上端。该小组用理想电压表的示数U反映待测物体的质量m;用单位质量变化下,电压表示数变化量的绝对值描述电子秤的灵敏度。不计一切摩擦,弹簧始终处于弹性限度内,下列说法正确的是( )
A.弹簧的劲度系数越大,电子秤的量程越大
B.电子秤的灵敏度会随待测物体质量的增大而增大
C.仅更换阻值更大的定值电阻,电子秤灵敏度会升高
D.电压表示数与待测物体质量成非线性关系
5.(2025·北京西城·二模)超导体是一种在温度降低到特定温度以下,电阻会突然降为零,且完全排斥磁场的材料。超导体从有电阻的正常态转变为零电阻的超导态,有两个重要的临界参数:临界温度和临界磁场强度。临界温度是在没有外磁场干扰的理想条件下,超导体从正常态转变为超导态的温度。临界磁场强度描述了超导体在特定温度下能够承受的最大外部磁场强度,超过该值后,超导体将从超导态转变为正常态。已知某类超导体的临界磁场强度与热力学温度的关系,式中是理论上达到绝对零度时的临界磁场强度。下列说法正确的是( )
A.若温度低于,超导体一定处于超导态
B.若温度逐渐升高但不超过,可以通过减小磁场强度的方式来维持超导态
C.若外加磁场强度大于,且温度低于,则超导体处于超导态
D.若外加磁场强度小于,且温度高于,则超导体处于超导态
6.(2025·北京北师大附中·期中)如图所示,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在滑动变阻器R的滑动头向右滑动的过程中,下列说法正确的是( )
A.电压表的示数减小,电流表的示数增大 B.电压表的示数增大,电流表的示数减小
C.电压表与电流表的示数都减小 D.电压表与电流表的示数都增大
02 交变电流的分析与计算
7.(2025·北京海淀·二模)将阻值为的电阻接在正弦式交流电源上,通过电阻的电流i随时间t变化的图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.交变电流在一个周期内电流方向改变一次
B.交变电流的表达式为
C.电阻消耗的电功率为
D.电阻两端的电压峰值为
8.(2025·北京市丰台区·开学)无线充电是一种新型的充电方式。如图为无线充电的工作原理示意图,已知发射线圈连接的交流电,考虑到实际情况,则无线充电在工作状态时,下列说法正确的是( )
A.发射线圈中交流电的频率是100Hz
B.发射线圈中交流电的电压有效值是
C.发射线圈与接收线圈中交变电流的周期不同
D.发射线圈与接收线圈中的磁通量不同
9.(2025·北京北大附中·三模)交流发电机的示意图如图所示,单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,发电机的电动势随时间变化的规律为。已知整个回路的总电阻为,下列说法正确的是( )
A.当线圈平面转到图示位置时感应电动势最大
B.当线圈平面转到平行于磁场的位置时磁通量的变化率为0
C.发电机产生电动势的有效值为10V
D.发电机转子转动一圈克服安培力做的功为
10.(2024·北京昌平·期末)如图所示,交流电流表A1、A2、A3分别与电容器C、线圈L和电阻R串联后接在同一个交流电源上,供电电压瞬时值为u=Usinωt,三个电流表各有不同的读数。现保持U不变,使ω变小,则( )
A.A1读数变小;A2读数变小;A3读数不变
B.A1读数变小;A2读数变大;A3读数不变
C.A1读数变大;A2读数变小;A3读数不变
D.A1读数变大;A2读数变大;A3读数变小
03 变压器的分析与计算
11.(2025·北京三十五中·三模)如图所示为模拟街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器输入的交流电压可视为不变,变压器输出的低压交流电通过输电线输送给用户,定值电阻表示输电线的电阻,变阻器表示用户用电器的总电阻。若变压器为理想变压器,电表为理想电表,当接入电路的家用电器个数增加时(相当于滑动变阻器滑片下移)( )
A.示数变大 B.上的功率变小
C.示数变大 D.示数变小
12.(2025·北京东城·二模)燃油汽车启动时,火花塞产生电火花的简化电路如图所示,初级线圈回路中的电源电动势为,次级线圈回路中的火花塞的两个电极P、Q靠得很近。汽车启动时,开关不停地闭合、断开,次级线圈产生的瞬时高压可达千伏甚至万伏,使电极P、Q间产生电火花,点燃汽缸中的可燃混合气。下列说法正确的是( )
A.开关闭合瞬间,P、Q间无电压
B.开关断开瞬间,火花塞会产生电火花
C.初级线圈的匝数应远大于次级线圈的匝数
D.P、Q间的高压是由于次级线圈的自感现象产生的
13.(2024·北京丰台·期中)如图甲所示,理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上,输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示,副线圈接规格为“2.5V,5W”的灯泡。若灯泡正常发光,下列说法正确的是( )
A.该交流电的频率为25Hz B.原、副线圈匝数之比为1∶4
C.副线圈两端电压的最大值为V D.原线圈的输入功率为5W
14.(2025·北京西城·一模)如图所示,理想变压器的原线圈接在的交流电源上,副线圈接R=22Ω的电阻。原、副线圈的匝数比为10:1,电压表为理想电表。下列说法正确的是( )
A.交流电的频率为100Hz
B.电压表的示数约为31.1V
C.原线圈电流的有效值为1A
D.原线圈的输入功率为22W
15.(2025·北京北师大实验中学·一诊)如图所示,P为理想自耦变压器滑动端,原线圈匝数为4000,原线圈两端的瞬时电压为sin50πt(V),电阻R1200Ω,R2300Ω,D为理想二极管,电容器的电容为2000μF,则下列说法中正确的是( )
A.穿过线圈的磁通量的变化率最大为0.22Wb/s
B.滑动端P从b向a滑动的过程中,电容器两端的电压逐渐降低
C.滑动端P从a向b滑动的过程中,副线圈两端电压升高
D.当滑动端P移动到ab的中点时,R2的电功率与R1的电功率之比为2∶3
04 远距离输电
16.(2024·北京通州·期末)“西电东送”是实现经济跨地区可持续快速发展的重要保证,它将西部丰富的能源转化为电能输送到电力供应紧张的东部地区。为了减少远距离输电线路中电阻损耗的能量,需要采用高压输电。某发电厂原来用11kV的交变电压输电,后来改用升压变压器将电压升到330kV输电,输送的电功率都是P。若输电线路的电阻为R,下列说法中正确的是( )
A.提高电压后用户端获得的电压增大为原来的30倍
B.根据公式,提高电压后输电线上的电流增大为原来的30倍
C.根据公式,提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的900倍
D.根据公式,提高电压后输电线上的功率损失减少为原来的
17.(2024·北京朝阳·期末)如图所示为远距离输电示意图,各变压器均视为理想变压器,若发电机的输出电压不变。在用电高峰时(可等效为用户的总电阻减小),电路中所标物理量变化正确的是( )
A.降压变压器的输出电压增大
B.输电线上的电流,增大
C.输电线上损失的电压减少
D.升压变压器的输出电压不变
18.(2024·北京顺义一中·期中)某个小水电站发电机的输出功率为100kW,发电机的电压为250V,通过升压变压器升压后向远处输电,输电线的总电阻为8Ω,在用户端用降压变压器把电压降为220V。要求在输电线上损失的功率控制在5kW(即用户得到的功率为95kW)。根据实际需求,某同学设计了如图所示的输电线路示意图。升压变压器、降压变压器均视为理想变压器,以下说法正确的是( )
A.输电线上通过的电流
B.升压变压器输出的电压
C.升压变压器的匝数比
D.降压变压器的匝数比
1.(2025·北京育才学校·仿真)如图甲所示,理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上,输入电压随时间变化的图像如图乙所示,副线圈接规格为“4V,2W”的灯泡。若灯泡正常发光,下列说法正确的是( )
A.原线圈两端电压的有效值为
B.副线圈中电流的峰值为0.5A
C.原、副线圈匝数之比为1∶6
D.原线圈的输入功率为2W
2.(2025·北京大兴一中·期中)将一电源、定值电阻及电阻箱连成如图甲所示的闭合回路,闭合开关后调节电阻箱的阻值,测得电阻箱功率与电阻箱读数变化关系曲线如图乙所示,则下列说法中正确的是( )
A.该电源电动势为9V B.该电源内阻为4Ω
C.R的功率最大时,电源的效率是50% D.电路中的最大功率为27W
3.(2025·北京清华附中·期中)如图所示,在三棱锥的棱ab、ac、bc、cd上分别接入四个相同的定值电阻R1、R2、R3、R4,bd间接理想电流表,ad间接理想电容器C。不计导线电阻,若ac间接入的电压恒为U,则( )
A.ab间和bc间的电势差相等
B.仅R1变大时,电流表示数不变
C.仅R3变大时,电容器C的电荷量减少
D.仅R2变大时,电容器C的电荷量增加
