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第12講直流電路和交流電路 總綱目錄 考點1直流電路的分析與計算 閉合電路動態(tài)分析的兩種常用方法 1 程序分析法 流程如下RI總U內(nèi)U外 2 利用結(jié)論法 即 串反并同 法 串反 即某一電阻增大 減小 時 與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流 兩端電壓 消耗的電功率都減小 增大 并同 即某一電阻增大 減小 時 與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流 兩端電壓 消耗的電功率都增大 減小 1 如圖所示 C為兩極板水平放置的平行板電容器 閉合開關(guān)S 當滑動變阻器R1 R2的滑片處于各自的中點位置時 懸在電容器C兩極板間的帶電塵埃P恰好處于靜止狀態(tài) 要使塵埃P向下加速運動 下列方法中可行的是 A 將R1的滑片向左移動B 將R2的滑片向左移動C 將R2的滑片向右移動D 將閉合的開關(guān)S斷開 答案B塵埃P受到重力和電場力而平衡 要使塵埃P向下加速 就要減小電場力 故要減小電容器兩端的電壓 電路穩(wěn)定時 滑動變阻器R1無電流通過 兩端電壓為零 故改變R1的電阻值無效果 故A錯誤 滑動變阻器R2處于分壓狀態(tài) 電容器兩端電壓等于滑動變阻器R2左半段的電壓 故要減小滑動變阻器R2左半段的電阻值 滑動變阻器R2的滑片應(yīng)該向左移動 故B正確 C錯誤 將閉合的開關(guān)S斷開 電容器兩端電壓將增大到等于電源電動勢 故P向上加速運動 D錯誤 2 2018江蘇單科 8 4分 多選 如圖所示 電源E對電容器C充電 當C兩端電壓達到80V時 閃光燈瞬間導(dǎo)通并發(fā)光 C放電 放電后 閃光燈斷開并熄滅 電源再次對C充電 這樣不斷地充電和放電 閃光燈就周期性地發(fā)光 該電路 A 充電時 通過R的電流不變B 若R增大 則充電時間變長C 若C增大 則閃光燈閃光一次通過的電荷量增大D 若E減小為85V 閃光燈閃光一次通過的電荷量不變 答案BCD因電容器屬于非線性元件 電容器在充電過程中 充電電流是非線性減小的 故A錯 若R增大 充電電流減小 充電時間變長 故B正確 由Q CU且U 80V為定值可見 C增大時Q增大 閃光燈閃光一次通過的電荷量增大 故C正確 閃光燈閃光一次通過閃光燈的電荷量與電源電動勢無關(guān) 故D正確 3 2018河北衡水中學(xué)六調(diào) 多選 某電路如圖所示 電源電動勢為E 內(nèi)阻為r R1 R2為定值電阻 R為電位器 滑動變阻器 L1是小燈泡 電壓表和電流表均為理想電表 當電位器的觸片滑向b端時 下列說法正確的是 A 小燈泡L1將變亮B 電壓表示數(shù)與電流表A1示數(shù)的比值將變大C 電流表A1的示數(shù)將變大D 電源的總功率將變大 答案ACD電位器的觸片滑向b端時 電位器接入電路的電阻減小 外電路總電阻R總減小 由閉合電路歐姆定律知 總電流變大 電流表A1的示數(shù)將變大 則內(nèi)阻分擔電壓變大 路端電壓變小 電壓表V的示數(shù)將減小 流過R1和R2的電流均減小 流過L1的電流將增大 燈泡L1將變亮 故A C正確 電壓表V的示數(shù)與電流表A1示數(shù)的比值等于外電路總電阻 可知該比值將變小 故B錯誤 總電流變大 由P EI知 電源的總功率將變大 故D正確 4 2018四川綿陽模擬 工廠生產(chǎn)的某一批次小燈泡說明書上附有如圖甲所示的電壓隨電流變化圖像 乙圖是該批次三個小燈泡連接而成的電路 三個燈泡均發(fā)光時電壓表V2的示數(shù)為1V 下列說法正確的是 A 電壓表V1的示數(shù)為2 0VB 電流表A1的示數(shù)為0 6AC 若燈泡L1短路 則電壓表V2的示數(shù)為5 0VD 