2020江蘇高考物理二輪講義：專題四第1講　直流電路與交流電路-教案下載-教習網(wǎng)

第1講　直流電路與交流電路

真題再現(xiàn)
1. (2019·高考江蘇卷)某理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為1∶10，當輸入電壓增加20 V時，輸出電壓(　　)
A.降低2 V B．增加2 V
C.降低200 V D．增加200 V
解析：選D.假設(shè)理想變壓器原線圈的輸入電壓為U1，則由變壓器的工作原理可知＝，變壓器副線圈的輸出電壓為U2＝10U1；當輸入電壓增加20 V時，即輸入電壓為(U1＋20) V，則變壓器的輸出電壓為U′2＝10(U1＋20) V，則輸出電壓的變化量為ΔU＝U′2－U2＝(10U1＋200－10U1) V＝200 V，即輸出電壓增加200 V，A、B、C錯誤，D正確.
2.　 (2019·高考江蘇卷)如圖所示的電路中，電阻R＝2 Ω.斷開S后，電壓表的讀數(shù)為3 V；閉合S后，電壓表的讀數(shù)為2 V，則電源的內(nèi)阻r為(　　)

A.1 Ω B．2 Ω
C.3 Ω D．4 Ω
解析：選A.當斷開S時，電壓表的讀數(shù)等于電源的電動勢，即E＝3 V；當閉合S時，有U＝IR，又由閉合電路歐姆定律可知，I＝，聯(lián)立解得r＝1 Ω，A正確，B、C、D錯誤.
3.(多選)(2018·高考江蘇卷)如圖所示，電源E對電容器C充電，當C兩端電壓達到80 V時，閃光燈瞬間導通并發(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85 V，閃光燈閃光一次通過的電荷量不變
解析：選BCD.充電時，通過R的電流逐漸減小，選項A錯誤；若R增大，充電的最大電流減小，充電時間變長，選項B正確；若C增大，電容器充滿電后帶的電荷量增多，則閃光燈閃光一次通過的電荷量增大，選項C正確；若E減小為85 V，電容器充滿電后電壓仍然大于閃光燈導通需要的電壓，所以閃光燈閃光一次通過的電荷量不變，選項D正確.
考情分析

命題研究
　從近幾年高考試題可以看出以下特點：應(yīng)用串并聯(lián)電路規(guī)律、閉合電路歐姆定律及部分電路歐姆定律進行電路動態(tài)分析，穩(wěn)態(tài)、動態(tài)含電容電路的分析，以及電路故障的判斷分析，交變電流的產(chǎn)生及“四值”，多以選擇題形式出現(xiàn)．變壓器的原理，電壓比、電流比及功率關(guān)系，變壓器的動態(tài)分析是考查的重點，題型以選擇題為主

　直流電路的動態(tài)分析
【高分快攻】
1．閉合電路動態(tài)變化的原因
(1)當外電路的任何一個電阻增大(或減小)時，電路的總電阻一定增大(或減小)．
(2)若開關(guān)的通斷使串聯(lián)的用電器增多，總電阻增大；若開關(guān)的通斷使并聯(lián)的支路增多，總電阻減?。?br /> (3)熱敏電阻或光敏電阻的阻值變化．
2．直流電路動態(tài)分析的三種常用方法
程序法
R局I總＝U內(nèi)＝I總r
U外＝E－U內(nèi)確定U支、I支
結(jié)論法：“串反并同”
“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).
“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)
極限法
因變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，可將變阻器的滑片分別滑至兩個極端，使電阻最大或電阻為零去討論
【典題例析】
(2019·徐州三模)在如圖所示電路中，閉合開關(guān)S，當滑動變阻器的滑動觸頭P向下滑動時，三個理想電表的示數(shù)都發(fā)生變化，電表的示數(shù)分別用I、U1、U2表示．下列判斷正確的是(　　)

A．I減小，U1增大　　　　　 B．I減小，U2增大
C．I增大，U1增大 D．I增大，U2增大
[解析]　閉合開關(guān)S，當滑動變阻器的滑動觸頭P向下滑動時，變阻器接入電路的電阻增大，外電路總電阻R增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律分析得知，干路電流I總減小，路端電壓U增大．R3兩端電壓等于路端電壓，則流過R3的電流I3增大．流過電流表的電流I＝I總－I3，I總減小，I3增大，則I減小，R1兩端電壓減小，即電壓表V1的示數(shù)U1減?。妷罕鞻2的示數(shù)U2＝U－U1，U增大，U1減小，則U2增大．所以，I減小，U1減小，U2增大．故選B.
[答案]　B
(多選)如圖所示，電源內(nèi)阻不可忽略，R1為電阻箱，R2為半導體熱敏電阻，阻值隨溫度的升高而減小，C為電容器，閉合開關(guān)S，電路達到穩(wěn)定時，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動，電壓表為理想電表，則下列判斷正確的是(　　)

