高考物理二轮复习 第1部分 专题整合突破 专题10 直流与交流教案.doc

专题十直流与交流知识结构互联核心要点回扣1闭合电路的欧姆定律(1)i.(2)u路eir.2交变电流的“四值”(1)最大值：emnbs.(2)瞬时值：eemsin_t.(3)有效值：由电流的热效应定义求解(4)平均值：en.3理想变压器的四个基本关系(1)功率关系：p入p出(2)电压关系：.(3)电流关系：.(4)频率关系：f1f2.考点1直流电路的分析与计算(对应学生用书第51页)品真题感悟高考考题统计五年1考：2016年卷t17考情分析1该考点单独命题较少，多与实验综合在一起考查2命题点多考查电路的结构、串、并联特点、电容器电容的计算等内容3要熟练掌握串、并联电路电压与电阻关系，电容、电压、电荷量的关系4不会简化电路结构，电容器的连接方式不清、不明白电容的电路相当于断路易造成错解1(直流电路的计算)(2016卷t17)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101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101a.b.c. d.c断开s和闭合s后等效电路分别如图甲、乙所示根据串联电路的电压与电阻成正比可得甲、乙两图中电容器两极板间的电压u1e，u2e，c所带的电荷量qcu，则q1q235，选项c正确在第1题中，若将电路调换为如图102所示，电源的内阻不计，电动势为12 v，r18 ，r24 ，电容c40 f，则下列说法正确的是()图102a开关断开时，电容器不带电b将开关闭合，电容器充电c将开关闭合后，稳定时电容器的电荷量为4.81014 cd若现开关处于闭合状态，将开关s断开，到再次稳定后，通过r1的总电荷量为3.2104 c【解析】开关断开时，电容器两端电压不为零，电容器带电，a项错误；将开关闭合，电容器两端电压变小，电容器放电，b项错误；将开关闭合后，稳定时电容器的电荷量为quc440106 c1.6104 c，c项错误；若开关现处于闭合状态，将开关s断开，再次稳定后，通过r1的总电荷量q|u|c(124)40106 c3.2104 c，d项正确【答案】d释疑难类题通法1明确1个定律、2个关系(1)闭合电路的欧姆定律：i.(2)路端电压与电流的关系：ueir.(3)路端电压与负载的关系uiree，路端电压随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小2明确引起电路动态变化的原因(1)滑动变阻器、热敏电阻或光敏电阻的阻值变化(2)某支路开关闭合或断开3闭合电路动态分析的两种常用方法(1)程序分析法：流程如下(2)利用结论法：即“串反并同”法“串反”即某一电阻增大(减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都减小(增大)；“并同”即某一电阻增大(减小)时，与它并联与间接并联的电阻中的电流、两端的电压、消耗的电功率都增大(减小)对考向高效速练.考向1直流电路的动态分析1(2017钦州市港区月考)在如图103所示的电路中，电池的电动势为e，内电阻为r，r1、r2为两个阻值固定的电阻，当可变电阻r的滑片向下移动时，理想电流表的示数i和理想电压表的示数u将() 【导学号：19624120】图103ai变小，u变大 bi变大，u变小ci变小，u变小 di变大，u变大b当r的滑动触头p向下移动时，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律分析得知总电流i增大电压表测量路端电压u，而ueir，i增大，e、r不变，则u变小设变阻器r2两端电压为u，则uei(r1r)，i增大，其他量不变，则u变小，通过r2的电流变小，而总电流变大，则电流表的示数i变大故b正确(2017吉林大学附中模拟)如图所示电路中，电流表a和电压表v均可视为理想电表现闭合开关s后，将滑动变阻器滑片p向左移动，下列说法正确的是()a电流表a的示数变小，电压表v的示数变大b小灯泡l变亮c电容器c上电荷量减少d电源的总功率变大a闭合开关s后，将滑动变阻器滑片p向左移动时，变阻器接入电路的电阻增大，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中总电流i减小，则小灯泡l变暗，电流表a的示数变小电压表的示数uei(rlr)，i减小，其他量不变，则u增大，即电压表v的示数变大，故a正确，b错误电容器的电压等于变阻器两端的电压，即等于电压表的示数，u增大，由qcu，知电容器c上的电荷量增多，故c错误电源的总功率pei，i减小，则电源的总功率变小，故d错误考向2直流电路的计算2(2017中卫市一模)机动车的尾气含有铅等大量有害物质，并且也是造成地球“温室效应”的重要因素之一电动汽车因其无尾气排放且噪声小等因素，正在逐渐被人们接受某国产品牌电动汽车的铭牌如下，已知蓄电池储存的电能等于其容量乘输出电压，则下列说法正确的是()规格后轮驱动直流电动机车型：60电动汽车电动机额定输出功率：1 675 w整车质量：400 kg额定转速：600 r/min蓄电池(容量it800 ah，输出电压u36 v) 额定工作电压/电流：36 v/50 aa.