基礎(chǔ)鞏固
1.(多選)(2023全國(guó)乙卷)黑箱外有編號(hào)為1、2、3、4的四個(gè)接線柱,接線柱1和2、2和3、3和4之間各接有一個(gè)電阻,在接線柱間還接有另外一個(gè)電阻R和一個(gè)直流電源。測(cè)得接線柱之間的電壓U12=3.0 V,U23=2.5 V,U34=-1.5 V。符合上述測(cè)量結(jié)果的可能接法是( )
A.電源接在1、4之間,R接在1、3之間
B.電源接在1、4之間,R接在2、4之間
C.電源接在1、3之間,R接在1、4之間
D.電源接在1、3之間,R接在2、4之間
答案 CD
解析 由于1、2間的電勢(shì)差為正,所以1要接電源正極。若電源接在1、4之間,如圖甲所示,不管電阻R接在1、3之間還是接在2、4之間,3、4間的電勢(shì)差一定是正的,即U34>0,與題目已知條件不符合,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。因此電源接在1、3之間,若電阻R接在1、4之間,如圖乙所示,則U13=U12+U23=5.5 V,同時(shí)U13=U14+U43,因?yàn)閁43=-U34=1.5 V,所以只要UR=U14=4 V就能滿足題目要求,選項(xiàng)C正確。若電阻R接在2、4之間,如圖丙所示,則U23=2.5 V,同時(shí)U23=U24+U43,因?yàn)閁43=-U34=1.5 V,所以只要UR=U24=1 V就能滿足題目要求,選項(xiàng)D正確。
甲
乙
丙
2.(多選)(2024新課標(biāo)卷)電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)可利用車輪轉(zhuǎn)動(dòng)將其動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存起來。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)磁極繞固定的線圈旋轉(zhuǎn),在線圈中產(chǎn)生電流。磁極勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的某瞬間,磁場(chǎng)方向恰與線圈平面垂直,如圖所示。將兩磁極間的磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng),則磁極再轉(zhuǎn)過90°時(shí),線圈中( )
A.電流最小
B.電流最大
C.電流方向由P指向Q
D.電流方向由Q指向P
答案 BD
解析 本題考查交變電流的產(chǎn)生過程。開始時(shí)線圈處于中性面,這時(shí)電流最小,再轉(zhuǎn)過90°,電流最大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確。應(yīng)用右手定則可得,磁極再轉(zhuǎn)過90°時(shí),線圈中的電流方向由Q指向P,選項(xiàng)D正確,C錯(cuò)誤。
3.(2024遼寧丹東一模)如圖所示,理想變壓器原線圈接入正弦式交變電流,副線圈接入可變電阻R和小燈泡L(阻值不變)。電路中的電表均為理想電表。若可變電阻R的阻值變小,則下列說法正確的是( )
A.小燈泡會(huì)變暗
B.電流表示數(shù)會(huì)變大
C.電壓表示數(shù)不變
D.理想變壓器的輸入功率變小
答案 B
解析 原線圈電壓不變,原、副線圈匝數(shù)不變,根據(jù)U1U2=n1n2可知,副線圈電壓不變,可變電阻R的阻值變小,總電阻變小,電流變大,小燈泡會(huì)變亮,根據(jù)I2I1=n1n2可知,電流表示數(shù)變大,故A錯(cuò)誤,B正確;小燈泡兩端的電壓增大,則可變電阻兩端的電壓減小,電壓表示數(shù)減小,根據(jù)P=U2R總可知,副線圈電功率增大,則理想變壓器的輸入功率變大,故C、D錯(cuò)誤。
4.(2024廣東卷)將阻值為50 Ω的電阻接在正弦式交流電源上,電阻兩端電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖所示。下列說法正確的是( )
A.該交變電流的頻率為100 Hz
B.通過電阻電流的峰值為0.2 A
C.電阻在1 s內(nèi)消耗的電能為1 J
D.電阻兩端電壓表達(dá)式為u=102sin 100πt V
答案 D
