新高考物理二輪復習講義課件第1部分專題4 第10講　直流電路與交變電流（含解析）-課件下載-教習網

第10講　直流電路與交變電流
1.命題角度：(1)直流電路的分析與計算；(2)交變電流的產生與描述；(3)變壓器與遠距離輸電.2.常用方法：直流電路和變壓器的動態(tài)分析法，計算有效值的等效法.3.?？碱}型：選擇題.
考點一　直流電路的分析與計算
考點二　交變電流的產生
考點三　變壓器與遠距離輸電
1.閉合電路歐姆定律的三個公式(1)E＝U外＋U內；(任意電路)(2)E＝U外＋Ir；(任意電路)(3)E＝I(R＋r).(純電阻電路)
2.動態(tài)電路分析的三種方法(1)程序法：部分電路阻值變化→電路總電阻R總變化→干路電流I變化→路端電壓U變化→各支路電流、電壓變化，即(2)串反并同法：所謂“串反”，即某一電阻阻值增大(減小)時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端的電壓、電功率都減小(增大).所謂“并同”，即某一電阻阻值增大(減小)時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端的電壓、電功率都增大(減小).
(3)極限法：因滑動變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩個極端，使滑動變阻器接入電路的電阻最大或電阻為零去討論.
3.電容器的特點(1)只有當電容器充、放電時，電容器所在支路中才會有電流，當電路穩(wěn)定時，電容器所在的支路相當于斷路.(2)電路穩(wěn)定時，與電容器串聯(lián)的電路中沒有電流，同支路的電阻相當于導線，電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓.
例1　(2022·上海市松江區(qū)一模)如圖電路中，電阻R隨溫度升高均勻增大，用這個電阻做探頭測溫，把電流表的刻度改為相應的溫度刻度.下列說法正確的是
A.低溫對應電流較大的刻度上，且溫度刻度均勻B.低溫對應電流較大的刻度上，且溫度刻度不均勻C.高溫對應電流較大的刻度上，且溫度刻度均勻D.高溫對應電流較大的刻度上，且溫度刻度不均勻
當溫度升高時，電阻R增大，電路中總電阻增大，根據閉合電路的歐姆定律，電路中的電流減小，即高溫對應電流較小的刻度上；同理分析可知低溫對應電流較大的刻度上；由題意知電阻R隨溫度升高均勻增大，
所以溫度刻度是不均勻的，所以A、C、D錯誤，B正確.
例2　(2022·山東濟寧市高三期末)如圖所示，電源的電動勢和內阻分別為E和r，在滑動變阻器的滑片P由a向b緩慢移動的過程中，下列說法正確的是A.電路的總電阻先減小后增大B.電源的總功率先增大后減小C.電容器所帶電荷量先減少后增多D.電源的效率先減小后增大
滑動變阻器Pa段與Pb段并聯(lián)，然后與R1 和電源串聯(lián)，滑片P位于a、b中點時并聯(lián)部分電阻最大，則滑片從a向b緩慢移動的過程中，電路的總電阻先增大后減小，故A錯誤；
由閉合電路歐姆定律可知干路中的電流先減小后增大，因此電源總功率P＝EI先減小后增大，故B錯誤；R1兩端的電壓先減小后增大，它與電容器并聯(lián)，根據Q＝CU可知電容器所帶電荷量先減少后增多，故C正確；
電源的效率η＝ ×100%＝ ×100%，滑片從a向b緩慢移動的過程中，路端電壓為U＝E－Ir，由于I先減小后增大，因此U先增大后減小，可知電源效率先增大后減小，故D錯誤.
例3　(2021·湖南省1月適應性考試·4)有四個電源甲、乙、丙、丁，其路端電壓U與電流I的關系圖像分別如圖(a)、(b)、(c)、(d)所示.將一個6 Ω的定值電阻分別與每個電源的兩極相接，使定值電阻消耗功率最大的電源是
A.甲電源 B.乙電源C.丙電源 D.丁電源
U－I圖像的斜率的絕對值表示電源的內阻，由題圖知丁電源內阻r最小，再由P＝( )2·R知，r越小，定值電阻消耗的功率越大，故選D.