电动汽车正常工作时消耗的电功率1 675 wb电动机的内阻为0.5 c蓄电池充满电后储存的电能不小于2.88104 jd充满电后在额定功率下连续行驶的时间不小于16 hd电动汽车正常工作时消耗的电功率为：pu额i额3650 w1 800 w，故a错误；电动机内阻的发热功率为：p热pp出(1 8001 675) w125 w，则电动机内阻为：r0.05 ，故b错误；蓄电池充满电后储存的电能为：wuit8003 60036 j1.04108 j，故c错误；在额定功率下连续行驶最长时间为：t h16 h，故d正确(多选)(2016湖北八校二联)在如图甲所示的电路中，电源电动势为3.0 v，内阻不计，l1、l2为相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，r为定值电阻，阻值为7.5 .当开关s闭合后()al1的电阻为 bl1消耗的电功率为7.5 wcl2的电阻为7.5 dl2消耗的电功率为0.3 wcds闭合后，l1两端的电压为3.0 v，由乙图可知，i10.25 a，故p10.75 w，r112 ，a、b均错误；l2与r及电源串联，把r和电源等效成电动势为3 v，内阻为7.5 的新电源，在图乙中作出新电源的iu图线，如图，两图线的交点表示出了此时l2两端的电压与通过的电流的大小，由图知u21.5 v，i20.2 a，所以r2 7.5 ，p2u2i21.50.2 w0.3 w，c、d正确考点2交变电流的产生与描述(对应学生用书第52页)品真题感悟高考考题统计五年1考：2016年卷t21考情分析1该考点单独命题较少，常与变压器结合在一起命题2考查的重点是交变电流的变化规律及有效值的意义和计算3要掌握电磁感应现象产生的原因，法拉第电磁感应定律及交变电流中的基本概念和常用物理量4感应电动势产生及大小的计算，特别是切割类中的有效长度易错2(交流电的产生及有效值的计算)(多选)(2016卷t21)如图104所示，m为半圆形导线框，圆心为om；n是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为on；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线omon的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面现使线框m、n在t0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面且过om和on的轴，以相同的周期t逆时针匀速转动，则()图104a两导线框中均会产生正弦交流电b两导线框中感应电流的周期都等于tc在t时，两导线框中产生的感应电动势相等d两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等题眼点拨“半圆形导线框”说明转初过程中一直有感应电流；“扇形导线框”说明转动过程中只有一半时间内有感应电流；“半径相等”说明有效切割长度相同bc两导线框匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变，选项a错误；导线框的转动周期为t，则感应电流的周期也为t，选项b正确；在t时，切割磁感线的有效长度相同，两导线框中产生的感应电动势相等，选项c正确；m导线框中一直有感应电流，n导线框中只有一半时间内有感应电流，所以两导线框的电阻相等时，感应电流的有效值不相等，选项d错误在第2题中，若改成如图105所示的情景单匝矩形闭合导线框abcd一半处于磁感应强度为b的水平有界匀强磁场中，线框面积为s，电阻为r.线框绕与其中心线重合的竖直固定转轴oo以角速度匀速转动，固定转轴恰好位于匀强磁场的右边界试写出线框中感应电流的瞬时值表达式并画出it图象(图中位置为计时位置)图105【解析】线框中产生电动势的最大值embs，则im因图中位置为中性面，故电流瞬时值表达式为iimsin tsin tit图象如图所示【答案】见解析释疑难类题通法解决交变电流的产生和描述的基本思路(1)两个特殊位置的特点线圈平面与中性面重合时，sb，最大，0，e0，i0，电流方向将发生改变线圈平面与中性面垂直时，sb，0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变(2)书写交变电流瞬时值表达式的基本思路确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式emnbs求出相应峰值明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式a若线圈从中性面位置开始转动，则it图象为正弦函数图象，函数式为iimsin t.b若线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图象为余弦函数图象，函数式为iimcos t.