2019届高考物理二轮复习 专题10 直流电路与交流电路学案.doc
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1、1专题专题 1010 直流电路与交流电路直流电路与交流电路考题一考题一 直流电路的分析直流电路的分析1.明确 1 个定律、2 个关系(1)闭合电路的欧姆定律:I.E Rr(2)路端电压与电流的关系:UEIr.(3)路端电压与负载的关系UIREE,路端电压随外电阻的增大而增大,随外电阻的减小而减小.R Rr11rR2.直流电路动态分析的 3 种常用方法方法 1:程序法R局I总U内I总rU外EU内确定U支、I支增大减小E Rr减小增大减小增大增大减小方法 2:结论法“串反并同”“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
2、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).2方法 3:极限法因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动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.例 1 如图 1 所示,图甲中 M 为一电动机,当滑动变阻器R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乙所示.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,以下判断正确的是( )图 1A.电路中电源电动势为 3.4 VB.变阻器的触头向右滑动时,V2读数逐渐减小C.此电路中,电动机的最大输出功率为 0.9 WD.变阻器的
3、最大阻值为 30 解析 由题图甲知,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,此图线斜率的绝对值大小等于电源的内阻,为r 2 .当电流I0.1 A 时,U3.4 V,则电源的电动势EUIr3.4 3.43.0 0.2V0.12 V3.6 V,故 A 错误;变阻器的触头向右滑动时,R阻值变大,总电流减小,内电压减小,路端电压即为 V2读数逐渐增大,故 B 错误;由题图乙可知,电动机的电阻rM4 .当I0.3 A 时,U3 V,电动机的输入功率最大,最大输入功率为0.80.4 0.1PUI30.3 W0.9 W,则最大输出功率一定
4、小于 0.9 W,故 C 错误;当I0.1 A 时,电路中电流最小,变阻器的电阻为最大值,所以R rrM(24) 30 ,E I3.6 0.1故 D 正确.答案 D变式训练1.(2016全国甲卷17)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图2 所示电路.开关 S 断开且电流稳定时,C所带的电荷量为Q1;闭合开关 S,电流再次稳定后,3C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为( )图 2A. B. C. D.2 51 23 52 3答案 C解析 S 断开时等效电路图如图甲所示.电容器两端电压为U1R E;ER23R2 31 21 5S 闭合时等效电路图如图乙所示.电容器两端电
5、压为U2RE,ER12R1 21 3由QCU得 ,故选项 C 正确.Q1 Q2U1 U23 5甲 乙2.(2016江苏8)如图 3 所示的电路中,电源电动势为 12 V,内阻为 2 ,四个电阻的阻值已在图中标出,闭合开关 S,下列说法正确的有( )图 3A.路端电压为 10 VB.电源的总功率为 10 WC.a、b间电压的大小为 5 VD.a、b间用导线连接后,电路的总电流为 1 A答案 AC4解析 外电路的总电阻R 10 ,总电流I1 A,则路端电压20 20 2020E RrUIR10 V,A 对;电源的总功率P总EI12 W,B 错;a、b间电压大小为Uab0.515 V0.55 V 5
6、 V,C 对;a、b间用导线连接后,外电路的总电阻为R2 5 15 5157.5 ,电路中的总电流I1.26 A,D 错误.E Rr考题二考题二 交变电流的产生及描述交变电流的产生及描述1.线圈通过中性面时的特点(1)穿过线圈的磁通量最大;(2)线圈中的感应电动势为零;(3)线圈每经过中性面一次,感应电流的方向改变一次.2.交变电流“四值”的应用(1)最大值:EmnBS,分析电容器的耐压值;(2)瞬时值:EEmsin t(由中性面开始计时),计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力情况;(3)有效值:电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝的熔断电流;(4)平均值:En,计算通过电路截面的电
7、荷量. t例 2 图 4 甲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(OO沿水平方向)匀速转动,线圈的两端经集流环和电刷与电阻R10 连接,与电阻R并联的交流电压表为理想电压表,示数为 10 V.图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图象.则( )图 4A.此交流发电机的电动势平均值为 10 V2B.t0.02 s 时R两端的电压瞬时值为零5C.R两端的电压u随时间t变化的规律是u10cos (100t) V2D.当ab边速度方向向上时,它所受安培力的方向也向上解析 矩形线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动,产生正弦交流电,外电阻R1
