1.(2020北京卷)圖甲表示某金屬絲的電阻R隨攝氏溫度t變化的情況。把這段金屬絲與電池、電流表串聯(lián)起來(lái)(圖乙),用這段金屬絲做測(cè)溫探頭,把電流表的刻度改為相應(yīng)的溫度刻度,就得到了一個(gè)簡(jiǎn)易溫度計(jì)。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.tA應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上,且溫度與電流是線性關(guān)系B.tA應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上,且溫度與電流是非線性關(guān)系C.tB應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上,且溫度與電流是線性關(guān)系D.tB應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上,且溫度與電流是非線性關(guān)系
情境剖析本題屬于應(yīng)用性、創(chuàng)新性題目,以“簡(jiǎn)易溫度計(jì)改裝”為素材創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)探索問(wèn)題情境。素養(yǎng)能力本題通過(guò)閉合電路歐姆定律的應(yīng)用很好地考查了考生的科學(xué)思維素養(yǎng),對(duì)考生的理解能力、邏輯推理能力和分析綜合能力有一定要求。
解析 由題圖甲可知,tA點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電阻阻值較小,由閉合電路歐姆定律知對(duì)應(yīng)電路中的電流較大,故tA應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上;而tB點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電阻阻值較大,由閉合電路歐姆定律知對(duì)應(yīng)電路中的電流較小,故tB應(yīng)標(biāo)在電流較小的刻度上;由題圖甲得R=R0+kt,其中R0為圖線的縱截距,由閉合電路歐姆定
2.(多選)(2020江蘇卷)某汽車的電源與啟動(dòng)電機(jī)、車燈連接的簡(jiǎn)化電路如圖所示。當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí),開(kāi)關(guān)S閉合,電機(jī)工作,車燈突然變暗,此時(shí)(　　)A.車燈的電流變小B.路端電壓變小C.電路的總電流變小D.電源的總功率變大
情境剖析本題屬于應(yīng)用性題目,以“汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、車燈電路”為素材創(chuàng)設(shè)生活實(shí)踐問(wèn)題情境。素養(yǎng)能力本題通過(guò)閉合電路歐姆定律動(dòng)態(tài)分析和功率問(wèn)題,考查考生的模型構(gòu)建、科學(xué)推理等科學(xué)思維素養(yǎng),對(duì)考生的理解能力、模型構(gòu)建能力和邏輯推理能力有一定要求。
解析 開(kāi)關(guān)S閉合,電路中總電阻減小,總電流變大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電源的內(nèi)電壓U內(nèi)=Ir變大,外電壓U=E-U內(nèi)變小,選項(xiàng)B正確;車燈的電流IL= 變小,選項(xiàng)A正確;電源的總功率P總=EI變大,選項(xiàng)D正確。
3.(2020山東卷)圖甲中的理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2=22∶3,輸入端a、b所接電壓u隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示。燈泡L的電阻恒為15 Ω,額定電壓為24 V。定值電阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為10 Ω。為使燈泡正常工作,滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻應(yīng)調(diào)節(jié)為(　　)
A.1 ΩB.5 ΩC.6 ΩD.8 Ω
情境剖析本題屬于應(yīng)用性題目,以“理想變壓器模型”為素材創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)探索問(wèn)題情境。素養(yǎng)能力本題通過(guò)變壓器原理的應(yīng)用很好地考查了考生的科學(xué)思維素養(yǎng),對(duì)考生的理解能力和邏輯推理能力有一定要求。