对考向高效速练.考向1交变电流的产生3(多选)小型发电机线圈共n匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，bc边长度为l1，磁极间的磁场可视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴oo，线圈以角速度绕oo匀速转动，如图106所示矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，下列说法正确的是() 【导学号：19624121】图106aab边长度为lb产生的交变电流的周期是2c若从中性面开始计时，则发电机的感应电动势的瞬时值表达式为e2ne0sin td发电机线圈从垂直中性面位置转动90的过程中，产生 的感应电动势的平均值是ac由题意可知，线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，由e0blvbl，解得l，选项a正确；t，选项b错误；对单匝矩形线圈，其感应电动势最大值为2e0，发电机线圈共n匝，所以发电机线圈中总感应电动势最大值为2ne0，从中性面开始计时，则感应电动势的瞬时值表达式为e2ne0sin t，选项c正确；发电机线圈从垂直中性面位置转动90的过程中，磁通量变化量为bll1，时间t，产生的感应电动势平均值是n，选项d错误考向2交变电流的“四值”问题4(多选)(2016天津河东区二模)如图107所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于水平方向的匀强磁场中，线框面积为s，电阻为r.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度从中性面开始匀速转动，线框转过时的感应电流为i，下列说法正确的是()图107a线框中感应电流的有效值为2ib线框转动过程中穿过线框的磁通量的最大值为c从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量为d线框转动一周的过程中，产生的热量为bc由emnbs，从中性面开始计时，则电流isin t，当t时电流为i，则i，则2i；由2i为电流的最大值，则线框中感应电流的有效值为i，故a错误；转动过程中穿过线框的磁通量的最大值为bs，因n1，则b正确；从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量为t，则c正确；电流的有效值为i，线框转动一周的过程中，产生的热量为q(i)2r，则d错误(2016张掖模拟)电动机的内电阻r2 ，与r8 的电阻串联接在线圈上，如图所示已知线圈面积为 m2，共100匝，线圈的电阻为2 ，线圈在b t的匀强磁场中绕oo以转速n600 r/min匀速转动，在合上开关s后电动机正常工作时，电压表的示数为100 v则下列说法正确的是()a电路中电流的最大值为5 ab电路中电流的最大值为10 ac电动机正常工作时的输出功率为1 000 wd电动机正常工作时的输出功率为800 wb线圈的角速度20 rad/s，电动势的最大值emnbs200 v，有效值e200 v，电路中的电流i10 a，电流的最大值为im10 a，选项a错误，b正确；电动机正常工作时的输出功率为p出uii2r800 w，选项c、d错误考向3交变电流的图象问题5(多选)(2016湖南衡阳联考)如图108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，产生的交变电动势如图乙中曲线a、b所示，则下列说法正确的是() 【导学号：19624122】图108a曲线a表示的交变电动势瞬时值ea36sin 25t vb曲线b表示的交变电动势最大值为28.8 vct5102 s时，曲线a、b对应的感应电动势大小之比为32dt6102 s时，曲线a对应线框的磁通量最大，曲线b对应线框的磁通量为0ac由图乙可知，ema36 v，a rad/s25 rad/s，则曲线a表示的交变电动势瞬时值eaemasin at36sin 25t v，故a正确；由图乙知曲线a、b表示的交变电流的周期之比为tab(8102)(12102)23，由可知abtbta32，所以曲线a、b表示的交变电动势的最大值之比为emaembnbsanbsbab32，又知ema36 v，则emb24 v，故b错误；曲线a表示的交变电动势瞬时值ea36sin 25t v，曲线b表示的交变电动势瞬时值eb24sin t v，将t5102 s代入，得ea18 