4.(2025·北京二中·期中)如图所示电路中,电源内阻不能忽略不计,电流表、电压表均视为理想电表,滑动变阻器总阻值足够大;当滑动变阻器滑片从左端向右端滑动时,下列说法中正确的是( )
A.电流表A示数增大
B.电压表V1示数增大、V2示数减小
C.电压表V3示数变化的绝对值与电流表示数变化的绝对值之比为R
D.滑动变阻器消耗的电功率先减小后增大
5.(2025·北京朝阳·期末)如图1所示,黑光灯是一种利用发出的紫色光引诱害虫飞近高压电网来“击毙”害虫的环保型设备。图2是黑光灯高压电网的工作电路示意图,将最大值的正弦交流电压通过理想变压器升为高压,变压器原线圈匝数为,副线圈匝数为。已知空气在通常情况下的击穿电场强度约为,杀灭害虫至少需要1000V电压。下列选项正确的是( )
A.电网相邻两极间产生的电场保持不变
B.电网相邻两极间距离需大于
C.仅增大相邻两极间的距离,则两极间的电压也增大
D.若电网相邻两极间距为0.5cm,则
6.(2024·北京西城·期末)图甲是某使用220V正弦交流电的手机无线充电装置,其简化工作原理如图乙所示。其中S为探测开关,如果手机支持无线快充,则S与1接通,此时送电线圈和受电线圈的匝数比N1∶N2=4∶1,手机两端的电压为10V,给手机的充电功率为30W;若手机不支持快充,则S与2接通,此时送电线圈和受电线圈的匝数比N1∶N3=5∶1,手机两端的电压为5V,给手机的充电功率为5W。开关1所接电阻为R1,开关2所接电阻为R2,若把装置线圈视为理想变压器,下列说法正确的是( )
A.R1的阻值为15Ω
B.R2的阻值为39Ω
C.快速充电时,送电线圈中的电流为12A
D.快速充电时,ab间输入功率为165W
7.(2024·北京丰台·期中)如图甲所示,“火灾警报系统”电路中,理想变压器原、副线圈匝数之比为20:1,原线圈接入图乙所示的电压,电压表和电流表均为理想交流电表,R0为半导体热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小,R1为滑动变阻器,当通过报警器的电流超过某值时,报警器将报警,下列说法正确的是( )
A.电压表的示数为5V
B.要使报警器报警的临界温度升高,可将R1的滑片P适当向上移动
C.R0处出现火情时,电压表的示数减小
D.R0处出现火情时,电流表的示数减小
8.(2024·北京101中学·期中)如图所示,交流发电机的矩形金属线圈,ab边和cd边的长度L1=50cm,bc边和ad边的长度L2=20cm,匝数n=100匝,线圈的总电阻r=10Ω,线圈位于磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F(集流环)焊接在一起,并通过电刷与阻值R=90Ω的定值电阻连接。初始状态时线圈平面与磁场方向平行,现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OOʹ以角速度ω=400rad/s匀速转动。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。
(1)从线圈经过图示位置开始计时,写出电阻R两端电压随时间变化的函数关系式;
(2)从线圈经过图示位置开始计时,写出ab边所受安培力的最大值;
(3)求维持线圈匀速转动1圈,所需外力做的功W(保留三位有效数字);
(4)线圈从图示位置转过90°的过程中电阻R上通过的电荷量。
9.(2024·北京育才学校·期中)一台发电机最大输出功率为4000kW,电压为4000V,经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R=1kΩ。到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发光的灯泡(220V、60W)。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T1和T2的损耗可忽略,发电机处于满负荷工作状态,若变压器均为理想变压器,问:
(1)T1原、副线圈电流I1、I2分别为多少?
(2)T1和T2的电压比分别为多少?
(3)最多能有多少盏灯泡(220V、60W)正常发光?
10.(2025·北京人大附中朝阳学校·期中)如图所示电路中,电源电动势,内阻,定值电阻,,。
(1)若将A、B短接,则流过的电流是多少?
(2)若在A、B间连一个电容为的电容器,待电路稳定后,求电容器的电荷量。
(3)若将更换为内阻,额定输入电压的直流电动机。若将A、B短接,电动机正常工作,求该电动机的输出功率。
11.(2025·北京大兴·期中)如图所示,线段A为某电源的U-I图线,线段B为某电阻R的U-I图线,由上述电源和电阻组成闭合电路时,求:
(1)电源的输出功率P出是多大?
(2)电源内部损耗的电功率P内是多少?
12.(2025·北京北师大实验中学·期中)由某种金属材料制成的圆柱形导体,将其两端与电源连接,会在导体内部形成匀强电场,金属中的自由电子会在电场力作用下发生定向移动形成电流。已知电子质量为m,电荷量为e,该金属单位体积的自由电子数为n。
经典的金属电子论认为:在外电场(由电源提供的电场)中,金属中的自由电子受到电场力的驱动,在原热运动基础上叠加定向移动,如图所示。因此,可将自由电子的运动简化为无规则热运动和仅在电场力作用下的定向运动。在定向加速运动中,自由电子与金属正离子发生碰撞,自身停顿一下(定向移动速率瞬间减为0),将定向移动所获得的能量转移给金属正离子,引起正离子振动加剧,金属温度升高。自由电子在定向移动时由于被频繁碰撞受到阻碍作用,这就是电阻形成的原因。
自由电子定向移动的平均速率为v,热运动的平均速率为u,发生两次碰撞之间的平均距离为x。由于,所以自由电子发生两次碰撞的时间间隔主要由热运动决定。自由电子每次碰撞后的定向移动速率均变为零。
(1)a.若在某长为L的导体两端施加电压U(仅此小问可当作已知量),根据经典的金属电子论,自行建立自由电子的定向运动模型,并求出电子定向移动过程当中的平均定向移动速率;
b.求该金属的电阻率,并结合计算结果至少说明一个与金属电阻率有关的宏观因素;
(2)该导体长度为L,截面积为S。若将单位时间内导体中所有自由电子因与正离子碰撞而损失的动能之和设为,导体的发热功率设为P,试证明。
13.(2024·北京朝阳·期末)如图所示,某小型交流发电机内矩形金属线圈ABCD的面积,匝数,线圈的总电阻,线圈所处磁场的磁感应强度大小均为。线圈通过滑环和电刷与阻值的定值电阻连接。在外力驱动下使线圈绕轴匀速转动,角速度。求:
(1)电阻R上电流的最大值;
(2)从线圈通过中性面(即线圈平面与磁场方向垂直的位置)开始计时,经过周期内通过电阻R上的电荷量q;
(3)在线圈转动2周的过程中,整个电路产生的焦耳热Q。
1.(2025·北京·真题)如图所示,线圈自感系数为L,电容器电容为C,电源电动势为和是三个相同的小灯泡。开始时,开关S处于断开状态。忽略线圈电阻和电源内阻,将开关S闭合,下列说法正确的是( )
A.闭合瞬间,与同时亮起 B.闭合后,亮起后亮度不变
C.稳定后,与亮度一样 D.稳定后,电容器的电荷量是
2.(2025·福建·真题)在图(a)所示电路中,理想变压器原、副线圈匝数比4:1,电阻的阻值时的2倍,电压表为理想电压表。若原线圈输入如图(b)所示的正弦交流电,则( )
A.交流电周期为2.25s
B.电压表示数为12V
C.流经副线圈的电流是流经R1的2倍
D.变压器的输入、输出功率之比为4:1
3.(2025·广西·真题)如图电路中,材质相同的金属导体a和b,横截面积分别为、,长度分别为、。闭合开关后,a和b中自由电子定向移动的平均速率之比为( )
A. B. C. D.
4.(2025·江西·高考)某变压器的原线圈匝数未知,将的正弦交流电输入原线圈。改变副线圈的匝数n,测得副线圈两端的电压U与匝数n之间的关系如图所示。若该变压器为理想变压器,则原线圈的匝数最接近( )
A.110 B.160 C.210 D.310
5.(2025·北京·真题)如图所示,交流发电机中的线圈沿逆时针方向匀速转动,产生的电动势随时间变化的规律为。下列说法正确的是( )
A.该交流电的频率为
B.线圈转到图示位置时,产生的电动势为0
C.线圈转到图示位置时,边受到的安培力方向向上
D.仅线圈转速加倍,电动势的最大值变为
6.(2025·湖南·真题)如图,某小组设计了灯泡亮度可调的电路,a、b、c为固定的三个触点,理想变压器原、副线圈匝数比为k,灯泡L和三个电阻的阻值均恒为R,交变电源输出电压的有效值恒为U。开关S与不同触点相连,下列说法正确的是( )
A.S与a相连,灯泡的电功率最大
B.S与a相连,灯泡两端的电压为
C.S与b相连,流过灯泡的电流为
D.S与c相连,灯泡的电功率为
7.(2025·河北·真题)2024年底,世界装机容量最大的抽水蓄能电站——河北丰宁抽水蓄能电站全面投产发电。如图,若该电站通过理想变压器调节输出电压时,输入电压保持不变。已知副线圈总匝数为n,分接头间和间的线圈匝数,开关S接3时输出电压的瞬时值,则S接2时的图像为( )