電源的輸出功率為0 9W 答案B分析電路的連接時 把電壓表看做斷路 電流表看做導(dǎo)線 題中L2與L3并聯(lián) 然后再與L1串聯(lián)組成外電路 電壓表V1測量L1兩端的電壓 電壓表V2測量并聯(lián)電路部分的電壓 電流表A1測量干路電流 電流表A2測量通過L3的電流 閉合開關(guān)S 電壓表V2的示數(shù)為1V 表示L2兩端的電壓為1V 由題圖甲可知 此時對應(yīng)的支路電流I 0 3A 通過L1的干路電流為0 6A 電流表A1的示數(shù)為0 6A 選項B正確 此時L1兩端電壓根據(jù)題圖甲可知為4 0V 即V1的示數(shù)為4 0V 選項A錯 此時路端電壓為5 0V 干路電流為0 6A 電源輸出功率為3 0W 選項D錯 若燈泡L1短路 則只有兩個燈泡并聯(lián) V2測并聯(lián)電壓即路端電壓 由于內(nèi)阻作用 外電路電阻變化 路端電壓也變化 不等于原來的5 0V 選項C錯 考點2交變電流的產(chǎn)生和描述 1 線圈通過中性面時的特點 1 穿過線圈的磁通量最大 2 線圈中的感應(yīng)電動勢為零 3 線圈每經(jīng)過中性面一次 感應(yīng)電流的方向改變一次 2 交流電的 四值 1 最大值Em NBS 可用來分析電容器的耐壓值 2 瞬時值e NBS sin t 計算閃光電器的閃光時間 線圈某時刻的受力情況 3 有效值 正弦式交流電的有效值E 非正弦式交流電的有效值必須根據(jù)電流的熱效應(yīng) 用等效的思想來求解 計算交流電路的電功 電功率和測定交流電路的電壓 電流都是指有效值 4 平均值 n 常用來計算通過電路的電荷量 3 有效值的計算方法 1 正弦式交流電的有效值 I U E 2 非正弦式交流電的有效值 根據(jù)電流的熱效應(yīng)進行計算 1 2018河北唐山模擬 一個U形金屬線框在勻強磁場中繞OO 軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動 通過導(dǎo)線給同一電阻R供電 如圖甲 乙所示 其中甲圖中OO 軸右側(cè)有磁場 乙圖中整個空間均有磁場 兩磁場磁感應(yīng)強度相同 則甲 乙兩圖中交流電流表的示數(shù)之比為 A 1 B 1 2C 1 4D 1 1 答案A題圖甲中的磁場只在OO 軸的右側(cè) 所以線框只在半周期內(nèi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生 如圖1 電流表測的是有效值 所以I 題圖乙中的磁場布滿整個空間 線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流如圖2 所以I 則I I 1 即A正確 2 2018山西太原一模 多選 圖1中 單匝矩形線圈abcd在勻強磁場中繞垂直磁場的軸轉(zhuǎn)動 改變線圈的轉(zhuǎn)速 穿過該線圈的磁通量隨時間分別按圖2中圖線甲 乙的規(guī)律變化 設(shè)線圈的電阻為1 0 則 A 圖線甲對應(yīng)線圈在t 0時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大B 圖線甲 乙對應(yīng)的線圈在t 0 2s時 線圈平面均平行于磁感線C 圖線甲 乙對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為5 4D 圖線甲對應(yīng)的線圈中交變電流的峰值為2 5 A 答案BC在t 0時 甲最大 則產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最小 故A錯誤 因為在t 0 2s時 甲 乙 0 所以線圈平面均平行于磁感線 故B正確 由圖可知甲 乙圖線對應(yīng)的周期之比為4 5 而線圈的轉(zhuǎn)速n 所以圖線甲 