4.(2020浙江卷)如圖所示,某小型水電站發(fā)電機(jī)的輸出功率P=100 kW,發(fā)電機(jī)的電壓U1=250 V,經(jīng)變壓器升壓后向遠(yuǎn)處輸電,輸電線總電阻R線=8 Ω,在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4=220 V。已知輸電線上損失的功率P線=5 kW,假設(shè)兩個(gè)變壓器均是理想變壓器,下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.發(fā)電機(jī)輸出的電流I1=40 AB.輸電線上的電流I線=625 AC.降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4=190∶11D.用戶得到的電流I4=455 A
情境剖析本題屬于應(yīng)用性題目,以“遠(yuǎn)距離輸電”為素材創(chuàng)設(shè)生活實(shí)踐問(wèn)題情境。素養(yǎng)能力本題通過(guò)變壓器原理和遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題,考查了考生模型構(gòu)建、科學(xué)推理等科學(xué)思維素養(yǎng),對(duì)考生的理解能力、模型構(gòu)建能力和邏輯推理能力有一定要求。
5.(多選)(2021河北卷)如圖,發(fā)電機(jī)的矩形線圈長(zhǎng)為2L、寬為L(zhǎng),匝數(shù)為N,放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)分別為n0、n1和n2,兩個(gè)副線圈分別接有電阻R1和R2。當(dāng)發(fā)電機(jī)線圈以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),理想電流表讀數(shù)為I。不計(jì)線圈電阻,下列說(shuō)法正確的是(　　)
情境剖析本題以“發(fā)電機(jī)和變壓器”為素材創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)探索問(wèn)題情境。素養(yǎng)能力本題通過(guò)交變電流的產(chǎn)生和變壓器原理,考查了考生模型構(gòu)建、科學(xué)推理等科學(xué)思維素養(yǎng),對(duì)考生的理解能力、模型構(gòu)建能力和邏輯推理能力有較高要求。
1.閉合電路動(dòng)態(tài)分析的三種常用方法方法1:程序法
方法2:結(jié)論法　——“串反并同”
“串反”:指某一電阻增大(減小)時(shí),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)?！安⑼?指某一電阻增大(減小)時(shí),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)。
方法3:極限法變阻器滑片滑動(dòng)引起電路變化的問(wèn)題,可將變阻器的滑片分別滑至兩個(gè)極端,使電阻最大或電阻為零去討論。
2.直流電路分析與計(jì)算時(shí)兩種電路的比較
溫馨提示電動(dòng)機(jī)卡住時(shí)所在電路仍為純電阻電路,此時(shí)電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻即為一個(gè)普通的發(fā)熱電阻,歐姆定律仍適用,電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
3.閉合電路的五種常見(jiàn)圖象
[典例1](2021四川綿陽(yáng)模擬,命題點(diǎn)1)如圖所示,閉合開(kāi)關(guān)S,將滑動(dòng)變阻器R的滑片向右滑動(dòng)的過(guò)程中(　　)
A.電流表A1的示數(shù)變小B.電流表A2的示數(shù)變小C.電壓表V的示數(shù)變小D.電阻R1的電功率變大
破題:本題考查閉合電路的動(dòng)態(tài)分析,識(shí)別電路結(jié)構(gòu)、明確各電表測(cè)量哪部分電路的物理量是解答本題的關(guān)鍵。
解析 程序法:在滑動(dòng)變阻器R的滑片向右滑動(dòng)的過(guò)程中,滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻變大,電路總電阻變大,根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知,干路電流變小,選項(xiàng)A正確;由于干路電流變小,根據(jù)U外=E-Ir可知外電路兩端的電壓變大,電阻R1兩端的電壓U1=IR1變小,則并聯(lián)部分電路兩端的電壓變大,即電壓表V的示數(shù)變大,通過(guò)電阻R2的電流變大,即電流表A2的示數(shù)變大,選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤;根據(jù)P1=I2R1可知,電阻R1不變,通過(guò)R1的電流變小,則電阻R1的電功率變小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。結(jié)論法:根據(jù)“串反并同”,滑動(dòng)變阻器R的滑片向右滑動(dòng)的過(guò)程,R變大,與之間接串聯(lián)部分的電流、電壓減小,R1的電功率變小,選項(xiàng)A正確、D錯(cuò)誤;與之并聯(lián)部分的電流、電壓變大,選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤。