A. B.
C. D.
8.(2025·安徽·真题)某理想变压器的实验电路如图所示,原、副线圈总匝数之比,A为理想交流电流表。初始时,输入端a、b间接入电压的正弦式交流电,变压器的滑动触头P位于副线圈的正中间,电阻箱R的阻值调为。要使电流表的示数变为,下列操作正确的是( )
A.电阻箱R的阻值调为 B.副线圈接入电路的匝数调为其总匝数的
C.输入端电压调为 D.输入端电压调为
9.(2025·天津·高考)如图所示,理想变压器的原线圈接在电压有效值不变的正弦交流电源上,副线圈接有滑动变阻器和定值电阻,各电表均为理想交流电表。当滑动变阻器的滑动片向右滑动时,则( )
A.电流表的示数变小 B.电流表的示数变小
C.电压表V的示数变大 D.变压器的输入功率变大
10.(2025·海南·真题)如图所示,理想变压器接在交流电上,此时电压表读数为,电流表读数为,电表皆为理想电表,则( )
A.输入电压有效值为
B.原线圈输入电流为
C.滑动变阻器向下滑动,电压表读数减小
D.滑动变阻器向上滑动,电流表读数增大
11.(2025·湖北·真题)在如图所示的输电线路中,交流发电机的输出电压一定,两变压器均为理想变压器,左侧升压变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2,两变压器间输电线路电阻为r。下列说法正确的是( )
A.仅增加用户数,r消耗的功率增大 B.仅增加用户数,用户端的电压增大
C.仅适当增加n2,用户端的电压增大 D.仅适当增加n2,整个电路消耗的电功率减小
12.(2025·江苏·真题)圆筒式磁力耦合器由内转子、外转子两部分组成。工作原理如图甲所示。内、外转子可绕中心轴转动。外转子半径为,由四个相同的单匝线圈紧密围成,每个线圈的电阻均为R,直边的长度均为L,与轴线平行。内转子半径为,由四个形状相同的永磁体组成,磁体产生径向磁场,线圈处的磁感应强度大小均为B。外转子始终以角速度匀速转动,某时刻线圈abcd的直边ab与cd处的磁场方向如图乙所示。
(1)若内转子固定,求ab边产生感应电动势的大小E;
(2)若内转子固定,求外转子转动一周,线圈abcd产生的焦耳热Q;
(3)若内转子不固定,外转子带动内转子匀速转动,此时线圈中感应电流为I,求线圈abcd中电流的周期T。
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专题10 直流电路和交流电路
目录
第一部分 风向速递 洞察考向,感知前沿
第二部分 分层突破 固本培优,精准提分
A组·保分基础练
题型01 直流电路的分析与计算
题型02 交变电流的分析与计算
题型03 变压器的分析和计算
题型04 远距离输电
B组·抢分能力练
第三部分 真题验证 对标高考,感悟考法
1.某超导研究中心为测定超导体的电阻率,进行了如下实验探究:用横截面积为的导线制成一半径为的圆环,测得其质量为。今使圆环处于超导状态,并水平放置在强磁极的正上方,如图所示。当圆环通以的电流时,超导圆环恰能静止于磁极上方处。实验经历近一年时间(约)后,测量发现圆环高度下降了。据此可估算该超导圆环电阻率的数量级为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】圆环下降过程,由能量守恒定律有
解得
故选C。
2.如图1所示,是工程建设中常用的力学应变传感器,其简化电路结构如图2所示:上表面两个应变片的电阻分别为,下表面两个应变片的电阻分别为。不受力时两点的电势差为0;当受力时上下表面伸长与压缩不相同,四个电阻的阻值均发生了变化。下列说法正确的是( )
A.右端的电势可能比右端的电势低
B.右端的电势可能比右端的电势高
C.当时,两点的电势不相等
D.当时,两点的电势不相等
【答案】D
【解析】AB.右端的电势与右端的电势总相等,故AB错误;
CD.根据欧姆定律以及电压等于电势差可得,当时,两点的电势相等,当时,两点的电势不相等,故C错误,D正确。故选D。
3.如图甲所示为乐清湾农光互补、渔光互补光伏电力项目。该项目以U0=220kV高压输出,通过本地的变电站网络逐级降压配送。图乙是首次降压的变压器示意图,通往居民区的输出电压为U1=110kV,通往工业区的输出电压为U2=55kV。已知工业区耗电功率是居民区的10倍,变压器可视为理想变压器,初级线圈匝数为n0,电流为I0;居民区次级线圈匝数为n1,电流为I1;工业区次级线圈匝数为n2,电流为I2。则( )
A. B.I0:I1=11:2
C.I1:I2=1:2 D.I1:I2=11:40
【答案】B
【解析】A.根据理想变压器的原理
解得,故A错误;
BCD.由于理想变压器输入功率等于输出功率,则有
结合题意可知
代入数据解得,,故B正确,CD错误。故选B。
4.图甲是风力发电原理示意图,当风轮机的叶片转动时,叶片的转轴连接一个升速齿轮箱,齿轮箱中连接叶片的齿轮与连接发电机的转子的转轴相互啮合,如图乙所示。当风轮机的叶片转动时,发电机就可以进行发电了。某物理学习小组按照以上原理制作了一个小型发电机模型,已知叶片的转速为n,传动齿轮升速比(输入与输出转速比)达到,与升速齿轮箱相连的发电原理图如图丙所示,线圈匝数为N,面积为S,内部匀强磁场的磁感应强度大小为B,在一段时间内叶片稳定转动,忽略其他因素的影响,线圈电阻不计,则下列说法错误的是( )
A.线圈的转速为20n
B.线圈电动势的峰值为40πnNBS
C.负载的电阻为R时,发电机的输出功率与成正比
D.发电机输出的交流电的频率为40n
【答案】D
【解析】A.因为升速比为,传动齿轮转速为20n,线圈的转速与传动齿轮转速相同,所以为20n,故A正确;
B.由于
其中
所以,故B正确;
C.发电机的输出功率
其中
代入得
所以发电机的输出功率与成正比,故C正确;
D.发电机输出的交流电的频率为,故D错误。故选D。
5.图甲为吸尘器的电路图,理想自耦变压器原线圈一端连接着图乙所示的正弦交流电。调节滑片P可形成四个不同挡位,1档吸尘力度最小,4档吸尘力度最大。当滑片P位于线圈图示位置时,原、副线圈的匝数比为1∶2,吸尘力度为2档,此时交流电源的输出功率为P0。已知电动机内阻为r,和电动机串联的电阻阻值为R。下列说法正确的是( )
A.滑片P向上滑动,吸尘力度变大
B.当吸尘力度为2档时,流过电动机电流为
C.当吸尘力度为2档时,电动机的总功率为
D.当吸尘力度为2档时,吸尘器的机械功率为
【答案】D
【解析】A.滑片P向上滑动,变压器原线圈的匝数增大,原线圈两端的电压和副线圈的匝数不变,根据
可知变压器副线圈的电压减小,故电阻R和电动机的电压都会减小,所以电动机输入功率减小,故吸尘力度变小,故A错误;
BC.由图乙可知原线圈中交流电压的最大值为,原线圈两端的电压为交流电压的有效值,则有
当吸尘力度为2档时,原、副线圈的匝数比为1∶2,根据
可得变压器副线圈的电压
因电动机是非纯电阻元件,不满足欧姆定律的使用条件,所以流过电动机电流
故电动机的总功率不能用
故电动机的总功率,故BC错误;
D.由题知,交流电源的输出功率为P0,根据理想变压器原副线圈的功率相等,可知副线圈的功率也为P0,根据
解得
吸尘器的机械功率为,故D正确。
故选D。
6.某同学设计的智能停车位计时收费电路如图所示,当汽车进入车位时,会使原磁场发生变化,磁阻传感器所用的材料电阻率减小,下列说法正确的是( )
A.磁阻传感器的工作原理是电磁感应
B.车辆驶入车位时,电压表的示数减小
C.车辆驶离车位时,电流表的示数增大
D.车位处于“占用”状态时电源的输出功率最大
【答案】B
【解析】A.磁阻传感器的电阻率受磁场的影响,不是电磁感应,故A错误;
B.车辆驶入车位时,磁阻传感器的电阻率减小,电阻减小,整个回路总电阻减小,电路电流增大,由闭合电路欧姆定律,可知电压表的示数减小,故B正确;
C.车辆驶离车位时,磁阻传感器的电阻率增大,电阻增大,电路电流减小,电流表的示数减小,故C错误;
D.由于未知外电阻与电源内阻的大小关系,故电源的输出功率变化无法判断,故D错误。故选B。
01 直流电路的分析与计算
1.(2025·北京北师大实验中学·期中)我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭将最后一颗北斗三号组网卫星成功送入预定轨道。卫星在工作时用太阳能电池供电,太阳能电池由许多片电池板组成。某电池板断路电压是800mV,短路电流为40mA,若将该电池板与阻值为的电阻连成一闭合电路,则它的路端电压是( )
