2018年高考物理二轮复习专题08直流电路与交流电路教学案.docx

专题08 直流电路与交流电路 恒定电流主要考查以电路为核心的三部分内容:一是以部分电路的欧姆定律为中心,考查直流电路的基本概念、伏安法测电阻、电功和电热等问题;二是以闭合电路的欧姆定律为中心,考查电源的作用、闭合电路的功率分配和能量转化的关系、电路的路端电压与电源电动势和内阴天的关系;三是以电路中的电工仪表的使用为中心,考查电学实验中仪器的选取、电表的读数、实物连接、数据处理和误差分析等问题.尤其是电学知识联系实际的问题和探究实验问题是近几年高考考查的热点. 欧姆定律、焦耳定律往往与电磁感应现象相交叉渗透；电功率、焦耳热计算往往与现实生活联系较密切，是应用型、能力型题目的重要内容之一，也是高考命题热点内容之一。历届高考命题形式一是以选择、填空方式考查知识；二是与静电、磁场和电磁感应结合的综合题，值得说明的是，近年来高考在对本章的考查中，似乎更热衷于电路的故障分析.这类题通常都来自生活实际，是学生应具备的基本技能.尤其引人关注的是电路实验有成为必考题的趋势.交变电流部分的知识点不是很多，一般以难度中等或中等偏下的选择题出现。高考题型以选择题为主，重点考查交流电的产生原理、图像、表达式以及交流电的有效值，变压器的原理，远距离输电中的线路损耗问题，其中考查频度最高是交流电有效值、变压器的有关知识。本部分知识常与电场和力学知识结合在一起考查考生的综合分析能力，如带电粒子在交变电场中的运动等。虽然交流电的有关知识不属于高考物理的重点内容，但也不能因此而放弃对其基本内容的理解和掌握。因为交流电路与工农业生产和日常生活紧密结合，在近几年的高考试题中出现的频率较高。 一、直流电路1电功和电热电功WqUUIt；电热QI2Rt.(1)对纯电阻电路，电功等于电热，即电流流经纯电阻电路，消耗的电能全部转化为内能，所以WQUItI 2Rtt.(2)对非纯电阻电路(如电动机和电解槽)，电能一部分转化为内能，另一部分转化为其他形式的能(如机械能或化学能等)，所以电功必然大于电热，即WQ，这时电功只能用WUIt计算，电热只能用QI 2Rt计算，两式不能通用2闭合电路欧姆定律表达形式：EU外U内；I (I、R间关系)；UEIr(U、I间关系)；UE(U、R间关系)注意：当外电路断开时(I0)，路端电压U等于电动势E.若用理想电压表测量，则读数等于电动势，在进行断路故障分析时，常用此结论进行判断，即何处断路，何处两端电压等于电动势但用电压表直接测量时，读数却略小于电动势(因为有微弱电流流过电源而产生内压降)当外电路短路时(R0，因而U外0)，电流最大，为Im(不允许出现这种情况，因为这会把电源烧坏)3电源的功率与效率(1)电源的功率P：也称电源的总功率，是电源将其他形式的能转化为电能的功率，计算式为：PIE(普遍适用)；PI2(Rr)(只适用于外电路为纯电阻的电路)(2)电源内阻消耗功率P内：是电源内阻的热功率，也称电源的损耗功率，计算式为：P内I2r.(3)电源的输出功率P外：是外电路上消耗的功率，计算式为：P外IU外(普遍适用)；P外I2R(只适用于外电路为纯电阻的电路)(4)电源的效率：.(5)电源的输出功率(P外)与外电阻R的关系：P外.P外与R的关系图象如图4111所示由图可以看出： 图4111当Rr时，电源的输出功率最大，Pm，此时电源效率50%.当Rr时，随着R的增大输出功率越来越小当Rr时，随着R的增大输出功率越来越大当R由小于r增大到大于r时，随着R的增大输出功率先增大后减小(非单调变化)4含容电路的分析技巧电容器两极板间的电压等于与电容器并联的电阻两端的电压，与电容器串联的电阻两端的电压一定为零(有阻无流，则无电压)二、 直流电路动态分析1引起电路特征发生变化的主要原因有：滑动变阻器滑片滑动，使电路的电阻发生变化；开关的闭合、断开或换向(双掷开关)使电路结构发生变化；电路发生短路和断路(电路故障)2电路动态变化问题的分析思路当电路中某处的电阻发生变化时，先由局部电阻的变化推出外电路电阻R外的变化，再由闭合电路的欧姆定律I总和U端EI总r讨论干路电流I总的变化和路端电压U端的变化，最后分析对其他部分电路产生的影响，从而分别确定各元件上其他量的变化情况(使用的公式是部分电路欧姆定律、电路中各元件上的电压关系和电流关系等)注意：电路的总电阻总是随其中任一电阻的增大而增大，随任一电阻的减小而减小；电阻并联的数目越多，总阻值越小；从电路分析角度看，断路可认为是电路中某处电阻增大到无穷大，短路可认为是电路某处电阻减小到零，因此电路故障问题可以视为特殊的动态分析问题；对电路进行简化时，电压表和电容器视为断路，电流表视为短路；电容器是一个储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充、放电时，其所在电路中有充、放电电流，电路达到稳定状态时，电容器就相当于一个阻值无穷大的电阻，则电容器所在电路处可视为断路分析计算含有电容器的直流电路时应注意：电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，在此支路的电阻没有电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器充(放)电三、与电功、电功率、电热相关问题的综合分析明晰电功、电功率、电热的概念与相互关系电功W电热Q电功率P物理意义电流通过电路做的功，即使电荷定向移动时电场力做的功电流通过导体所做的功，电阻上所产生的热量表征电流做功快慢的物理量，用电流所做的功与所用时间的比值来表示能量转化消耗的电能转化为其他形式的能量(内能、机械能、化学能等) 消耗的电能转化为内能 说明：纯电阻电路中，电功率等于热功率；非纯电阻电路中，电功率只有一部分转化成热功率纯电阻电路中只有电阻元件，如电熨斗、电炉、白炽灯等；非纯电阻电路中常含有电动机、电解槽等四、含容电路问题的综合分析电容器是一个储存电能的元件.