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啟東中學(xué) 專題十五 直流電路和交流電路
重點難點
1.電路的動態(tài)變化.
進行動態(tài)分析的常見思路是:由部分電阻變化推斷外電路總電阻()的變化,再由全電路歐姆定律討論干路電流的變化,最后再根據(jù)具體情況分別確定各元件上其他量的變化情況(使用的工具是部分電路歐姆定律、電路中各元件上的電壓關(guān)系和電流關(guān)系).
2.電路故障分析:斷路的表現(xiàn)是電路的端電壓不為零而電流為零,一般是用電壓表測量電路中某兩點電壓,若電壓不為零,則說明這兩點與電源的連接完好,斷路點就在該兩點之間,這樣逐漸縮小測量范圍
2、即可找到斷路點(用電流表也可類似得出).短路的表現(xiàn)是電流不為零而電壓為零.
3.電源輸出的最大功率
電源輸出功率最大的條件為:R=r,即外電阻等于電源內(nèi)阻,此時的最大輸出功率為Pm=,電源的效率為50%.
4.電流表和電壓表在電路中的作用:可分為兩種情形.①理想情況:電流表內(nèi)阻為零,電壓表內(nèi)阻可視為無窮大,都對電路沒有影響.在分析和計算時,常將電流表視為短路,將電壓表視為斷路;②實際情況:可將電流表看作阻值為其內(nèi)阻、能測量其本身電流的特殊電阻串入電路中,可將電壓表看作阻值為其內(nèi)阻、能測量其本身電壓的特殊電阻并入電路中.
5.交流電的有效值:有效值的概念是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的,具有等效
3、的含義.在交流電路中,電表的測量值,計算電功用的電流和電壓值,電器設(shè)備上所標(biāo)的額定電流和電壓值均指的是有效值.
6.理想變壓器:
①變壓器的輸入功率等于輸出功率,且輸出功率隨負(fù)載的變化而變化,輸入功率隨輸出功率變化而變化;
②由可知:,即變壓器副線圈兩端電壓由原、副線圈的匝數(shù)比和輸入電壓U1決定;
③變壓器副線圈上的電流由副線圈的輸出電壓和負(fù)載決定,即.
規(guī)律方法
【例1】在如圖所示的電路中,電源電動勢為E.設(shè)電流表的示數(shù)為I.電壓表的示數(shù)為U,電容器C所帶的電荷量為Q.將滑動變阻器R1的滑動觸頭P向上移動,待電流達到穩(wěn)定后,則與P移動前相比 ( AC )
A.若電
4、源內(nèi)阻不可忽略,則U減小
B.若電源內(nèi)阻不可忽略,則I增大
C.若電源內(nèi)阻不可忽略,則Q減小
D.若電源內(nèi)阻可以忽略,則Q減小
訓(xùn)練題如圖所示,兩只相同的白熾燈泡D1和D2串聯(lián)后接在電壓恒定的電路中.若D1的燈絲斷了,經(jīng)過搭絲后(搭絲后燈泡的電阻減?。┤匀慌cD2串聯(lián),重新接人原來的電路.假設(shè)在此過程中,燈絲電阻隨溫度變化的因素可忽略不計,且每只燈泡兩端的電壓均未超過其額定電壓.則此時每只燈泡所消耗的功率與原來各自的功率相比( BC )
A.D1的功率變大
B.D1的功率變小
C.D2的功率變大
D.D2的功率變小
【例2】如圖所示是一個電熱器電路
5、.指示燈、電鍵、電熱絲構(gòu)成串聯(lián)回路,接在電源上發(fā)現(xiàn)該電路有一個元件斷路、有一個元件短路,但不知道是哪個元件上有故障,今用一個校驗電燈分別依次接在各處進行檢測,得到如下表所示的結(jié)果,請根據(jù)表格回答下列問題:
校驗次序
1
2
3
4
5
6
校驗接入點
af
ab
cd
ef
ad
cf
發(fā)光情況
正常發(fā)光
不發(fā)光
發(fā)光不正常
不發(fā)光
發(fā)光不正常
正常發(fā)光
(1)由前兩次檢測可以知道:
(2)由第三次檢測可以知道:
6、
(3)由以上檢測可以知道: 斷路; 短路.