乙對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為5 4 故C正確 甲圖線對應(yīng)的線圈中交流電壓的峰值Em BS m 0 4 V 5 V 電流的峰值Im 5 A 故D錯誤 3 2018湖北八校二聯(lián) 多選 如圖所示 矩形單匝線圈abcd 放置在磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中 繞OO 軸勻速轉(zhuǎn)動 轉(zhuǎn)動的周期為T ab的中點和cd的中點的連線恰好位于轉(zhuǎn)軸所在直線上 且轉(zhuǎn)軸OO 位于勻強磁場的邊界線上 轉(zhuǎn)軸OO 垂直于磁場方向 線圈電阻阻值為R 外電阻的阻值也為R 從圖示位置開始計時 線圈轉(zhuǎn)過30 時的瞬時感應(yīng)電流為I 則以下判斷正確的是 A 線圈的面積為B 線圈消耗的電功率為4I2RC t時刻線圈中的感應(yīng)電動勢為e 2IRsintD t時刻穿過線圈的磁通量為 cost 答案AD設(shè)線圈面積為S 從圖示位置開始計時時感應(yīng)電動勢的表達式為e B sin t sin 轉(zhuǎn)過30 時的瞬時電流I sin30 故S 則e 4IRsint A正確 C錯誤 線圈消耗的電功率為P R 2I2R B錯誤 t時刻穿過線圈的磁通量為 B cos t cost D正確 4 間距為m的無限長光滑金屬導(dǎo)軌水平放置 導(dǎo)軌中間分布有磁感應(yīng)強度為1T的勻強磁場 磁場邊界為正弦曲線 一長為2m的光滑導(dǎo)體棒以1m s的速度勻速向右滑動 如圖所示 導(dǎo)軌電阻不計 導(dǎo)體棒電阻為20 定值電阻的阻值為10 則下列分析正確的是 A 電流表示數(shù)為AB 電壓表的示數(shù)是0 5VC 導(dǎo)體棒運動到圖示虛線位置時 導(dǎo)體棒的瞬時電流從C到DD 導(dǎo)體棒上消耗的熱功率為0 2W 答案B當導(dǎo)體棒切割磁感線時 產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E BLv 由于有效切割長度按正弦規(guī)律變化 且當磁場反向時 感應(yīng)電流反向 故這個過程產(chǎn)生正弦式交流電 導(dǎo)體棒有效切割長度最長等于m 交流電的最大值Em BLv 1 1V V 有效值為E 1V 由于導(dǎo)體棒接入電路的有效長度為總長度的一半 所以接入電路電阻為10 定值電阻的阻值也為10 則電壓表的示數(shù)為U E 0 5V 選項B正確 電流表的示數(shù)為I A 0 05A 選項A錯誤 導(dǎo)體棒運動到圖示虛線位置時 磁感應(yīng)強度等于0 瞬時電流等于0 選項C錯誤 導(dǎo)體棒上消耗的熱功率為Pr I2r 0 052 10W 0 025W 選項D錯誤 方法技巧分析交流電問題時應(yīng)注意的幾點 1 正弦式交流電不只局限于由線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生 勻速切割磁感線的導(dǎo)體棒的有效長度按正弦規(guī)律變化 也可產(chǎn)生正弦式交流電 2 電壓表 電流表的示數(shù)對應(yīng)交流電的有效值 計算用電器的電熱功率時 也應(yīng)利用電流或電壓的有效值 3 對于有電動機的回路 要注意歐姆定律的適用條件 考點3變壓器和遠距離輸電 1 理想變壓器的基本關(guān)系式 1 功率關(guān)系 P入 P出 2 電壓關(guān)系 3 電流關(guān)系 只有一個副線圈時 有多個副線圈時 U1I1 U2I2 U3I3 UnIn 4 輸電過程的功率關(guān)系注意 1 變壓器聯(lián)系著兩個電路 原線圈電路 副線圈電路 原線圈在原線圈電路中相當于一用電器 副線圈在副線圈電路中相當于電源 2 