1.當R一定、r變化(針對不同電源)時，由P出＝知，r越大，P出越小.
2.當r一定、R變化時，P出隨R的變化情況可通過下面兩個圖像進行分析.
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)非正弦式交變電流：計算有效值時，要根據電流的熱效應，即“一個周期”內“相同電阻”上產生“相同熱量”，然后分段求和列式，求得有效值.
3.正弦式交流電“四值”的應用
例4　圖甲是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩磁極N、S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.線圈繞垂直于磁場的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉動，已知發(fā)電機線圈電阻為5 Ω，外接一只阻值為5 Ω的電阻R，不計電路的其他電阻，已知電阻R兩端的電壓隨時間變化的圖像如圖乙所示.則A.線圈的轉速為100 r/sB.交流電流表的示數為 s時線圈平面與磁場方向平行D.電阻R在1分鐘內產生的熱量為4 800 J
由題圖乙可知，交變電流的周期為0.02 s，所以線圈的轉速為n＝＝50 r/s，A錯誤；
電阻R兩端的電壓的有效值為20 V，交流電流表的示數為有效值，其值為I＝＝4 A，B錯誤；
0.01 s時電壓為零，則感應電動勢為零，線圈處于中性面位置，C錯誤；電阻R在1分鐘內產生的熱量為Q＝I2Rt＝4 800 J，D正確.
例5　(2022·河北省模擬)某周期性變化電流隨時間變化的規(guī)律如圖所示，已知該電流的有效值為 A，則該交流電的周期為
A.37.5 s B.40 sC.42.5 s D.45 s
設周期為T，由題可知，根據電流的熱效應有I有效2RT＝I12Rt1＋I22Rt2＋I32R(T－t1－t2)，把t1＝10 s，t2＝(20－10) s＝10 s，I1＝3 A，I2＝4 A，I3＝2 A，
代入解得T＝42.5 s，故選C.
1.三個關系搞清變壓器問題(1)變與不變的關系：不變的是功率關系、磁通量的變化率和周期頻率.理想變壓器工作不損失能量，即輸入功率等于輸出功率；原、副線圈交變電流頻率相同；在沒有漏磁時，原、副線圈磁通量的變化率相同.(2)高與低，大與小，多與少，粗與細的關系：電壓高的線圈電流小，匝數多，導線細；電壓低的線圈電流大，匝數少，導線粗.(3)正比與反比的關系：原、副線圈的電壓與匝數成正比，單一副線圈的變壓器電流與匝數成反比.
2.遠距離輸電問題(1)理清三個回路
3.輸電線路功率損失的計算(1)輸送功率P、用戶得到的功率P′與線路損失功率P損的關系：P損＝P－P′.(2)P損＝I線2R線＝＝ΔU·I線，I線為輸電線路上的電流，ΔU為輸電線路上損失的電壓，R線為輸電線路的電阻.
