2024版高考物理二轮复习专题4电路和电磁感应第11讲直流电路和交流电路练习含答案

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A组·基础练
1. (2023·6月浙江高考卷)我国1 100 kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是( A )
A．送电端先升压再整流
B．用户端先降压再变交流
C．1 100 kV是指交变电流的最大值
D．输电功率由送电端电压决定
【解析】 整流后，变压器不能升压，故送电端先升压再整流，选项A正确；对于直流电，变压器不能使用，故用户端先变交流再降压，选项B错误；1 100 kV指直流电压，选项C错误；输电功率由用户端功率决定，选项D错误。
2. (2023·吉林长春二模)如图所示为某变压器的工作示意图，定值电阻R1和R2分别连在理想变压器原、副线圈上，且R1＝3R2，理想变压器原副线圈匝数之比为n1n2＝51，变压器原线圈接在交流电源上，则R1和R2的功率之比为( A )
A．253 B．325
C．53 D．35
【解析】 根据原副线圈电压跟匝数比关系eq \f(U,U2)＝eq \f(n1,n2)＝5；功率公式为P＝eq \f(U2,R)可得R1和R2的功率之比为P1P2＝eq \f(U2,R1)eq \f(U\\al(2,2),R2)＝eq \f(25,3)；故选A。
3. (多选)(2023·宁夏石嘴山二模)如图所示，交流发电机的矩形线圈边长ab＝cd＝0.5 m，ad＝bc＝1.0 m，线圈匝数为100匝，内阻不计，线圈在磁感应强度B＝eq \f(6\r(2),25π) T的匀强磁场中，绕垂直磁场的虚线轴以角速度ω＝10π rad/s做匀速转动，外接理想变压器原线圈，电压表为理想交流电表，若电阻R两端电压为12 V，消耗的电功率为12 W，则( AC )
A．交变电流的周期是0.2 s
B．交流电压表的示数为120eq \r(2) V
C．变压器原、副线圈匝数之比为101
D．原线圈的输入功率24 W
【解析】 交流电的周期T＝eq \f(2π,ω)＝eq \f(2π,10π) s＝0.2 s；A正确；交流电的最大值Em＝nBωS＝100×eq \f(6\r(2),25π)×10π×0.5×1.0 V＝120eq \r(2) V；则交流电的有效值，即电压表读数为U＝eq \f(Em,\r(2))＝120 V；B错误；变压器原、副线圈匝数之比为eq \f(n1,n2)＝eq \f(U,UR)＝eq \f(120,12)＝eq \f(10,1)；C正确；原线圈的输入功率等于输出功率12 W，D错误。故选A、C。
4. (2023·陕西统考二模)无线手机充电技术的应用，让手机摆脱了“充电线”的牵制，手机使用者做到了“随用随拿，随放随充”。正在无线充电的手机无线充电器简化示意图如图所示，其工作原理与理想变压器相同。已知发射线圈与接收线圈的匝数比为51，CD端的输出电流i＝eq \r(2)sin(2π×105)t(A)，则下列说法正确的是( C )
A．手机充电利用了自感现象
B．1 s内发射线圈中电流方向改变105次
C．发射线圈AB端输入电流的有效值为0.2 A
D．接收线圈的输出功率与发射线圈的输入功率之比为15
【解析】 手机充电利用了互感现象，故A错误；由题意可知电流的变化频率为105 Hz，故1 s内发射线圈中电流方向改变2×105次。故B错误；接收线圈CD端输入电流的有效值为I有效＝eq \f(Im,\r(2))＝1 A；发射线圈AB端输入电流的有效值为I有效′＝eq \f(1,5)I有效＝0.2 A；故C正确；根据变压器工作原理可知，接收线圈的输出功率与发射线圈的输入功率之比为11。故D错误。
5. (2023·辽宁朝阳二模)图甲是电动公交车无线充电装置，供电线圈设置在充电站内，受电线圈和电池系统置于车内。如图乙所示，供电线路中导线的等效电阻为R，当输入端ab接入电压为U0正弦交流电时，供电线圈与受电线圈两端电压分别U1、U2，通过电池系统的电流为I。若不计其他电阻，忽略线圈中的能量损失，下列说法正确的是( D )
A．ab端的输入功率等于U2I
B．ab端的输入功率等于U0I
C．供电线圈和受电线圈匝数比为U0U2
D．供电线圈和受电线圈匝数比为U1U2
【解析】 根据题意可知，变压器的输出功率为U2I，由于原线圈上串联的电阻R也要消耗功率，所以ab端的输入功率大于U2I，变压器原线圈中的电流不等于I，所以ab端的输入功率也不等于U0I，故A、B错误；根据变压器电压比等于匝数比，可得供电线圈和受电线圈匝数比为U1U2，故C错误，D正确。
