高考物理二轮复习 专题11 直流和交流电路精品课件 大纲人教版.ppt

专题十一直流和交流电路 专题十一直流和交流电路 专题十一 主干知识整合 一 部分电路欧姆定律1 公式 i 2 定量关系 1 r一定时 i u 2 u一定时 i 3 r与u i无关 3 图象表示 在r一定的情况下 i与u成 所以i u图线 u i图线是 在i u图线中 斜率越大则r 在u i图线中 斜率越大则r 正比 过原点的直线 越小 越大 专题十一 主干知识整合 说明 公式中的i u r是表示同一导体的电流 电压和电阻 适用范围 纯电阻用电器 二 电功 电热 电功率1 电功 电流做的功 计算公式 w qu uit 对纯电阻电路有 w i2rt 2 电热 电流通过导体产生的热量 公式 q i2rt 对纯电阻电路有 q iut 3 电功和电热的关系 1 纯电阻电路 电功等于电热 专题十一 主干知识整合 2 非纯电阻电路 电功大于电热 即 uit q e其他能 4 电功率 反映电流做功快慢的物理量 计算公式 p ui 对纯电阻电路有 p i2r 5 额定功率 指用电器正常工作时的功率 当用电器两端电压达到额定电压u额时 电流达到额定电流i额 电功率也达到额定功率p额 且p额 i额u额 如果是纯电阻用电器 还可写成p额 ir p额 u额 i额 r四个量中只要知道其中两个量 就可以算出其他两个量 专题十一 主干知识整合 三 闭合电路欧姆定律1 三种表达式 1 i 2 e u内 u外 3 u端 e ir 说明 上面第 3 式是解决动态分析问题时常用的解析式 也是 测电源电动势和内阻 实验的原理 也可以画出其图象进行理解 详见本书专题十八电学实验讲解和例题 2 路端电压u和外电阻r的关系 1 若r增大 则u 当r 断路 时 u e 达到最大 增大 专题十一 主干知识整合 2 若r减小 则u 当r 0 电源短路 时 u 0 达到最小 3 总电流i和外电阻r的关系 1 若r增大 则i 当r 时 i 0 2 若r减小 则i 当r 0时 i 达到最大 注意 通常情况下 电源不能被短路 即r不能减小到零 减小 减小 增大 专题十一 主干知识整合 四 闭合电路的功率分配及讨论1 几种功率 1 电源总功率p总 ei 电源消耗的总功率 2 电源输出功率p输出 u端i 即外电路功率 3 电源损耗功率p内损 i2r 即内电路功率 4 线路损耗功率p线损 i2r线 2 关于闭合电路功率的几个结论 1 闭合电路上功率分配关系为 p p外 p内 即ei ui i2r 专题十一 主干知识整合 2 闭合电路上功率分配关系反映了闭合电路中能量的转化和守恒 即电源提供的电能 一部分消耗在内阻上 其余部分输出给外电路 并在外电路上转化为其他形式的能 能量守恒的表达式为 eit uit i2rt 普遍适用 eit i2rt i2rt 只适用于外电路为纯电阻的电路 3 电源的效率 由公式可知 外电阻r越大 电源的效率 越高 专题十一 主干知识整合 4 电源的输出功率与外电阻r的关系 对纯电阻电路来说 电源的输出功率为p出 ui 据此可画出p出与r的关系图如图3 11 1所示 专题十一 主干知识整合 根据p出关系式及其图象容易理解以下规律 当r r时 电源的输出功率达到最大 即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p出 pm时 每个输出功率的值对应两个可能的外电阻r1和r2 且存在定量关系r1r2 r2 五 理想变压器及远距离输电1 变压器是用来改变交流电压的设备 对只有一个副线圈的理想变压器存在三个规律 专题十一 主干知识整合 3 p入 p出 i1u1 i2u2 2 远距离输电 1 输电模型如图3 11 2所示 专题十一 主干知识整合 2 三个定量关系 电压损失关系 u u2 u3 理想变压器的电压损失是输电线上的电阻导致的 升压变压器的输出电压和降压变压器的输入电压的差就是电压损失 功率损失关系 p ir线 输电线上电阻发热导致功率损失 升压变压器输出功率和降压变压器的输入功率的差即为功率损失 功率关系p用 p入 p损 专题十一 要点热点探究 探究点一直流电路的分析 高考试题中涉及直流电路的问题主要是电路的动态分析问题 