例6　(2022·山東卷·4)如圖所示的變壓器，輸入電壓為220 V，可輸出12 V、18 V、30 V電壓，匝數為n1的原線圈中電壓隨時間變化為u＝Umcs (100πt).單匝線圈繞過鐵芯連接交流電壓表，電壓表的示數為0.1 V.將阻值為12 Ω的電阻R接在BC兩端時，功率為12 W.下列說法正確的是A.n1為1 100匝，Um為220 VB.BC間線圈匝數為120匝，流過R的電流為1.4 AC.若將R接在AB兩端，R兩端的電壓為18 V，頻率為 100 HzD.若將R接在AC兩端，流過R的電流為2.5 A，周期為0.02 s
變壓器的輸入電壓為220 V，原線圈的交流電的電壓與時間成余弦函數關系，
解得原線圈為2 200匝，A錯誤；根據題圖可知，當原線圈輸入電壓為220 V時，
則BC間的線圈匝數為120匝，
若將R接在AB兩端，根據題圖可知，當原線圈輸入電壓為220 V時，AB間的電壓應該為18 V.根據交流電原線圈電壓的表達式可知，交流電的角速度為100π rad/s，
若將R接在AC兩端，根據題圖可知，當原線圈輸入電壓為220 V時，AC間的電壓應該為30 V，
例7　(多選)(2021·山東卷·9)輸電能耗演示電路如圖所示.左側變壓器原、副線圈匝數比為1∶3，輸入電壓為7.5 V的正弦交流電.連接兩理想變壓器的導線總電阻為r，負載R的阻值為10 Ω.開關S接1時，右側變壓器原、副線圈匝數比為2∶1，R上的功率為10 W；接2時，匝數比為1∶2，R上的功率為P.以下判斷正確的是
A.r＝10 Ω B.r＝5 ΩC.P＝45 W D.P＝22.5 W
當開關S接2時，設輸電電流為I，則右側變壓器副線圈中的電流為0.5I；
解得I＝3 A，則R上的功率P＝(0.5I)2R＝22.5 W，故選B、D.
1.(多選)(2022·山東省模擬)某電動車總質量為6.75×103 kg，若它勻速前進500 m用時250 s，該過程中驅動電機的輸入電流I＝10 A，電壓為300 V，電動車行駛時所受阻力大小為車總重力大小的，重力加速度g取10 m/s2，機械效率是輸出功率占輸入功率的百分比.不考慮其他損耗，下列說法正確的是A.驅動電機的輸入功率為3 000 WB.電動車的機械功率為2 500 WC.驅動電機的內阻為3 ΩD.驅動電機的機械效率為85%
驅動電機的輸入功率為P入＝UI＝300×10 W＝3 000 W，選項A正確；
設驅動電機的內阻為R，由能量守恒定律得P入t＝P機t＋I2Rt，解得驅動電機的內阻為R＝3 Ω，選項C正確；驅動電機的機械效率為η＝ ×100%＝90%，選項D錯誤.
2.(2022·湖北省九師聯(lián)盟高三聯(lián)考)如圖所示的電路中，變壓器為可調理想自耦式變壓器，R1為定值電阻，R2為滑動變阻器，在M、N兩端輸入恒定的正弦交流電，則下列判斷正確的是A.僅將滑片P1向上移，電壓表示數變大B.僅將滑片P1向上移，電流表示數變大C.僅將滑片P2向上移，電壓表示數變大D.僅將滑片P2向上移，電流表示數變大
僅將滑片P1向上移，原線圈匝數增大，根據變壓比，可知U2減小，根據分壓原理可知，電壓表的示數變小，A錯誤；
僅將滑片P1向上移，副線圈電壓變小，根據P＝可知電路消耗的功率減小，原線圈輸入功率變小，電流表的示數變小，B錯誤；
僅將滑片P2向上移，R2接入電路的電阻變大，因此副線圈中的電流減小，R1兩端的電壓變小，電壓表的示數變大，根據變流比，電流表的示數變小，C正確，D錯誤.
1.(多選)(2022·北京市朝陽區(qū)期末)金屬導電是一種典型的導電模型，值得深入研究.一金屬直導線的電阻率為ρ，若在其兩端加上電壓，自由電子將在靜電力作用下定向加速，但電子加速運動很短時間就會與晶格碰撞而發(fā)生散射，緊接著又定向加速，設每一次加速的時間為Δt，這個周而復始的過程可簡化為電子以速度v沿導線方向做勻速運動.我們將導線中電流與導線橫截面積的比值定義為電流密度，其大小用j表示，可以“精細”描述導線中各點電流的強弱.設該導線內電場強度大小為E，單位體積內有n個自由電子，電子電荷量為e、質量為m，電子在導線中定向運動時受到的平均阻力為Ff.則下列表達式正確的是
電子做勻速運動時，有Ff＝Ee＝ρne2v，故D錯誤.
