2019年高考物理大二輪復習 專題訓練六 第2課時 直流電路和交流電路.doc
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2019年高考物理大二輪復習 專題訓練六 第2課時 直流電路和交流電路 1．純電阻電路和非純電阻電路的電功、電功率的比較 (1)純電阻電路：電功W＝UIt，電功率P＝UI，且電功全部轉化為電熱，有W＝Q＝UIt＝t＝I2Rt，P＝UI＝＝I2R. (2)非純電阻電路：電功W＝UIt，電功率P＝UI，電熱Q＝I2Rt，電熱功率P熱＝I2R，電功率大于電熱功率，即W>Q，故求電功、電功率只能用W＝UIt、P＝UI，求電熱、電熱功率只能用Q＝I2Rt、P熱＝I2R. 2．電源的功率和效率 (1)電源的幾個功率 ①電源的總功率：P總＝EI ②電源內部消耗的功率：P內＝I2r ③電源的輸出功率：P出＝UI＝P總－P內 (2)電源的效率η＝100%＝100% 3．交流電的“四值” (1)最大值Em＝NBSω. (2)瞬時值e＝NBSωsin_ωt. (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電流的熱效應，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． 4．理想變壓器的基本關系式 (1)功率關系：P入＝P出． (2)電壓關系：＝. (3)電流關系：只有一個副線圈時＝. 直流電路動態(tài)分析方法 (1)程序法：基本思路是“部分→整體→部分”．即從阻值的變化入手，由串、并聯(lián)規(guī)律判定R總的變化情況，再由歐姆定律判斷I總和U端的變化情況，最后由部分電路歐姆定律及串聯(lián)分壓、并聯(lián)分流等規(guī)律判斷各部分的變化情況． (2)結論法——“并同串反”： “并同”：指某一電阻增大(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、電功率都將增大(減小)． “串反”：指某一電阻增大(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、電功率都將減小(增大). 考向1 直流電路的動態(tài)分析 例1 如圖1所示，平行金屬板中帶電質點P原來處于靜止狀態(tài)，不考慮電流表和電壓表對電路的影響，R1的阻值和電源內阻r相等．當滑動變阻器R4的滑片向b端移動時，則( ) 圖1 A．R3上消耗的功率逐漸增大 B．電流表讀數減小，電壓表讀數增大 C．電源的輸出功率逐漸增大 D．質點P將向上運動 審題突破 當R4的滑片向b端移動時，其電阻如何變化？電容器兩極板間電壓和哪部分電路電壓相等？如何分析電源的輸出功率變化情況？ 解析 滑動變阻器R4的滑片向b端移動時，R4的阻值越來越小，故并聯(lián)電路的總電阻減小，根據串聯(lián)電路的分壓規(guī)律可得：R3的電壓減小，消耗的功率減小，故A錯誤；電容器電壓等于R3的，故也減小，所以質點P將向下運動，所以D錯誤；外電路總電阻減小，所以干路電流I1增大，而R3的電流I3減小，根據I1＝I3＋IA，可得電流表讀數IA增大，所以B錯誤；因R1的阻值和電源內阻r相等，故外電路電阻大于電源內阻，且逐漸減小，由輸出功率與外電阻的關系可得：電源的輸出功率在增大，所以C正確． 答案 C 某同學準備用一種金屬絲制作一只電阻溫度計．他先通過實驗描繪出一段金屬絲的U－I曲線，如圖2甲所示．再將該金屬絲與某一定值電阻R0串聯(lián)接在電路中，用電壓表(電壓表的內阻遠大于金屬絲的電阻)與金屬絲并聯(lián)，并在電壓表的表盤上標注溫度值，制成電阻溫度計，如圖乙所示．下列說法中正確的是( ) 圖2 A．從圖甲可知，該金屬絲的阻值隨溫度的升高而減小 B．