资源简介

直流电路与交流电路
[建体系·知关联]
[析考情·明策略]
考情分析 纵览2020年山东、海南、北京、天津各省市等级考物理试题，恒定电流的知识在实验题以及电磁感应的综合题中经常出现。交流电的产生、变压器的原理、交变电流的四值问题以及远距离输电等，可能会结合实际生活中的电器和元件考查，题型为选择题，难度中等。
素养呈现 1.交变电流的产生条件，“四值”的分析与计算
2.变压器规律的应用及电路分析
3.远距离输电的分析与计算
素养落实 1.理解交变电流的产生原理
2.掌握“四值”描述及图象
3.掌握理想变压器的规律及动态分析的方法
4.掌握远距离输电损耗的原因及计算方法
考点1| 直流电路的分析与计算
新储备·等级考提能
1．直流电路动态分析的3种方法
(1)程序法
R局I总＝ U内＝I总rU外＝E－U内确定U支、I支。
(2)结论法——“串反并同”(电源内阻不能忽略)
“串反”：指某一电阻增大(减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(增大)。
“并同”：指某一电阻增大(减小)时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(减小)。
(3)极限法
因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端，使电阻最大或电阻为零去讨论。
2．求解功率最值问题的2点技巧
(1)定值电阻的功率：P定＝I2R
R为定值电阻，P定只与电流有关系，当R外最大时，I最小，P定最小，当R外最小时，I最大，P定最大。
(2)电源的输出功率：P＝＝。当R外＝r时，P出＝最大。
新案例·等级考评价
[案例1]　(2020·青岛市6月高考模拟检测)如图所示，电路中闭合开关S后，灯泡L1和L2均正常发光。由于某种原因L2的灯丝突然烧断，其余用电器均未损坏。电路再次稳定后，下列说法正确的是(　　)
A．电流表示数变大
B．电容器C所带电荷量不变
C．电源的输出功率一定变大
D．电源的工作效率一定变大
AD　[灯泡L2的灯丝烧断，外电路电阻变大，电源输出电流减小，根据闭合电路欧姆定律可知，电源路端电压U＝E－Ir，即电源路端电压增大，由欧姆定律可知灯泡L1中电流增大，电流表示数变大，A正确；电源路端电压增大，电容器两端电压增大，由C＝可知，电容器所带电荷量增多，B错误；由于题述没有给出电源内阻与灯泡电阻的关系，不能判断出电源的输出功率的变化趋势，C错误；根据η＝×100%，可知电源的工作效率η一定变大，D正确。]
[跟进训练]
1．(易错题)(2020·日照市高三第二次模拟)如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，电容器的电容为C，定值电阻的阻值为R。开关闭合前电容器不带电。闭合开关，待电路稳定后(　　)
A．通过电源的电流为零
B．定值电阻两端的电压等于E
C．电路消耗的电功率等于
D．电容器所带电荷量为
D　[电路稳定后，电源与电阻R组成回路，通过电源的电流不为零，A错误；定值电阻两端的电压U＝R[易错点评]　电源两端的电压即路端电压，它一般不等于电源的电动势。只有当电源内阻为零时或者外电路断开时，电源两端的电压才等于电源的电动势。
2．(多选)如图所示电路中，R1、R2为定值电阻，电源的内阻为r。闭合开关S，理想电压表显示有读数，调节可变电阻R的阻值，电压表示数的增加量为ΔU。对此过程，下列判断正确的是(　　)
A．可变电阻R阻值增大，流过它的电流增大
B．电阻R2两端的电压减小，减小量小于ΔU
C．通过电阻R2的电流减小，减小量等于
D．路端电压一定增大，增大量小于ΔU
BD　[当调节可变电阻R的阻值时，电压表示数增加量为ΔU，根据闭合电路欧姆定律可知，可变电阻R阻值增大，干路电流减小，电阻R1所在支路电流增大，流过可变电阻R的电流减小，选项A错误；电阻R2两端的电压减小，电源内电压减小，二者减小量之和等于ΔU，所以电阻R2两端的电压减小量小于ΔU，选项B正确；通过电阻R2的电流减小，减小量等于，选项C错误；路端电压一定增大，增大量为·ΔU，小于ΔU，选项D正确。]