解析 本題考查交變電流的表達(dá)式和“四值”問題。交變電流的頻率f=1T=50 Hz,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;交變電流的峰值為Im=UmR=0.22 A,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電阻在1 s內(nèi)消耗的電能Q=U2Rt=10250×1 J=2 J,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)u-t圖像得,ω=2πT=100π rad/s,電阻兩端電壓表達(dá)式為u=102sin 100πt V,選項(xiàng)D正確。
5.(2022河北卷)張家口市壩上地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)是北京冬奧會(huì)綠色電能的主要供應(yīng)地之一,其發(fā)電、輸電簡(jiǎn)易模型如圖所示,已知風(fēng)輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)速為每秒z轉(zhuǎn),通過轉(zhuǎn)速比為1∶n的升速齒輪箱帶動(dòng)發(fā)電機(jī)線圈高速轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)電機(jī)線圈面積為S,匝數(shù)為N,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,t=0時(shí)刻,線圈所在平面與磁場(chǎng)方向垂直,發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電流經(jīng)過理想變壓器升壓后,輸出電壓為U。忽略線圈電阻,下列說法正確的是( )
A.發(fā)電機(jī)輸出的電壓為2πNBSz
B.發(fā)電機(jī)輸出交變電流的頻率為2πnz
C.變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2πNBSnz∶U
D.發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)e=2πNBSnzsin 2πnzt
答案 C
解析 發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速為nz,輸出交變電流的頻率為f=ω2π=nz,B錯(cuò)誤;線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生正弦式交變電流,最大值為Em=NBS·2π·nz,輸出電壓的有效值為E=Em2=2πNBSnz,A錯(cuò)誤;變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1n2=EU=2πNBSnzU,C正確;發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)為e=Emsin ωt=2πNBSnzsin 2πnzt,D錯(cuò)誤。
6.(2024北京朝陽(yáng)一模)如圖甲所示,R1是電阻箱,R2是定值電阻。閉合開關(guān)S,改變R1的阻值,兩理想電壓表V1、V2的示數(shù)隨R1阻值變化的關(guān)系如圖乙所示,已知圖線①和②為相互平行的直線。下列說法正確的是( )
A.圖線①表示電壓表V1的示數(shù)與R1的對(duì)應(yīng)關(guān)系
B.通過R1的電流隨R1的增大而減小
C.R2兩端的電壓隨R1的增大而增大
D.供電設(shè)備輸出的總功率隨R1的增大而增大
答案 D
解析 在如圖甲所示的電路中,閉合開關(guān)S后,電壓表V1測(cè)量R1兩端的電壓,電壓表V2測(cè)量R1與R2串聯(lián)后的電壓,電壓表V2的示數(shù)大于電壓表V1的示數(shù),所以圖線①表示電壓表V2的示數(shù)與R1的對(duì)應(yīng)關(guān)系,故A錯(cuò)誤;電路中的電流I=U1R1,由圖乙中的圖線②可知,R1增大時(shí)I不變,供電設(shè)備是恒流電源,故B錯(cuò)誤;由圖乙可知,電壓表V1、V2的示數(shù)之差為定值,即R2兩端的電壓為定值,故C錯(cuò)誤;因?yàn)镽1增大時(shí),電壓表V2的示數(shù)增大,I不變,根據(jù)P=UI可知,電路的總功率隨R1的增大而增大,故D正確。