圖乙中電壓表的指針偏轉角越大，溫度值越小 C．選用不同阻值的R0可以改變溫度計的量程，R0越大，量程越大 D．溫度越高，電源消耗的功率越大 答案 C 解析 從圖甲可知，圖線上的點與原點連線的斜率表示電阻的大小，故該金屬絲的阻值隨溫度的升高而增大，所以A錯誤；圖乙中電壓表的指針偏轉角越大，說明RT的阻值越大，即溫度越高，所以B錯誤；若R0越大，電壓表要偏轉同樣的角度，需RT的阻值更大，即溫度更高，量程越大，所以C正確；溫度越高，RT的阻值越大，電路電流越小，所以電源消耗的功率P＝EI越小，故D錯誤． 考向2 交流電的產生和描述 例2 如圖3甲為小型旋轉電樞式交流發(fā)電機，電阻為r＝2 Ω矩形線圈在磁感應強度為B的勻強磁場中，繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉動，線圈的兩端經集流環(huán)和電刷與右側電路連接，右側電路中滑動變阻器R的最大阻值為R0＝ Ω，滑動片P位于滑動變阻器中央，定值電阻R1＝R0、R2＝，其他電阻不計．從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，閉合開關S，線圈轉動過程中理想交流電壓表示數是10 V，圖乙是矩形線圈磁通量隨時間t變化的圖象，則下列說法正確的是( ) 圖3 A．電阻R2上的熱功率為 W B．0.02 s時滑動變阻器R兩端的電壓瞬時值為零 C．線圈產生的e隨時間t變化的規(guī)律是 e＝10cos 100πt (V) D．線圈開始轉動到t＝ s的過程中，通過R1的電荷量為 C 解析 R總＝R1＋＋＝R0＝10 Ω，I＝ A＝1 A，UR2＝ V，根據公式P＝得電阻R2上的熱功率為PR2＝ W，故A正確；0.02 s通過線圈的磁通量為零，感應電動勢最大，故B錯誤；T＝0.02 s，ω＝＝100π rad/s，E＝10 V＋12 V＝12 V，e＝12cos 100πt(V)，故C錯誤；電動勢的最大值為Em＝12 V＝nBSω，Φm＝BS＝(Wb)，Φ＝sin 100πt(Wb)，線圈開始轉動到t＝ s的過程中，通過電阻的電量為＝ C，故D正確． 答案 AD 以題說法 1.線圈通過中性面時的特點 (1)穿過線圈的磁通量最大； (2)線圈中的感應電動勢為零； (3)線圈每經過中性面一次，感應電流的方向改變一次． 2．交流電“四值”的應用 (1)最大值：分析電容器的耐壓值； (2)瞬時值：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：電表的讀數及計算電熱、電功、電功率及保險絲的熔斷電流； (4)平均值：計算通過電路截面的電荷量． (xx天津7)如圖4甲所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉動，產生的交變電動勢圖象如圖乙中曲線a、b所示，則( ) 圖4 A．兩次t＝0時刻線圈平面均與中性面重合 B．曲線a、b對應的線圈轉速之比為2∶3 C．曲線a表示的交變電動勢頻率為25 Hz D．曲線b表示的交變電動勢有效值為10 V 答案 AC 解析 A．從圖象可知，兩次轉動都是從中性面開始計時的，故A正確．B.從圖象可知，曲線a、b對應的線圈轉動的周期之比為2∶3，則轉速之比為3∶2，故B錯誤．C.由圖象可知曲線a的周期Ta＝410－2 s，則曲線a表示的交變電動勢頻率fa＝＝25 Hz，故C正確．D.交變電動勢的最大值Em＝NBSω，則曲線a、b表示的交變電動勢的峰值之比為Ema∶Emb＝ωa∶ωb＝3∶2，即Emb＝Ema＝10 V，故曲線b表示的交變電動勢的有效值為E有＝ V＝5 V，D錯誤． 