1.(2021河北高三模擬,命題點(diǎn)1)如圖,電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻分別為E、r,電流表和電壓表都是理想電表,在滑動(dòng)變阻器R的滑片由a向b移動(dòng)的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(　　)A.電壓表V1的示數(shù)一直變大B.電流表A的示數(shù)先變大后變小C.電壓表V1的示數(shù)變化量大小和電流表的示數(shù)變化量大小的比值不變D.電壓表V2的示數(shù)變化量大小和電流表的示數(shù)變化量大小的比值變大
解析 分析電路圖可知,電壓表V1測(cè)量的是路端電壓,電流表A測(cè)量的是回路總電流,電壓表V2測(cè)量的是定值電阻R0兩端的電壓,滑動(dòng)變阻器左右兩部分并聯(lián),在滑片由a向b移動(dòng)的過(guò)程中,并聯(lián)總電阻先增大后減小,干路總電流先變小后變大,路端電壓先增大后減小,A、B錯(cuò)誤;根據(jù)E=U+Ir,知電壓表V1的示數(shù)變化量大小和電流表的示數(shù)變化量大小的比值的絕對(duì)值等于電源的內(nèi)阻r,所以兩表示數(shù)變化量大小的比值不變,C正確;電流表測(cè)量的是干路總電流,也是流過(guò)R0的電流,根據(jù)R0= 可知電壓表V2的示數(shù)變化量大小和電流表的示數(shù)變化量大小的比值不變,D錯(cuò)誤。
2.(多選)(2021山東高三模擬,命題點(diǎn)2)某電動(dòng)車總質(zhì)量為6.75×103 kg,若它勻速前進(jìn)500 m用時(shí)250 s,該過(guò)程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入電流I=10 A,電壓為300 V,電動(dòng)車行駛時(shí)所受阻力為車總重力的 ,重力加速度g取10 m/s2,機(jī)械效率是輸出功率占輸入功率的百分比。不考慮其他損耗,下列說(shuō)法正確的是(　　)A.驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入功率為3 000 WB.電動(dòng)車的機(jī)械功率為2 500 WC.驅(qū)動(dòng)電機(jī)的內(nèi)阻為3 ΩD.驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械效率為85%
3.(2021北京西城區(qū)高三一模,命題點(diǎn)3)如圖所示的U-I圖象中,直線A為電源的路端電壓與電流的關(guān)系,直線B、C分別是電阻R1、R2的電壓與電流的關(guān)系。若將這兩個(gè)電阻分別直接與該電源連接成閉合電路,則(　　)A.兩個(gè)電阻的電功率相等B.R1接在電源上時(shí),電源的輸出功率較大C.R2接在電源上時(shí),電源內(nèi)阻的熱功率較大D.兩種情況下,電源中非靜電力做功的功率相等
解析 由兩圖線的交點(diǎn)讀出,R1接在電源上時(shí)U1=0.5U0,I1=0.5I0。電源的輸出功率P1=U1I1=0.25U0I0,R2接在電源上時(shí)電壓U2=0.75U0,通過(guò)R2的電流I2=0.25I0,則電源的輸出功率P2=U2I2= U0I0,所以R1接在電源上時(shí),電源的輸出功率較大,A錯(cuò)誤,B正確;由題圖可知,電源接R1時(shí)電路中的電流大,所以電源內(nèi)阻的熱功率較大,C錯(cuò)誤;電源非靜電力做功的功率為P=IE,所以電流大的,非靜電力的功率大,D錯(cuò)誤。
(1)理解兩個(gè)特殊位置的磁通量、磁通量的變化率、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流方向的特點(diǎn):線圈與中性面重合時(shí),S⊥B,Φ最大, =0,e=0,i=0,電流方向?qū)l(fā)生改變;線圈與中性面垂直時(shí),S∥B,Φ=0, 最大,e最大,i最大,電流方向不變。
(2)區(qū)分交變電流的峰值、瞬時(shí)值、有效值和平均值。(3)確定交變電流中電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流的有效值后就可以運(yùn)用直流電路的規(guī)律處理交流電路中的有關(guān)問(wèn)題。
2.理想變壓器原副線圈中各物理量的三個(gè)制約關(guān)系(1)電壓制約:輸出電壓U2由輸入電壓U1決定,即 。
(2)電流制約:原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定,