2.(2021·福建省1月適應性考試·1)一手搖交流發(fā)電機線圈在勻強磁場中勻速轉動.轉軸位于線圈平面內，并與磁場方向垂直.產生的交變電流i隨時間t變化關系如圖所示，則A.該交變電流頻率是0.4 HzB.該交變電流有效值是0.8 AC.t＝0.1 s時，穿過線圈平面的磁通量最小D.該交變電流瞬時值表達式是i＝0.8 sin (5πt) A
t＝0.1 s時，電流最大，說明線圈與磁場方向平行，穿過線圈的磁通量為零，故C正確；線圈轉動的角速度ω＝＝5π rad/s，該交變電流的瞬時值表達式為i＝0.8sin (5πt) A，故D錯誤.
3.(多選)(2022·湖北卷·9)近年來，基于變壓器原理的無線充電技術得到了廣泛應用，其簡化的充電原理圖如圖所示.發(fā)射線圈的輸入電壓為220 V、匝數為1 100匝，接收線圈的匝數為50匝.若工作狀態(tài)下，穿過接收線圈的磁通量約為發(fā)射線圈的80%，忽略其它損耗，下列說法正確的是A.接收線圈的輸出電壓約為8 VB.接收線圈與發(fā)射線圈中電流之比約為22∶1C.發(fā)射線圈與接收線圈中交變電流的頻率相同D.穿過發(fā)射線圈的磁通量變化率與穿過接收線圈的相同
變壓器是不改變其交變電流的頻率的，故C正確；由于穿過發(fā)射線圈的磁通量與穿過接收線圈的磁通量大小不相同，所以穿過發(fā)射線圈的磁通量變化率與穿過接收線圈的不相同，故D錯誤.
4.(多選)(2022·福建莆田市二模)如圖所示是一種調壓變壓器的原理圖，線圈AB繞在一個圓形的鐵芯上，A、B端加上u＝220 sin (100πt) V的交流電壓，通過移動滑動觸頭P來調節(jié)C、D端輸出電壓.當P處于圖示位置時，原、副線圈的匝數比n1∶n2＝2∶1，現(xiàn)將一個“38 V,19 W”的燈泡接到輸出端C、D，下列操作可使燈泡正常發(fā)光的是A.僅將P順時針旋轉到合適位置B.僅將P逆時針旋轉到合適位置C.僅將燈泡并聯(lián)一個阻值為144 Ω的電阻D.僅將燈泡串聯(lián)一個阻值為144 Ω的電阻
燈泡的額定電壓為38 V，可知現(xiàn)想要將一個“38 V,19 W”的燈泡接到輸出端C、D，可以僅將P順時針旋轉到合適位置減小副線圈的匝數或串聯(lián)一個電阻，根據RL∶R＝UL∶UR，
聯(lián)立解得R＝144 Ω，故A、D正確，B、C錯誤.
5.(2022·廣東惠州市第三次調研)如圖甲所示的電路中，S為單刀雙擲開關，電表均為理想電表，Rt為熱敏電阻(阻值隨溫度的升高而減小)，理想變壓器原線圈接如圖乙所示的正弦交流電，則A.變壓器原線圈中交流電壓的表達式為u＝110 ·sin (50πt) VB.開關S接在a端，Rt溫度升高時，變壓器的輸入功率變小C.開關S接在a端，Rt溫度升高時，電壓表和電流表的示數均變大D.開關S由a切換到b，Rt消耗的功率變小
由題圖乙可知，變壓器原線圈中交流電壓的表達式為u＝110 sin (100πt) V，A錯誤；
6.(2022·陜西咸陽市一模)如圖所示，電源電動勢為E，內阻為r，R1是光敏電阻(阻值隨光照強度的增大而減小)，R2是定值電阻，C是平行板電容器，V1、V2都是理想電壓表.閉合開關S后，電容器中的帶電小球處于靜止狀態(tài).在光照強度增大的過程中，分別用ΔU1、ΔU2表示電壓表V1和電壓表V2示數變化的絕對值，且ΔU1

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