高三物理二轮复习 第一篇 专题攻略 专题五 电路和电磁感应 第12讲 恒定电流与交变电流课件

专题五电路与电磁感应 第12讲恒定电流与交变电流 主干回顾 核心速填 1 闭合电路的欧姆定律 电流 I 路端电压 U路 E Ir 2 交变电流的 四值 最大值 瞬时值 从中性面计时 有效值 由电流的热效应定义 平均值 Em nBS e Emsin t 3 理想变压器的四个基本关系 功率关系 电压关系 电流关系 频率关系 P入 P出 f1 f2 热点考向1直流电路的动态分析 典例1 2016 赣州二模 如图所示电路中 GMR为一个磁敏电阻 它的阻值随所处空间磁场的增强而增大 电源内阻不可忽略 小灯泡电阻恒定 闭合开关S1和S2后 在滑动变阻器的滑片P向右滑动时 下列说法正确的是 A L1 L2 L3都变暗B L1 L2 L3都变亮C L1变暗 L2变亮 L3变暗D L1变亮 L2变暗 L3变亮 思考 1 滑片P向右滑动时 电磁铁导致GMR阻值如何变化 提示 滑片P向右滑动时 滑动变阻器接入电路的电阻变大 左侧电路的电流变小 电磁铁磁性变弱 GMR的阻值变小 2 含有GMR电阻的电路中 各用电器是如何连接的 提示 GMR与L1串联 然后和L2并联 最后和L3串联 解析 选D 滑片P向右滑动时 滑动变阻器接入电路的电阻变大 左侧电路的电流变小 电磁铁磁性变弱 GMR的阻值变小 右侧电路的总电阻变小 干路的电流I变大 L3变亮 路端电压U E Ir变小 L2的电压U2 U IRL3变小 灯L2变暗 通过L2的电流变小 通过L1的电流I1 I I2变大 L1变亮 题组过关 1 某同学在研究电路动态问题时 设计如图所示电路 电源内阻不可忽略 两电表均为理想电表 开关S闭合后电路正常工作 在滑动变阻器R1的滑片P向右滑动的过程中电压表的示数突然减小了 可能是因为 A 滑动变阻器R1短路B 电阻R3断路C 电流表断路D 电阻R2断路 解析 选A 滑动变阻器R1的滑片P向右滑动时 电路总电阻R总增大 干路电流I总减小 电源内部电压U内减小 路端电压应增大 若R1短路 电路总电阻减小 路端电压应减小 若电阻R3断路 此时电压表测量的是开路电压 示数会增大 当R2或电流表断路时 电路总电阻增大 路端电压应增大 综上 A项正确 2 2016 合肥二模 如图所示电路中 滑动变阻器R的滑片P从a端滑到b端的过程中 两电表的示数变化情况分别是 A 示数增大 示数减小B 示数先减小后增大 示数减小C 示数增大 示数先增大后减小D 示数先减小后增大 示数先增大后减小 解析 选B 滑片从a端移动到滑动变阻器中点的过程中 滑动变阻器上下两部分的并联电阻逐渐变大 总电阻变大 干路电流I变小 路端电压U变大 根据UV UR0 IR0 可得UV变小 根据U并 U UR0 可得U并变大 又根据电流表的示数IA I 可得IA逐渐减小 滑片从中点移动到b端的过程中 滑动变阻器上下两部分的并联电阻逐渐变小 总电阻变小 干路电流I变大 路端电压U变小 根据UV UR0 IR0 可得UV变大 根据U并 U UR0 可得U并变小 又根据电流表的示数IA 可得IA逐渐减小 综上 B项正确 3 在如图所示的电路中 电压表和电流表均为理想电表 电源内阻不能忽略 灯泡电阻视为不变 闭合开关S后 将滑动变阻器的滑片P向下滑动 则下列叙述正确的是 A 电压表和电流表的示数都增大B 灯L2变暗 电流表的示数减小C 灯L1变亮 电压表的示数减小D 电源的效率增大 电容器所带电荷量增加 解析 选C 闭合开关S后 将滑动变阻器的滑片P向下滑动 则滑动变阻器接入电路的电阻减小 外电路总电阻减小 干路电流增大 路端电压减小 则灯L1变亮 电压表的示数减小 根据串联电路分压规律可知 并联部分的电压减小 则灯L2的电流减小 灯L2变暗 根据干路电流增大 灯L2的电流减小 可知电流表的示数增大 电源的效率 U减小 则电源的效率减小 并联部分电压减小 则电容器两端电压减小 由Q CU可知电容器C所带电荷量减小 综上 C项正确 规律总结 三法 突破直流电路的动态分析 