专题十五 直流电路和交流电路

你的首选资源互助社区 启东中学启东中学 专题十五专题十五 直流电路和交流电路直流电路和交流电路 重点难点重点难点重点难点重点难点 1 电路的动态变化 电路的动态变化 进行动态分析的常见思路是 由部分电阻变化推断外电路总电阻 的变化 再由全电路欧姆定 外 R 律讨论干路电流的变化 最后再根据具体情况分别确定各元件上其他量的变化情况 使 rR E I 外 总总 I 用的工具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 2 电路故障分析 电路故障分析 断路的表现是电路的端电压不为零而电流为零 一般是用电压表测量电路中某两 点电压 若电压不为零 则说明这两点与电源的连接完好 断路点就在该两点之间 这样逐渐缩小测量 范围即可找到断路点 用电流表也可类似得出 短路的表现是电流不为零而电压为零 3 电源输出的最大功率 电源输出的最大功率 电源输出功率最大的条件为 R r 即外电阻等于电源内阻 此时的最大输出功率为 Pm 电 r E 4 2 源的效率为 50 4 电流表和电压表在电路中的作用 电流表和电压表在电路中的作用 可分为两种情形 理想情况 电流表内阻为零 电压表内阻 可视为无穷大 都对电路没有影响 在分析和计算时 常将电流表视为短路 将电压表视为断路 实 际情况 可将电流表看作阻值为其内阻 能测量其本身电流的特殊电阻串入电路中 可将电压表看作阻 值为其内阻 能测量其本身电压的特殊电阻并入电路中 5 交流电的有效值 交流电的有效值 有效值的概念是根据电流的热效应规定的 具有等效的含义 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的是有效值 6 理想变压器 理想变压器 变压器的输入功率等于输出功率 且输出功率随负载的变化而变化 输入功率随输出功率变化而 变化 由可知 即变压器副线圈两端电压由原 副线圈的匝数比和输入电压 2 1 2 1 n n U U 1 1 2 2 U n n U 2 1 n n U1决定 变压器副线圈上的电流由副线圈的输出电压和负载决定 即 R U I 2 2 规律方法规律方法规律方法规律方法 例 1 在如图所示的电路中 电源电动势为 E 设电流表的示数为 I 电压表的示数为 U 电容器 C 所带的电荷量为 Q 将滑动变阻器 R1的滑动触头 P 向上移动 待电流达到稳定后 则与 P 移动前相比 你的首选资源互助社区 AC A 若电源内阻不可忽略 则 U 减小 B 若电源内阻不可忽略 则 I 增大 C 若电源内阻不可忽略 则 Q 减小 D 若电源内阻可以忽略 则 Q 减小 训练题训练题如图所示 两只相同的白炽灯泡 D1和 D2串联后接在电压恒定的电路中 若 D1的灯丝断了 经过搭丝后 搭丝后灯泡的电阻减小 仍然与 D2串联 重新接人原来的电路 假设在此过程中 灯丝电 阻随温度变化的因素可忽略不计 且每只灯泡两端的电压均未超过其额定电压 则此时每只灯泡所消耗 的功率与原来各自的功率相比 BC A D1的功率变大 B D1的功率变小 C D2的功率变大 D D2的功率变小 例 2 如图所示是一个电热器电路 指示灯 电键 电热丝构成串联回路 接在电源上发现该电路 有一个元件断路 有一个元件短路 但不知道是哪个元件上有故障 今用一个校验电灯分别依次接在各 处进行检测 得到如下表所示的结果 请根据表格回答下列问题 1 由前两次检测可以知道 2 由第三次检测可以知道 3 由以上检测可以知道 断路 短路 解析 1 第 1 次检测 将电灯接在 af 点 正常发光 说明电路从电源 a f 电源是连通的 即电源正常 且灯泡的额定电压等于电源电压 第 2 次检测 将电灯接在 ab 点 不发光 说明电路不通 所以从前两次检测可判定 电源正常 电键或电热丝断路 2 第 3 次检测 将电灯接在 cd 点 发光但不正常 说明电路是通的 即指示灯 电热丝没有断 路 3 第 4 次检测 将电灯接在 ef 点 不发光 说明电路不通 综上各次检测可判定 电键断路 第 5 次检测 将电灯接在 ad 点 发光但不正常 说明电路是通的 灯泡两端电压小于电源电压 所 以电热丝有电阻即是正常的 第 6 次检测 将电灯接在 cf 点 正常发光 说明电路是通的 灯泡两端电压等于电源电压 而 ac 间 电压为零 即指示灯短路 综上所述 电路故障是 电键断路 指示灯短路 校验次序123456 校验接入点afabcdefadcf 发光情况正常发光不发光发光不正常不发光发光不正常正常发光 你的首选资源互助社区 训练题训练题图为一电路板的示意图 a b c d 为接线柱 a d 与 220V 的交流电源连接 ab 间 bc 间 cd 间分别连接一个电阻 现发现电路中没有电流 为检查电路故障 用一交流电压表分别测得 b d 两点间以及 a c 两点间的电压均为 220V CD A ab 间电路通 cd 间电路不通 B ab 间电路不通 bc 间电路通 C ab 间电路通 bc 间电路不通 D bc 间电路不通 cd 间电路通 例 3 如图所示的电路中 电源电动势 E 9 V 电阻 R1 2 5 R2 3 当电阻箱 Rx调到 3 时 电流表的示数为 2 A 求 1 电源的内电阻 2 调节电阻箱 使电流表的示数为 1 8 A 时 电阻 R2消耗的电功率 解析 1 当 Rx 3 时 则电路外电阻为 2 1 2 4 x x R R RR RR 由闭合电路欧姆定律有 E I Rr 0 5 E rR I 2 调节电阻箱后 