在直流电路中,当电容器充放电时,电路里有充放电电流.一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件,电容器所处电路看做是断路,简化电路时可去掉它.简化后若要求电容器所带电荷量时,可在相应的位置补上.在具体方法上要注意以下几点:(1)根据Q=CUQ=CU可知,要求电容器所带电荷量以及充放电时所带电荷量的变化,关键是求电容器两端的电压.(2)在电路分析时要注意电容器所在支路的连接情况.电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,所以此支路中的电阻上无电压降,可以把与电容器串联的电阻看成导线,电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压. (3)对于较复杂的电路,经常需要将电容器两端的电势与基准点的电势进行比较后才能确定电容器两端的电压. 五、U-I图像的意义复习时注意电源的伏安特性曲线反映的是电源自身的性质,具有丰富的内涵(如图所示):1.图线与纵轴的截距表示电源的电动势;2.与横轴的截距表示短路电流;3.斜率的绝对值表示电源内阻;4.图线上任意一点所对应的电压和电流的比值(或者说任意一点与坐标原点O连线的斜率)表示接在外电路的电阻;5.阴影部分面积表示电流为I时,外电路电阻两端的输出功率,四边形AEOI的面积表示电源的总功率。 导体的伏安特性曲线反映导体的性质.如果是遵循欧姆定律的线性元件,这是一条直线,电阻恒定不变(如图中直线b所示);如果是不遵循欧姆定律的非线性元件,如气体半导体等,就是一条曲线.电阻不断变化,其曲线上每一点对应的电压与电流的比值就是此时导体的电阻(或说成此点与坐标原点连线的斜率表示此时导体的电阻). 六、直流电路的图象问题 1三种图象的比较 图象物理意义注意问题反映I跟U的正比关系图象的斜率表示导体的电阻，斜率越大，电阻越大反映导体的伏安特性，图象是直线表示导体为线性元件，是曲线表示导体为非线性元件线性元件图象斜率的倒数为导体的电阻表示电源的输出特性，纵轴截距为电源电动势，横轴截距为短路电流图象斜率的绝对值表示电源的内阻(注意纵坐标数值在坐标原点是否从零值开始) 2方法技巧 在某段电路的UI图象中，图上任意一点的U与I所对应的矩形面积，就是该段电路消耗的功率，如果是电源的UI图象，则图上任意一点的U与I所对应的矩形面积，就是电源的输出功率，通过图象的面积变化，可以分析功率的变化情况。 解决图象问题应注意 (1)明确图象的研究对象。根据题目反映的物理规律确定各物理量之间的关系。 (2)识别图象中横坐标、纵坐标所代表的物理量及物理意义，明确图象的截距、斜率、图象交点、峰值、“面积”等的物理意义。 (3)对图象进行分析、比较、判断，找出规律得出结论。 七交变电流的产生和变化规律 1.交变电流(1)定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流.(2)特例:随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流,正弦式电流的图像是正弦曲线,我国城镇使用的交变电流都是正弦式电流.2.正弦式电流的产生和规律 (1)产生:如图所示,将一个平面线圈置于匀强磁场中,并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦式电流.甲:线圈中没有电流乙:电流从a流向b丙:线圈中没有电流丁:电流从b流向a戊:线圈中没有电流 (2)中性面:平面线圈在匀强磁场中旋转,当线圈平面垂直于磁感线时,各边都不切割磁感线,线圈中没有感应电动势,这个位置叫做中性面.如图中甲丙戊线圈所在平面即是.中性面的特点是:线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零.线圈经过中性面时,内部的电流方向要发生改变.3.规律:n匝面积为S的线圈以角速度绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,从中性面开始计时,其函数形式为e=nBSsint,用Em表示感应电动势的峰值,图像如图所示,则有感应电动势大小:e=Emsint,电流大小:i sint=Imsint,电压大小:u=Umsint.4.表征交变电流的物理量(1)瞬时值 正弦式交变电流的电动势和电流随时间的变化而变化,不同的时刻有不同的值,叫做交变电流的瞬时值,变化规律为e=Emsint,i=Imsint,用小写的字母表示.(2)最大值 交变电流在一个周期内所能达到的最大值,也称峰值,反映的是交变电流大小的变化范围,当矩形线圈转到与磁感线平行时出现.其表达式用大写字母加脚标表示,瞬时值与最大值的关系为-EmeEm,-ImiIm.