遠距離輸電示意圖中涉及三個電路 在中間的遠距離輸電線路中升壓變壓器的副線圈 導(dǎo)線 降壓變壓器的原線圈相當于閉合回路的電源 電阻 用電器 1 2018山西五地市聯(lián)考 如圖所示 L1 L2 L3 L4為四只規(guī)格均為 12V 6W 的燈泡 分別接入理想變壓器原 副線圈回路中 a b兩端連接交流電源 交流電流表A示數(shù)為0 5A 已知燈泡L2正常發(fā)光 以下說法正確的是 A a b端輸入功率為18WB a b端輸入電壓為36VC 燈泡L1的功率為6WD 若副線圈回路再并聯(lián)一只同樣的燈泡 L2仍能正常發(fā)光 答案C燈泡的額定電流IL A 0 5A 因交流電流表A示數(shù)為0 5A 所以燈泡L1正常發(fā)光 功率為6W 因L2正常發(fā)光 則L3 L4也正常發(fā)光 則變壓器的輸出功率為三只燈泡的總功率 變壓器的輸入功率等于輸出功率 則a b端輸入功率等于四只燈泡的總功率 即Pab 6 4W 24W 故A錯誤 C正確 根據(jù)Pab UabIA可得Uab V 48V 故B錯誤 若副線圈回路再并聯(lián)一只同樣的燈泡 使得副線圈的總電流增大 則原線圈的電流也增大 燈泡L1分擔的電壓增大 原線圈兩端電壓減小 副線圈兩端電壓減小 L2不能正常發(fā)光 故D錯誤 2 2018天津河?xùn)|一模 在日常生活中 各種家用電器所使用的電壓不同 經(jīng)常需要用變壓器把220V交流電變成所需的電壓 如圖所示為原 副線圈匝數(shù)比為n1 n2 10 1的理想變壓器 b是原線圈中的中心抽頭 電壓表和電流表均為理想交流電表 從某時刻開始在原線圈c d兩端加上u1 220sin100 t V 的交變電壓 則 A 當單刀雙擲開關(guān)與a連接時 電壓表的示數(shù)為22VB 當單刀雙擲開關(guān)與a連接時 在滑動變阻器滑片P向上移動的過程中 電壓表和電流表的示數(shù)均變小C 當單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時 原線圈輸入功率變小D 當單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時 調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片到適當位置 有可能實現(xiàn)調(diào)節(jié)前 后原線圈輸入功率相等 答案D當單刀雙擲開關(guān)與a連接時 由 又n1 n2 10 1 U1 220V 可得副線圈的電壓U2 22V 則電壓表的示數(shù)為22V 故A錯誤 當單刀雙擲開關(guān)與a連接時 在滑片P向上移動的過程中 因輸入電壓及原 副線圈匝數(shù)之比不變 則副線圈兩端電壓不變 所以電壓表的示數(shù)不變 因變阻器滑片P向上移動 變阻器接入電路的電阻變大 則副線圈電流變小 電流表示數(shù)變小 故B錯誤 當單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時 原線圈匝數(shù)變小 根據(jù) 可知副線圈兩端的電壓U2變大 輸出功率P2 變大 又輸入功率等于輸出功率 所以原線圈 輸入功率變大 故C錯誤 當單刀雙擲開關(guān)由a扳向b時 輸出電壓變大 調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片到適當位置使其連入電路的電阻R變大 輸出功率P2 可能不變 又輸出功率等于輸入功率 所以有可能實現(xiàn)調(diào)節(jié)前 后原線圈輸入功率相等 故D正確 答案B電壓表V2的示數(shù)減小了 U 根據(jù)變壓器的變壓比可知降壓變壓器輸入電壓減小了 U3 n U 由于升壓變壓器輸入電壓不變 因此輸電線上的電壓增大了n U 因此電流表A1的示數(shù)增大了 B正確 