1 程序法 部分电路阻值变化 电路总电阻R总变化 干路电流I变化 路端电压U变化 各分量变化 即 2 串反并同法 所谓 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 两端的电压 电功率都减小 增大 所谓 并同 即某一电阻增大 减小 时 与它并联或间接并联的电阻中的电流 两端的电压 电功率都增大 减小 3 极限分析法 因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题 可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个端点去讨论 加固训练 2016 宜昌一模 电动势为E 内阻为r的电源与定值电阻R1 R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路 当滑动变阻器的触头由中点滑向a端时 下列说法正确的是 A 定值电阻R1电功率减小B 电压表和电流表读数都减小C 电压表读数增大 电流表读数减小D R中电流变化的绝对值等于电流表读数变化的绝对值 解析 选B 当滑片向a滑动时 R的接入电阻减小 总电阻减小 由闭合电路的欧姆定律可知电路中总电流I增加 根据P I2R可知电阻R1电功率增大 A项错误 由U E Ir可知路端电压减小 即电压表示数减小 因路端电压减小 R1两端的电压增加 故并联部分电压减小 由欧姆定律可知电流表示数减小 B项正确 C项错误 滑动变阻器R与电阻R2并联 总电流增加 电阻R2的电流减小 故滑动变阻器R的电流增加 且增加量等于干路电流的增加量与电阻R2的电流减小量之和 故R中电流变化的绝对值大于电流表读数变化的绝对值 D项错误 热点考向2交变电流的产生和描述 典例2 多选 如图甲所示是一种振动发电装置的示意图 一个半径r 0 10m 匝数n 20匝的线圈套在永久磁铁槽中 槽中磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布 其右侧视图如图乙所示 线圈所在位置磁感应强度B的大小均为B T 线圈的电阻R1 0 50 它的引出线接有R2 9 50 的小电珠L A为理想交流电流表 当线圈框架的P端在外力作用下沿轴线做往复运动时 便有电流通过电珠 若线圈往复运动的规律如图丙所示 v取向右为正 则下列判断正确的是 A 电流表的示数为0 24AB 0 01s时回路中的电流最大C 回路中交流电的频率为50HzD 0 015s时电珠L中电流的方向为从C L D 名师点拨 1 分析线圈中感应电流的性质 v t图象为正弦式 由法拉第电磁感应定律E BLv 可知线圈往复运动所产生的感应电流为正弦式交流电 2 电动势 电流的最大值对应速度的最大值 某时刻感应电流的方向可由右手定则判断 解析 选C D 由E BLv及v t图象可知 线圈往复运动所产生的感应电流为正弦式交流电 则Em nB 2 rvm 2 4V 电流的有效值I 选项A错误 由图象可知T 0 02s f 50Hz 选项C正确 t 0 01s时 v 0 所以I 0 选项B错误 t 0 015s时 由右手定则可知 电流方向为C L D 选项D正确 迁移训练 迁移1 矩形线圈在匀强磁场中转动产生交变电流 2015 四川高考 小型手摇发电机线圈共N匝 每匝可简化为矩形线圈abcd 磁极间的磁场视为匀强磁场 方向垂直于线圈中心轴OO 线圈绕OO 匀速转动 如图所示 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 则发电机输出电压 A 峰值是e0B 峰值是2e0C 有效值是Ne0D 有效值是Ne0 解析 选D 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 因此对于单匝矩形线圈总电动势最大值为2e0 又因为发电机线圈共N匝 所以发电机线圈中总电动势最大值为2Ne0 根据闭合电路欧姆定律可知 在不计线圈内阻时 