6. (2023·浙江名校联盟二模)全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一，为模仿汽车油表原理，某同学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置。如图所示，其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端。该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出)，通过观察电压表示数，可以了解油量情况，已知R′>R0有关电压表的接法及示数变化下列说法正确的是( A )
A．接在bc之间，当油量减少时电压表示数增大
B．接在bc之间，当油量减少时电压表示数减小
C．接在bd之间，当油量减少时电压表示数增大
D．接在bd之间，当油量减少时电压表示数减小
【解析】 由于滑动变阻器滑片达到最低点时滑动变阻器接入电路的电阻为零，此时滑动变阻器两端电压为零，所以滑动变阻器两端电压可以从零开始变化，电压表应该接在滑动变阻器两端，即接在b、c两点之间；当油箱中油量减少时，浮标下降，滑动变阻器滑片左端下降、右端上升，滑动变阻器接入电路的电阻增大、电压表的示数将增大，故A正确，B、C、D错误。
7. (2023·浙江名校联盟二模)如图所示的电路，R1、R2、R3是定值电阻，R4是滑动变阻器，电源内阻不可忽略。闭合开关，在电路稳定后，将滑动变阻器的滑动触头由中点缓慢向上移动的过程中下列说法正确的是( B )
A．电压表示数变小
B．电流从上往下通过R3
C．电源的输出功率变小
D．通过R2的电流变大
【解析】 触头由中点向上移动的过程中，R4变大，总电阻变大，通过的R2电流减小，内阻电压变小，所以电压表示数变大，A、D错误；由电流变小，内阻和R2电压变小，并联部分电压变大，故电容器两端电压增大，所以要充电，电流从上往下通过R3，B正确；因内阻大小不确定，电源的输出功率变小变化无法判断，C错误。
8. (2023·湖南校联考二模)矩形线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动。若轴线右侧没有磁场(磁场具有理想边界)，如图所示。设abcda方向为感应电流的正方向。从图示位置开始一个周期内线圈感应电流随时间变化的图像中，正确的是( A )
【解析】 从题图示位置开始，在0～eq \f(T,4)时间内，磁通量减小，原磁场方向向里，由楞次定律“增反减同”可知，感应电流的磁场方向向里，产生的感应电流的方向为abcda，即与电流规定的正方向相同，且产生的感应电流的大小随时间按正弦规律变化，有i＝eq \f(BSω,R)＝sin ωt；在eq \f(T,4)～eq \f(T,2)时间内，磁通量增大，原磁场方向向里，由楞次定律“增反减同”可知，感应电流的磁场方向向外，因线圈的位置也发生了变化，所以产生的感应电流的方向还是abcda，即与电流规定的正方向相同，结合题中选项可知，A正确，B、C、D错误。
9. (2023·广东肇庆二模)我国是全球唯一掌握超特高压直流输电技术的国家。下图是特高压直流输电系统的模拟图(只显示变压与传输部分)，则以下说法正确的是( C )
A．题中描述的“特高压直流输电”，说明变压器可以直接对直流电进行变压作用
B．变压器在升压过程中频率随着电压的增大而升高
C．在输电功率一定条件下，输电电压提高十倍，线路损耗功率将降低为原来的一百分之一
D．在上图中，用户接入电路的用电器越多，流过n4的电流越大，由匝数比等于电流的反比可知，流过电阻r的电流变小
【解析】 根据变压器工作原理可知，变压器不可以直接对直流电进行变压作用，故A错误；变压器在升压过程中频率保持不变，故B错误；根据P送＝UIP损＝I2r；联立可得P损＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P送,U)))2r在输电功率一定条件下，输电电压提高十倍，线路损耗功率将降低为原来的一百分之一，故C正确；在上图中，用户接入电路的用电器越多，流过n4的电流越大，根据eq \f(I2,I4)＝eq \f(n4,n3)；可知随着I4增大，流过电阻r的电流I2变大，故D错误。
10. (2023·山东枣庄二模)如图甲所示，是国产某型号手机无线充电装置，其工作原理图如图乙所示，其中送电线圈和受电线圈匝数比n1n2＝51。送电线圈和受电线圈所接电阻的阻值均为R。当ab间接上220 V的正弦交变电源后，受电线圈中产生交变电流给手机快速充电，这时手机两端的电压为5 V，充电电流为5 A，把送电线圈和受电线圈构成的装置视为理想变压器，不计线圈及导线电阻，则下列说法正确的是( B )
A．阻值R＝195 Ω
B．快速充电时，送电线圈的输入电压U1＝212.5 V
C．快速充电时，送电线圈的输入功率为25 W
D．持续进行快速充电时，充满容量为4 000 mA·h的电池至少需要80 min