A.0.20V B.0.40V C.0.60V D.0.80V
【答案】B
【解析】根据题意可知电池板的电动势为,内阻为
若将该电池板与阻值为的电阻连成一闭合电路,则它的路端电压为;故选B。
2.(2025·北京·期中)某一电源的路电压与电流的关系和电阻R1、R2的电压与电流的关系如图所示。用此电源和电阻R1、R2组成电路。R1、R2可以同时接入电路,也可以单独接入电路。根据以上情形,以下说法不正确的是( )
A.电动势为3V
B.电源内阻为1Ω
C.将R1、R2串联后接到电源两端,电源两端电压最大
D.将R1、R2并联后接到电源两端,电源内电压最大
【答案】B
【解析】AB.根据可知电源的图像的纵截距表示电源电动势,斜率的绝对值表示电源内阻,由图可知,电源的电动势和内阻分别为,,故A正确,不符合题意;B错误,符合题意;
C.两个电阻串联的总电阻为,比任何一个电阻都大,所以将R1、R2串联后接到电源两端,外电阻最大,根据可知总电流最小,根据可知内电压最小,外电压(即电源两端电压)最大,故C正确,不符合题意;
D.两个电阻并联的总电阻,可知比任何一个电阻都小,所以将R1、R2并联后接到电源两端,外电阻最小,总电流最大,内电压也最大,故D正确,不符合题意。故选B。
3.(2025·北京人大附中朝阳学校·期中)在图甲的电路中,是可变电阻,是定值电阻阻值。实验时调节的阻值,得到各组电压表和电流表数据,用这些数据在坐标纸上描点、拟合,作出的图像如图乙中所示。电压表和电流表皆看作理想电表。下列说法正确的是( )
A.当时,电源输出功率最大 B.该电源电动势为,内阻
C.可变电阻的最大电阻一定是 D.当时,消耗功率最大
【答案】A
【解析】B.由闭合电路的欧姆定律
结合图像可知,
解得,,故B错误;
A.当外电阻等于内阻时电源输出功率最大,则当时,电源输出功率最大,故A正确;
D.将等效为电源的内阻,则当,即当时消耗功率最大,故D错误;
C.当电路在A状态时,有
但由于题目中只给出部分图线,并不能确定干路电流最小值一定为0.1A,所以可变电阻的最大电阻不一定是,故C错误。故选A。
4.(2025·北京35中·月考)如图所示为某小组设计的电子秤原理图。轻质托盘与竖直放置的轻弹簧相连。为定值电阻,滑动变阻器R的滑片与弹簧上端连接。当盘中没有放物体时,滑片刚好位于滑动变阻器的最上端。该小组用理想电压表的示数U反映待测物体的质量m;用单位质量变化下,电压表示数变化量的绝对值描述电子秤的灵敏度。不计一切摩擦,弹簧始终处于弹性限度内,下列说法正确的是( )
A.弹簧的劲度系数越大,电子秤的量程越大
B.电子秤的灵敏度会随待测物体质量的增大而增大
C.仅更换阻值更大的定值电阻,电子秤灵敏度会升高
D.电压表示数与待测物体质量成非线性关系
【答案】A
【解析】AD.设接入电压表的滑动变阻器阻值为,电源内阻为,由欧姆定律可得
又,
解得
可知电压表示数与待测物体质量成线性关系;U最大值不变,弹簧的劲度系数k越大,m的最大值越大,电子秤的量程越大,故A正确,D错误;
BC.电子秤的灵敏度为
可知仅更换阻值更大的定值电阻R0,电子秤灵敏度会下降;电子秤的灵敏度与待测物体质量无关。故BC错误;故选A。
5.(2025·北京西城·二模)超导体是一种在温度降低到特定温度以下,电阻会突然降为零,且完全排斥磁场的材料。超导体从有电阻的正常态转变为零电阻的超导态,有两个重要的临界参数:临界温度和临界磁场强度。临界温度是在没有外磁场干扰的理想条件下,超导体从正常态转变为超导态的温度。临界磁场强度描述了超导体在特定温度下能够承受的最大外部磁场强度,超过该值后,超导体将从超导态转变为正常态。已知某类超导体的临界磁场强度与热力学温度的关系,式中是理论上达到绝对零度时的临界磁场强度。下列说法正确的是( )
A.若温度低于,超导体一定处于超导态
B.若温度逐渐升高但不超过,可以通过减小磁场强度的方式来维持超导态
C.若外加磁场强度大于,且温度低于,则超导体处于超导态
D.若外加磁场强度小于,且温度高于,则超导体处于超导态
【答案】B
【解析】A.温度低于时,若外加磁场强度超过此时的临界磁场,超导体会处于正常态,故A错误;
B.温度升高但不超过时,临界磁场随温度升高而减小(由可知,当时,随增大而减小)。此时减小外加磁场强度,使其低于,可维持超导态,故B正确;
C.当温度低于时,,此时。若外加磁场强度大于,必然超过,超导体处于正常态,故C错误;
D.温度高于时,无论磁场如何,超导体均处于正常态,故D错误。故选B。
6.(2025·北京北师大附中·期中)如图所示,电源内阻不可忽略。开关S闭合后,在滑动变阻器R的滑动头向右滑动的过程中,下列说法正确的是( )
A.电压表的示数减小,电流表的示数增大 B.电压表的示数增大,电流表的示数减小
C.电压表与电流表的示数都减小 D.电压表与电流表的示数都增大
【答案】A
【解析】滑动变阻器R的滑动头向右滑动的过程中,滑动变阻器接入电路中的电阻变小,电路总电阻变小,根据可知电路电流变大,可知电流表的示数增大;根据可知电源内阻分压变大,路端电压,可知电压表的示数减小。故选A。
02 交变电流的分析与计算
7.(2025·北京海淀·二模)将阻值为的电阻接在正弦式交流电源上,通过电阻的电流i随时间t变化的图像如图所示。下列说法正确的是( )
A.交变电流在一个周期内电流方向改变一次
B.交变电流的表达式为
C.电阻消耗的电功率为
D.电阻两端的电压峰值为
【答案】C
【解析】A.由图可知,交流电在一个周期内电流方向改变两次,A错误;
B.由图可知,交流电的最大最
周期
故其角频率
则交流电的表达式
B错误;
C.交流电的有效值
故定值电阻的电功率
C正确;
D.定值电阻两端电压的有效值为
故定值电阻两端电压的峰值为
D错误。故选C。
8.(2025·北京市丰台区·开学)无线充电是一种新型的充电方式。如图为无线充电的工作原理示意图,已知发射线圈连接的交流电,考虑到实际情况,则无线充电在工作状态时,下列说法正确的是( )
A.发射线圈中交流电的频率是100Hz
B.发射线圈中交流电的电压有效值是
C.发射线圈与接收线圈中交变电流的周期不同
D.发射线圈与接收线圈中的磁通量不同
【答案】D
【解析】A.发射线圈中交流电的周期为
则发射线圈中交流电的频率为,故A错误;
B.发射线圈中交流电的电压有效值为,故B错误;
C.发射线圈与接收线圈中交变电流的周期相同,故C错误;
D.考虑到实际情况,由于存在漏磁现象,所以发射线圈与接收线圈中的磁通量不同,故D正确。故选D。
9.(2025·北京北大附中·三模)交流发电机的示意图如图所示,单匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,发电机的电动势随时间变化的规律为。已知整个回路的总电阻为,下列说法正确的是( )
A.当线圈平面转到图示位置时感应电动势最大
B.当线圈平面转到平行于磁场的位置时磁通量的变化率为0
C.发电机产生电动势的有效值为10V
D.发电机转子转动一圈克服安培力做的功为
【答案】D
【解析】A.当线圈平面转到图示位置时,穿过线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率为零,感应电动势为零,故A错误;
B.当线圈平面转到平行于磁场的位置时,穿过线圈的磁通量为零,但磁通量的变化率为最大,故B错误;
C.根据
可得交变电压的最大值为
则有效值为
故C错误;
D.根据
可角速度为
则交变电流的周期为
发电机转子转动一圈克服安培力做的功为
代入数据解得
故D正确。故选D。
10.(2024·北京昌平·期末)如图所示,交流电流表A1、A2、A3分别与电容器C、线圈L和电阻R串联后接在同一个交流电源上,供电电压瞬时值为u=Usinωt,三个电流表各有不同的读数。现保持U不变,使ω变小,则( )
A.A1读数变小;A2读数变小;A3读数不变
B.A1读数变小;A2读数变大;A3读数不变
C.A1读数变大;A2读数变小;A3读数不变
D.A1读数变大;A2读数变大;A3读数变小
【答案】B
【解析】根据 ,使ω变小,f变小。