(3)有效值 定义:如果让交流电流和直流电流分别通过同样的电阻,在同一时间内产生的热量相同,这个直流电流的数值就称为该交流电流的有效值.正弦式电流的最大值和有效值的关系为: (5)周期和频率交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量.周期T:交变电流完成一次周期性变化所需的时间,单位是秒(s).周期越大,交变电流变化越慢,在一个周期内,交变电流的方向变化两次. 频率f:交变电流在1 s内完成周期性变化的次数,单位是赫兹,符号为Hz.频率越大,交变电流变化越快. 八变压器远距离输电1.电压关系: (输出电压由输入电压和匝数比决定,与用电器的电阻大小以及有无其他副线圈无关).2.功率关系:P入=P出或I1U1=I2U2+I3U3+InUn.3.电流关系:I1n1=I2n2+I3n3+Innn,当只有一个副线圈时I1n1=I2n2.4.远距离输电(1)问题:电能的损失和电压的损失.(2)关键:减少输电线上电能的损失,P损=I2R线.(3)方法:减小输电导线的电阻,如采用电阻率小的材料,加大导线的横截面积;提高输电电压,减小输电电流.【特别提醒】1中性面：当线圈平面转动至垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，感应电动势为零，即线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做中性面注意：线圈通过中性面时，磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零线圈平面通过跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，所以磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大线圈平面每次通过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周则线圈两次通过中性面，故一个周期内线圈中电流方向改变两次2交变电流的描述(1)峰值：反映交变电流大小的变化范围，线圈平面跟磁感线平行时，交变电动势最大，EmNBS.电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值(2)有效值：交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的让交变电流和恒定电流通过同样阻值的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U叫做交变电流的有效值注意：交变电流的有效值反映的是交变电流产生热效应的平均效果正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是EEm，UUm，IIm.3变压器(1)原理：法拉第电磁感应定律(2)电压关系：，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压与匝数成正比(3)功率关系：无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和当只有一个副线圈工作时，有U1I1U2I2，.若有两个以上的副线圈，则有：P1P2P3，、，n1I1n2I2n3I3.(4)决定关系：在匝数比一定的情况下，理想变压器的输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决定，输入功率由输出功率决定 考点一、欧姆定律 电阻定律【例1】AB两地间铺有通讯电缆，长为L，它是由两条并在一起彼此绝缘的均匀导线组成的，通常称为双线电缆，在一次事故中经检查断定是电缆上某处的绝缘保护层损坏，导致两导线之间漏电，相当于该处电缆的两导线之间接了一个电阻，检查人员经过下面的测量可以确定损坏处的位置：令B端的双线断开，在A处测出双线两端间的电阻RA；令 A端的双线断开，在B处测出双线两端的电阻RB；在 A端的双线间加一已知电压UA，在B端用内阻很大的电压表测出两线间的电压UB.试由以上测量结果确定损坏处的位置， 考点二、 电功 电功率 电热【例2】不考虑温度对电阻的影响，对一个220 v，40 w”的灯泡，下列说法正确的是A接在110 V的电路上时的功率为20 wB接在110 V的电路上时的功率为10 wC接在440 v的电路上时的功率为160 wD. 接在220 v的电路上时的功率为40 w【解析】 解法l：由得灯泡的电阻 电压为ll0 V时，.电压为440 V时，超过灯泡的额定电压一倍，故灯泡烧坏，P= 0解法2：由可知R一定时，当时，【变式探究】有一个直流电动机，把它接入0.2 V电压的电路时，电动机不转，测得流过电动机的电流是0.4 A；若把电动机接入2.0 V电压的电路中，电动机正常工作，工作电流是1.0 A。求电动机正常工作时的输出功率多大？如果在电动机正常工作时，转子突然被卡住，电动机的发热功率是多大？ 【解析】当电动机转子不转时，电动机无机械能输出，故电能全部转化成内能，相当于纯电阻电路，欧姆定律成立。当电动机转动时，一部分电能转化成机械能输出，但因线圈有电阻，故又在线圈上产生内能，输入的电功率P电P热P机。 