【解析】(1)第1次檢測,將電燈接在af點,正常發(fā)光,說明電路從電源→a→f→電源是連通的,即電源正常,且燈泡的額定電壓等于電源電壓.第2次檢測,將電燈接在ab點,不發(fā)光,說明電路不通,所以從前兩次檢測可判定:電源正常,電鍵或電熱絲斷路.
(2)第3次檢測,將電燈接在cd點,發(fā)光但不正常,說明電路是通的,即指示燈、電熱絲沒有斷路.
(3)第4次檢測,將電燈接在ef點,不發(fā)光,說明電
7、路不通,綜上各次檢測可判定:電鍵斷路.
第5次檢測,將電燈接在ad點,發(fā)光但不正常,說明電路是通的,燈泡兩端電壓小于電源電壓,所以電熱絲有電阻即是正常的.
第6次檢測,將電燈接在cf點,正常發(fā)光,說明電路是通的,燈泡兩端電壓等于電源電壓,而ac間電壓為零,即指示燈短路.
綜上所述,電路故障是:電鍵斷路,指示燈短路.
訓(xùn)練題圖為一電路板的示意圖,a、b、c、d為接線柱,a、d與220V的交流電源連接,ab間、bc間、cd間分別連接一個電阻.現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電路中沒有電流,為檢查電路故障,用一交流電壓表分別測得b、d兩點間以及a、c兩點間的電壓均為220V.( CD?。?
A.a(chǎn)b間電路通,cd間電
8、路不通
B.a(chǎn)b間電路不通,bc間電路通
C.a(chǎn)b間電路通,bc間電路不通
D.bc間電路不通,cd間電路通
【例3】如圖所示的電路中,電源電動勢E=9 V,電阻R1=2.5Ω,R2=3Ω,當(dāng)電阻箱Rx調(diào)到3Ω時,電流表的示數(shù)為2 A.求:
(1)電源的內(nèi)電阻;
(2)調(diào)節(jié)電阻箱,使電流表的示數(shù)為1.8 A時,電阻R2消耗的電功率.
【解析】(1)當(dāng)Rx=3Ω時,則電路外電阻為
由閉合電路歐姆定律有:.
(2)調(diào)節(jié)電阻箱后,由閉合電路歐姆定律
有:(V)=3.6V
所以電阻R2消耗的電功率為=4.32W.
9、
訓(xùn)練題在圖電路中,電源由6個電動勢為1.5 V、內(nèi)電阻為0.1Ω的電池串聯(lián)而成,R1為4.4Ω,R2為6Ω,變阻器R3開始時接入電路的阻值為12Ω,R2的額定功率為3 W.問:
(1)此時通過R1的電流是多大?
(2)此時電源的輸出功率是多大?
(3)為確保R2消耗的實際功率不超過它的額定功率,變阻器R3接入電路的阻值應(yīng)滿足什么條件?
答案:(1)I=1A
(2)P=8.4W
(3)變阻器R3接入電路的阻值應(yīng)小于、等于17Ω
【例4】如圖所示,一理想變壓器原線圈匝數(shù)n1=1100匝,副線圈匝數(shù)n2=180匝,交流電源的電壓,電阻R=45Ω,電壓表、電流表均為理想電表,則(
10、 BD )
A.交流電的頻率為50Hz B.A1的示數(shù)約為0.13A
C.A2的示數(shù)約為1.1A D.V的示數(shù)為36V
能力訓(xùn)練
1.在圖示電路的三根導(dǎo)線中,有一根是斷的,電源、電阻器R1、R2及另外兩根導(dǎo)線都是好的,為了查出斷導(dǎo)線,某學(xué)生想先將萬用表的紅表筆連接在電源的正極a,再將黑表筆分別連電阻器R1的b端和R2的c端,并觀察萬用表指針的示數(shù),在下列選檔中,符合操作規(guī)程的是( A )
A.直流10V擋 B.直流0.5A擋
C.直流2.5V擋 D.歐姆擋
2.電路如圖,電源內(nèi)阻不能忽略,R1=10Ω,R2=8Ω,開關(guān)接通1時,電壓
11、表的示數(shù)U1=2.0V,則當(dāng)開關(guān)接通2時,電壓表的示數(shù)可能是( C )
A.2.2V B.2.0V C.1.8V D.1.6V
3.如圖所示,是測定兩個電源的電動勢E和內(nèi)電阻r實驗中得到的路端電壓U和電流I的圖線,則應(yīng)有 ?。? ACD )