3．如图1所示，M为一电动机，当滑动变阻器的触头从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图2所示，已知电流表读数在0.2 A以下时，电动机没有发生转动，不考虑电表对电路的影响，以下判断不正确的是(　　)
图1　　　　　　　图2　
A．电路中的电源电动势为3.9 V
B．电动机的电阻为4 Ω
C．此电路中，电动机的最大输出功率为0.9 W
D．变阻器的最大阻值为32 Ω
C　[由电路图1知，电压表V2测量路端电压，电流增大时，内电压增大，路端电压减小，所以最上面的图线表示V2的电压与电流的关系，此图线的斜率大小等于电源的内阻，为r＝＝ Ω＝3 Ω；当电流I＝0.1 A时，U＝3.6 V，则电源的电动势E＝U＋Ir＝3.6 V＋0.1×3 V＝3.9 V，故A正确；由图可知，电动机的电阻rM＝ Ω＝4 Ω，故B正确；当I＝0.3 A时，U＝3.0 V，电动机的输入功率最大，最大输入功率为P＝UI＝3×0.3 W＝0.9 W，电动机的热功率为PrM＝I2rM＝0.32×4 W＝0.36 W，则最大的输出功率为P出＝0.9 W－0.36 W＝0.54 W，故C错误；当I＝0.1 A时，电路中电流最小，变阻器的电阻为最大值，所以R＝－r－rM＝ Ω＝32 Ω，故D正确。]
考点2| 交变电流的产生与描述
新储备·等级考提能
1．两个特殊位置的特点
(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。
(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变。
2．正弦交流电“四值”的应用
新案例·等级考评价
[案例2]　(多选)(2019·天津高考)单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图象如图所示。下列说法正确的是(　　)
　
A．时刻线框平面与中性面垂直
B．线框的感应电动势有效值为
C．线框转一周外力所做的功为
D．从t＝0到t＝过程中线框的平均感应电动势为
[题眼点拨]　①“Φ?t”图象表明t＝0、t＝、t＝T时处于中性面位置。
②“Φ?t”图象信息：根据Φm、T，可获取Em＝NΦmω，ω＝。
BC　[由Φ?t图象可知，时穿过线框的磁通量最大，则线框位于中性面，A错误；线框中产生的感应电动势的最大值应为Em＝NBSω，又ω＝，N＝1，BS＝Φm，则整理得Em＝，因此感应电动势的有效值为E＝＝，B正确；由功能关系可知线框转动一周，外力所做的功等于线框中产生的焦耳热，有W＝T＝，C正确；0～的过程中，线框中产生的平均感应电动势为＝＝，D错误。]
反思感悟：解决交变电流问题的三点注意
(1)注意区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值，其中最大值是瞬时值中的最大值，有效值是以电流的热效应等效来定义的。
(2)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象或由公式Em＝NBSω求出相应峰值，其中ω＝＝2πf＝2πn。
(3)与电磁感应问题一样，求解与电功、电热相关的问题时，要用有效值；而求解通过导体某横截面的电荷量时，要用平均值。
[跟进训练]
1．(2020·江苏南通期末)一电阻分别通过四种不同形式的电流，四种电流随时间变化的情况如下列选项所示，在相同时间T(T为0.02 s的整数倍)内电阻产生的热量最大的是(　　)
A　　　　　　　B　
C　　　　　　　D　
D　[A中为正弦式电流，有效值I1＝Im＝ A，根据焦耳定律得Q1＝IRT＝2RT；B中为正弦式电流，有效值I2＝Im＝ A，根据焦耳定律得Q2＝IRT＝2RT；C中为恒定电流，根据焦耳定律得Q3＝IRT＝2.25RT；D中为方波电流，根据焦耳定律得Q4＝＋＝4RT。故选D。]