电压U不变,A3不变;
根据 ,f变小,XL变小,A2增大;
根据 ,f变小,XC变大,A1变小。故选B。
03 变压器的分析与计算
11.(2025·北京三十五中·三模)如图所示为模拟街头变压器通过降压给用户供电的示意图。变压器输入的交流电压可视为不变,变压器输出的低压交流电通过输电线输送给用户,定值电阻表示输电线的电阻,变阻器表示用户用电器的总电阻。若变压器为理想变压器,电表为理想电表,当接入电路的家用电器个数增加时(相当于滑动变阻器滑片下移)( )
A.示数变大 B.上的功率变小
C.示数变大 D.示数变小
【答案】C
【解析】AD.变压器输入的交流电压可视为不变,即电压表示数不变,根据电压匝数关系有
可知,变压器副线圈输出电压不变,接入电路的家用电器个数增加时,滑动变阻器接入电阻R减小,副线圈电流增大,即示数变大,定值电阻承担电压增大,则示数变小,故AD错误;
C.根据电流匝数关系有
结合上述可知,副线圈电流增大,则原线圈电流也增大,即示数变大,故C正确;
B.结合上述可知,副线圈电流增大,根据
可知,上的功率变大,故B错误。故选C。
12.(2025·北京东城·二模)燃油汽车启动时,火花塞产生电火花的简化电路如图所示,初级线圈回路中的电源电动势为,次级线圈回路中的火花塞的两个电极P、Q靠得很近。汽车启动时,开关不停地闭合、断开,次级线圈产生的瞬时高压可达千伏甚至万伏,使电极P、Q间产生电火花,点燃汽缸中的可燃混合气。下列说法正确的是( )
A.开关闭合瞬间,P、Q间无电压
B.开关断开瞬间,火花塞会产生电火花
C.初级线圈的匝数应远大于次级线圈的匝数
D.P、Q间的高压是由于次级线圈的自感现象产生的
【答案】B
【解析】A.闭合开关的瞬间,初级线圈的电流发生变化,铁芯内的磁通量发生变化,次级线圈产生高电压,P、Q间有电压,故A错误;
B.断开开关的瞬间,初级线圈的电流发生变化,铁芯内的磁通量发生变化,次级线圈产生高电压,火花塞会产生电火花,故B正确;
C.根据变压器电压比等于匝数比有
可知,为了使次级线圈产生高电压,初级线圈的匝数应远小于次级线圈的匝数,故C错误;
D.P、Q间的高压是由于互感现象产生的,故D错误。故选B。
13.(2024·北京丰台·期中)如图甲所示,理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上,输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示,副线圈接规格为“2.5V,5W”的灯泡。若灯泡正常发光,下列说法正确的是( )
A.该交流电的频率为25Hz B.原、副线圈匝数之比为1∶4
C.副线圈两端电压的最大值为V D.原线圈的输入功率为5W
【答案】D
【解析】A.由图乙可知,该交流电的周期为
可得该交流电的频率为
故A错误;
B.原线圈的两端电压的有效值为
因为灯泡正常发光,则副线圈两端电压的有效值为
根据理想变压器原副线圈电压与线圈匝数关系可得原、副线圈匝数之比为4:1,故B错误;
C.副线圈两端电压的最大值为
故C错误;
D.由题意可知,副线圈的输出功率为
由于变压器不改变功率,故原线圈的输入功率为
故D正确。故选D。
14.(2025·北京西城·一模)如图所示,理想变压器的原线圈接在的交流电源上,副线圈接R=22Ω的电阻。原、副线圈的匝数比为10:1,电压表为理想电表。下列说法正确的是( )
A.交流电的频率为100Hz
B.电压表的示数约为31.1V
C.原线圈电流的有效值为1A
D.原线圈的输入功率为22W
【答案】D
【解析】A.交流电的频率为
故A错误;
B.电压表的读数为电压的有效值,原线圈的电压有效值为220V,根据电压与匝数成正比
可得副线圈的电压为
所以电压表的读数为22V,故B错误;
CD.根据欧姆定律可得副线圈的电流的大小为
根据电流与匝数成反比
可得原线圈的电流的大小为
由输入功率和输出功率相等可得原线圈中的输入功率为
故C错误,D正确。故选D。
15.(2025·北京北师大实验中学·一诊)如图所示,P为理想自耦变压器滑动端,原线圈匝数为4000,原线圈两端的瞬时电压为sin50πt(V),电阻R1200Ω,R2300Ω,D为理想二极管,电容器的电容为2000μF,则下列说法中正确的是( )
A.穿过线圈的磁通量的变化率最大为0.22Wb/s
B.滑动端P从b向a滑动的过程中,电容器两端的电压逐渐降低
C.滑动端P从a向b滑动的过程中,副线圈两端电压升高
D.当滑动端P移动到ab的中点时,R2的电功率与R1的电功率之比为2∶3
【答案】C
【解析】A.穿过线圈的磁通量的变化率最大为
故A错误;
B.滑动端P从b向a滑动的过程中,副线圈两端电压降低,但二极管不导通,电容器没有放电的通路,所带电荷量不变,电容器两端的电压不变,故B错误;
C.滑动端P从a向b滑动的过程中,原、副线圈匝数比变大,副线圈两端电压升高,故C正确;
D.R1、R2中电流相等,由
可得R2的电功率与R1的电功率之比为
故D错误。故选C。
04 远距离输电
16.(2024·北京通州·期末)“西电东送”是实现经济跨地区可持续快速发展的重要保证,它将西部丰富的能源转化为电能输送到电力供应紧张的东部地区。为了减少远距离输电线路中电阻损耗的能量,需要采用高压输电。某发电厂原来用11kV的交变电压输电,后来改用升压变压器将电压升到330kV输电,输送的电功率都是P。若输电线路的电阻为R,下列说法中正确的是( )
A.提高电压后用户端获得的电压增大为原来的30倍
B.根据公式,提高电压后输电线上的电流增大为原来的30倍
C.根据公式,提高电压后输电线上的功率损失增大为原来的900倍
D.根据公式,提高电压后输电线上的功率损失减少为原来的
【答案】D
【解析】AB.输电电压减去线路损失电压()为降压器输入端电压,输电线电流
若输送电压提高到30倍,可知电流减小为原来的,线路损失电压也减小为原来的,根据用户电压(为降压器原、副线圈匝数)
可知用户端电压并非原来的30倍,故AB错误;
CD.根据功率损失公式
当变为30倍,减少为,故C错误,D正确。故选D。
17.(2024·北京朝阳·期末)如图所示为远距离输电示意图,各变压器均视为理想变压器,若发电机的输出电压不变。在用电高峰时(可等效为用户的总电阻减小),电路中所标物理量变化正确的是( )
A.降压变压器的输出电压增大
B.输电线上的电流,增大
C.输电线上损失的电压减少
D.升压变压器的输出电压不变
【答案】BD
【解析】根据原副线圈电压与匝数的关系可知
若发电机的输出电压不变,则不变。
将降压变压器及用户部分等效为电阻,则有
又有
求得
和是串联,则,,,
在用电高峰时,减小,减小,减小,增大,增大。
故选BD。
18.(2024·北京顺义一中·期中)某个小水电站发电机的输出功率为100kW,发电机的电压为250V,通过升压变压器升压后向远处输电,输电线的总电阻为8Ω,在用户端用降压变压器把电压降为220V。要求在输电线上损失的功率控制在5kW(即用户得到的功率为95kW)。根据实际需求,某同学设计了如图所示的输电线路示意图。升压变压器、降压变压器均视为理想变压器,以下说法正确的是( )
A.输电线上通过的电流
B.升压变压器输出的电压
C.升压变压器的匝数比
D.降压变压器的匝数比
【答案】BC
【解析】A.根据电功率公式
可得输电线上通过的电流
故A错误;
B.升压变压器输出的电压
故B正确;
C.根据理想变压器原副线圈电压比等于匝数比可得
故C正确;
D.降压变压器输入的电压
根据
降压变压器的匝数比
故D错误。故选BC。
1.(2025·北京育才学校·仿真)如图甲所示,理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上,输入电压随时间变化的图像如图乙所示,副线圈接规格为“4V,2W”的灯泡。若灯泡正常发光,下列说法正确的是( )
A.原线圈两端电压的有效值为
B.副线圈中电流的峰值为0.5A
C.原、副线圈匝数之比为1∶6
D.原线圈的输入功率为2W
【答案】D
【解析】A.原线圈两端的电压有效值,A错误;
B.规格为“4V,2W”的灯泡正常发光,则副线圈的电流有效值
所以副线圈的电流峰值,B错误;
C.由题意可知,副线圈电压有效值
根据