(3)功率制約:變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定,原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定,即P1=P2　。
溫馨提示原線圈串聯(lián)或并聯(lián)負(fù)載時(shí)的解題策略:原線圈端串聯(lián)分壓電阻時(shí),輸入端前端電壓等于分壓電阻電壓和變壓器輸入電壓之和;原線圈并聯(lián)電阻時(shí),輸入端總電流等于分流電阻電流與原線圈電流之和。
3.理想變壓器動(dòng)態(tài)分析的兩種情況
4.遠(yuǎn)距離輸電三個(gè)關(guān)系
溫馨提示理想變壓器能變電壓、電流,但不能變功率、頻率;對(duì)遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題要區(qū)別輸電電壓和輸電線上損耗的電壓。
[典例2](多選)(2021河北保定高三第一次模擬,命題點(diǎn)3)一交流發(fā)電機(jī)組為某用戶區(qū)供電的示意圖如圖所示,發(fā)電機(jī)組能輸出穩(wěn)定的電壓。升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為n1∶n2=1∶10。線圈兩端的電壓分別為U1、U2。輸電線的總電阻為r,降壓變壓器的原、副線圈匝數(shù)之比為n3∶n4=10∶1,線圈兩端電壓分別為U3、U4,L是用戶區(qū)里一常亮的燈泡,三個(gè)回路的干路電流分別為I1、I2、I3,隨著用電高峰的到來(lái),用戶區(qū)開(kāi)啟了大量的用電器,下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.電壓U4不變,始終等于U1B.電流I1始終等于I3C.L變暗D.輸電線的電阻消耗的功率減小思維點(diǎn)撥解答這類問(wèn)題關(guān)鍵要理解“三個(gè)回路”:一是發(fā)電機(jī)與升壓變壓器原線圈組成一個(gè)回路;升壓變壓器副線圈與降壓變壓器原線圈組成一個(gè)回路;降壓變壓器副線圈與用電器組成一個(gè)回路。?
素養(yǎng)提升輸電線路功率損失的計(jì)算方法
4.(2021遼寧丹東高三一模,命題點(diǎn)1)圖甲為一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)的示意圖,單匝線圈繞OO'軸轉(zhuǎn)動(dòng),若從某位置開(kāi)始計(jì)時(shí),產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示,已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為r,外接燈泡的電阻為9r,下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.線圈是從垂直中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí)的B.電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為e=6 sin 50πt(V)C.電流方向每秒改變50次D.理想電壓表示數(shù)為5.4 V
5.(2020山東卷T5衍生題,命題點(diǎn)2)如圖甲所示,理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1,原線圈輸入的交變電壓如圖乙所示,電阻R=22 Ω,則(　　)
A.交變電壓的頻率為100 HzB.t=0.005 s時(shí)電壓表的讀數(shù)為22 VC.t=0.01 s時(shí)電流表讀數(shù)為1 AD.該變壓器原線圈的輸入功率為22 W
6.(2021山東高三一模,命題點(diǎn)3)“新疆準(zhǔn)東—安徽皖南”±1 100 kV特高壓直流輸電工程是目前世界上電壓等級(jí)最高、輸送容量最大、輸送距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的輸電工程,輸電容量1 200萬(wàn)千瓦。輸電線路流程可簡(jiǎn)化為
送端換流站接入550 kV交流→升壓變壓器→整流成1 100 kV直流輸送→逆變成交流→降壓變壓器→受端換流站接入500 kV交流系統(tǒng)
若直流輸電線電阻為10 Ω,不計(jì)變壓器與整流等造成的能量損失,直流變交流時(shí),有效值不會(huì)變大。當(dāng)輸電線路電流為5×103 A時(shí),下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.輸電功率為1.2×1010 WB.輸電導(dǎo)線上損失的功率為2.5×108 W,損失的電壓為50 kVC.降壓變壓器匝數(shù)比為11∶5D.若保持輸送功率不變,用550 kV輸電,用戶得到的功率比1 100 kV輸電時(shí)減少1×109 W
1×109 W,則用戶得到的功率比1 100 kV輸電時(shí)減少ΔP'-ΔP

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