接U0.2 V电压时，电动机不转，电流I0.4 A，根据欧姆定律，线圈电阻R0.5 。当接U2.0 V电压时，电流I1.0 A，故输入电功率P电UI2.01.0 W2.0 W消耗热功率P热I2R1.020.5 W0.5 W故输出功率即机械功率P机P电P热(2.00.5) W1.5 W。如果正常工作时转子被卡住，则电能全部转化成内能，故其发热功率P热 W8 W。【答案】 1.5 W 8 W 考点三、 闭合电路欧姆定律【例3】 在如图A-10-45-4所示电路中，电池电动势 E=5 V，内阻r=10 ，固定电阻R=90 ，R0是可变电阳在R0由零增加到400的过程中求： 可变电阻R0上消耗热功率最大的条件和最大热功率电池的内电阻r和固定电阻R上消耗的最小热功率之和 内阻r和固定电阻R上消耗的热功率之和 当R0=400时，P2有最小值， 考点四、直流电路的分析闭合电路的动态分析方法（1）程序法：闭合电路中，由于局部电阻变化(或开关的通断)，引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化，分析此类问题的基本步骤是：由局部电阻变化判断总电阻的变化；由I判断总电流的变化；,据UEIr判断路端电压的变化；由欧姆定律及串并联电路特点判断各部分电流、电压变化。(2)极限法：即因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。 (3)特殊值法：对于某些电路问题，可以采取代入特殊值法判定，从而得出结论。 (4)结论法：“串反”“并同”即某一电阻阻值变化，则与该电阻相串联的用电器，两端电压、通过的电流、消耗的功率都将与该电阻阻值变化情况相反；与该电阻相并联的用电器，两端电压、通过的电流、消耗的功率都将与该电阻阻值变化情况相同。 例4、如图所示电路，电源内阻不可忽略。开关S闭合后，在变阻器R0的滑动端向下滑动的过程中 ( ) A电压表与电流表的示数都减小 B电压表与电流表的示数都增大 C电压表的示数增大，电流表的示数减小 D电压表的示数减小，电流表的示数增大 【答案】A 考点五、含电容电路的分析 (1)电容器在直流电路中，相当于一个阻值无限大(只考虑电容器是理想的不漏电的情况)的电阻，在电容器处电路可视为断路，分析时可以等效于拆去电容器，从而简化电路；简化后若求电容器所带电荷量，可接在相应的位置上。 (2)电路稳定后，电容器两极的电压等于与它并联电路的电压值。 (3)当电容器与电阻串联时，电阻两端不分电压。 (4)电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充放电。如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。 (5)电容器带电荷量或带电荷量变化的求解方法：电容器所带电荷量用QCU计算，电容器所带电荷量变化用QCU计算。 例5、【2017江苏卷】某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则 （A）电感L1的作用是通高频（B）电容C2的作用是通高频（C）扬声器甲用于输出高频成分（D）扬声器乙用于输出高频成分【答案】BD【变式探究】在如图所示的电路中，R1、R2、R3均为可变电阻。当开关S闭合后，两平行金属板M、N中有一带电液滴正好处于静止状态。为使带电液滴向上加速运动，可采取的措施是 ( ) A增大R1的阻值 B减小R2的阻值 C减小R3的阻值 D增大M、N间距 【答案】B 【变式探究】科学家研究发现，磁敏电阻(GMR)的阻值随所处空间磁场的增强而增大，随所处空间磁场的减弱而变小，如图所示电路中，GMR为一个磁敏电阻，R、R2为滑动变阻器，R1、R3为定值电阻，当开关S1和S2闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。则 ( ) A只调节电阻R，当P1向右端移动时，电阻R1消耗的电功率变大 B只调节电阻R，当P1向右端移动时，带电微粒向下运动 C只调节电阻R2，当P2向下端移动时，电阻R1消耗的电功率变大 D只调节电阻R2，当P2向下端移动时，带电微粒向下运动 考点六、考查U-I图像电源的伏安特性曲线反映的是电源自身的性质,具有丰富的内涵(如图所示):1.图线与纵轴的截距表示电源的电动势；2.与横轴的截距表示短路电流；3.斜率的绝对值表示电源内阻；4.图线上任意一点所对应的电压和电流的比值(或者说任意一点与坐标原点O连线的斜率)表示接在外电路的电阻；5.阴影部分面积表示电流为I时,外电路电阻两端的输出功率,四边形AEOI的面积表示电源的总功率。 导体的伏安特性曲线反映导体的性质.如果是遵循欧姆定律的线性元件,这是一条直线,电阻恒定不变(如图中直线b所示);如果是不遵循欧姆定律的非线性元件,如气体半导体等,就是一条曲线.电阻不断变化,其曲线上每一点对应的电压与电流的比值就是此时导体的电阻(或说成此点与坐标原点连线的斜率表示此时导体的电阻). 例6、为探究小灯泡L的伏安特性,连好图示的电路后闭合开关,通过移动变阻器的滑片,使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大,直到小灯泡正常发光,由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U-I图像应是( ) 【解析】由于小灯泡灯丝电阻随温度的升高而增大,随着灯泡两端电压逐渐增大,灯丝温度逐渐升高,其电阻逐渐增大,在图像上某点到原点连线的斜率应越来越大,C正确.