A．若R1不變，當溫度降低時電壓表的示數(shù)減小
B．若R1不變，當溫度降低時油滴向上移動
C．若溫度不變，當電阻箱R1的阻值增大時，電容器C的電荷量減少
D．若R1不變，溫度不變，當電容器C兩極板間的距離增大時油滴向下移動
解析：選BCD.當溫度降低時R2增大，R總增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律知I總減小，路端電壓U＝E－I總r增大，電壓表的讀數(shù)增大，故選項A錯誤；電容器的電壓UC＝E－I總(r＋R1)增大，場強增大，油滴向上移動，故選項B正確；若環(huán)境溫度不變，R2阻值不變，當電阻箱R1的阻值增大時，R總增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律知I總減小，電容器的電壓UC＝I總R2，UC減小，電容器C的帶電荷量Q＝UCC減少，故選項C正確；若R1不變，溫度不變，電容器C兩極板間的電壓不變，當電容器C兩極板間的距離增大時，E＝減小，油滴向下移動，故選項D正確．
　交流電的產(chǎn)生及“四值”的應(yīng)用
【高分快攻】
1．兩個特殊位置的特點
(1)線圈平面與中性面重合時，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，電流方向?qū)l(fā)生改變．
(2)線圈平面與中性面垂直時，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，電流方向不改變．
2．正弦交流電“四值”的應(yīng)用

【典題例析】
(多選)(2019·高考天津卷)單匝閉合矩形線框電阻為R，在勻強磁場中繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過線框的磁通量Φ與時間t的關(guān)系圖象如圖所示．下列說法正確的是(　　 )
　
A.時刻線框平面與中性面垂直
B．線框的感應(yīng)電動勢有效值為
C．線框轉(zhuǎn)一周外力所做的功為
D．從t＝0到t＝過程中線框的平均感應(yīng)電動勢為
[解析]　由Φ－t圖象可知，時穿過線框的磁通量最大，則線框位于中性面，A錯誤；線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值應(yīng)為Em＝NBSω，又ω＝，N＝1，BS＝Φm，則整理得Em＝，因此感應(yīng)電動勢的有效值為E＝＝，B正確；由功能關(guān)系可知線框轉(zhuǎn)動一周外力所做的功等于線框中產(chǎn)生的焦耳熱，有W＝T＝，C正確；0～的過程中，線框中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢為＝＝，D錯誤．
[答案]　BC
(2018·高考全國卷Ⅲ)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.∶1
C．1∶2 D．2∶1
解析：選D.根據(jù)焦耳定律知產(chǎn)生的熱量與方波中的電流方向的變化無關(guān)，故Q方＝T；而正弦交流電電壓的有效值等于峰值的，故Q正＝T＝·T，所以＝，D正確．
　理想變壓器和遠距離輸電
【高分快攻】
1．理想變壓器問題中的兩個“弄清”
(1)弄清變量和不變量．如原線圈電壓不變，原、副線圈的匝數(shù)比不變，其他物理量可隨電路的變化而發(fā)生變化．
(2)弄清動態(tài)變化過程中的決定關(guān)系，如U2由U1決定，P1、I1由P2、I2決定．
2．解決遠距離輸電問題的一般思路
電路分析
遠距離輸電線路由升壓變壓器、輸電線、降壓變壓器和負載四部分組成
電壓關(guān)系
升壓變壓器輸入電壓U1是不變的，根據(jù)＝可以確定升壓變壓器的輸出電壓U2，輸電線上有一定的電壓損失，ΔU＝IR.降壓變壓器輸入端電壓U3＝U2－ΔU，降壓變壓器輸出電壓由＝確定
功率關(guān)系
升壓變壓器輸入功率為P1，輸電線上損失功率為ΔP＝I2R，降壓變壓器輸出功率為P2，則P1＝P2＋ΔP＝P2＋I2R
電流關(guān)系
升壓變壓器輸入電流由I1＝確定，輸出電流I2由＝確定，I2通過輸電線傳到降壓變壓器，即I3＝I2，而＝
【典題例析】
(2018·高考天津卷)教學用發(fā)電機能夠產(chǎn)生正弦式交變電流．利用該發(fā)電機(內(nèi)阻可忽略)通過理想變壓器向定值電阻R供電，電路如圖所示，理想交流電流表A、理想交流電壓表V的讀數(shù)分別為I、U，R消耗的功率為P. 若發(fā)電機線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?，則(　　)

