高考物理二轮复习方案 专题10 直流和交流电路课件 新课标.ppt

第四单元电路 第四单元 知识网络构建 第四单元 知识网络构建 第四单元 考情分析预测 本单元包括直流电路 交流电路和电磁感应 直流和交流电路专题包括恒定电流和交变电流两部分 恒定电流部分的主要知识点有部分电路欧姆定律 电阻定律 电阻串联和并联 电源的电动势和内阻 闭合电路的欧姆定律 电功与焦耳定律 复习重点应集中在动态电路 电路故障的检测 含容电路和含 理想或非理想 电表电路问题以及直流电路中能量转化等问题的分析上 交变电流部分主要知识点有交变电流的产生 交变电流的图象 交变电流的表述 瞬时值 有效值和峰值 理想变压器及远距离输电等 第四单元 考情分析预测 因高考实验部分必考电路实验 所以直流电路通常以选择题的形式考查或不考 交流电路的问题通常都是通过选择题形式考查 电磁感应专题包括电磁感应现象 磁通量 法拉第电磁感应定律 楞次定律 自感 涡流等知识点 楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用是电磁感应问题的重点 易涉及牛顿运动定律 路端电压 电功和电热等力电综合问题 从近几年的课标高考试题看 电磁感应和电路是高考的一个热点问题 一般以选择题或计算题的形式出现 预测2012年高考涉及电磁感应与电路的考题主要表现为以下几种形式 第四单元 考情分析预测 1 有关电路能量或直流电路的动态分析的选择题 要特别关注日常电器和新型导体材料 如热敏电阻和光敏电阻等 2 结合生产与生活及近代科技的新情景 考查交变电流的产生原理 变压器原理与含理想变压器的交变电路动态分析问题 远距离输电问题 考查形式为选择题 3 结合电磁感应的图象综合考查楞次定律和法拉第电磁感应定律应用的选择题 4 以 导轨 导体棒 模型为载体 联系法拉第电磁感应定律 楞次定律 安培力 直流电路知识 磁场知识等多个考点的电磁感应综合题 也可结合运动图象或电学图象进行考查 命题形式为计算题 第四单元 近年高考纵览 第四单元 近年高考纵览 第四单元 近年高考纵览 第四单元 近年高考纵览 专题十直流和交流电路 专题十直流和交流电路 专题十 主干知识整合 一 直流电路1 电功和电热电功w qu uit 电热q i2rt 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w q uit i2rt 专题十 主干知识整合 2 对非纯电阻电路 如电动机和电解槽 由于电能除了转化为电热之外还同时转化为机械能或化学能等其他形式的能 所以电功必然大于电热 即w q 这时电功只能用w uit计算 电热只能用q i2rt计算 两式不能通用 2 闭合电路欧姆定律表达形式 e u外 u内 i i r间关系 u e ir u i间关系 u u r间关系 专题十 主干知识整合 当外电路短路时 r 0 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 p ie 普遍适用 p i2 r r 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 专题十 主干知识整合 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 专题十 主干知识整合 p外与r的关系图象如图4 10 1所示 由图可以看出 专题十 主干知识整合 当r r时 电源的输出功率最大 pm 此时电源效率 50 当r r时 随着r的增大输出功率越来越小 当r r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 专题十 主干知识整合 二 交变电流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 专题十 主干知识整合 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 em nbs 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 专题十 主干知识整合 正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是e 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u1i1 u2i2 专题十 主干知识整合 若有两个以上的副线圈 则有 p1 p2 p3 n1i1 n2i2 n3i3 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 专题十 要点热点探究 探究点一直流电路动态分析 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 专题十 要点热点探究 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 e i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 专题十 要点热点探究 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 专题十 要点热点探究 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 专题十 要点热点探究 例1 2011 北京卷 如图4 10 2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 专题十 要点热点探究 