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1、1第第 1 1 讲讲 直流电路和交流电路直流电路和交流电路历次选考考情分析考试要求历次选考统计 章知识内容 必考加试2015/102016/042016/102017/042017/112018/04电源和电流bc11电动势bc22欧姆定律、UI图象及IU图象cc串联电路和并联电路cc22焦耳定律cc101211125导体的电阻cc21(2)9闭合电路的欧姆定律cd恒定电流多用电表的原理a交变电流c描述交变电流的物理量c电感和电容对交变电流的影响b变压器c21(1)21(2)21(1)交变电流电能的输送c考点一考点一 有关电路基本概念和规律的分析有关电路基本概念和规律的分析1电流的三个表达式(
2、1)定义式:I ,适用于一切电路q t2(2)微观式:InqSv,适用于一切电路(3)决定式:I ,适用于金属导电、电解质溶液导电U R2电阻的决定式和定义式的区别公式Rl SRU I电阻的决定式电阻的定义式区别说明了导体的电阻由哪些因素决定,R由、l、S共同决定提供了一种测电阻的方法伏安法,R与U、I均无关3.运用伏安特性曲线求电阻应注意的问题如图 1 所示,非线性元件的IU图线是曲线,导体电阻Rn,即电阻要用图线上点Un InPn(Un,In)的坐标来计算,而不能用该点的切线斜率来计算图 14闭合电路欧姆定律(1)公式:I或EU外Ir.E Rr(2)电源UI图象(如图 2)纵轴交点表示电源
3、的电动势,斜率的大小表示电源内阻图 231电动势(2017湖州市高二上期末)如图 3 所示为两节某品牌的不同型号干电池,其上均标有“1.5 V”字样,下列说法正确的是( )图 3A两种型号的电池都有内阻而且一定相同B两种型号的电池储存的能量一定一样多C “1.5 V”表示电池供电时正负极之间的电压为 1.5 VD “1.5 V”表示电池供电时每通过 1 C 的电荷量,有 1.5 J 的化学能转化为电能答案 D2电流一个阻值为R的电阻两端加上电压U后,通过电阻横截面的电荷量q随时间t变化的图象如图 4 所示,此图象的斜率可表示为( )图 4AU BRC. D.U R1 R答案 C3.伏安特性曲线
4、(2016温州市期末)R1、R2的伏安特性曲线如图 5 所示下列说法正确的是( )图 5AR1、R2并联后的总电阻的伏安特性曲线在区域BR1、R2并联后的总电阻的伏安特性曲线在区域4CR1、R2串联后的总电阻的伏安特性曲线在区域DR1、R2串联后的总电阻的伏安特性曲线在区域答案 A解析 在IU图象中,图线的斜率表示电阻的倒数,由题图可知电阻R1的阻值较大,电阻R2的阻值较小R1、R2并联后的总电阻小于任意一个电阻值,所以伏安特性曲线在电阻值比较小的区,故 A 正确,B 错误;若将两电阻串联后接入电路,由于串联后的总电阻大于任意一个电阻,所以R1、R2串联后的总电阻的伏安特性曲线在电阻值比较大的
5、区域,故C、D 错误4电阻定律如图 6 所示,R1、R2是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体,正方形的边长之比为 21,通过这两个导体的电流方向如图所示,则以下说法正确的是( )图 6A导体材料的电阻率跟长度成正比,跟材料的横截面积成反比B若通过导体的电流方向如图,两个导体的电阻R1R241C若两导体的电流方向垂直于正方形面通过,则导体电阻之比R1R241D若电流方向如图所示,不管两导体电阻是串联还是并联在电路中,两电阻的热功率相同答案 D解析 材料的电阻率由材料本身的性质决定,与长度及横截面积无关,A 选项错误;设电阻的厚度为D,正方形边长为l,若通过导体的电流方向如题图所示,则R,l
6、Sl lD D即两导体电阻相等,则热功率相同,B 选项错误,D 选项正确;若电流方向垂直正方形面流入,由电阻定律可得R,则R1R214,C 选项错误D l25闭合电路欧姆定律(2018湖州市三县期中)如图 7 所示的电路中,电源电动势E6 V,电源内阻r1 ,电阻R13 ,电阻R26 .当闭合开关 S 后,流过R1的电流为( )图 7A. A B. A4 32 3C2 A D1 A答案 A5解析 R1与R2并联电阻R12 2 3 6 36I总 A2 A,流过R1的电流I1I总2 A A,故 A 正确E R12r6 21R2 R1R26 634 36直流电路的动态分析(2018书生中学月考)巨磁