【答案】C 【变式探究】某同学将一直流电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系上，如图中的a、b、c所示，根据图线可知 ( ) A反映Pr变化的图线是b B电源电动势为8 V C电源内阻为1 D当电流为0.5 A时，外电路的电阻为6 【答案】D 考点七 对交变电流变化规律的考查例7、【2017北京卷】如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有R=55 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2:1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是 A原线圈的输入功率为220WB电流表的读数为1 AC电压表的读数为110VD副线圈输出交流电的周期为50 s【答案】B【变式探究】如图4甲为小型旋转电枢式交流发电机，电阻为r2 矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与右侧电路连接，右侧电路中滑动变阻器R的最大阻值为R0 ，滑动片P位于滑动变阻器中央，定值电阻R1R0、R2，其他电阻不计从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，闭合开关S，线圈转动过程中理想交流电压表示数是10 V，图乙是矩形线圈磁通量随时间t变化的图像，则下列说法正确的是( ) 图4A电阻R2上的热功率为 WB0.02 s时滑动变阻器R两端的电压瞬时值为零C线圈产生的e随时间t变化的规律是e10cos 100t (V)D线圈开始转动到t s的过程中，通过R1的电荷量为 C解析 R总R1R010 ，I A1 A，UR2 V，根据公式P得电阻R2上的热功率为PR2 W，故A正确；0.02 s通过线圈的磁通量为零，感应电动势最大，故B错误；T0.02 s，100 rad/s，E10 V12 V12 V，e12cos 100t(V)，故C错误；电动势的最大值为Em12 VnBS，mBS(Wb)，sin 100t(Wb)，线圈开始转动到t s的过程中，通过电阻的电量为 C，故D正确#答案 AD【变式探究】一个匝数为100匝，电阻为0.5 的闭合线圈处于某一磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，从某时刻起穿过线圈的磁通量按如图5所示规律变化则线圈中产生交变电流的有效值为( ) 图5A5 A B2 AB6 A D2 A答案 B【举一反三】如图6甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速，绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示，则( ) 图6A两次t0时刻线圈平面均与中性面重合B曲线a、b对应的线圈转速之比为23C曲线a表示的交变电动势频率为25 HzD曲线b表示的交变电动势有效值为10 V答案 AC【方法技巧】1线圈通过中性面时的特点(1)穿过线圈的磁通量最大；(2)线圈中的感应电动势为零；(3)线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次2交流电“四值”的应用(1)最大值：分析电容器的耐压值；(2)瞬时值：计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力情况；(3)有效值：电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝的熔断电流；(4)平均值：计算通过电路截面的电荷量考点八 对变压器和远距离输电的考查例8、如图7所示，甲是远距离输电线路的示意图，乙是发电机输出电压随时间变化的图像，则( ) 图7A用户用电器上交流电的频率是100 HzB发电机输出交流电的电压有效值是500 VC输电线上的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定D当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小答案 D【变式探究】如图8所示的电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n2225，电阻R1R225 ，D为理想二极管，原线圈接u220sin 100t(V)的交流电则( ) 图8A交流电的频率为100 HzB通过R1的电流为2 AC通过R2的电流为 AD变压器的输入功率为200 W答案 C解析 原线圈电压有效值为220 V，频率为50 Hz，则根据变压器匝数比可得副线圈电压为50 V，R1的电流为2 A，A、B错误；流过二极管中的交流电只有半个周期可以通过，电压最大值为50 V，二极管的电压有效值为25 V，流过R2电流为 A，C正确；电阻R1消耗功率为100 W，电阻R2消耗功率为50 