输出电压等于感应电动势的大小 即其峰值为2Ne0 故A B错误 又由题意可知 若从图示位置开始计时 发电机线圈中产生的感应电流为正弦式交变电流 由其有效值与峰值的关系可知 U 即U Ne0 故C错误 D正确 迁移2 导体棒切割磁感线产生交变电流 多选 2016 武汉一模 如图所示 导体棒ab两个端点分别搭接在两个竖直放置 电阻不计 半径相等的金属圆环上 圆环通过电刷与导线c d相接 c d两个端点接在匝数比n1 n2 10 1的变压器原线圈两端 变压器副线圈接一滑动变阻器R0 匀强磁场的磁感应强度为B 方向竖直向下 导体棒ab长为L 电阻不计 绕与ab平行的水平轴 也是两圆环的中心轴 OO 以角速度 匀速转动 如果滑动变阻器的阻值为R时 通过电流表的电流为I 则 A 滑动变阻器上消耗的功率为P 100I2RB 变压器原线圈两端的电压U1 10IRC 取ab在环的最低端时t 0 则导体棒ab中感应电流的表达式是i Isin tD ab沿环转动过程中受到的最大安培力F BIL 解析 选A D 电流表电流为I时 副线圈中I2 I 10I 所以滑动变阻器消耗的功率P2 R 100I2R A项正确 又根据U1I P2 100I2R 可得U1 100IR B项错误 ab在环的最低端时开始计时 导体棒运动时切割磁感线 切割速度与磁感线的夹角 t 产生的电动势e BLvsin BLvcos t 电流与电动势的相位相同 所以i Icos t C项错误 ab在环最低端时所受安培力最大 此时i I F BIL D项正确 迁移3 交变电流的图象问题 2016 南平二模 如图所示 图甲 图乙分别表示两种电压的波形 其中图甲所示的电压按正弦规律变化 下列说法正确的是 A 图甲表示交流电 图乙表示直流电B 图甲电压的有效值为220V 图乙电压的有效值小于220VC 图乙电压的瞬时值表达式为u 220sin100 tVD 图甲电压经过匝数比为10 1的理想变压器变压后 频率变为原来的0 1倍 解析 选B 图甲和图乙都表示交流电 A错误 图甲电压的有效值为U 220V 两图相比较可知图乙电压的有效值小于220V B正确 图乙不是正弦式交流电 所以表达式不是正弦函数 故C错误 变压器不改变交变电压的频率 故D错误 规律总结 计算交变电流有效值的方法 1 正弦 或余弦 式交变电流 可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I U 求解 2 其他交变电流 分段计算电热 然后求和得出一个周期内产生的总热量 利用公式Q I2Rt和Q 可分别求得电流有效值和电压有效值 加固训练 如图甲所示为一种调光台灯电路示意图 它通过双向可控硅电子器件实现了无级调节亮度 给该台灯接220V的正弦交流电后加在灯管两端的电压如图乙所示 则此时交流电压表的示数为 解析 选B 本题考查电压的有效值的计算 设电压的有效值为U 根据有效值定义有解得B项正确 热点考向3理想变压器和远距离输电问题 典例3 2016 全国卷 一含有理想变压器的电路如图所示 图中电阻R1 R2和R3的阻值分别为3 1 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 A 2B 3C 4D 5 思维流程 第一步 审题干 提取信息 1 三个电阻阻值已知 开关断开前后电流已知 2 电源电压及原副线圈匝数比未知 第二步 突破难点 确定分析思路 1 开关断开时 变压器输入功率等于输出功率 可得关系式1 U IR1 I I2 R2 R3 2 开关闭合时 变压器输入功率等于输出功率 可得关系式2 U 4IR1 4I 4I 2R2 解析 选B 设变压器原 副线圈匝数分别为n1 n2 当开关S断开时 电流表的示数为I 副线圈电流为I 因此有 U IR1 I I2 R2 R3 当S闭合时 电流表的示数为4I 同理有 U 4IR1 4I 4I 2R2 联立解得原 副线圈匝数比为3 故选B 典例4 2016 郑州一模 某发电站为一城市供电的示意图如图所示 