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 专题十一 要点热点探究 分析电路的动态变化的基本步骤 明确变化的原因 明确电路结构 有时需要对电路进行简化 遵循由部分到整体再回到部分的基本思路 灵活使用闭合电路 部分电路欧姆定律 注意各部分电路的电流 电压关系 专题十一 要点热点探究 例1 2011 北京卷 如图3 11 3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 专题十一 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 点拨 r0滑动端向下滑动 则其连入电路的实际阻值如何变化 回路总电阻如何变化 总电流如何变化 路端电压如何变化 专题十一 要点热点探究 例1a 解析 变阻器r0的滑动端向下滑动时 接入电路中的电阻减小 电路中总电阻变小 由i 可得 电路中总电流增大 内阻上分到的电压变大 路瑞电压变小 电压表的示数减小 总电流增大 电阻r1分到的电压增大 由于u端 ur1 ur2 路端电压减小 r1分到的电压增大 所以r2分到的电压减小 电流表的示数变小 综上所述 a项正确 b c d项错误 专题十一 要点热点探究 点评 1 进行电路动态分析的常见思路 由部分电阻变化推断外电路总电阻 r外 的变化 再由闭合电路欧姆定律i总讨论干路电流i总的变化 最后再根据具体情况分别确定各支路 各元件上其他量的变化情况 2 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 3 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 其所在电路里有充 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 专题十一 要点热点探究 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 将会引起电容器的充 放 电 如果电容器两端电压升高 电容器将充电 如果电压降低 电容器将通过与其并联的电路构成放电回路放电 专题十一 要点热点探究 专题十一 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 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 专题十一 要点热点探究 探究点二交流电路的分析和计算 交变电流的最大值 瞬时值 有效值 平均值都有其对应的适用条件 应特别注意对交流电有效值的理解和计算 在解题中注意区分 专题十一 要点热点探究 例2配电变压器指配电系统中变换交流电压和电流的一种电器 如图3 11 5为某理想变压器示意图 原副线圈匝数比为25 1 下列说法正确的是 专题十一 要点热点探究 a 若原线圈的输入电压最大值为10kv 则电压表的示数为400vb 若由于某种原因导致输入电压降低 则为了保证用户的正常用电 应增加副线圈的匝数c 若输入电压不变 闭合开关s 则电压表和电流表示数均减小d 若输入电压不变 闭合开关s 则原线圈中的电流变大 点拨 本题涉及变压器及交流电路的分析 注意输入和输出的决定关系 并注意交流电表显示的是交流电的有效值 专题十一 要点热点探究 例2bd 解析 根据可知 若原线圈的输入电压最大值为10kv 则副线圈中电压的最大值为400v 而电压表的示数为有效值 应为v 选项a错误 若输入电压 原线圈中电压 降低 增大副线圈的匝数 匝数比增大 可以保证副线圈电压不变 选项b正确 由于变压器为理想变压器 副线圈电阻为零 闭合开关s 电阻减小 电压表示数不变 电流表示数变大 选项c错误 d正确 专题十一 要点热点探究 点评 1 瞬时值 交变电流某一时刻的值 它反映不同时刻交流电的大小和方向 2 最大值 交变电流变化过程中所能达到的最大值 也叫峰值 它反映交流电大小的变化范围 将电容器接在交流电路中时 要求交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值 3 平均值 