可得原、副线圈的匝数比,C错误;
D.理想变压器无能量损耗,所以,D正确。故选D。
2.(2025·北京大兴一中·期中)将一电源、定值电阻及电阻箱连成如图甲所示的闭合回路,闭合开关后调节电阻箱的阻值,测得电阻箱功率与电阻箱读数变化关系曲线如图乙所示,则下列说法中正确的是( )
A.该电源电动势为9V B.该电源内阻为4Ω
C.R的功率最大时,电源的效率是50% D.电路中的最大功率为27W
【答案】D
【解析】AB.电阻箱消耗功率
根据数学对勾函数的规律,结合图像,当有
电阻箱消耗功率达到最大值,结合图像有
解得,
故AB错误;
C.R的功率最大时,电路的总电阻为
电路中电流为
则路端电压为
则电源的效率是,故C错误;
D.当电阻箱的电阻为零时,电路中电流最大,定值电阻的功率达到最大,此时电路的总电阻为
电路中电流为
可得,故D正确。故选D。
3.(2025·北京清华附中·期中)如图所示,在三棱锥的棱ab、ac、bc、cd上分别接入四个相同的定值电阻R1、R2、R3、R4,bd间接理想电流表,ad间接理想电容器C。不计导线电阻,若ac间接入的电压恒为U,则( )
A.ab间和bc间的电势差相等
B.仅R1变大时,电流表示数不变
C.仅R3变大时,电容器C的电荷量减少
D.仅R2变大时,电容器C的电荷量增加
【答案】C
【解析】A.等效电路图如下
由图像可知通过R1、R3的电流不相等,故ab间和bc间的电势差不相等,故A错误;
B.由图像可知电流表测的是通过R4的电流,仅R1变大时,R1的分压增大,则R3、R4的并联电压减小,故通过R4的电流减小,故电流表示数减小,故B错误;
C.由图像可知,电容器两端电压等于R1两端电压,仅R3变大时,R3、R4的并联电压增大,则R1电压减小,根据,可知电容器C的电荷量减少,故C正确;
D.仅R2变大时,不会改变R1两端电压,故电容器C的电荷量不变,故D错误。故选C。
4.(2025·北京二中·期中)如图所示电路中,电源内阻不能忽略不计,电流表、电压表均视为理想电表,滑动变阻器总阻值足够大;当滑动变阻器滑片从左端向右端滑动时,下列说法中正确的是( )
A.电流表A示数增大
B.电压表V1示数增大、V2示数减小
C.电压表V3示数变化的绝对值与电流表示数变化的绝对值之比为R
D.滑动变阻器消耗的电功率先减小后增大
【答案】B
【解析】A.将R1、R3、E视为一个等效电源(E1、r1),如图虚线框所示
由闭合电路欧姆定律有
R增大时,I减小,电流表A示数减小。故A正确;
B.电压表V1的示数为电源E的路端电压,R增大时,外电阻增大,干路电流减小,由闭合电路欧姆定律有
可知电压表V1示数增大;由于电流表的示数减小,即流过R2的电流减小,所以R2两端的电压减小,即V2减小。故B正确;
C.将除R外的其余部分视为等效电源(E2、r2),则有
所以
而不是R。故C错误;
D.R消耗的功率即等效电源(E2、r2)的输出功率,即
可知,R从0逐渐增大到r2过程中,逐渐增大;R=r2时,最大;R继续增大,减小。故D错误。故选B。
5.(2025·北京朝阳·期末)如图1所示,黑光灯是一种利用发出的紫色光引诱害虫飞近高压电网来“击毙”害虫的环保型设备。图2是黑光灯高压电网的工作电路示意图,将最大值的正弦交流电压通过理想变压器升为高压,变压器原线圈匝数为,副线圈匝数为。已知空气在通常情况下的击穿电场强度约为,杀灭害虫至少需要1000V电压。下列选项正确的是( )
A.电网相邻两极间产生的电场保持不变
B.电网相邻两极间距离需大于
C.仅增大相邻两极间的距离,则两极间的电压也增大
D.若电网相邻两极间距为0.5cm,则
【答案】B
【解析】A.电网相邻两极间的电压是交变电压,所以相邻两极间产生的电场是交变电场,其电场强度的大小和方向随时间周期性变化,故A错误;
B.电网相邻两极间的电场强度的最大值应小于空气的击穿电场强度,即
即
故B正确;
C.两极间的电压与相邻两极间的距离无关,故C错误;
D.电网相邻两极间的电压最大值应满足以下关系
根据理想变压器的电压变比公式有
即
故D错误。故选B。
6.(2024·北京西城·期末)图甲是某使用220V正弦交流电的手机无线充电装置,其简化工作原理如图乙所示。其中S为探测开关,如果手机支持无线快充,则S与1接通,此时送电线圈和受电线圈的匝数比N1∶N2=4∶1,手机两端的电压为10V,给手机的充电功率为30W;若手机不支持快充,则S与2接通,此时送电线圈和受电线圈的匝数比N1∶N3=5∶1,手机两端的电压为5V,给手机的充电功率为5W。开关1所接电阻为R1,开关2所接电阻为R2,若把装置线圈视为理想变压器,下列说法正确的是( )
A.R1的阻值为15Ω
B.R2的阻值为39Ω
C.快速充电时,送电线圈中的电流为12A
D.快速充电时,ab间输入功率为165W
【答案】ABD
【解析】A.开关接1时,受电线圈两端电压
此时通过手机电流
则,故A正确;
B.开关接2时,受电线圈两端电压
此时通过手机电流
则,故B正确;
C.由A选项可知,快速充电时,送电线圈中的电流为3A,故C错误;
D.由A选项可知,快速充电时,ab间输入功率为P=U2I=(55×3)W=165W,故D正确。
故选ABD。
7.(2024·北京丰台·期中)如图甲所示,“火灾警报系统”电路中,理想变压器原、副线圈匝数之比为20:1,原线圈接入图乙所示的电压,电压表和电流表均为理想交流电表,R0为半导体热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小,R1为滑动变阻器,当通过报警器的电流超过某值时,报警器将报警,下列说法正确的是( )
A.电压表的示数为5V
B.要使报警器报警的临界温度升高,可将R1的滑片P适当向上移动
C.R0处出现火情时,电压表的示数减小
D.R0处出现火情时,电流表的示数减小
【答案】AB
【解析】A.设原线圈的输入电压有效值为,根据有效值的定义,则有
解得
根据
可得副线圈输出电压为
则电压表的示数为5V,故A正确;
B.将的滑片P向上移动,接入电路阻值变小,则副线圈的总电阻变小,副线圈的总电流增大,两端的电压变大,报警器的分压变小,电流也减小,能使报警器报警的临界温度升高,故B正确;
CD.处出现火情时,由于原线圈的输入电压不变,则副线圈输出电压不变,即电压表的示数不变 ;由于热敏电阻的阻值减小,则副线圈电流增大,根据可知,原线圈电流增大,即电流表的示数增大,故CD错误。故选AB。
8.(2024·北京101中学·期中)如图所示,交流发电机的矩形金属线圈,ab边和cd边的长度L1=50cm,bc边和ad边的长度L2=20cm,匝数n=100匝,线圈的总电阻r=10Ω,线圈位于磁感应强度B=0.05T的匀强磁场中。线圈的两个末端分别与两个彼此绝缘的铜环E、F(集流环)焊接在一起,并通过电刷与阻值R=90Ω的定值电阻连接。初始状态时线圈平面与磁场方向平行,现使线圈绕过bc和ad边中点、且垂直于磁场的转轴OOʹ以角速度ω=400rad/s匀速转动。电路中其他电阻以及线圈的自感系数均可忽略不计。
(1)从线圈经过图示位置开始计时,写出电阻R两端电压随时间变化的函数关系式;
(2)从线圈经过图示位置开始计时,写出ab边所受安培力的最大值;
(3)求维持线圈匀速转动1圈,所需外力做的功W(保留三位有效数字);
(4)线圈从图示位置转过90°的过程中电阻R上通过的电荷量。
【答案】(1)
(2)5N
(3)3.14J
(4)0.005C
【解析】(1)感应电动势的最大值为
所以电阻R两端电压最大值为
则电阻R两端电压随时间变化的函数关系式为
(2)ab边所受安培力的最大值为
(3)线圈匀速转动1圈,所需外力做的功为,,,
代入数据解得
(4)线圈从图示位置转过90°的过程中电阻R上通过的电荷量为
代入数据解得
9.(2024·北京育才学校·期中)一台发电机最大输出功率为4000kW,电压为4000V,经变压器T1升压后向远方输电。输电线路总电阻R=1kΩ。到目的地经变压器T2降压,负载为多个正常发光的灯泡(220V、60W)。若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T1和T2的损耗可忽略,发电机处于满负荷工作状态,若变压器均为理想变压器,问:
(1)T1原、副线圈电流I1、I2分别为多少?