2．如图甲所示，一定值电阻R与一理想交流电流表串联，且通过电刷与匝数为N、面积为S、阻值为r的正方形线框相连接，正方形线框处在水平向右的磁感应强度大小为B的匀强磁场中，现使线框绕中心轴线OO′以恒定的角速度ω转动。从某时刻开始计时，线框中产生的感应电动势随时间的变化规律如图乙所示。则(　　)
甲　　　　　　　　乙　　
A．0～t1时间内，穿过线框的磁通量的变化量大小为NBS
B．t1～t2时间内流过定值电阻的电荷量为
C．t5时刻穿过线框的磁通量的变化率为NBSω
D．t5时刻理想交流电流表的读数为
D　[由题图甲、乙可知，0时刻穿过线框的磁通量大小为BS，t1时刻穿过线框的磁通量大小为0，因此0～t1时间内穿过线框的磁通量的变化量大小为BS，故A项错误；t1～t2时间内磁通量的变化量大小为BS，则平均电动势＝，通过电阻R的电荷量q＝·Δt＝·Δt＝，故B项错误；t5时刻线框中产生的感应电动势Em＝NBSω，由法拉第电磁感应定律E＝N可知：t5时刻穿过线框的磁通量的变化率＝BSω，故C项错误；理想交流电流表的读数为交流电的有效值，则I＝＝，故D项正确。]
3．(多选)(2020·安徽黄山市高三联考)一浮桶式波浪发电灯塔的原理如图甲所示，浮桶内的磁体由支柱固定在暗礁上，内置线圈与R＝15 Ω的灯泡相连，随波浪相对磁体沿竖直方向上下运动且始终处于磁场中，其运动速度v＝0.8π sin(πt) m/s。浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(图中阴影部分)，其截面如图乙所示，匝数N＝100的圆形线圈所在处辐射磁场的磁感应强度大小恒为B＝0.2 T，线圈的直径D＝0.4 m，总电阻r＝1 Ω。取π2＝10。则下列说法正确的是(　　)
甲　　　　　　乙
A．线圈中产生电动势的瞬时值为e＝64sin(πt) V
B．灯泡中电流的瞬时值为i＝4sin(πt) A
C．灯泡两端电压的有效值为30 V
D．灯泡的电功率为240 W
ABC　[线圈在磁场中切割磁感线，产生的电动势为：
Emax＝NBlvmax
l＝πD
联立得：Emax＝πNBDvmax＝π×100×0.2×0.4×0.8π V＝64 V
则波浪发电产生电动势e的瞬时表达式：
e＝Emaxsin(πt)＝64sin(πt)V，故A正确；
根据闭合电路欧姆定律得：
i＝＝4sin(πt) A，故B正确；
灯泡电流的有效值为：I＝ A＝2 A，则灯泡电压的有效值为：U＝IR＝2×15 V＝30 V，故C正确；
灯泡的电功率为：P＝I2R＝(2)2×15 W＝120 W，故D错误。]
考点3| 理想变压器及远距离输电问题
新储备·等级考提能
1．理想变压器动态分析的两种情况
(1)负载电阻不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、电功率等随匝数比的变化情况。
(2)匝数比不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、电功率等随负载电阻的变化情况。
2．理想变压器问题分析技巧
(1)根据题意分清变量和不变量；
(2)弄清“谁决定谁”的制约关系。对电压而言，输入决定输出；对电流、电功(率)而言，输出决定输入。
3．远距离输电问题的解题关键
(1)整个输电线路由三个回路组成，回路间通过变压器建立联系(如图所示)。
(2)关键是通过分析，利用题目条件，首先求出中间回路的电流I2，则ΔU＝I2R，ΔP＝I·R＝ΔU·I2＝。
新案例·等级考评价
[案例3]　(2020·山东学业水平等级考试·T5)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝22∶3，输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω，额定电压为24 V。定值电阻R1＝10 Ω、R2＝5 Ω，滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作，滑动变阻器接入电路的电阻应调节为(　　)