7、电阻(GMR)电流传感器可用来准确检测输电线路中的强电流,其原理利用了巨磁电阻效应巨磁电阻效应是指某些磁性材料的电阻在一定磁场作用下随磁感应强度B的增加而急剧减小的特性如图 8 所示为检测电路,设输电线路电流为I(不是 GMR 中的电流),GMR 为巨磁电阻,R1、R2为定值电阻,已知输电线路电流I在巨磁电阻 GMR 处产生的磁场的磁感应强度B的大小与I成正比,下列有关说法正确的是( )图 8A如果I增大,电压表 V1示数减小,电压表 V2示数减小B如果I增大,电流表 A 示数减小,电压表 V1示数增大C如果I减小,电压表 V1示数增大,电压表 V2示数增大D.如果I减小,电流表 A 示数减小
8、,电压表 V2示数减小答案 D考点二考点二 闭合电路的功率和效率问题闭合电路的功率和效率问题任意电路:P总EIP出P内电源总功率纯电阻电路:P总I2(Rr)E2 Rr电源内部消耗的功率P内I2rP总P出任意电路:P出UIP总P内电源的输出功率纯电阻电路:P出I2RE2RRr2P出与外电阻R的关系电源的效率任意电路:100% 100%P出 P总U E6纯电阻电路:100%R Rr例 1 (2018杭州市期末)许多人造卫星都用太阳能电池供电,太阳能电池由许多片电池板组成,某电池板不接负载时电压是 600 V,短路电流是 30 A,下列说法不正确的是( )A该电池板电动势约为 600 VB该电池板内
9、阻约为 20 C该电池板最大输出功率为 4.5109 WD该电池板最大输出效率为 50%答案 D解析 当电池板不接负载时所测量电压为电源的电动势,故电池板的电动势E约为 600 V,由题意可知电池板的内阻为r 20 ,故 A、B 正确;当内外电阻相等E I600 V 30 A时,电源的输出功率最大,此时最大输出功率Pmax W4.5109 E2 4r600 10624 20W,故 C 正确;由100%100%100%100%知,R越大,效率越P出 P总IU IER Rr11rR高,可高于 50%,故 D 错误7.(2018温州市十五校联合体期末)如图 9 所示,额定电压均为 12 V 的电阻器
10、和电动机并联后接在输出电压恒为 12 V 的电源上,当 S1闭合,S2断开时,电流表示数为 3 A;当 S2闭合,S1断开时,电流表示数为 4 A,则( )图 9A电动机的绕组线圈电阻为 3 B电阻器的电阻为 4 C电动机的机械功率为 48 WD当 S1、S2均闭合时,电动机的热功率比较大答案 B8某电池对纯电阻供电的输出功率P随电流I变化的图象如图 10 所示则下列说法正确的是( )7图 10A该电源的电动势E2 VB该电源的内阻r1 C若I2 A,则外电阻R1 D同一输出功率P可对应两个不同的电流I1、I2,即对应两个不同的外电阻R1、R2,且rR1R2答案 A解析 当外电阻等于电源内阻时
11、,输出功率最大,PI2RI2r,解得r0.5 ,由闭合电路欧姆定律得EI(Rr)2(0.50.5) V2 V,A 正确,B 错误;当I2 A 时,电源的输出功率最大,此时外电阻等于电源内阻,所以R0.5 ,C 错误;同一输出功率可对应两个不同的电流I1、I2,即对应两个不同的外电阻R1、R2,有()2R1()2R2,E R1rE R2r解得r2R1R2,D 错误考点三考点三 交变电流的产生和描述交变电流的产生和描述1交变电流的产生线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动2中性面及其特点(1)线圈平面与中性面重合时,SB,最大,0,e0,i0,电流方向将发生改 t变(2)线圈平面与中性面垂直时,SB,0