考向3 變壓器和遠距離輸電問題 例3 (xx湖北省八校第二次聯(lián)考)如圖5為學校配電房向各個教室的供電示意圖，T為理想變壓器，V1、A1為監(jiān)控市電供電端的電壓表和電流表，V2、A2為監(jiān)控校內變壓器的輸出電壓表和電流表，R1、R2為教室的負載電阻，V3、A3為教室內的監(jiān)控電壓表和電流表，配電房和教室間有相當長的一段距離，則當開關S閉合時( ) 圖5 A．電流表A1、A2和A3的示數都變大 B．只有電流表A1的示數變大 C．電壓表V3的示數變小 D．電壓表V2和V3的示數都變小 解析 開關S閉合，負載的總電阻減小，又副線圈的電壓U2不變，所以副線圈的電流增大，電流表A2示數變大，根據變流規(guī)律可得原線圈電流增大，電流表A1示數增大，配電房和教室間有相當長的一段距離，導線所耗電壓增大，故并聯(lián)電路的電壓減小，即電壓表V3示數減小，所以電流表A3的示數減小，所以A、B錯誤，C正確；副線圈電壓不變，即V2示數不變，所以D錯誤． 答案 C 以題說法 理想變壓器動態(tài)分析的兩種情況 1．負載電阻不變，討論變壓器原、副線圈兩端的電壓、電流、電功率等隨匝數比的變化情況． 2．匝數比不變，討論變壓器原、副線圈兩端的電壓、電流、電功率等隨負載電阻的變化情況． 不論哪種情況，要注意兩點：一、根據題意分清變量和不變量；二、弄清“誰決定誰”的制約關系．對電壓而言，輸入決定輸出；對電流、電功(率)而言，輸出決定輸入． (xx江蘇3)遠距離輸電的原理圖如圖6所示，升壓變壓器原、副線圈的匝數分別為n1、n2，電壓分別為U1、U2，電流分別為I1、I2，輸電線上的電阻為R.變壓器為理想變壓器，則下列關系式中正確的是( ) 圖6 A.＝ B．I2＝ C．I1U1＝IR D．I1U1＝I2U2 答案 D 解析 根據理想變壓器的工作原理得I1U1＝I2U2、＝.U2不是加在R兩端的電壓，故I2≠，而I1U1等于R上消耗的功率IR與下一級變壓器的輸入功率之和．選項D正確． 考向4 交變電流的綜合問題分析 例4 如圖7甲是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩極M、N間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，A為理想交流電流表，V為理想交流電壓表．內阻不計的矩形線圈繞垂直于磁場方向的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉動，矩形線圈通過滑環(huán)接一理想變壓器，滑動觸頭P上下移動時可改變變壓器副線圈的輸出電壓，副線圈接有可調電阻R，從圖示位置開始計時，發(fā)電機線圈中產生的交變電動勢隨時間變化的圖象如圖乙所示，以下判斷正確的是( ) 圖7 A．電壓表的示數為10 V B．0.01 s時發(fā)電機線圈平面與磁場方向平行 C．若P的位置向上移動、R的大小不變時，電流表讀數將減小 D．若P的位置不變、R的大小不變，而把發(fā)電機線圈的轉速增大一倍，則變壓器的輸入功率將增大到原來的4倍 審題突破 由題圖乙可知交流電的哪些信息？P的位置向上移動，原、副線圈的電壓有何變化？ 解析 電壓表顯示的為有效值，示數為10 V，A正確；0.01 s時感應電動勢最大，故線圈平面與磁場方向平行，故B正確；若P的位置向上移動，匝數比減小，副線圈電壓增大，R的大小不變時，電流表讀數將增大，故C錯誤；若P的位置不變、R的大小不變，而把發(fā)電機線圈的轉速增大一倍，電壓增大為原來的2倍，則變壓器的輸入功率將增大到原來的4倍，故D正確． 答案 ABD 以題說法 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、安培力、閉合電路歐姆定律的綜合應用等，解答時應注意以下兩點： 1．分清交流電路“四值”的不同計算方法和物理意義． 2．學會將直流電路、閉合電路歐姆定律的知識應用在交流電路中． 