【解析】 根据变压器匝数和电流的关系可知eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)可得送电线圈的电流I1＝eq \f(n2,n1)I2＝eq \f(1,5)×5 A＝1 A，根据匝数和电压的关系可知eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)，eq \f(U0－I1R,n1)＝eq \f(U机＋I2R,n2)，则R＝7.5 Ω，送电线圈两端的电压U1＝U0－I1R＝212.5 V，选项A错误，B正确；快速充电时，送电线圈的输入功率为P1＝I1U1＝212.5 W，选项C错误；持续进行快速充电时，充满容量为4 000 mA·h的电池至少需要t＝eq \f(4 000 mA·h,5 A)＝0.8 h＝48 min，选项D错误。
11. (2023·福建厦门二模)如图是一小型交流发电机供电原理图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向匀强磁场，理想变压器原、副线圈分别与发电机和灯泡连接，灯泡上标有“6 V 3 W”字样且正常发光(除灯泡外不计其余电阻)从某时刻开始计时，发电机输出端的电流随时间变化图像如图乙，下列说法正确的是( D )
A．当t＝0.04 s时发电机内线圈平面与磁场方向平行
B．发电机输出电流的瞬时值i＝eq \r(2)sin(100πt)A
C．变压器原、副线圈匝数之比为eq \r(2)4
D．发电机1分钟内产生的电能为180 J
【解析】 由图乙可知当t＝0.04 s时电流最小，故发电机内线圈平面与磁场方向垂直，选项A错误；由图乙可知周期T＝0.04 s，则ω＝eq \f(2π,T)＝50π rad/s；所以发电机输出电流的瞬时值为i＝eq \r(2)sin(50πt)A；选项B错误；流过灯泡的电流I2＝eq \f(P,U)＝eq \f(3,6) A＝0.5 A；发电机输出的电流；I1＝eq \f(Im,\r(2))＝eq \f(\r(2),\r(2)) A＝1 A；所以变压器原、副线圈匝数之比为eq \f(n1,n1)＝eq \f(I2,I1)＝eq \f(1,2)；选项C错误；发电机1分钟内产生的电能即为小灯泡消耗的电能W＝UI2t＝180 J；选项D正确。
12. (多选)(2023·黑龙江哈尔滨二模)如图甲所示为某一小型风力交流发电机的原理图，线圈的匝数为n＝100、总电阻为r＝5 Ω，负载电阻R＝10 Ω，A为理想交流电流表。线圈从转到中性面位置开始计时，该发电机的电动势随时间的变化规律如图乙所示，下列说法正确的是( BC )
A．电动势的瞬时值为e＝300sin 100πt(V)
B．电动势的有效值为150eq \r(2) V
C．电流表的示数为14.1 A
D．t＝0.02 s时通过线圈的磁通量为eq \f(6,π) Wb
【解析】 根据题图可知交流电的周期为0.04 s，线圈从转到中性面位置开始计时，电动势的最大值为300 V，则电动势的瞬时值e＝Emsin eq \f(2π,T)t＝300sin 50πt(V)；A错误；电动势的有效值E＝eq \f(Em,\r(2))＝eq \f(300,\r(2)) V＝150eq \r(2) V；B正确；电流表的示数E＝eq \f(E,R＋r)＝eq \f(150\r(2),10＋5) A≈14.1 A；C正确；根据题意可知Em＝nBSω；t＝0.02 s时通过线圈的磁通量最大为BS＝eq \f(Em,nω)；又ω＝eq \f(2π,T)；联立可得BS＝eq \f(3,50π) Wb；D错误。
13. (2023·安徽统考二模)家用燃气灶点火装置的电路原理图可简化为图甲所示，转换器是将左侧的直流电流转换为图乙所示的正弦交变电流，并加在一理想变压器的原线圈两端，图中电压表为理想交流电压表，当变压器副线圈输出电压的瞬时值超过2 500 V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体，设变压器原、副线圈的匝数比为k，开关闭合后，下列说法中正确的是( D )
A．图甲中电压表的示数为50 V
B．图乙所示的交流电的频率为100 Hz
C．k>eq \f(1,50)时，才能实现点火
D．k＝eq \f(1,100)时，钢针和金属板间在交流电每个周期内放电的时间为eq \f(1,75) s
【解析】 电压表的示数为交流电的有效值，根据图乙可知该交流电的最大值为50 V，有效值为U有＝eq \f(Um,\r(2))＝eq \f(50,\r(2)) V＝25eq \r(2) V；A错误；根据图乙可知该交流电的周期为0.02 s，所以频率为50 Hz，B错误；当变压器副线圈输出电压的瞬时值超过2 500 V时，就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体；根据原副线圈匝数与电压的关系eq \f(n1,n2)＝eq \f(U1,U2)⇒k＝eq \f(n1,n2)B组·综合练