甲　　　　　　　　　　乙　
A．1 Ω B．5 Ω C．6 Ω D．8 Ω
A　[由图乙可知理想变压器输入电压U1＝220 V，应用理想变压器变压公式＝＝，可得副线圈输出电压U2＝30 V。灯泡正常工作时，灯泡两端电压为UL＝24 V，电流IL＝＝1.6 A。设R1两端电压为U，由U2＝UL＋U，可得U＝6 V。由＋＝IL，解得R＝1 Ω，选项A正确。]
[跟进训练]
1．(2020·滨州市重点中学高考模拟考试)如图所示，R为定值电阻，A、B、C为三个完全相同的灯泡，灯泡正常工作时的电阻也为R，灯泡的额定电压为U0。理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，交流电源的电压为U。若A、B、C均正常发光，且流过R的电流为IR，流过A的电流为IA，流过B的电流为IB。则下列关系式中正确的是(　　)
A．IR＝3IB B．U＝4U0
C．IR＝IA＋IB D．n1∶n2＝1∶2
ABD　[变压器输入电压等于灯泡A的电压U0，输出电压等于灯泡B、C串联的总电压2U0，故原、副线圈的匝数比＝＝，D项正确；由于三灯泡规格相同且都正常发光，故IA＝IB＝IC，根据变压器的变流规律可得原线圈电流为2IB，故流过电阻R的电流为3IB，A项正确，C项错误；因灯泡和电阻R的阻值均相等，故电阻R两端的电压为3IBR＝3U0，电源电压为3U0＋U0＝4U0，B项正确。]
2．(2020·山东东营高三检测)如图所示，理想变压器原线圈串联一个定值电阻R0之后接到交流电源上，电压表V1的示数U1恒定不变，电压表V2和V3的示数分别用U2和U3表示，所有电压表都可视为理想电压表。当移动滑动变阻器的滑动触头P时，下列说法正确的是(　　)
A．U3与U1的比值不变
B．U2与U3的比值变大
C．若U3减小，则R0消耗的功率也减小
D．电阻R0和R消耗的功率的比值总是等于－1
D　[U2与U3的比值由变压器原、副线圈匝数之比决定，是一个常数，B错误；因为有电阻R0的存在，U1并不等于原线圈两端的电压，所以U3与U1的比值将会改变，A错误；因为U3与U2的比值不变，当U3减小时，U2也随着减小，电阻R0两端的电压将增加，消耗的功率也增大，C错误；设通过原线圈的电流为I，则副线圈的输出功率即滑动变阻器R消耗的功率为IU2，R0消耗的功率为I(U1－U2)，电阻R0和R消耗的功率的比值为＝－1，所以D正确。]
3．(多选)如图所示，边长为L、匝数为N、电阻不计的正方形线圈abcd，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO′以角速度ω匀速转动，轴OO′垂直于磁感线，制成一台交流发电机，它与理想变压器的原线圈连接，变压器原、副线圈的匝数之比为1∶2，二极管的正向电阻为零，反向电阻无穷大，从正方形线圈处于图示位置开始计时，下列判断正确的是(　　)
A．交流发电机的感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBωL2cos ωt
B．变压器的输入功率与输出功率之比为2∶1
C．电压表V示数为NBωL2
D．若将滑动变阻器的滑片向下滑动，电流表和电压表示数均变小
AC　[题中图示线圈位置是与中性面垂直的位置，从图示位置开始计时，感应电动势的瞬时值表达式为e＝NBωL2cos ωt，选项A正确；理想变压器的输入功率与输出功率相等，选项B错误；原线圈电压的有效值U1＝NBωL2，由＝得，U2＝NBωL2，由于二极管的单向导电性，副线圈中只有半个周期内有电流，设电压表示数为U，根据有效值的定义得·＝·T，所以电压表的示数U＝NBωL2，选项C正确；若滑动变阻器的滑片向下滑动，副线圈的总阻值增大，原线圈电压不变，副线圈电压也不变，电压表示数不变，由闭合电路欧姆定律得，副线圈的电流变小，原线圈中的电流也变小，电流表示数变小，选项D错误。]
1/12

展开更多......

收起↑