如圖8所示，邊長為L、匝數為N，電阻不計的正方形線圈abcd在磁感應強度為B的勻強磁場中繞轉軸OO′轉動，軸OO′垂直于磁感線，在線圈外接一含有理想變壓器的電路，變壓器原、副線圈的匝數分別為n1和n2.保持線圈以恒定角速度ω轉動，下列判斷正確的是( ) 圖8 A．在圖示位置時線框中磁通量為零，感應電動勢最大 B．當可變電阻R的滑片P向上滑動時，電壓表V2的示數變大 C．電壓表V1示數等于NBωL2 D．變壓器的輸入與輸出功率之比為1∶1 答案 AD 解析 當線框轉到如圖所示位置，穿過線框的磁通量為0，但線框中產生的感應電動勢最大，故選項A正確；電壓表V2測量的是副線圈的電壓，副線圈電壓由原線圈電壓決定，與負載電阻變化無關，故選項B錯誤；電壓表V1示數為有效值，等于u1＝＝，故選項C錯誤；理想變壓器輸入功率等于輸出功率，則選項D正確. (限時：40分鐘) 題組1 直流電路的動態(tài)分析 1．(xx天津2)如圖1所示，電路中R1、R2均為可變電阻，電源內阻不能忽略，平行板電容器C的極板水平放置，閉合電鍵S，電路達到穩(wěn)定時，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動．如果僅改變下列某一個條件，油滴仍能靜止不動的是( ) 圖1 A．增大R1的阻值 B．增大R2的阻值 C．增大兩板間的距離 D．斷開電鍵S 答案 B 解析 增大R1的阻值，穩(wěn)定后電容器兩板間的電壓升高，帶電油滴所受電場力增大，將向上運動，A錯誤；電路穩(wěn)定后，電容器相當于斷路，無電流通過電阻R2，故R2兩端無電壓，所以，增大R2的阻值，電容器兩板間的電壓不變，帶電油滴仍處于靜止狀態(tài)，B正確；增大兩板間的距離，兩板間的電壓不變，電場強度減小，帶電油滴所受電場力減小，將向下運動，C錯誤；斷開電鍵S后，兩板間的電勢差為零，帶電油滴只受重力作用，將向下運動，D錯誤． 2．如圖2所示是一火警報警電路的示意圖．其中R3為用某種材料制成的傳感器，這種材料的電阻率隨溫度的升高而增大．值班室的顯示器為電路中的電流表，電源兩極之間接一報警器．當傳感器R3所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是( ) 圖2 A．I變大，U變小 B．I變小，U變大 C．I變小，U變小 D．I變大，U變大 答案 D 解析 當傳感器R3所在處出現(xiàn)火情時，R3的電阻增大，外電路總電阻增大，根據閉合電路歐姆定律得知，干路電流I0減小，路端電壓U＝E－I0r變大，即報警器兩端的電壓U變大．傳感器R3與電阻R2并聯(lián)部分的電壓U并＝E－I0r－I′R1，干路電流I0減小，通過R1的電流I′減小，故U并變大，電流表的讀數變大． 3．(xx四川高三“聯(lián)測促改”)xx年諾貝爾物理學獎授予了兩位發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻”效應的物理學家，某探究小組查到某磁敏電阻在室溫下的電阻隨磁感應強度變化曲線如圖3甲所示，其中R、R0分別表示有、無磁場時磁敏電阻的阻值．為研究其磁敏特性設計了圖乙所示電路．關于這個探究實驗，下列說法中正確的是( ) 圖3 A．閉合開關S，圖乙中只增加磁感應強度的大小時，電壓表的示數增大 B．閉合開關S，圖乙中只改變磁場方向，電壓表的示數減小 C．閉合開關S，圖乙中只增加磁感應強度的大小時，流過aP段的電流可能減小 D．閉合開關S，圖乙中只增加磁感應強度的大小時，電源的輸出功率可能增大 答案 AD 解析 由題圖，磁敏電阻的阻值只與磁感應強度的大小有關，故B錯誤；隨著磁感應強度變大，電阻變大，閉合開關S，圖乙中只增加磁感應強度的大小時，磁敏電阻的阻值變大，電壓表的示數增大，故A正確；增加磁感應強度，aP段的兩端電壓增加，而電阻沒變，故通過aP的電流一定增大，故C錯誤；如果原來的外電阻小于內電阻，增加磁感應強度的大小時，磁敏電阻的阻值變大，可能使得外電路電阻等于電源的內阻，此時電源的輸出功率最大，故電源輸出功率可能增大，故D正確． 