A．R消耗的功率變?yōu)镻
B．電壓表V的讀數(shù)變?yōu)閁
C．電流表A的讀數(shù)變?yōu)?I
D．通過R的交變電流頻率不變
[解析]　交流發(fā)電機產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值Em＝NBSω，且有ω＝2πn，所以當發(fā)電機線圈轉(zhuǎn)速減半后，感應(yīng)電動勢最大值減半，有效值減半，又理想變壓器原、副線圈電壓有效值之比等于原、副線圈匝數(shù)比，故電壓表示數(shù)減為原來的一半，B項正確；由電功率P＝可知，變壓器輸出功率即R消耗的功率變?yōu)樵瓉淼?，A項錯誤；由P＝UI可知，原線圈中電流減為原來的一半，C項錯誤；交流電的頻率與發(fā)電機線圈轉(zhuǎn)動角速度成正比，故D項錯誤．
[答案]　B
【題組突破】
角度1　理想變壓器的原理
1．(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，兩燈泡均能正常發(fā)光．下列說法正確的是(　　)
A．原、副線圈匝數(shù)比為9∶1
B．原、副線圈匝數(shù)比為1∶9
C．此時a和b的電功率比為9∶1
D．此時a和b的電功率比為1∶9
解析：選AD.因為兩燈泡額定電壓相同且均正常發(fā)光，且輸入電壓為燈泡額定電壓的10倍，所以理想變壓器的輸入、輸出電壓比為9∶1，由理想變壓器變壓規(guī)律可知，原、副線圈的匝數(shù)比為9∶1，A項正確，B項錯誤；由理想變壓器變流規(guī)律可知，原、副線圈的電流比為1∶9，由電功率P＝UI可知，a和b的電功率之比為1∶9，C項錯誤，D項正確．
角度2　理想變壓器的動態(tài)分析問題
2．(2019·蘇州二模)如圖所示，理想變壓器原線圈接在交流電源上，圖中各電表均為理想電表．下列說法正確的是(　　)

A．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，R1消耗的功率變大
B．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電壓表V示數(shù)變大
C．當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，電流表A1示數(shù)變大
D．若閉合開關(guān)S，則電流表A1示數(shù)變大、A2示數(shù)變大
解析：選B.當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，滑動變阻器接入電路的電阻增大，變壓器副線圈的總負載的等效電阻增大，R1中電流減小，R1兩端電壓減小，電壓表示數(shù)變大，R1消耗的電功率變小，選項A錯誤，B正確；當滑動變阻器的滑動觸頭P向上滑動時，變壓器副線圈輸出電流減小，輸出功率減小，根據(jù)變壓器輸入功率等于輸出功率，變壓器輸入功率減小，電流表A1示數(shù)變小，選項C錯誤；若閉合開關(guān)S，變壓器副線圈的總負載的等效電阻減小，則R1中電流增大，R1兩端電壓增大，電壓表示數(shù)減小，電流表A2示數(shù)減小，電流表A1示數(shù)變大，選項D錯誤．
角度3　遠距離輸電
3．(2018·高考江蘇卷)采用220 kV高壓向遠方的城市輸電．當輸送功率一定時，為使輸電線上損耗的功率減小為原來的，輸電電壓應(yīng)變?yōu)?　　)
A．55 kV　　　　　　　　 B．110 kV
C．440 kV D．880 kV
解析：選C.設(shè)輸送功率為P，則有P＝UI，其中U為輸電電壓，I為輸電電流．為使輸電線上損耗的功率減小為原來的四分之一，由P損＝I2R(R為輸電線的電阻，恒定不變)可知應(yīng)使I變?yōu)樵瓉淼亩种?，又輸送功率不變，則輸電電壓應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?倍，即440 kV，選項C正確．