14. (多选)(2023·山东安丘检测)手机无线充电技术越来越普及，图甲是使用220 V正弦交变电源的手机无线充电装置，其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＝31，手机两端的电压为9 V，充电功率为27 W；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5 V，充电功率为5 W。送电线圈所接的电阻为R＝40 Ω，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( AC )
A．R1的值为17 Ω
B．R2的值为36 Ω
C．快速充电时，送电线圈的输入功率为180 W
D．快速充电时，ab间输入功率为200 W
【解析】 S与1接通，此时次级电流I2＝eq \f(27,9) A＝3 A，则初级电流I1＝eq \f(N2,N1)I2＝1 A，此时初级电压U1＝220 V－40×1 V＝180 V，次级电压U2＝eq \f(N2,N1)U1＝60 V，则R1＝eq \f(60－9,3) Ω＝17 Ω，此时送电线圈的输入功率为P1＝U1I1＝180 W，ab间输入功率为P＝UI1＝220×1 W＝220 W，选项AC正确，D错误；S与2接通，此时次级电流I3＝eq \f(5,5) A＝1 A，则初级电流I1′＝eq \f(N3,N1)I3＝0.2 A，此时初级电压U1′＝220 V－40×0.2 V＝212 V，次级电压U3＝eq \f(N3,N1)U1′＝42.4 V，则R2＝eq \f(42.4－5,1) Ω＝37.4 Ω，选项B错误；故选AC。
15. (多选)(2023·山东青岛检测)如图，将四个完全相同的灯泡接入电路，电源输出电压为U的正弦交流电，理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2开始时开关S1断开，S2闭合，灯泡都正常发光。忽略灯泡电阻随温度变化，下列说法正确的是( BC )
A．变压器原、副线圈的匝数比n1n2＝12
B．电源输出电压U与灯泡额定电压UL比值UUL＝41
C．若闭合开关S1，则灯泡L1熄灭，L2、L3、L4都变亮
D．若断开开关S2，则灯泡L4熄灭，L1、L2、L3都变暗
【解析】 根据理想变压器的规律有eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)＝eq \f(1,2)，可知原、副线圈匝数比为21，A错误；又U1＝eq \f(n1,n2)UL＝2UL，故U＝2UL＋U1＝4UL，B正确；研究灯泡亮度变化时，可把变压器和其右侧电路等效为一个电阻R′，对理想变压器有eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，R′＝eq \f(U1,I1)＝eq \f(\f(n1,n2)U2,\f(n2,n1)I2)＝eq \f(n\\al(2,1),n\\al(2,2))R，当闭合开关S1时，等效电阻不变，灯泡L1被短路，总电阻减小，总电流增大，灯泡L2分压变大，L2变亮，等效电阻R′分压变大，即原线圈两端电压U1变大，灯泡L3、L4变亮，C正确；当开关S2断开时，等效电阻R′变大，分压变大，即原线圈两端电压U1变大，灯泡L3变亮，灯泡L1、L2的分压变小，L1、L2变暗，D错误。故选BC。
16. (2023·山东滨州二模)如图所示为模拟远距离输电的实验电路图，两变压器均为理想变压器，变压器的匝数eq \f(n2,n1)＝eq \f(n3,n4)＝k>1，四根输电线的电阻R1＝R2＝R3＝R4＝R，L1、L2为两个相同的小灯泡，灯丝电阻RL>2R，忽略灯丝电阻随温度的变化。当AB端输入低压交流电时，下列说法正确的是( A )
A．电流表A1示数比A2示数小
B．R1的热功率大于R3的热功率
C．L1、L2两灯泡的功率相同
D．L1的功率比L2的功率要小
【解析】 电流表A2示数为IA2＝eq \f(U,2R＋RL)，令通过灯泡L1的电流为I1，则灯泡L1两端电压为I1RL，根据电流匝数关系，电流表A1示数为IA1＝eq \f(I1,k)，根据电压匝数关系可知降压变压器原线圈两端电压为kI1RL，令AB端输入为U，根据电压匝数关系可知升压变压器副线圈两端电压为kU，则有kU－2Req \f(I1,k)＝kI1RL，解得I1＝eq \f(k2U,2R＋k2RL)，则有IA1＝eq \f(I1,k)＝eq \f(kU,2R＋k2RL)＝eq \f(U,\f(2R,k)＋kRL)，由于RL>2R，k>1，可知eq \f(2R,k)＋kRL－(2R＋RL)＝(k－1)(RL－eq \f(2R,k))>0，可知IA11，根据上述I1＝eq \f(k2U,2R＋k2RL)＝eq \f(U,\f(2R,k2)＋RL)>eq \f(U,2R＋RL)＝IA2，根据P＝I2RL可知，灯泡L1的功率大于灯泡L2的功率，C、D错误。