其中M为升压变压器 N为降压变压器 假设两变压器均可视为理想变压器 已知变压器M的输入电压U1保持不变 输入电流 输入功率分别用I1 P1表示 输出电压 输出电流 输出功率分别用U2 I2 P2表示 变压器N的输入电压 输入电流 输入功率分别用U3 I3 P3表示 输出电压 输出电流 输出功率分别用U4 I4 P4表示 输电线的阻值为R 输电线损失的功率为 P 下列关系式正确的是 A I2 B P U2 U3 I3C I2 I3D 当用户的数量增加时 变压器N的输入电压U3增加 名师点拨 1 注意输电线上损失的电压为U2 U3 不是U2 进一步可依据欧姆定律 功率公式分析I线 P 2 用户的数量增多 表明输出功率增大 可依此为突破口 依次分析I线 U线 U3 解析 选B 由电路图可知输电电流I2 I3 并且I2 I3 A C项错误 输电线上损失的功率为 P U2 U3 I3 B项正确 当用户的数量增加时 输出功率增大 输电线中的电流增大 输电线上损失的电压增大 所以变压器N的输入电压U3减小 D项错误 题组过关 1 2015 全国卷 一理想变压器的原 副线圈的匝数比为3 1 在原 副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻 原线圈一侧接在电压为220V的正弦交流电源上 如图所示 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 A U 66V k B U 22V k C U 66V k D U 22V k 解析 选A 由于变压器的匝数比为3 1 可得原 副线圈的电流比为1 3 根据P I2R可知原 副线圈中电阻R的功率之比k 由 其中U2 U 则U1 3U 结合原 副线圈的电流比为1 3 可得原线圈中电阻R上的电压为 所以有3U 220V 得U 66V 故选项A正确 2 2016 江苏高考 一自耦变压器如图所示 环形铁芯上只绕有一个线圈 将其接在a b间作为原线圈 通过滑动触头取该线圈的一部分 接在c d间作为副线圈 在a b间输入电压为U1的交变电流时 c d间的输出电压为U2 在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中 A U2 U1 U2降低B U2 U1 U2升高C U2 U1 U2降低D U2 U1 U2升高 解析 选C 从图中看到 原线圈匝数对应整个部分 而副线圈匝数对应的是一部分 所以该变压器为降压变压器 根据理想变压器电压和匝数的关系在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中 副线圈的匝数变少 U2降低 规律总结 解决远距离输电问题的一般思路 1 电路分析 远距离输电线路由升压变压器 输电线 降压变压器和负载四部分组成 2 电压关系 升压变压器输入电压U1是不变的 根据可以确定升压变压器的输出电压U2 输电线上有一定的电压损失 U I2R 降压变压器输入端电压U3 U2 U 降压变压器输出电压由确定 3 功率关系 升压变压器输入功率为P1 输电线上损失功率为 P R 降压变压器输出功率为P4 则P1 P4 P P4 R 4 电流关系 升压变压器输入电流由I1 确定 输出电流I2由确定 I2通过输电线传到降压变压器 即I3 I2 而 加固训练 1 2016 青岛二模 如图所示为模拟远距离输电实验电路图 两理想变压器的匝数n1 n42R 忽略灯丝电阻随温度的变化 当A B端接入低压交流电源时 A A1 A2两表的示数相同B L1 L2两灯泡的亮度相同C R1消耗的功率大于R3消耗的功率D R2两端的电压小于R4两端的电压 解析 选D 设变压器原 副线圈数比为k k 1 A B端接入的电压为U 则L2两端的电压为U2 A2表的示数IA2 对于变压器电路 升压变压器副线圈两端的电压为 设通过L1的电流为I1 则L1两端的电压为I1RL A1表的示数为IA1 kI1 降压变压器原线 圈的电压为I1RL