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 专题十 要点热点探究 例1a 解析 变阻器r0的滑动端向下滑动时 接入电路中的电阻变小 电路中总电阻变小 由i 可得 电路中总电流变大 内阻上分到的电压变大 路瑞电压变小 电压表的示数变小 总电流变大 电阻r1分到的电压变大 由于u端 ur1 ur2 路端电压变小 r1分到的电压变大 所以r2分到的电压变小 电流表的示数变小 综上所述 a项正确 b c d项错误 专题十 要点热点探究 点评 本题的分析思路是 变阻器接入电路的电阻变小 导致电路总电阻变小 再由闭合电路欧姆定律确定干路电流变大 最后再根据各部分的串并联情况 利用串并联电路特点和部分电路欧姆定律分别确定各量的变化情况 本题是滑动变阻器滑片移动引起的电路动态变化 下面的变式题则是因开关断开引起的电路变化 专题十 要点热点探究 专题十 要点热点探究 a v的读数变大 a的读数变小b v的读数变大 a的读数变大c v的读数变小 a的读数变小d v的读数变小 a的读数变大 专题十 要点热点探究 例1变式题b 解析 当s断开时 电路的总电阻r总变大 总电流i 变小 内电压u内 ir变小 路端电压u e ir变大 电压表测量路端电压 读数变大 r1两端电压u1 ir1变小 r3两端电压u3 u u1变大 通过r3的电流i3 变大 电流表读数变大 b选项正确 专题十 要点热点探究 探究点二交流电路的分析 交变电流的最大值 瞬时值 有效值 平均值都有其特殊的意义 在交流电路中 不加特别说明的情况下 电流 电压都是指有效值 交流电压表 电流表的示数均为有效值 在求电功 电功率 电热等时要用交变电流的有效值 在求通过导线截面的电荷量时要用交变电流的平均值 在交流电路中要特别注意对交流电有效值的理解和计算 专题十 要点热点探究 例2 2011 天津卷 在匀强磁场中 一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动 如图4 10 4甲所示 产生的交变电动势的图象如图4 10 4乙所示 则 专题十 要点热点探究 a t 0 005s时线框的磁通量变化率为零b t 0 01s时线框平面与中性面重合c 线框产生的交变电动势有效值为311vd 线框产生的交变电动势频率为100hz 专题十 要点热点探究 专题十 要点热点探究 点评 本题考查了正弦交变电流的产生原理 电动势的峰值和有效值的关系等交变电流的基础知识 下面的变式题则考查理想变压器的工作原理 专题十 要点热点探究 专题十 要点热点探究 a 若电压表读数为6v 则输入电压的最大值为vb 若输入电压不变 副线圈匝数增加到原来的2倍 则电流表的读数减小到原来的一半c 若输入电压不变 负载电阻的阻值增加到原来的2倍 则输入功率也增加到原来的2倍d 若保持负载电阻的阻值不变 输入电压增加到原来的2倍 则输出功率增加到原来的4倍 专题十 要点热点探究 专题十 要点热点探究 高考命题者说 本题考查考生的推理能力 要求考生根据理想变压器输入功率与输出功率的关系 利用正弦交流电的最大值与有效值的关系进行推理 同时要求考生知道交流电表读数都是有效值的常识 根据理想变压器的电压比公式以及试题所给条件 可以得到输入电压的有效值为u1 6 24v 原线圈两端接入的是正弦交流电 所以最大值为选项a正确 专题十 要点热点探究 如果输入电压不变 副线圈匝数增加到原来的2倍 即n 2 2n2 利用公式可得输入电压的有效值为u 2 得出输出电压为原来的2倍 所以副线圈中的电流表的读数i 2i 即增大到原来的2倍 所以选项b错误 如果输入电压不变 负载电阻的阻值增加到原来的2倍 u1不变 r 2r 则有u2 可得输出电压u2不变 所以输入功率p 入 输入功率减小到原来的选项c错误 专题十 要点热点探究 如果保持负载电阻的阻值不变 输入电压增加到原来的2倍 即r不变 u 1 2u1 可得u 2 2u2 输出功率p 出 4p 增加到原来的4倍 选项d正确 本题抽样统计难度为0 393 区分度为0 483 对全体考生都有较好的区分 有23 的考生选择了正确选项 有19 的考生仅选择了a项 有13 的考生错选了b项 10 的考生错选了c项 12 的考生仅选了d项 引自教育部考试中心2011课程标准实验 高考理科试题分析 第203页 专题十 要点热点探究 探究点三远距离输电问题 1 处理变压器问题的一般思路 1 处理与变压器相关的电路问题时 一般将电路分成原线圈回路 副线圈回路分别考虑 用变压器的相关公式处理两回路的关系 2 分析变压器动态变化问题的思路模型 专题十 要点热点探究 3 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 2 远距离输电与变压器 1 远距离输电示意图如图4 10 6所示 专题十 要点热点探究 2 常用关系 升压变压器副线圈功率p1等于降压变压器原线圈功率p2与输电线损失功率pr之和 升压变压器副线圈电压u2等于降压变压器原线圈电压u3与输电线上产生的电压降ur之和 输电电流等于输电功率与输电电压之比i2 输电线上损失功率pr 专题十 要点热点探究 例3如图4 10 7所示 有一台交流发电机e 通过理想升压变压器t1和理想降压变压器t2向远处用户供电 输电线的总电阻为r t1的输入电压和输入功率分别为u1和p1 它的输出电压和输出功率分别为u2和p2 t2的输入电压和输入功率分别为u3和p3 它的输出电压和输出功率分别为u4和p4 设t1的输入电压u1一定 当用户消耗的电功率变大时 有 专题十 要点热点探究 a u2减小 u4变大b u2不变 u3变小c p1变小 p2变小d p2变大 p3变大 专题十 要点热点探究 专题十 要点热点探究 点评 对于远距离输电问题 应明确远