根據(jù)電流與匝數(shù)的關(guān)系 電流表A2的示數(shù)增大了 A錯誤 由于發(fā)電機的輸出電壓不變 因此升壓變壓器的輸出電壓不變 電壓表V1的示數(shù)不變 C錯誤 設(shè)原來輸電線上的電流為I 則輸電線損失的功率增加了R I2R 不等于R D錯誤 方法技巧原線圈連接有電阻的變壓器問題的處理變壓器的原理是電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象 變壓器不能改變恒定電流 當原線圈接有電阻時 變壓器的原線圈輸出電壓不是電源的電壓 所以求解的關(guān)鍵是先求出原線圈中的電流 再由電壓關(guān)系列式 考點4交變電流的綜合問題分析 交變電流的綜合問題涉及交流電路最大值 有效值 平均值 瞬時值的計算 與電磁感應(yīng) 安培力 閉合電路歐姆定律的綜合應(yīng)用等 解答時應(yīng)注意以下兩點 1 分清交流電路 四值 的不同計算方法和物理意義 2 學(xué)會將直流電路的知識應(yīng)用在交流電路中 答案B 解析由正弦交流電的產(chǎn)生原理可知 其電動勢的最大值Em NBS 而 2 n 有效值E Em 線圈轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?則U1 E變?yōu)樵瓉淼?由 知U2變?yōu)樵瓉淼?電壓表讀數(shù)變?yōu)樵瓉淼?選項B正確 R消耗的功率P 故R消耗的功率變?yōu)樵瓉淼?選項A錯誤 由P入 P出得 U1I1 故I1變?yōu)樵瓉淼?即電流表讀數(shù)變?yōu)樵瓉淼?選項C錯誤 變壓器不改變交變電流的頻率 故通過R的交變電流頻率變?yōu)樵瓉淼?選項D錯誤 1 2018福建泉州質(zhì)檢 如圖所示 面積為S 匝數(shù)為N的矩形線框在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中 繞垂直于磁感線的軸OO 勻速轉(zhuǎn)動 通過滑環(huán)向理想變壓器供電 燈泡L1 L2均正常發(fā)光 理想電流表的示數(shù)為I 已知L1 L2的額定功率均為P 額定電流均為I 線框及導(dǎo)線電阻不計 則 A 圖示位置時穿過線框的磁通量變化率為零B 線框轉(zhuǎn)動的角速度為C 理想變壓器原 副線圈的匝數(shù)之比為1 2D 若燈L1燒斷 電流表示數(shù)將增大 答案B圖示位置時線框平面與磁場方向平行 產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大 磁通量變化率最大 故A選項錯誤 理想變壓器輸入功率等于輸出功率 又兩只燈泡都正常發(fā)光 則可知矩形線框的輸出功率為2P 則有2P I NBS I 可得 故B選項正確 原線圈的電流為I 因兩燈泡并聯(lián)且均正常發(fā)光 則副線圈中電流為2I 可知原 副線圈的匝數(shù)之比n1 n2 2I I 2 1 故C選項錯誤 若L1燒斷 則副線圈電流減小 原線圈的電流也相應(yīng)減小 故D選項錯誤 2 2017江西上饒重點中學(xué)六校聯(lián)考 多選 如圖所示 導(dǎo)體棒ab兩個端點分別搭接在兩個豎直放置 電阻不計 半徑相等的金屬圓環(huán)上 圓環(huán)通過電刷與導(dǎo)線接在匝數(shù)比n1 n2 10 1的理想變壓器原線圈兩端 變壓器副線圈接一滑動變阻器R0 勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B 方向豎直向下 導(dǎo)體棒ab長為L 電阻不計 繞與ab平行的水平軸 也是兩圓環(huán)的中心軸 OO 以角速度 勻速轉(zhuǎn)動 如果滑動變阻器的阻值為R時 通過電流表的電流為I 則 A 滑動變阻器上消耗的功率為P 100I2RB 變壓器原線圈兩端的電壓U1 