8、0 ,电压表示数 10 V,说明10 V 即Em10 V.根据题图乙t0 时磁通量等于 0 可判断Em22t0 时R两端的电压最大,所以R两端的电压随时间变化的规律为u10cos 2t10cos(100t) V,选项 C 对.t0.02 s 代入电动势的表达式,此刻u10 V,22选项 B 错.根据楞次定律,感应电流总是阻碍线圈的转动,所以当ab边速度方向向上时,它所受安培力的方向向下,选项 D 错.电动势平均值为磁通量和时间的比值,而该比值最大为Em10 V,所以平均值一定比Em10 V 小,选项 A 错.22答案 C变式训练3.如图 5 所示,单匝矩形闭合导线框abcd全部处于水平方向的匀
9、强磁场中,线框面积为S,电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度从中性面开始匀速转动,线框转过时的感应电流为I,下列说法正确的是( ) 6图 5A.线框中感应电流的有效值为 2IB.线框转动过程中穿过线框的磁通量的最大值为2IR C.从中性面开始转过的过程中,通过导线横截面的电荷量为 22I D.线框转一周的过程中,产生的热量为8I2R 答案 BC解析 由EmnBS,中性面开始计时,则电流isin t,当t时电流为I,nBS R 6则I,则 2I;由2I为电流的最大值,则线框中感应电流的有效值为nBS 2RnBS RnBS RI,故 A 错误;转动过程中穿过线框的磁通量的最大值为BS
10、.因n1,则 B 正2I222RI n6确;中性面开始转过的过程中,通过导线横截面的电荷量为t,则 C 正确;电 2BS tRBS R2I 流的有效值为I,则Q(I)2R,则 D 错误.222 4RI2 4.如图 6 甲为风力发电的简易模型,在风力的作用下,风叶带动与其固定在一起的永磁铁转动,转速与风速成正比.某一风速时,线圈中产生的正弦式电流如图乙所示,则( )图 6A.电流的表达式为i0.6sin (10t) AB.磁铁的转速为 10 r/sC.风速加倍时电流的表达式为i1.2sin (10t) AD.风速加倍时线圈中电流的有效值为 1.2 A答案 A解析 通过题图乙可知电流的最大值为 0
11、.6 A,周期T0.2 s,故10 rad/s,2 T故电流的表达式为i0.6sin (10t) A,故 A 正确;电流的周期为T0.2 s,故磁体的转速为n 5 r/s,故 B 错误;风速加倍时,角速度加倍,根据EmnBS可知产生的感应1 T电动势加倍,形成的感应电流加倍,故风速加倍时电流的表达式为i1.2sin (20t) A,故 C 错误;根据分析,形成的感应电流Im1.2 A,故有效值为I A,故 D 错误.Im23 25考题三考题三 变压器及远距离输电变压器及远距离输电1.理想变压器的基本关系式(1)功率关系:P入P出.(2)电压关系:.U1 U2n1 n2若n1n2,为降压变压器;
12、若n1n2,为升压变压器.(3)电流关系:只有一个副线圈时,;I1 I2n2 n17有多个副线圈时,U1I1U2I2U3I3UnIn.2.原、副线圈中各量的因果关系(1)电压关系:U1决定U2.(2)电流关系:I2决定I1.(3)功率关系:P出决定P入.3.输电过程的电压关系4.输电过程功率的关系例 3 (2016全国乙卷16)一含有理想变压器的电路如图 7 所示,图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为 3 、1 和 4 ,为理想交流电流表,U为正弦交流电压源,输出电压的有效值恒定.当开关 S 断开时,电流表的示数为I;当 S 闭合时,电流表的示数为 4I.该变压器原、副线圈匝数比为( )图 7
13、A.2 B.3 C.4 D.5思维规范流程设变压器原、副线圈匝数比为kS 断开S 闭合Error!Uk25I3IError!Uk24I12I即:k25I3Ik24I12I8得k3变式训练5.(2016天津5)如图 8 所示,理想变压器原线圈接在交流电源上,图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是( )图 8A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电压表 V 示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,电流表 A1示数变大D.若闭合开关 S,则电流表 A1示数变大,A2示数变大答案 B解析 当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,接入电路
14、的阻值变大,变压器副线圈两端电压不变,副线圈中的电流减小,则R1消耗的功率及其两端电压均变小,故电压表的示数变大,选项 A 错误,B 正确;当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时,副线圈中的电流减小,则原线圈中的电流也减小,电流表 A1示数变小,选项 C 错误;若闭合开关 S,副线圈电路中总电阻减小,副线圈中的电流变大,R1两端电压变大,R2两端电压减小,电流表 A2示数减小;原线圈中的电流也变大,电流表 A1示数变大,选项 D 错误.6.如图 9 所示,理想变压器副线圈 1、2 之间的匝数是总匝数的一半,二极管D具有单向导电性(正向电阻为零,反向电阻为无穷大),R是可变电阻,K 是单刀双掷开关,
15、原线圈接在电压不变的正弦交流电源上.下列说法正确的是( )图 9A.若R阻值不变,当 K 分别接 1 和 2 时,电压表读数之比为 21B.若R阻值不变,当 K 分别接 1 和 2 时,电压表读数之比为12C.若 K 分别接 1 和 2 时,R消耗功率相等,则R阻值之比为 21D.若 K 分别接 1 和 2 时,R消耗功率相等,则R阻值之比为12答案 BC解析 设原线圈与副线圈的匝数分别为n1、n2,原线圈输入电压为U1,副线圈两端电压为9U2,当 K 接 2 时:,此时电压表示数与副线圈两端的电压相等,即U2U22U1,n1 n2 2U1 U22n2 2n1功率为P2;若 K 与 1 相连,
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