12、,最大,e最大,i最大,电流方向不改 t变(3)电流方向的改变:线圈通过中性面时,电流方向发生改变,一个周期内线圈两次通过中性面,因此电流的方向改变两次3正弦式交变电流图象(从中性面位置开始计时,如图 11)8图 11例 2 (多选)如图 12 所示,在水平向右的匀强磁场中,一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路t1、t2时刻线框分别转到如图甲(线框水平)、乙(线框与磁感线垂直)所示的位置,下列说法正确的是( )图 12At1时刻穿过线框的磁通量最大Bt1时刻电阻中的电流最大,方向从右向左Ct2时刻穿过线框的磁通量变化率为 0Dt2时刻电阻中的电流最
13、大,方向从右向左答案 BC解析 t1时刻,穿过线框的磁通量为零,线框产生的感应电动势最大,电阻中的电流最大,根据楞次定律,通过电阻的电流方向从右向左,A 错误,B 正确;t2时刻,穿过线框的磁通量最大,磁通量的变化率为零,线框产生的感应电动势为零,电阻中的电流为零,C 正确,D 错误9(多选)小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,产生的感应电动势与时间成正弦函数关系,如图 13 所示此线圈与一个R9 的电阻构成闭合电路,线圈自身的电阻r1 ,下列说法正确的是( )图 13A交变电流的周期为 0.2 sB交变电流的频率为 2.5 HzC发电机输出电压的有效值为 9
14、 V2D发电机输出的电功率为 18 W答案 BCD解析 根据题图可知此交变电流的周期为T0.4 s,选项 A 错误;交变电流的频率为9f 2.5 Hz,选项 B 正确;发电机输入电压的有效值为U有效 V10 V,输出1 TUm22022电压的有效值为U有效9 V9 V,选项 C 正确;发电机输出的电功率U有效R Rr10 2912为P W18 W,选项 D 正确U有效2 R9 22910(多选)如图 14 为小型旋转电枢式交流发电机的原理图,其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中,绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动,线圈的两端经集流环和电刷与电阻R10 连接,t0 时线圈以T0.02 s 的
15、周期从图中位置开始转动,转动时理想交流电压表示数为 10 V则( )图 14A电阻R上的电功率为 20 WBR两端的电压u随时间变化的规律是u10cos 100t(V)2C0.02 s 时R两端的电压瞬时值最大D通过R的电流i随时间t变化的规律是icos 50t(A)2答案 BC解析 电阻R消耗的功率为P W10 W,故 A 错误;R两端的电压的最大值为U2 R102 10UmU10 V,由题意可知,周期为T0.02 s,角速度100 rad/s,故R222 T两端的电压u随时间t变化的规律是u10cos 100t(V),故 B 正确;0.02 s 时磁通量2的变化率最大,此时产生的感应电动势
16、最大,故 C 正确;通过R的电流i随时间t变化的规律是icos 100t(A),故 D 错误2考点四考点四 变压器和远距离输电变压器和远距离输电1关于理想变压器的四点说明(1)变压器不能改变直流电压(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流,不能改变交变电流的频率(3)理想变压器本身不消耗能量(4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值102基本关系式中物理量之间的决定关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定,即U2U1(原制约副)n2 n1功率副线圈中的功率P2由用户负载决定,原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定,即P1P2(副制约原)电流原线圈的电流I1由