命題角度
解決方法
易錯辨析
理想變壓器的原理考查
能量守恒法、互感原理、自感原理
通過互感現(xiàn)象得出原、副線圈的電壓關(guān)系，而電流關(guān)系要根據(jù)原、副線圈功率相等來求解
變壓器原線圈接負載問題
原、副線圈功率相等，原、副線圈兩端的電壓比為匝數(shù)比
原線圈電壓是用供電電壓減去原線圈的負載電壓后得到的
理想變壓器的動態(tài)分析問題
程序法，原、副線圈電流、電壓的決定關(guān)系
弄清變化量和不變量，確定是負載電阻不變還是匝數(shù)比不變，從而明確研究問題的方向是從原線圈到副線圈，還是從副線圈到原線圈
遠距離輸電問題
損失只在線路上，求解損失電壓是關(guān)鍵
用損失功率來計算損失電壓是聯(lián)系原、副線圈的紐帶

(建議用時：25分鐘)
一、單項選擇題
1．(2019·南京二模)如圖所示的電路中，當滑動變阻器R2的滑動觸頭P向下滑動時，下列說法正確的是(　　)
A．電壓表的讀數(shù)減小
B．R1消耗的功率增大
C．電源的輸出功率增大
D．電容器C所帶電荷量增多
解析：選D.根據(jù)電路圖可知，R1、R2串聯(lián)后接在電源兩端，電容器C并聯(lián)在R2兩端，電壓表V測路端電壓．當滑動觸頭P向下滑動時，R2連入電路的電阻變大，則外電路總電阻R變大，由I＝知電流I減小，由U＝E－Ir知路端電壓增大，則電壓表示數(shù)變大，電源的輸出功率P出＝UI無法判斷．由PR1＝I2R1知，R1消耗的功率變?。蒛R2＝E－(R1＋r)I知電容器兩端電壓變大，則電容器所帶電荷量增多．綜上所述，A、B、C錯誤，D正確．
2．一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 Ω、1 Ω和4 Ω，A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)比值為(　　)

A．2 B．3
C．4 D．5
解析：選B.設(shè)理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比值為k，根據(jù)題述，當開關(guān)S斷開時，電流表示數(shù)為I，則由閉合電路歐姆定律得，U＝IR1＋U1.由變壓公式U1/U2＝k及功率關(guān)系U1I＝U2I2，可得I2/I＝k，即副線圈輸出電流為I2＝kI，U2＝I2(R2＋R3)＝kI(R2＋R3)．當開關(guān)S閉合時，電流表示數(shù)為4I，則有U＝4IR1＋U′1.由變壓器公式U′1/U′2＝k及功率關(guān)系U′1·4I＝U′2I′2，可得I′2/(4I)＝k，即副線圈輸出電流為I′2＝4kI，U′2＝I′2R2＝4kIR2；聯(lián)立解得k＝3，選項B正確．
3．(2017·高考北京卷)如圖所示，理想變壓器的原線圈接在u＝220sin 100πt(V)的交流電源上，副線圈接有R＝55 Ω的負載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為2∶1，電流表、電壓表均為理想電表．下列說法正確的是(　　)

A．原線圈的輸入功率為220 W
B．電流表的讀數(shù)為1 A
C．電壓表的讀數(shù)為110 V
D．副線圈輸出交流電的周期為50 s
解析：選B.由交流電壓的表達式可知，原線圈兩端所加的電壓最大值為220 V，故有效值為U1＝220 V，由＝，故副線圈電壓的有效值為U2＝110 V，故輸出功率P2＝＝220 W，再由輸入功率等于輸出功率知，P1＝P2＝220 W，A項錯誤；根據(jù)歐姆定律知，I2＝＝2 A，＝，得I1＝1 A，故電流表讀數(shù)為1 A，所以B項正確；電壓表的讀數(shù)為有效值，即U2＝110 V，C項錯誤；由交流電壓的表達式可知，ω＝100π(rad/s)，又T＝，解得T＝0.02 s，所以D項錯誤．
4．一自耦變壓器如圖所示，環(huán)形鐵芯上只繞有一個線圈，將其接在a、b間作為原線圈．通過滑動觸頭取該線圈的一部分，接在c、d間作為副線圈．在a、b間輸入電壓為U1的交變電流時，c、d間的輸出電壓為U2.在將滑動觸頭從M點順時針旋轉(zhuǎn)到N點的過程中(　　)
A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高
C．U2