W，则原线圈输入功率为150 W，D错误【举一反三】如图9所示的电路中，P为滑动变阻器的滑片，保持理想变压器的输入电压U1不变，闭合电键S，下列说法正确的是( ) 图9AP向下滑动时，灯L变亮BP向下滑动时，变压器的输出电压不变CP向上滑动时，变压器的输入电流变小DP向上滑动时，变压器的输出功率变大答案 BD【方法技巧】1变压器各物理量间的因果关系变压器的一定，输入电压U1决定了输出电压U2的大小，与其它无关由输出电压U2与负载电阻R，通过欧姆定律决定了输出电流I2的大小进而确定了输出功率P2的大小，由能量守恒决定了输入功率P1的大小最后又通过决定输入电流I1的大小2理想变压器动态分析的两种情况(1)负载电阻不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、功率等随匝数比的变化情况(2)匝数比不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、功率等随负载电阻的变化情况不论哪种情况，要注意两点：一、根据题意分清变量和不变量；二、弄清“谁决定谁”的制约关系对电压而言，输入决定输出；对电流、电功(率)而言，输出决定输入考点九 交变电流的综合问题分析例9、如图10甲是小型交流发电机的示意图，两极M、N间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为理想交流电流表，V为理想交流电压表内阻不计的矩形线圈绕垂直于磁场方向的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动，矩形线圈通过滑环接一理想变压器，滑动触头P上下移动时可改变变压器副线圈的输出电压，副线圈接有可调电阻R，从图示位置开始计时，发电机线圈中产生的交变电动势随时间变化的图像如图乙所示，以下判断正确的是( ) 图10A电压表的示数为10 VB0.01 s时发电机线圈平面与磁场方向平行C若P的位置向上移动、R的大小不变时，电流表读数将减小D若P的位置不变、R的大小不变，而把发电机线圈的转速增大一倍，则变压器的输入功率将增大到原来的4倍答案 ABD【变式探究】如图11所示，边长为L、匝数为N，电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO转动，轴OO垂直于磁感线，在线圈外接一含有理想变压器的电路，变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2.保持线圈以恒定角速度转动，下列判断正确的是( ) 图11A在图示位置时线框中磁通量为零，感应电动势最大B当可变电阻R的滑片P向上滑动时，电压表V2的示数变大C电压表V1示数等于NBL2D变压器的输入与输出功率之比为11答案 AD解析 当线框转到如图所示位置，穿过线框的磁通量为0，但线框中产生的感应电动势最大，故选项A正确；电压表V2测量的是副线圈的电压，副线圈电压由原线圈电压决定，与负载电阻变化无关，故选项B错误；电压表V1示数为有效值，等于u1，故选项C错误；理想变压器输入功率等于输出功率，则选项D正确【举一反三】图12甲为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为1100，降压变压器原副线圈匝数比为1001，远距离输电线的总电阻为100 .若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为750 kW.下列说法中正确的有( ) 图12A用户端交流电的频率为50 HzB用户端电压为250 VC输电线中的电流为30 AD输电线路损耗功率为180 kW答案 AC【方法技巧】交变电流的综合问题，涉及交流电路最大值、有效值、平均值、瞬时值的计算，与电磁感应、安培力、闭合电路欧姆定律的综合应用等，解答时应注意以下几点：(1)分清交流电路“四值”的不同计算方法和物理意义(2)学会将直流电路、闭合电路欧姆定律的知识应用在交流电路中 1【2017天津卷】在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化。设线圈总电阻为2 ，则 At=0时，线圈平面平行于磁感线Bt=1 s时，线圈中的电流改变方向Ct=1.5 s时，线圈中的感应电动势最大D一个周期内，线圈产生的热量为【答案】AD2【2017北京卷】如图所示，理想变压器的原线圈接在的交流电源上，副线圈接有R=55 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2:1，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是 A原线圈的输入功率为220WB电流表的读数为1 AC电压表的读数为110VD副线圈输出交流电的周期为50 s【答案】B【解析】电表的读数均为有效值，原线圈两端电压有效值为220 V，由理想变压器原、副线圈两端电压与线圈匝数成正比，可知副线圈两端电压有效值为110 V，C错误；流过电阻R的电流为2 A，可知负载消耗的功率为220 W，根据能量守恒可知，原线圈的输入功率为220 W，A错误；由P=UI可知，电流表的读数为1 A，B正确，由交变电压瞬时值表达式可知，=100 rad/s，周期T=0.02 s，D错误。