17、副线圈的电流I2和匝数比决定,即I1I2(副制约原)n2 n13.远距离输电问题(1)远距离输电示意图(如图 15 所示)图 15(2)输电线路功率损失的计算方法P损PP,P为输送的功率,P为用户所得功率P损I线2R线,I线为输电线路上的电流,R线为线路电阻P损,U为在输电线路上损失的电压,R线为线路电阻U2R线P损UI线,U为在输电线路上损失的电压,I线为输电线路上的电流例 3 (多选)(2018嘉兴市期末)如图 16 是一个理想变压器,K 为单刀双掷电键,P是滑动变阻器的滑动触头,U1为加在原线圈两端的电压,I1为通过原线圈的电流,则( )图 16AK 合在b处,保持U1不变,使P上滑,I
18、1将增大BK 合在b处,保持P的位置不变,减小U1,I1将减小C保持U1及P的位置不变,K 由b合向a后,I1将增大D.保持U1及P的位置不变,K 由b合向a后,R消耗的功率将减小答案 BD11(多选) (2018温州市十五校联合体期末)如图 17 所示,理想变压器原、副线圈匝数之11比为 101,原线圈接正弦交流电源,电压u311sin 100t(V),副线圈接入“22 V,100 W”的灯泡一只,则( )图 17A灯泡正常发光B电源输出功率为 1 000 WC电流表的示数为 0.45 AD电流表的示数为 4.5 A答案 AC12(2018宁波市十校联考)某水电站,用总电阻为 2.5 的输电
19、线输电给 500 km 外的用户,其输出电功率是 3106 kW,现用 500 kV 电压输电,则下列说法正确的是( )A输电线上输送的电流大小为 2.0105 AB输电线上由电阻造成的损失电压为 15 kVC若改用 5 kV 电压输电,则输电线上损失的功率为 9108 kWD输电线上损失的功率为 P,U为输电电压,r为输电线的电阻U2 r答案 B解析 由PIU得输电线上输送的电流为:I A6103 A,由P U3 106 103 500 103UIr得输电线路上的电压损失为:U61032.5 V1.5104 V,故 A 错误,B 正确;若改用 5 kV 电压输电,输电线上损失的功率为:P22
20、.5 W9108 (3 106 5)kW3106 kW,C 错误;P中,U为输电线上的电压降,而不是输电电压,故 D 错误U2 r专题强化练专题强化练1(2017湖州市高三上学期期末)现象一:傍晚用电多的时候,灯光发暗,而当夜深人静时,灯光特别明亮;现象二:在插上电炉等大功率电器时,灯光会变暗,拔掉后灯光马上亮了起来下列说法正确的是( )A现象一是因为夜深人静时,周围比较黑,突显出灯光特别明亮B现象二是因为电炉等大功率电器的电阻都比较大引起的12C两个现象都可以用电阻定律R来解释L SD两个现象都可以用闭合电路欧姆定律来解释答案 D解析 由于大多数用电器都是并联的,当傍晚用电多的时候或者插上电
21、炉等功率大的用电器时,干路上的总电流会变大,这时候导线上的电压损失就会增加,当变压器输出电压一定的情况下,会使得用户得到的电压减小,所以电灯就会发暗;而当夜深人静时用户用电器减少或者拔掉电炉等功率大的用电器时,干路上的总电流会减小,这时候导线上的电压损失就会减小,用户得到的电压增大,所以电灯就会明亮,因此两个现象都可以用闭合电路欧姆定律来解释,故 D 正确,A、B、C 错误2(2018湖州市三县期中)某学校有 48 个班级,在夏季用电高峰季节,某一天每个教室内的用电器及使用信息如下表所示则该学校该天大约要消耗多少电能( )用电器日光灯电风扇空调多媒体额定功率/W40403 7501 000数量
22、14611工作时间/h8664A.1 556 度 B1 890 度C2 098 度 D2 876 度答案 A3.如图 1 所示为某电学元器件的伏安特性曲线,图中虚线为曲线上P点的切线当通过该元器件的电流为 0.4 A 时,该元器件的阻值为( )图 1A250 B125 C100 D62.5 答案 B解析 由题图可知,当电流为 0.4 A 时,电压为 50 V,则由欧姆定律可知,阻值为:R 125 ,故 B 正确,A、C、D 错误U I50 0.4134一个内电阻可以忽略的电源,给装满绝缘圆管的水银供电,通过水银的电流为 0.1 A,若把全部水银倒在一个内径大一倍的绝缘圆管内(恰好能装满圆管),