題組2 交流電的產生和描述 4．一個匝數為100匝，電阻為0.5 Ω的閉合線圈處于某一磁場中，磁場方向垂直于線圈平面，從某時刻起穿過線圈的磁通量按如圖4所示規(guī)律變化．則線圈中產生交變電流的有效值為( ) 圖4 A．5 A B．2 A B．6 A D．2 A 答案 B 解析 0～1 s時間內，感應電動勢為E1＝nΔΦ1/Δt1＝1 V，電流為2 A；1～1.2 s內，感應電動勢E2＝nΔΦ2/Δt2＝5 V，感應電流為10 A，一個周期內發(fā)熱量為IRt1＋IRt2＝I2R(t1＋t2)，得I＝2 A，B正確． 5．如圖5所示，在勻強磁場中勻速轉動的矩形線圈的周期為0.02 s，轉軸O1O2垂直于磁場方向，線圈總電阻為2 Ω，匝數為100匝．從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，t＝ s時線圈中感應電流為1 A．那么( ) 圖5 A．線圈中感應電流的有效值為2 A B．線圈轉動一周產生的焦耳熱為0.16 J C．t＝ s時穿過線圈磁通量的變化率為0.02 Wb/s D．線圈中的感應電動勢瞬時值表達式為e＝4sin 100πt(V) 答案 C 解析 由于從中性面開始，感應電流的瞬時值表達式為：i＝Imcos t(A)，將t＝ s代入可得，Im＝2 A，因此感應電流的有效值為I＝＝ A，A錯誤；線圈轉動一周產生的焦耳熱Q＝I2Rt＝()220.02 J＝0.08 J，B錯誤；線圈中的感應電動勢的瞬時值表達式e＝Umcos t(V)＝ImRcos t(V)＝4cos 100πt(V)，D錯誤；而t＝ s時有瞬時值e＝4cos V＝2 V，而根據法拉第電磁感應定律，e＝n，因此t＝ s時穿過線圈磁通量的變化率為＝0.02 WB/s，C正確． 6．如圖6甲所示，矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉軸在勻強磁場中勻速轉動，輸出交流電的電動勢圖象如圖乙所示，則( ) 圖6 A．t＝0.01 s時刻穿過線框回路的磁通量變化率為零 B．t＝0.02 s時刻穿過線框回路的磁通量為零 C．線圈轉動周期為0.01 s D．電動勢有效值為22 V 答案 AD 解析 t＝0.01 s和t＝0.02 s時刻感應電動勢等于零，所以穿過線框回路的磁通量變化率為零，但此時穿過線框的磁通量最大，故A正確，B錯誤；由題圖乙可知T＝0.02 s，故C錯誤；根據正弦式交變電動勢有效值和峰值的關系可得，該交變電動勢的有效值為E＝22 V，故D正確． 題組3 變壓器和遠距離輸電問題 7．(xx山東17)如圖7所示，將額定電壓為60 V的用電器，通過一理想變壓器接在正弦交變電源上．閉合開關S后，用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數分別為220 V和2.2 A．以下判斷正確的是( ) 圖7 A．變壓器輸入功率為484 W B．通過原線圈的電流的有效值為0.6 A C．通過副線圈的電流的最大值為2.2 A D．變壓器原、副線圈匝數比n1∶n2＝11∶3 答案 BD 解析 變壓器的輸入功率P1＝P2＝I2U2＝2.260 W＝132 W，選項A錯誤；由＝得＝＝＝，選項D正確；由＝得I1＝I2＝2.2 A＝0.6 A，選項B正確；根據I＝得通過副線圈的電流的最大值I2m＝I2＝2.2 A，選項C錯誤． 8．(xx福建16)圖8為模擬遠距離輸電實驗電路圖，兩理想變壓器的匝數n1＝n4
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