A.當(dāng)I1=I2時,電源總功率P1=P2
B.當(dāng)I1=I2時,外電阻R1=R2
C.當(dāng)U1=U2時,電源輸出功率P出1<P出2
D.當(dāng)U1=U2時,電源內(nèi)部消耗的電功率P內(nèi)1<P內(nèi)2
4.如圖甲所示,一矩形閉合線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸ΟΟ′以恒定的角速度轉(zhuǎn)動,當(dāng)線圈平面與磁場方向平行時開始計時,
12、線圈中產(chǎn)生的交變電流按照圖乙所示的余弦規(guī)律變化.在 t=時刻 ( CD )
A.線圈中的電流最大
B.穿過線圈的磁通量為零
V
C
E
r
S
R1
R2
R3
C.線圈所受安培力的力矩為零
D.線圈消耗的電功率為零
5.(06年南京)所示電路中,電源電動勢E=10V,內(nèi)阻r=1Ω,電容器電容C=40μF,電阻R1=R2=4Ω,R3=5Ω。接通電鍵S,待電路穩(wěn)定后,求:
(1)理想電壓表V的讀數(shù);
(2)電容器的帶電量。
E
r
R1
R3
答案:當(dāng)開關(guān)合上后,等效電路如圖所示,這時電壓表測得 的是R3兩端的電壓U3,電容器兩端的電壓為R1兩端
13、的電壓U1
(1)流過電路中的總電流
代入數(shù)據(jù)得I=1A U3=IR3 U3=5V
(2)U1=IR1 U1=4V C=Q/U1 Q=CU=1.6×10 -4C
6.(05年南通)如圖所示,電源的電動勢,內(nèi)阻不計,電阻,,電容器的電容,其中有一帶電微粒恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。若在工作的過程中,電阻突然發(fā)生斷路。電流表可看作理想電表。求:
(1)帶電微粒加速度的大小和方向。
(2)從電阻斷路到電路穩(wěn)定的過程中,流經(jīng)電流表的電量。
答案:(1)
電容器兩端電壓為,帶電量(上板帶負(fù)電)
帶電微粒靜止
斷路后
14、,電路穩(wěn)定后,電容器兩端電壓,
電容器帶電量為(上板帶正電)
帶電微粒的加速度,方向豎直向下。
(2)從電阻斷路到電路穩(wěn)定的過程中,流經(jīng)電流表的電量
:
電動機
I
v0
7.(05年宿遷)如圖所示,是用直流電動機提升重物的裝置示意圖,電源電動勢E=100V,內(nèi)電阻r1=1,電動機的線圈電阻r2=4。重物質(zhì)量m=36kg,重物被電動機以v=0.5m/s的速度勻速提起,不計重物運動中所受的阻力,取g=10m/s2,試求:電路中的電流I和電源的輸出功率P。
答案:電源的輸出功率:P=UI 由閉合電路歐姆定律 E=U+Ir1 即 P=I(E-Ir1)
電動機的
15、熱功率:P熱=I 2r2 電動機的輸出機械功率:P出=mgv 則:P=mgv+I 2r2
所以得:I2(r2+r1)-IE+mgv=0 代入數(shù)據(jù)化簡,得:I 2-20I+36=0
所以I=2(A)?。↖=18A舍去) 得P=196(W)
8.(05年連云港)一個矩形線圈在一勻強磁場中繞垂直于磁場方向的中心軸勻速轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的交變電動勢表達式為V,試求:
(1)電動勢的最大值、有效值和頻率;
(2)若矩形線圈是100匝,線圈平面面積為0.02m2,勻強磁場的磁感應(yīng)強度B是多少?
(3)當(dāng)線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)過時,電動勢的瞬時值是多大?
答案:(1)將(V) 跟對應(yīng)比較,可知V
有效值: V=220V
頻率: Hz=50Hz
(2)由得T=0.5T
(3)線圈從中性面轉(zhuǎn)過,即 V=311×0.707V=220V