23、那么通过水银的电流将是( )A0.4 A B0.8 A C1.6 A D3.2 A答案 C解析 大圆管内径大一倍,即横截面积为原来的 4 倍,由于水银体积不变,故水银柱长度变为原来的 ,则电阻变为原来的,因所加电压不变,由欧姆定律知电流变为原来的 16 倍,1 41 16C 正确5(2018温州市十五校联合体期末)如图 2 所示是某直流电路中电压随电流变化的图象,其中a、b分别表示路端电压、负载电阻上电压随电流变化的情况,下列说法正确的是( )图 2A阴影部分的面积表示电源的总功率B阴影部分的面积表示电源的内阻上消耗的功率C当满足时,电源的输出功率最大D当满足时,电源效率最大答案 C解析 阴影
24、面积表示电源的输出功率,A、B 错误;时,内、外电阻相等,电源的输出功率最大,但效率仅为 50%,故 C 正确,D 错误6(2018杭州市重点中学期末)如图 3 所示,2013 年,杭州正式推出微公交,它是一种零排放的纯电动汽车,这为杭州人绿色出行又提供了一种方案该电动车配有一块 12 V 三元锂电池,容量达 260 Ah;采用 220 V 普通电压充电,一次完全充电约需 8 h;行驶时最大时速可达 80 km/h,充满电后可最多行驶 80 km.则以下判断正确的是(在计算过程中不考虑各种能量之间转化的效率,可认为电能的价格为 0.8 元/kWh)( )图 3A充电电流为 260 A14B充满
25、电后储存的电能为 3 120 JC折合每公里的电能成本约为 0.03 元D匀速行驶时的阻力约为 2.0104 N答案 C7(2018名校协作体联考改编)常用家庭饮水机有两种:a.温热型饮水机,b.即烧即用型饮水机,其简化电路图分别为图 4 甲、乙所示其各自铭牌标示为 a:220 V,1 000 W(加热);保温 0.9 kWh(保持水温 85以上,水量 800 mL);b:220 V,2 000 W90,20 L/h(加热状态),未加热状态水温即为室温以下选项正确的是( )图 4A温热型饮水机更符合当今社会所倡导的健康、低碳、环保的理念B即烧即用型饮水机更符合当今社会所倡导的健康、低碳、环保的
26、理念C温热型饮水机总是比即烧即用型饮水机快捷、方便D每次取用等量热水(500 mL,95),即烧即用型饮水机更加快捷、方便答案 B8.如图 5 所示,两个阻值较大的定值电阻R1、R2串联后接在输出电压稳定的 12 V 直流电源上,用电压表测R1两端电压时,电压表的示数为U1,测R2两端电压时,电压表的示数为U2,若电压表内阻不能忽略则有( )图 5AU1U212 VBU1U212 VCU1U212 VD在测R1两端电压时,R2两端电压小于U2答案 A15解析 设未测量时,定值电阻两端的电压为实际电压,测量时,相当于一个大电阻与定值电阻并联,那么总电阻减小,故干路中电流增大,那么,另一定值电阻上
27、的电压降增大,所以,测量电压比实际电压小又有R1、R2两端实际电压之和为 12 V,故测量电压之和小于 12 V,故 A 正确,B、C、D 错误9(2018嘉兴市期末)如图 6 所示为一台冬天房间里取暖用的暖风机其内部电路可简化为加热电阻丝与电动机串联,电动机带动风叶转动,将加热后的热空气吹出设电动机的线圈电阻为R1,电阻丝的电阻为R2,将暖风机接到额定电压为U(有效值)的交流电源上,正常工作时,电路中的电流有效值为I,电动机、电阻丝、暖风机消耗的电功率分别为P1、P2、P,则下列关系式正确的是( )图 6AP1I2R1 BP2I2R2CPUI DPI2(R1R2)答案 C10.(多选)(20
28、18台州市外国语学校期末)阻值为 10 的电阻接到电压波形如图 7 所示的交流电源上以下说法中正确的是( )图 7A电压的有效值为 10 VB通过电阻的电流有效值为 A22C电阻消耗的电功率为 5 WD电阻每秒钟产生的热量为 10 J答案 BC解析 由题图可知电压最大值为Um10 V,有效值为U V,电流有效值为I 102U R22A,电阻消耗的电功率为PI2R210 W5 W,电阻每秒钟产生的热量为QI2Rt5 (22)J.1611如图 8 所示电路中,电源电动势恒定,内阻不计,电阻R110 ,R220 ,R阻值未知但不为零,开关 S 断开时,电流表示数为 0.20 A,则当开关 S 闭合后