v，eb12 v，|ea|eb32，故c正确；由图乙知t6102 s时，a的电动势最大，对应线框的磁通量为0，b的电动势为0，对应线框的磁通量最大，故d错误(多选)如图甲所示，将阻值为r5 的电阻接到内阻不计的正弦交流电源上，电流随时间变化的规律如图乙所示，电流表串联在电路中对此，下列说法正确的是()a电阻r两端电压变化规律的函数表达式为u2.5sin 200t(v)b在t0.01 s时刻穿过线圈的磁通量为wbc如图丙所示，若此交变电流由一矩形导线框在匀强磁场中匀速转动产生，当导线框的转速提高一倍后，电流表的示数为1 ad这一交变电流与图丁所示电流比较，其有效值的比为abd读取it图象信息电流最大值为im0.5 a、周期为t0.01 s.理解函数关系式角速度为200 rad/s，电阻r两端电压最大值为umimr2.5 v，则有u2.5sin 200t(v)，故选a.又有umbs，在t0.01 s时刻穿过线圈的磁通量为mbswb，故选b.当转速提高一倍，则提高一倍，则um2bs，变为原来的2倍，则电流有效值也变为原来的2倍，为22 a1 a，的示数为有效值，故不选c.图乙的正弦交流电的电流有效值为 a，图丁所示的交变电流虽然方向发生变化，但大小恒为0.5 a，其有效值为0.5 a，其比值为，故选d.考点3变压器问题(对应学生用书第53页)品真题感悟高考考题统计五年4考：2016年卷t16、卷t192015年卷t162014年卷t21考情分析1该考点是本专题的命题热点，理想变压器的原理、基本规律的应用、电路结构的变化及分析与计算是主要命题角度2熟练掌握理想变压器的“三种关系”，能用直流电路动态分析方法结合变压器制约关系分析动态问题是突破该考点的关键3变压器“电压比”中电压是指变压器两端的电压4公式仅用于“一原一副”的情况“一原多副”要结合功率关系求解5变压器动态变化类要看清电路结构，找到变化原因，分清变量、不变量3(变压器的基本关系)(2016卷t16)一含有理想变压器的电路如图109所示，图中电阻r1、r2和r3的阻值分别为3 、1 和4 ，为理想交流电流表，u为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定当开关s断开时，电流表的示数为i；当s闭合时，电流表的示数为4i.该变压器原、副线圈匝数比为() 【导学号：19624123】图109a2b3c4 d5题眼点拨“s断开”说明副线圈r2、r3串联；“s闭合”说明副线圈电阻r3被短路；“理想变压器”说明电源输出功率等于r1与副线圈消耗的功率之和b设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为i时，副线圈电流为ki；原线圈电流为4i时，副线圈电流为4ki.根据变压器的输入功率等于输出功率得uii2r1(ki)2(r2r3)4ui(4i)2r1(4ki)2r2联立两式代入数据解得k3选项b正确4(变压器的基本关系)(多选)(2016卷t19)如图1010所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压u为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光下列说法正确的是()图1010a原、副线圈匝数比为91b原、副线圈匝数比为19c此时a和b的电功率之比为91d此时a和b的电功率之比为19ad设灯泡的额定电压为u0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9u0，变压器原、副线圈的匝数比为91，选项a正确，选项b错误；由9u0iau0ib得，流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，根据pui，a、b灯泡的电功率之比为19，选项c错误，选项d正确在第4题中，将两额定电压相同的灯泡a、b换为电阻值相同的两个定值电阻如图1011所示已知理想变压器的原、副线圈的匝数比为31 ，原线圈一侧接在电压为220 v的正弦交流电源上，设副线圈回路中电阻两端的电压为u.原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则()图1011au66 v，kbu22 v，kcu66 v，k du22 v，k【解析】设原、副线圈中的电流分别为i1、i2，则，故k.设原线圈两端的电压为u1，则，故u13u，而原线圈上电阻分担的电压为u，故3u220 v，解得u66 v选项a正确【答案】a5(变压器的动态分析)(多选) (2014卷t21)如图1012所示，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2.