(2)T1和T2的电压比分别为多少?
(3)最多能有多少盏灯泡(220V、60W)正常发光?
【答案】(1),
(2),
(3)
【解析】(1)T1原线圈电流为
而副线圈的电流为
(2)T1副线圈电压为
则T1线圈的电压比为
由电压关系可知T2原线圈电压为
T2副线圈电压为灯泡的额定电压
故T2线圈的电压比为
(3)T2变压器得到的功率为
所以共有
10.(2025·北京人大附中朝阳学校·期中)如图所示电路中,电源电动势,内阻,定值电阻,,。
(1)若将A、B短接,则流过的电流是多少?
(2)若在A、B间连一个电容为的电容器,待电路稳定后,求电容器的电荷量。
(3)若将更换为内阻,额定输入电压的直流电动机。若将A、B短接,电动机正常工作,求该电动机的输出功率。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】(1)若A、B短接,电路中的总电阻
电路中的电流
根据电流分配可知流过的电流为
(2)若在A、B间连一个电容为的电容器,则电容器两端的电压
则电容器的带电量
(3)通过的电流
通过电源的总电流
通过电动机的电流
电动机的输出功率
11.(2025·北京大兴·期中)如图所示,线段A为某电源的U-I图线,线段B为某电阻R的U-I图线,由上述电源和电阻组成闭合电路时,求:
(1)电源的输出功率P出是多大?
(2)电源内部损耗的电功率P内是多少?
【答案】(1)4W
(2)2W
【解析】(1)从图像的交点可读出:路端电压,电流强度
电源的输出功率为
(2)从图线A可读出:电源的电动势,短路电流
可算出电源的内阻
电源内部损耗的电功率
12.(2025·北京北师大实验中学·期中)由某种金属材料制成的圆柱形导体,将其两端与电源连接,会在导体内部形成匀强电场,金属中的自由电子会在电场力作用下发生定向移动形成电流。已知电子质量为m,电荷量为e,该金属单位体积的自由电子数为n。
经典的金属电子论认为:在外电场(由电源提供的电场)中,金属中的自由电子受到电场力的驱动,在原热运动基础上叠加定向移动,如图所示。因此,可将自由电子的运动简化为无规则热运动和仅在电场力作用下的定向运动。在定向加速运动中,自由电子与金属正离子发生碰撞,自身停顿一下(定向移动速率瞬间减为0),将定向移动所获得的能量转移给金属正离子,引起正离子振动加剧,金属温度升高。自由电子在定向移动时由于被频繁碰撞受到阻碍作用,这就是电阻形成的原因。
自由电子定向移动的平均速率为v,热运动的平均速率为u,发生两次碰撞之间的平均距离为x。由于,所以自由电子发生两次碰撞的时间间隔主要由热运动决定。自由电子每次碰撞后的定向移动速率均变为零。
(1)a.若在某长为L的导体两端施加电压U(仅此小问可当作已知量),根据经典的金属电子论,自行建立自由电子的定向运动模型,并求出电子定向移动过程当中的平均定向移动速率;
b.求该金属的电阻率,并结合计算结果至少说明一个与金属电阻率有关的宏观因素;
(2)该导体长度为L,截面积为S。若将单位时间内导体中所有自由电子因与正离子碰撞而损失的动能之和设为,导体的发热功率设为P,试证明。
【答案】(1)a.;b.,金属的种类和温度
(2)见解析
【解析】(1)a.电子发生两次碰撞之间,在原有的匀速运动(热运动)的同时,叠加在外电场作用下由静止开始的匀加速运动(定向移动),但因自由电子发生两次碰撞的时间间隔主要由热运动决定,则两次碰撞的平均时间间隔
电子在外电场中做定向移动的加速度
电子碰撞前瞬间的定向移动速度
则电子定向移动过程当中的平均定向移动速率
b.设导体的横截面积为,在时间内流过导体的电荷量
由电流定义式可知
则电阻
根据电阻定律可得
从计算结果可知,金属的电阻率与金属中单位体积的自由电子数、自由电子热运动平均速率和碰撞的平均距离有关,所以在宏观上,电阻率与金属的种类和温度有关。
(2)导体的发热功率设为
单位时间内一个自由电子因与正离子碰撞而损失的动能
导体中所有自由电子在单位时间内损失的动能之和
方程联立,解得
即
13.(2024·北京朝阳·期末)如图所示,某小型交流发电机内矩形金属线圈ABCD的面积,匝数,线圈的总电阻,线圈所处磁场的磁感应强度大小均为。线圈通过滑环和电刷与阻值的定值电阻连接。在外力驱动下使线圈绕轴匀速转动,角速度。求:
(1)电阻R上电流的最大值;
(2)从线圈通过中性面(即线圈平面与磁场方向垂直的位置)开始计时,经过周期内通过电阻R上的电荷量q;
(3)在线圈转动2周的过程中,整个电路产生的焦耳热Q。
【答案】(1)5A
(2)5C
(3)314J
【解析】(1)线圈中感应电动势的最大值
线圈中感应电流的最大值
得
(2)经过周期内通过电阻R上的电荷量
(3)线圈中感应电流的有效值
得
线圈转动两周的过程中,电流通过整个回路产生的焦耳热
其中
得
1.(2025·北京·真题)如图所示,线圈自感系数为L,电容器电容为C,电源电动势为和是三个相同的小灯泡。开始时,开关S处于断开状态。忽略线圈电阻和电源内阻,将开关S闭合,下列说法正确的是( )
A.闭合瞬间,与同时亮起 B.闭合后,亮起后亮度不变
C.稳定后,与亮度一样 D.稳定后,电容器的电荷量是
【答案】C
【解析】A.闭合开关瞬间,电容器C相当于通路,线圈L相当于断路,所以瞬间亮起,逐渐变亮,A错误;
B.闭合开关后,电容器充电,充电完成后相当于断路,所以亮一下后熄灭,B错误;
C.稳定后,电容器相当于断路,线圈相当于短路,所以、串联,所以一样亮,C正确;
D.稳定后,电容器与并联,两端电压等于两端电压,由于线圈电阻和电源内阻忽略不计,且、串联,两端电压为,根据,可得电容器的电荷量等于,D错误。故选C。
2.(2025·福建·真题)在图(a)所示电路中,理想变压器原、副线圈匝数比4:1,电阻的阻值时的2倍,电压表为理想电压表。若原线圈输入如图(b)所示的正弦交流电,则( )
A.交流电周期为2.25s
B.电压表示数为12V
C.流经副线圈的电流是流经R1的2倍
D.变压器的输入、输出功率之比为4:1
【答案】B
【解析】A.由图可知,交流电的周期,故A错误;
B.根据图乙可知,输入电压最大值,则输入电压有效值为,根据变压比可知,副线圈电压即电压表示数为,故B正确;
C.R1的阻值为R2的2倍,根据并联规律可知,两电阻的电压相同,根据欧姆定律可知,流经R1和R2的电流之比为,副线圈干路电流等于流经两电阻的电流之和,则副线圈干路的电流为R1电流的3倍,故C错误;
D.根据变压器的原理可知,原副线圈功率相同,故D错误。故选 B。
3.(2025·广西·真题)如图电路中,材质相同的金属导体a和b,横截面积分别为、,长度分别为、。闭合开关后,a和b中自由电子定向移动的平均速率之比为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】根据电阻定律
可得,;
两支路并联有,结合电流的微观表达式;对于同种材料n、q相同;
联立可得;
即
故选B。
4.(2025·江西·高考)某变压器的原线圈匝数未知,将的正弦交流电输入原线圈。改变副线圈的匝数n,测得副线圈两端的电压U与匝数n之间的关系如图所示。若该变压器为理想变压器,则原线圈的匝数最接近( )
A.110 B.160 C.210 D.310
【答案】C
【解析】设原线圈的匝数为,根据,可得
由题图可知当时,,代入可得
故选C。
5.(2025·北京·真题)如图所示,交流发电机中的线圈沿逆时针方向匀速转动,产生的电动势随时间变化的规律为。下列说法正确的是( )
A.该交流电的频率为
B.线圈转到图示位置时,产生的电动势为0
C.线圈转到图示位置时,边受到的安培力方向向上