3【2017江苏卷】某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则 （A）电感L1的作用是通高频（B）电容C2的作用是通高频（C）扬声器甲用于输出高频成分（D）扬声器乙用于输出高频成分【答案】BD1【2016全国卷】 阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图1所示电路开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为( ) 图1A. B.C. D.【答案】C 【解析】 由已知条件及电容定义式C可得：Q1U1C，Q2U2C，则.S断开时等效电路如图甲所示 甲U1EE；S闭合时等效电路如图乙所示， 乙U2EE，则，故C正确2【2016江苏卷】 如图1所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 ，四个电阻的阻值已在图中标出闭合开关S，下列说法正确的有( ) 图1A路端电压为10 VB电源的总功率为10 WCa、b间电压的大小为5 VDa、b间用导线连接后，电路的总电流为1 A【答案】AC 【解析】 设四个电阻的等效电阻为R路，由得R路10 ，由闭合电路欧姆定律知，I1 A，设路端电压为U，则UIR路1 A10 10 V，选项A正确；电源的总功率PEI12 W，选项B错误；设电源负极电势为0 V，则a点电势a0.5 A5 02.5 V，b点电势b0.5 A15 07.5 V，则a、b两点的电势差Uabab2.5 V7.5 V5 V，所以a、b间电压的大小为5 V，选项C正确；当将a、b两点用导线连接后，由于导线没有电阻，此时a、b两点电势相等，其等效电路图如图所示其中一个并联电路的等效电阻为3.75 ，显然总电阻为9.5 ，电流I A，故选项D错误 3【2016天津卷】 如图1所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表下列说法正确的是( ) 图1A当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大4【2016天津卷】 (3)某同学想要描绘标有“3.8 V，0.3 A”字样小灯泡L的伏安特性曲线，要求测量数据尽量精确、绘制曲线完整可供该同学选用的器材除了开关、导线外，还有：电压表V1(量程03 V，内阻等于3 k)电压表V2(量程015 V，内阻等于15 k)电流表A1(量程0200 mA，内阻等于10 )电流表A2(量程03 A，内阻等于0.1 )滑动变阻器R1(010 ，额定电流2 A)滑动变阻器R2(01 k，额定电流0.5 A)定值电阻R3(阻值等于1 )定值电阻R4(阻值等于10 )定值电阻R5(阻值等于1 k)电源E(E6 V，内阻不计)请画出实验电路图，并将各元件字母代码标在该元件的符号旁该同学描绘出的IU图像应是图中的_ 图1【答案】 电路如图1所示 B 图1【解析】 电压表V1和定值电阻R5串联，可改装成量程为04 V的电压表，电流表A1与定值电阻R4并联，可改装成量程为00.4 A的电流表，待测小灯泡的电阻很小，故电流表采用外接法小灯泡的电阻随着温度的升高而变大，所以B正确5【2016浙江卷】 某同学用伏安法测量导体的电阻，现有量程为3 V、内阻约为3 k的电压表和量程为0.6 A、内阻约为0.1 的电流表采用分压电路接线，图1是实物的部分连线图，待测电阻为图2中的R1，其阻值约为5 . 图18(1)测R1阻值的最优连接方式为导线连接_(填“a”或“b”)、导线连接_(填“c”或“d”)(2)正确接线测得实验数据如下表，用作图法求得R1的阻值为_. U/V0.400.801.201.602.002.40I/A0.090.190.270.350.440.53(3)已知图2中R2与R1是材料相同、厚度相等、表面为正方形的两导体，R2的边长是R1的，若测R2的阻值，则最优的连线应选_(填选项)A连接a，连接c B连接a，连接dC连接b，连接c D连接b，连接d【答案】 (1)a d(2)如图所示 4.44.7 (3)B (3)根据电阻定律可得R，故R2R1，要测R2的阻值，与测量R1一样，最优的连线应连接a，连接d，故B正确6【2016北京卷】 某兴趣小组探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻，他们提出的实验方案中有如下四种器材组合为使实验结果尽可能准确，最不可取的一组器材是( )A一个安培表、一个伏特表和一个滑动变阻器B一个伏特表和多个定值电阻C一个安培表和一个电阻箱D两个安培表和一个滑动变阻器【答案】D 【解析】 由闭合电路欧姆定律可知EUIr，经变形可得UrIE.测量电源电动势和内阻的实验通过改变外电路的电阻可以得到多组I和U，再通过描点法得到UI图像，图像的斜率kr，从而得到rk，图像的纵截距bE.