7.(2024浙江溫州二模)某款全液冷超級(jí)充電樁如圖所示,其最大輸出電流為600 A,充電電壓范圍為200 V至1 000 V,并且該充電樁能根據(jù)不同電動(dòng)汽車車型的充電需求智能分配所需充電功率。某款電動(dòng)汽車總質(zhì)量為1.6 t,所用電池組規(guī)格為“360 V 150 A·h”(內(nèi)阻不能忽略),車上顯示屏顯示此次充電電量由30%充到80%用時(shí)10 min,本次充電共消費(fèi)60元(充電樁計(jì)費(fèi)規(guī)則為每度電2元)。經(jīng)實(shí)測(cè),顯示屏電量由80%下降到50%共行駛了120 km,已知該電動(dòng)汽車行駛時(shí)的阻力為車重的150,則( )
A.充電樁上標(biāo)識(shí)的“600 kW”表示給各電動(dòng)汽車充電時(shí)的平均功率
B.該電動(dòng)汽車充電的平均功率約為300 kW
C.該電動(dòng)汽車充電的充電效率約為90%
D.該電動(dòng)汽車的電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率約為40%
答案 C
解析 根據(jù)最大充電電流與最大充電電壓可知,Pmax=UmaxImax=1 000×600 W=600 kW,即600 kW指的是充電樁最大充電功率,因?yàn)槌潆姌赌芨鶕?jù)不同電動(dòng)汽車車型的充電需求智能分配所需充電功率,所以充電樁的平均充電功率必定小于最大功率,故A錯(cuò)誤;該電動(dòng)汽車充電時(shí)的平均功率約為P=Wt=360×150×3 600×(80%-30%)10×60 W=162 kW,故B錯(cuò)誤;該電動(dòng)汽車的充電效率約為η1=360×150×3 600×(80%-30%)602×1 000×3 600×100%=90%,故C正確;該電動(dòng)汽車的機(jī)械效率約為η2=150×16 000×120 000360×150×3 600×(80%-50%)×100%=66%,故D錯(cuò)誤。
綜合提升
8.(2024四川宜賓三模)電蚊拍利用高壓電擊網(wǎng)擊殺飛近的蚊蟲。如圖所示,將3 V直流電壓通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)檎沂浇蛔冸妷簎=3sin 10 000πt V,再將其加在理想變壓器的原線圈上,副線圈兩端接電擊網(wǎng),電壓峰值達(dá)到2 700 V時(shí)可擊殺蚊蟲。下列說法正確的是( )
A.交流電壓表的示數(shù)為3 V
B.電蚊拍正常工作時(shí),副線圈與原線圈匝數(shù)比需滿足n2n1≥900
C.電擊網(wǎng)上的高頻電壓的頻率為10 000 Hz
D.將3 V直流電壓連接在變壓器原線圈的兩端,電蚊拍也可以正常工作
答案 B
解析 正弦式交變電壓的有效值為U1=U1m2=322 V,交流電壓表的示數(shù)為322 V,故A錯(cuò)誤;根據(jù)變壓器原、副線圈電壓比等于匝數(shù)比,可知副線圈與原線圈匝數(shù)比需滿足n2n1=U2mU1m≥2 7003=900,故B正確;電擊網(wǎng)上的高頻電壓的頻率為f=ω2π=10 000π2π Hz=5 000 Hz,故C錯(cuò)誤;將3 V直流電壓連接在變壓器原線圈的兩端,副線圈不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),電蚊拍不可以正常工作,故D錯(cuò)誤。
9.(2024湖南常德一模)如圖甲所示的交變電路中,變壓器可看作理想變壓器,燈泡和電動(dòng)機(jī)的額定電壓相等,當(dāng)原線圈兩端接有如圖乙所示的交流電壓時(shí),燈泡剛好正常發(fā)光,電動(dòng)機(jī)也剛好正常工作。已知電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻r=0.1 Ω,電動(dòng)機(jī)的額定功率為2 W,效率為80%,燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻為0.5 Ω。下列說法正確的是( )
A.燈泡的額定電壓為1 V
B.原、副線圈的匝數(shù)比為11∶1
C.原線圈中的電流為5.5 A
D.燈泡中的電流1 s內(nèi)方向改變50次
答案 A