用法拉第电磁感应定律求得的即是感应电动势的平均值 当然可进一步求感应电流的平均值 4 有效值 交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的 正弦交流电的有效值与最大值之间的关系是 非正弦交流电的有效值需要根据有效值的定义来求 注意在交流电路中 电表的测量值 计算电功用的电流和电压值 电器设备上所标的额定电流和电压值均指有效值 专题十一 要点热点探究 专题十一 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 专题十一 要点热点探究 例2变式题ad 解析 若电压表读数为6v 根据可得 输入电压有效值为u1 v 因此其最大值为24v 选项a正确 若输入电压不变 副线圈匝数增加到原来的2倍 则输出电压也增加到原来的2倍 电流表示数应增加到原来的2倍 选项b错误 若输入电压不变 负载电阻的阻值增加到原来的2倍 则输出电流减小到原来的一半 由p ui可知 输入功率和输出功率也减小到原来的一半 选项c错误 若保持负载电阻的阻值不变 输入电压增加到原来的2倍 则输出电压增大到原来的2倍 由p 可知 输出功率增加到原来的4倍 选项d正确 专题十一 要点热点探究 探究点三变压器与远距离输电 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 副线圈回路分别进行考虑 用变压器的相关公式处理两回路的关系 分析变压器动态变化问题的思路 专题十一 要点热点探究 例3如图3 11 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 专题十一 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 专题十一 要点热点探究 点拨 远距离输电流程如何 各级变压器输入 输出参量的关系如何 例3bd 解析 当用户消耗的电功率变大时 理想升压变压器t1输入功率p1变大 由得u2 所以u2不变 输电电流i 变大 而u3 u2 ir减小 由得u4 减小 选项a错误 b正确 由于两个变压器均为理想变压器 则有p1 p2 p3 p4 即功率均增大 选项c错误 d正确 专题十一 要点热点探究 点评 分析含理想变压器的交流电路的动态变化时 首先要知道哪些是不变的量 哪些是变化的量 变化的量之间存在哪些定量关系和决定关系 在这里必须掌握的三个制约关系 1 电压制约关系 当变压器原 副线圈的匝数比 一定时 输出电压u2由输入电压u1决定 即u2 2 电流制约关系 当变压器原 副线圈的匝数比 一定 且输入电压u1确定时 原线圈中的电流i1由副线圈中的输出电流i2决定 即i1 3 负载制约关系 变压器副线圈中的功率p2由用户负载情况决定 即p2 p负1 p负2 变压器副线圈中的电流i2由用户负载及电压u2决定 即i2 专题十一 要点热点探究 专题十一 要点热点探究 专题十一 要点热点探究 c 为使用户电压稳定在220v 应将p适当下移d 为使用户电压稳定在220v 应将p适当上移 专题十一 要点热点探究 例3变式题bd 解析 由图乙可知 交变电流的最大值为190v 周期为0 02s 100 rad s 所以a项错误 b项正确 为了让用户得到220v的电压 由可知 要想使电压u2升高 n1必须变小 c项错误 d项正确 专题十一 教师备用习题 1 交流发电机电枢中产生的交变电动势为e emsin t 如果要将交变电动势的有效值提高一倍 而交流电的周期不变 可采取的方法是 a 将电枢转速提高一倍 其他条件不变b 将磁场增强一倍 其他条件不变c 将线圈的面积增加一倍 其他条件不变d 将磁场增强一倍 线圈的面积缩小一半 其他条件不变 专题十一 教师备用习题 备选理由 本题重点考查交流电的产生过程及其瞬时值表达式 只有在理解的基础上才能准确应用该表达式 并作出定量分析 解析 bc若交流发电机电枢转速为n 则发电机产生的交变电动势为e emsin t bs 2 n sin 2 n t 若转速提高一倍 周期减小为原来的有效值提高一倍 选项a错误 只将磁场或线圈面积增加一倍 周期不变 选项b c正确 将磁场增强一倍 线圈的面积缩小一半