原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源，一个二极管和阻值为r的负载电阻串联后接到副线圈的两端假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为uab和ucd，则() 【导学号：19624124】图1012auabucdn1n2b增大负载电阻的阻值r，电流表的读数变小c负载电阻的阻值越小，cd间的电压ucd越大d将二极管短路，电流表的读数加倍题眼点拨“二极管正向电阻为零，反向电阻无穷大”说明一个周期t内r中只有时间有电流通过；“将二极管短路”说明r两端电压为正弦式交变电压bd变压器的变压比，其中u1、u2是变压器原、副线圈两端的电压u1uab，由于二极管的单向导电特性，ucdu2，选项a错误增大负载电阻r的阻值，负载的电功率减小，由于p入p出，且p入i1uab，所以原线圈上的电流i1减小，即电流表的读数变小，选项b正确c、d端的电压由输入电压uab决定，负载电阻r的阻值变小时，ucd不变，选项c错误根据变压器上的能量关系有e输入e输出，在一个周期t的时间内，二极管未短路时有uabi1t0(u为副线圈两端的电压)，二极管短路时有uabi2tt，由以上两式得i22i1，选项d正确熟技巧类题通法变压器分析与计算的两点技巧1理想变压器问题中的两个“理清”(1)理清变量和不变量如原线圈电压不变，原、副线圈的匝数比不变，其他物理量可随电路的变化而发生变化(2)理清动态变化过程中的决定关系，即u2由u1决定，p1、i1由p2、i2决定2理想变压器问题的分析流程(1)由分析u2的情况；(2)由i2分析i2的情况；(3)由p1p2i2u2判断输入功率的情况；(4)由p1i1u1分析i1的变化情况对考向高效速练.考向1变压器的基本关系6. (2017北京高考)如图1013所示，理想变压器的原线圈接在u220sin 100t(v)的交流电源上，副线圈接有r55 的负载电阻，原、副线圈匝数之比为21，电流表、电压表均为理想电表下列说法正确的是() 【导学号：19624125】图1013a原线圈的输入功率为220 wb电流表的读数为1 ac电压表的读数为110 vd副线圈输出交流电的周期为50 sb理想变压器原线圈两端电压的有效值为u1220 v，得u2110 v，即电压表的读数为110 v，通过负载电阻的电流i2 a2 a，则副线圈的输出功率pu2i21102 w220 w，原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，为220 w，故选项a、c错误由n1i1n2i2得i11 a，即电流表的读数为1 a，选项b正确由u220sin 100t(v)可知，角速度100 rad/s，原线圈所接交流电的周期t0.02 s，副线圈输出交流电的周期不变，仍为0.02 s，选项d错误考向2变压器的动态分析7(2017鸡西市模拟)某同学模拟“远距离输电”，将实验室提供的器材连接成如图1014所示电路，a、b为理想变压器，灯l1、l2相同且阻值不变保持a的输入电压不变，开关s断开时，灯l1正常发光则()图1014a仅闭合s，l1变亮b仅闭合s，a的输入功率变小c仅将滑片p上移，l1变亮d仅将滑片p上移，a的输入功率变小d闭合s，则消耗功率增大，b副线圈中电流增大，b原线圈电流也增大，则r上损失的电压和功率增大，则b输入电压ub1ua2ir，减小，灯泡两端电压ub2减小，故灯泡会变暗，故a错误；由上分析知a的输入电流增大，电压不变，根据pui知输入功率增大，故b错误；仅将滑片p上移，a副线圈匝数减小，则输出电压减小，b的输入电压减小，灯泡电压也减小，故l1变暗，消耗功率减小，则a输入功率减小，故c错误，d正确(2017晋城市三模)如图1所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为21，副线圈线路由理想电压表、理想电流表、理想二极管、电阻r及电容器连接组成，r55 ，原线圈a、b端接入如图2所示的交变电流，则下列说法正确的是()a电流表的示数为 ab电压表的示数为110 vc若只增大原线圈输入交流电的频率，则电流表的示数变大d若只增大原线圈输入交流电的频率，则电压表的示数变小c原线圈两端的输入电压的有效值为220 v，根据可得u2110 v，由于理想二极管反向电阻无穷大，故相当于断路，故交变电流只有半个周期通过，根据电流的热效应可得t，解得u55 v，由于流过电流表的电流为流过电阻和电容器的电流之和，因无法求得流过电容器的电流，故无法求得电流表的电流，故a、b错误；若只增大原线圈输入交流电的频率，电容器的容抗减小，故副线圈回路中总的电阻减小，根据i可知，电流增大，故c正确；若只增大原线圈输入交流电的频率，电压表的示数不变，故d错误热点模型解读| 输电模型(对应学生用书第55页)考题2016卷t162014卷t212014浙江高考t15模型展示模型解读(1)输电过程的电压关系：u2u3ur，即升压变压器副线圈两端电压u2等于降压变压器原线圈两端电压u3与输电线上的电压ur之和.(2)输电过程功率的关系：