解析 由題意可知,電動(dòng)機(jī)的輸出功率P出=80%P額=1.6 W,則電動(dòng)機(jī)的熱功率Pr=P額-P出=0.4 W,又Pr=Ir2r,解得Ir=2 A,電動(dòng)機(jī)額定功率P額=U2Ir,解得U2=1 V,所以燈泡正常發(fā)光時(shí)兩端的電壓也為1 V,則燈泡的額定電壓為1 V,A正確;由以上分析可知副線圈的輸出電壓為1 V,由題圖乙可知變壓器原線圈兩端電壓的有效值U=22 V,由變壓器的工作原理得U1U2=n1n2,解得n1n2=221,故B錯(cuò)誤;燈泡正常發(fā)光時(shí),流過燈泡的電流I=U2R=2 A,則流過副線圈的電流I2=I+Ir=4 A,由變壓器的工作原理得I1I2=n2n1,解得原線圈中的電流I1=211 A,故C錯(cuò)誤;由題圖乙可知該交變電流的周期T=0.02 s,由于變壓器不改變交變電流的周期,則流過燈泡的電流的變化周期也為0.02 s,一個(gè)周期內(nèi)電流方向改變兩次,則1 s內(nèi)流過燈泡的電流方向改變100次,故D錯(cuò)誤。
10.(多選)(2023天津卷)“西電東送”是我國(guó)重要的戰(zhàn)略工程,從西部發(fā)電廠到用電量大的東部區(qū)域需要遠(yuǎn)距離輸電。如圖為遠(yuǎn)距離輸電的示意圖,升壓變壓器T1和降壓變壓器T2均視為理想變壓器,T1的原線圈接有電壓有效值恒定的交變電源,R為輸電導(dǎo)線的電阻,T2的副線圈并聯(lián)多個(gè)用電器,下列說法正確的是( )
A.T1輸出電壓等于T2輸入電壓
B.T1輸出功率大于T2輸入功率
C.用電器增多后,R消耗的功率減小
D.用電器增多后,T2的輸出電壓降低
答案 BD
解析 由于遠(yuǎn)距離輸電過程中,輸電線路中電阻R會(huì)分壓且產(chǎn)生熱量,產(chǎn)生功率損失,故T1輸出功率大于T2輸入功率,T1輸出電壓大于T2輸入電壓,故A錯(cuò)誤,B正確。設(shè)升壓變壓器T1原、副線圈匝數(shù)比為n1∶n2,輸入、輸出電壓分別為U1、U2,根據(jù)理想變壓器電壓與原、副線圈匝數(shù)關(guān)系可得U1U2=n1n2,由于輸入電壓U1不變,原、副線圈匝數(shù)比n1n2不變,則升壓變壓器T1輸出電壓U2恒定;設(shè)降壓變壓器T2的原、副線圈匝數(shù)比為n3∶n4,輸入、輸出電壓分別為U3、U4,通過T2原、副線圈的電流分別為I3、I4,T2的副線圈并聯(lián)多個(gè)用電器等效電阻為R用,則有U3U4=n3n4,I3I4=n4n3,R用=U4I4,得U2=I3R+U3=I3R+n3n42I3R用,令R等=n3n42R用,則U2=I3(R+R等),隨著用戶接入的用電器增多,副線圈接入用電器的總電阻R用減小,則R等減小,輸入線路中電流I3增大,電阻R消耗的功率P損=I32R,T2的輸出電壓U4=n4n3(U2-I3R),用電器增多后,I3增大,電阻R消耗的功率增大,T2的輸出電壓U4降低,故C錯(cuò)誤,D正確。
11.(10分)除顫儀是用于突發(fā)心室纖顫等心臟疾病的急救醫(yī)療設(shè)備,某型號(hào)除顫儀電路原理如圖所示,某次調(diào)試時(shí),電容器充電完畢,開關(guān)由“1”擲向“2”,放電電流平均值為2.8 A,放電時(shí)間約為1×10-2 s,已知電容器電容為2.0×10-5 F,升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比約為1∶70,則降壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)比約為 。
答案 112∶1
解析 由題意可知,第一個(gè)變壓器為降壓變壓器,第二個(gè)變壓器為升壓變壓器,由于放電電流平均值為2.8 A,由電流的定義式有I=Qt,根據(jù)電容器的電容定義有C=QU4,得升壓變壓器副線圈兩端的電壓最大值為U4=1 400 V,由理想變壓器原、副線圈電壓與匝數(shù)的關(guān)系有U3U4=n3n4,得升壓變壓器原線圈兩端的電壓最大值為U3=20 V,降壓變壓器副線圈兩端的電壓最大值為U2=20 V,所以降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為n1n2=U1U2=220220=1121。

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