选项A中可以通过安培表和伏特表的读数得到外电压和干路电流，如图所示，所以选项A可取 选项B中可以通过伏特表的读数和若干定值电阻的实际阻值大小计算出干路的电流大小，实验电路图如图所示，所以选项B可取 选项C中可以通过安培表的读数和电阻箱的取值得到外电压的大小，实验电路图如图所示，所以选项C可取 选项D中无法得到外电压，所以选项D不可取7【2016四川卷】 . J7用如图1所示电路测量电源的电动势和内阻实验器材：待测电源(电动势约3 V，内阻约2 )，保护电阻R1(阻值10 )和R2(阻值5 )，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干实验主要步骤：(i)将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关；(ii)逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I；(iii)以U为纵坐标，I为横坐标，作UI图线(U、I都用国际单位)；(iv)求出UI图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a. 图1回答下列问题：(1)电压表最好选用_；电流表最好选用_A电压表(03 V，内阻约15 k)B电压表(03 V，内阻约3 k)C电流表(0200 mA，内阻约2 )D电流表(030 mA，内阻约2 )(2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是_A两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱B两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱C一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱，另一条导线接在电阻丝左端接线柱D一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱(3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式E_，r_，代入数值可得E和r的测量值【答案】 (1)A C (2)C (3)ka kR2 (2)由电路分析可知，滑片从左向右滑动，电压表示数变大，意味着滑动变阻器接入电路部分的阻值增大，一导线接金属杆左端，一导线接电阻丝左端，则滑片从左向右滑动时阻值增大，符合题意(3)由EUI(rR2)，得UI(rR2)E，对比UI图线可知，图像斜率的绝对值krR2，所以电源内阻rkR2；令U0，得I，图线在横轴上的截距为a，所以aI，则Eka.8【2016全国卷】 现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 时，系统报警提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 )，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000 )，滑动变阻器R2(最大阻值为2000 )，单刀双掷开关一个，导线若干在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在60 时阻值为650.0 .(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线 图1(2)电路中应选用滑动变阻器_(填“R1”或“R2”)(3)按照下列步骤调节此报警系统：电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为_ ；滑动变阻器的滑片应置于_(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_将开关向_(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至_(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用【答案】 (1)连线如图所示 (2)R2 (3)650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 c 报警器开始报警【解析】 (1)电路如图所示(2)在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏，可知外电阻的取值范围是900 R1800 .报警器的电阻是650.0 ，所以滑动变阻器阻值的取值范围在250 到1150 之间，所以滑动变阻器应该选R2.9【2016北京卷】 (1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中图1为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力_(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更_(选填“敏感”或“不敏感”) 图1【答案】增强 敏感【解析】由题目图像可知，随温度升高热敏电阻的阻值明显减小，所以导电能力增强又由图像可知，随温度变化，热敏电阻的电阻变化更明显，所以更加敏感10【2016全国卷】 某同学利用图(a)所示电路测量量程为2.5 V的电压表V的内阻(内阻为数千欧姆)，可供选择的器材有：电阻箱R(最大阻值99 999.9 )，滑动变阻器R1(最大阻值50