29、,电流表的示数可能是( )图 8A0.25 A B0.30 AC0.35 A D0.40 A答案 A解析 当 S 断开时EI1(R1R2R)0.2(30R)当 S 闭合时,R1被短路,EI2(R2R)I2(20R)联立得I20.230R20RR阻值未知但不为 0,所以 0.2 AI20.3 A,故 A 正确,B、C、D 错误12.如图 9 所示电路中灯泡 L1、L2不亮,但电路中只有一处断开,今用电压表测得Uab0,Uac3 V,Ubd3 V,Ucd0,则可知( )图 9AL2断开 BL1断开CR断开 D开关 K 未接通答案 C13.(多选)(2018书生中学月考改编)如图 10 所示,理想变
30、压器原、副线圈的匝数比为101,电压表和电流表均为理想交流电表,R为副线圈的负载电阻现在原线圈a、b两端加上交变电压u,其随时间变化的规律u220sin 100t V,则( )217图 10A副线圈中产生的交变电流频率为 50 HzB电压表的示数 22 V2C若电流表示数为 0.1 A,则原线圈中的电流为 1 AD若电流表示数为 0.1 A,则 1 min 内电阻R上产生的焦耳热为 132 J答案 AD解析 交变电流的周期为T s0.02 s,频率为 50 Hz,变压器不改变交流电2 2 100的频率,故 A 正确由题意知原线圈的电压最大值为 220 V,则有效值为 V220 2220 22V
31、,故副线圈的电压有效值为 22 V,电压表的示数为 22 V,故 B 错误若副线圈的电流是I0.1 A,则原线圈的电流是 0.01 A,故 C 错误若副线圈的电流是I0.1 A,则电阻R上产生的焦耳热为QUIt220.160 J132 J,故 D 正确14(多选)(2018慈溪市期末)如图 11 所示,目前 550 kV 句章变电站顺利投产,该项目的投产将大大填补余姚、慈溪及杭州湾新区的用电缺口,缓解用电紧张局面相比原来的 275千伏输电,下列说法正确的是( )图 11A输电线上的频率将减少一半B输电线上的电流将减少一半C输电线上损失的电功率将减少一半D输电线上损失的电功率将减少为原来的四分之
32、一答案 BD15(多选)(2018牌头中学期中改编)如图 12 所示为一理想变压器工作电路图,今欲使变压器的输入功率增大到原来的 2 倍,在其他条件不变的情况下,可行的办法是( )18图 12A原线圈的匝数n1增加到原来的 2 倍B副线圈的匝数n2增加到原来的 2 倍C负载电阻的阻值R变为原来的1 2Dn2和R都变为原来的 2 倍答案 CD解析 原线圈匝数增加使得副线圈电压减小,输出功率减小,输入功率也减小,故 A 错误;副线圈匝数增加到原来的 2 倍,副线圈电压增大到原来的 2 倍,根据P,故输出功率增U2 R加到原来的 4 倍,故 B 错误;负载电阻变为原来的 ,而电压不变,所以输出功率和
33、输入功1 2率增加为原来 2 倍,故 C 正确;副线圈匝数和负载电阻都增加到原来的 2 倍,副线圈电压增大到原来的 2 倍,根据P,故输出功率增加到原来的 2 倍,故 D 正确U2 R16(多选)(2018新高考联盟联考)图 13 甲是交流发电机的示意图,发出的电直接输出到理想变压器的原线圈,为理想交流电压表变压器的副线圈接有三个支路,每个支路接有相同规格的小灯泡 L1、L2和 L3,且 L2串有理想电感L、L3串有电容器C.发电机两磁极 N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场线圈绕垂直于磁场的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示以下判断正确的是( )图 13A图甲线圈位置叫中性面,此时所产生的感应电动势最大,由图乙可得,此时电压表示数19为 10 VB线圈转动的角速度为 100 rad/s,0.02 s 时线圈内电流的流向是DCBAC如果灯泡 L1恰好正常发光,那么 L2、L3两小灯泡都能发光但比 L1要暗D增大线圈的转动速度,L1、L2、L3三个小灯泡的亮度均不会变化答案 BC