D.仅线圈转速加倍,电动势的最大值变为
【答案】C
【解析】A.根据题意可知,该交流电的频率为
故A错误;
B.线圈转到图示位置时,磁场与线圈平面平行,磁通量最小,磁通量变化率最大,感应电动势最大,故B错误;
C.根据题意,由右手定则可知,线圈转到图示位置时,电流由,由左手定则可知,边受到的安培力方向向上,故C正确;
D.根据题意,由公式可知,仅线圈转速加倍,电动势的最大值变为原来的2倍,为,故D错误。故选C。
6.(2025·湖南·真题)如图,某小组设计了灯泡亮度可调的电路,a、b、c为固定的三个触点,理想变压器原、副线圈匝数比为k,灯泡L和三个电阻的阻值均恒为R,交变电源输出电压的有效值恒为U。开关S与不同触点相连,下列说法正确的是( )
A.S与a相连,灯泡的电功率最大
B.S与a相连,灯泡两端的电压为
C.S与b相连,流过灯泡的电流为
D.S与c相连,灯泡的电功率为
【答案】B
【解析】设变压器原、副线圈的电压分别为,灯泡L的阻值为R,根据等效电阻的思想有灯泡的等效电阻
灯泡L的阻值
由理想变压器原理,电压关系
电流关系
联立解得
A.值恒定,即等效负载恒定,当S与c相连时,原线圈所在电路的总电阻最小,流过原线圈的电流最大,根据变压器原副线圈电流关系可知副线圈电流最大,根据可知灯泡的电功率最大,故A错误;
B.S与a相连,变压器原线圈电压
灯泡两端的电压为
B正确;
C.S与b相连,变压器原线圈电路接入两个电阻,变压器原线圈的电流
流过灯泡的电流
C错误;
D.S与c相连,变压器原线圈电路接入一个电阻,变压器原线圈的电流
流过灯泡的电流
灯泡的电功率为
D错误。故选B。
7.(2025·河北·真题)2024年底,世界装机容量最大的抽水蓄能电站——河北丰宁抽水蓄能电站全面投产发电。如图,若该电站通过理想变压器调节输出电压时,输入电压保持不变。已知副线圈总匝数为n,分接头间和间的线圈匝数,开关S接3时输出电压的瞬时值,则S接2时的图像为( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】根据理想变压器电压比与匝数比关系可知,
由于输入电压不变,可知
即
解得;
可知此时输出的交流电的周期为。
故选D。
8.(2025·安徽·真题)某理想变压器的实验电路如图所示,原、副线圈总匝数之比,A为理想交流电流表。初始时,输入端a、b间接入电压的正弦式交流电,变压器的滑动触头P位于副线圈的正中间,电阻箱R的阻值调为。要使电流表的示数变为,下列操作正确的是( )
A.电阻箱R的阻值调为 B.副线圈接入电路的匝数调为其总匝数的
C.输入端电压调为 D.输入端电压调为
【答案】B
【解析】A.输入电压峰值为,则输入电压有效值为,滑动触头在正中间,根据变压比可知,输出电压,若将电阻箱阻值调为18欧姆,则电流为1A,故A错误;
B.若将副线圈匝数调为总匝数的,根据变压比可知,输出电压,则副线圈电流变为,故B正确;
C.输入端电压调为时,其有效值不变,不会导致电流的变化,仍然为,故C错误;
D.将输入电压峰值减小一半,则输入电压有效值变为,输出电压,副线圈电流变为,故D错误。故选B。
9.(2025·天津·高考)如图所示,理想变压器的原线圈接在电压有效值不变的正弦交流电源上,副线圈接有滑动变阻器和定值电阻,各电表均为理想交流电表。当滑动变阻器的滑动片向右滑动时,则( )
A.电流表的示数变小 B.电流表的示数变小
C.电压表V的示数变大 D.变压器的输入功率变大
【答案】CD
【解析】理想变压器的输出的电压由输入电压和电压比决定,输入电压不变,所以输出电压也不会变:
AB.当滑动变阻器的滑动片向右滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻变小,根据欧姆定律可知副线圈回路中电流变大,即电流表的示数变大,根据可知原线圈回路中电流变大,即电流表的示数变大,故AB错误;
C.电压表V测电阻两端的电压,滑动变阻器接入电路的电阻变小,根据串联电路分压规律可知电压表V的示数变大,故C正确;
D.根据可知副线圈回路的功率变大,根据理想变压器原副线圈功率相等可知变压器的输入功率变大,故D正确。故选CD。
10.(2025·海南·真题)如图所示,理想变压器接在交流电上,此时电压表读数为,电流表读数为,电表皆为理想电表,则( )
A.输入电压有效值为
B.原线圈输入电流为
C.滑动变阻器向下滑动,电压表读数减小
D.滑动变阻器向上滑动,电流表读数增大
【答案】AD
【解析】A.根据题干信息可知输入电压的最大值
输入电压有效值为,故A正确;
B.理想变压器原副线圈电压比
电流比
其中,
可得,故B错误;
C.原线圈输入电压不变,匝数比不变,根据,副线圈两端的电压不变,即电压表读数不变,C错误;
D.滑动变阻器向上滑动,滑动变阻器接入的阻值减小,副线圈电压不变,根据可知电流增大,即电流表读数增大,D正确。故选AD。
11.(2025·湖北·真题)在如图所示的输电线路中,交流发电机的输出电压一定,两变压器均为理想变压器,左侧升压变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2,两变压器间输电线路电阻为r。下列说法正确的是( )
A.仅增加用户数,r消耗的功率增大 B.仅增加用户数,用户端的电压增大
C.仅适当增加n2,用户端的电压增大 D.仅适当增加n2,整个电路消耗的电功率减小
【答案】AC
【解析】A.整个电路物理量标注如图
设用户端总电阻为R用户,降压器输入端等效为电阻Rx,则有
因为
其中I2=I3,则对于输电线有
联立整理可得
仅增加用户数,则R用户减小,可知I2增大,根据
可知r消耗的功率增大,故A正确;
B.仅增加用户数,I2增大,根据
可知U3减小,根据用户端的电压
可知用户端的电压减小,故B错误;
C.仅适当增加n2,根据
可知U2增大,根据
可知I2增大,根据
可知U3增大,根据用户端的电压
可知用户端的电压增大,故C正确;
D.由C选项可知,仅适当增加n2,I2增大,整个电路消耗的电功率
由于U2增大,故整个电路消耗的电功率变大,故D错误。故选AC。
12.(2025·江苏·真题)圆筒式磁力耦合器由内转子、外转子两部分组成。工作原理如图甲所示。内、外转子可绕中心轴转动。外转子半径为,由四个相同的单匝线圈紧密围成,每个线圈的电阻均为R,直边的长度均为L,与轴线平行。内转子半径为,由四个形状相同的永磁体组成,磁体产生径向磁场,线圈处的磁感应强度大小均为B。外转子始终以角速度匀速转动,某时刻线圈abcd的直边ab与cd处的磁场方向如图乙所示。
(1)若内转子固定,求ab边产生感应电动势的大小E;
(2)若内转子固定,求外转子转动一周,线圈abcd产生的焦耳热Q;
(3)若内转子不固定,外转子带动内转子匀速转动,此时线圈中感应电流为I,求线圈abcd中电流的周期T。
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】(1)根据题意可知,转动时的线速度为
则ab产生的感应电动势
(2)根据题意,由图可知,若内转子固定,外转子转动过程中,、均切割磁感线,且产生的感应电流方向相反,则转动过程中感应电动势为
感应电流为
转子转动的周期为
则abcd转一圈产生的热量
(3)结合图可知,转子转动电流方向改变,大小不变,若内转子不固定,跟着外转子一起转,且abcd中的电流为I,则感应电动势为
又有
则电流改变方向的时间为
则电流的周期为
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