10IRC 取ab在環(huán)的最低處時t 0 則導(dǎo)體棒ab中感應(yīng)電流的表達式是i Isin tD ab沿環(huán)轉(zhuǎn)動過程中受到的最大安培力F BIL 答案AD由 得I2 10I 變阻器上消耗的功率為P R 10I 2R 100I2R 故A正確 副線圈的電壓為U I2R 10IR 根據(jù) 可得變壓器原線圈兩端的電壓U1 100IR 故B錯誤 ab在最低處時 ab棒垂直切割磁感線 此時的感應(yīng)電動勢最大 感應(yīng)電流最大 所以棒ab中感應(yīng)電流的表達式應(yīng)為i Icos t 故C錯誤 ab在最低處時 感應(yīng)電流最大 最大值為I 此時的安培力也最大 最大安培力為F BIL 故D正確 答案A計時起點 Em NBS e NBS cos t A正確 矩形線圈經(jīng)時間t q t 0 B錯誤 當P位置不動 n1不變 由 知U2不變 電壓表讀數(shù)不變 C錯誤 當P位置向上移動 n1減小 由 知U2增大 I2 增大 由 知I1增大 電流表讀數(shù)增大 D錯誤 1 2018課標 16 6分 一電阻接到方波交流電源上 在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方 若該電阻接到正弦交流電源上 在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正 該電阻上電壓的峰值均為u0 周期均為T 如圖所示 則Q方 Q正等于 A 1 B 1C 1 2D 2 1 答案D本題考查交變電流的有效值及焦耳定律 根據(jù)交變電流有效值的定義及焦耳定律可得 Q方 T Q正 T T 故 選項D正確 答案BC本題中導(dǎo)線框的半徑旋轉(zhuǎn)切割磁感線時產(chǎn)生大小不變的感應(yīng)電流 故A項錯誤 兩導(dǎo)線框產(chǎn)生的感應(yīng)電流的周期與線框轉(zhuǎn)動周期相同 B項正確 在t 時 兩導(dǎo)線框切割磁感線的導(dǎo)線長度相同 且切割速度大小相等 故產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相等 均為E BR2 C項正確 兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流隨時間變化的圖像如圖所示 故兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值不相等 D項錯誤 3 2016課標 19 6分 多選 如圖 理想變壓器原 副線圈分別接有額定電壓相同的燈泡a和b 當輸入電壓U為燈泡額定電壓的10倍時 兩燈均能正常發(fā)光 下列說法正確的是 A 原 副線圈匝數(shù)比為9 1B 原 副線圈匝數(shù)比為1 9C 此時a和b的電功率之比為9 1D 此時a和b的電功率之比為1 9 答案AD由題意知U 10U燈 a b均正常發(fā)光 則變壓器輸入電壓U1 9U燈 而輸出電壓U2 U燈 所以原 副線圈匝數(shù)比n1 n2 U1 U2 9 1 而I1 I2 n2 n1 1 9 所以兩燈功率之比Pa Pb U燈I1 U燈I2 1 9 選項A D正確 4 2016課標 16 6分 一含有理想變壓器的電路如圖所示 圖中電阻R1 R2和R3的阻值分別為3 1 和4 為理想交流電流表 U為正弦交流電壓源 輸出電壓的有效值恒定 當開關(guān)S斷開時 電流表的示數(shù)為I 當S閉合時 電流表的示數(shù)為4I 該變壓器原 副線圈匝數(shù)比為 A 2B 3C 4D 5 答案B設(shè)原 副線圈匝數(shù)比為n 根據(jù)能量守恒 當S斷開時 UI I2R1 nI 2 R2 R3 當S閉合時 4UI 4I 2R1 4nI 2R2 聯(lián)立解得n 3 所以B正確