由闭合电路欧姆定律 12 EI RrU 有 V 3 6V 21 9 1 8 2 50 5 UEI Rr 所以电阻 R2消耗的电功率为 4 32W 2 2 2 2 U P R 训练题训练题在图电路中 电源由 6 个电动势为 1 5 V 内电阻为 0 1 的 电池串联而成 R1为 4 4 R2为 6 变阻器 R3开始时接入电路的阻值 为 12 R2的额定功率为 3 W 问 1 此时通过 R1的电流是多大 2 此时电源的输出功率是多大 3 为确保 R2消耗的实际功率不超过它的额定功率 变阻器 R3接 入电路的阻值应满足什么条件 答案 答案 1 I 1A 2 P 8 4W 3 变阻器 变阻器 R3接入电路的阻值应小于 等于接入电路的阻值应小于 等于 17 例 4 如图所示 一理想变压器原线圈匝数 n1 1100 匝 副 R 1 R 3 R 2 Er 你的首选资源互助社区 线圈匝数 n2 180 匝 交流电源的电压 电阻 R 45 电压表 电流表均为理想1U220 2sin120 tV 电表 则 BD A 交流电的频率为 50Hz B A1的示数约为 0 13A C A2的示数约为 1 1A D V 的示数为 36V 能力训练能力训练能力训练能力训练 1 在图示电路的三根导线中 有一根是断的 电源 电阻器 R1 R2及另外两根导线都是好的 为了查出断导线 某学生想先将万用表 的红表笔连接在电源的正极 a 再将黑表笔分别连电阻器 R1的 b 端和 R2的 c 端 并观察万用表指针的示数 在下列选档中 符合操作规程的是 A A 直流 10V 挡B 直流 0 5A 挡 C 直流 2 5V 挡D 欧姆挡 2 电路如图 电源内阻不能忽略 R1 10 R2 8 开关接通 1 时 电压表 的示数 U1 2 0V 则当开关接通 2 时 电压表的示数可能是 C A 2 2V B 2 0V C 1 8V D 1 6V 3 如图所示 是测定两个电源的电动势 E 和内电阻 r 实验中得到的路端 电压 U 和电流 I 的图线 则应有 ACD A 当 I1 I2时 电源总功率 P1 P2 B 当 I1 I2时 外电阻 R1 R2 C 当 U1 U2时 电源输出功率 P出 1 P出 2 D 当 U1 U2时 电源内部消耗的电功率 P内 1 P内 2 4 如图甲所示 一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转轴 以恒定的角速度转动 当线圈平面与磁场方向平行时开始计时 线圈中产生的交变电流按照图乙所示的余弦规律变化 在 t 时刻 CD 2 A 线圈中的电流最大 B 穿过线圈的磁通量为零 C 线圈所受安培力的力矩为零 D 线圈消耗的电功率为零 5 06 年南京 所示电路中 电源电动势 E 10V 内阻 r 1 电容器电容 C 40 F 电阻 R1 R2 4 R3 5 接通 电键 S 待电路稳定后 求 V C E r S R1 R2 R3 你的首选资源互助社区 1 理想电压表 V 的读数 2 电容器的带电量 答案 当开关合上后 等效电路如图所示 这时电压表测得答案 当开关合上后 等效电路如图所示 这时电压表测得 的是的是R3两端两端 的电压的电压 U3 电容器两端的电压为 电容器两端的电压为 R1两端的电压两端的电压 U1 1 流过电路中的总电流 流过电路中的总电流 rRR E I 31 代入数据得代入数据得 I 1A U3 IR3 U3 5V 2 U1 IR1 U1 4V C Q U1 Q CU 1 6 10 4C 6 05 年南通 如图所示 电源的电动势 内阻不计 12VE 电阻 电容器的电容 其中 123 4RRR 4 12R 10 FC 有一带电微粒恰好处于静止状态 若在工作的过程中 电阻突然发 2 R 生断路 电流表可看作理想电表 求 1 带电微粒加速度的大小和方向 2 从电阻断路到电路稳定的过程中 流经电流表的电量 2 R 答案 答案 1 22 R6 2 E UV 122 断路前 由于R R R两端电压为 34 3 139 4 RREV 44 由于 R两端电压为U 电容器两端电压为电容器两端电压为 带电量 带电量 上板带负电 上板带负电 3 C UV 65 3 10 103 10 cc QCUC 带电微粒静止带电微粒静止 c U qmg d 断路后 电路稳定后 电容器两端电压断路后 电路稳定后 电容器两端电压 2 R 3 1 3 4 C UUEV 电容器带电量为电容器带电量为 上板带正电 上板带正电 5 3 10 CC QCUC 带电微粒的加速度带电微粒的加速度 方向竖直向下 方向竖直向下 2 2 cc UU mgqmgq mg dd ag mmm 2 从电阻 从电阻断路到电路稳定的过程中 流经电流表的电量断路到电路稳定的过程中 流经电流表的电量 2 R 5 6 10 ACC qQQC 7 05 年宿迁 如图所示 是用直流电动机提升重物的装 置示意图 电源电动势 E 100V 内电阻 r1 1 电动 机的线 圈电阻 r2 4 重物质量 m 36kg 重物被电动机以 电动机 I v0 E r R1 R3 你的首选资源互助社区 v 0 5m s 的速度匀速提起 不计重物运动中所受的阻力 取 g 10m s2 试求 电路中的电流 I 和电源的 输出功率 P 答案 电源的输出功率 答案 电源的输出功率 P UI 由闭合电路欧姆定律由闭合电路欧姆定律 E U Ir1 即即 P I E Ir1 电动机的热功率 电动机的热功率 P热 热 I 2r2 电动机的输出机械功率 电动机的输出机械功率 P出 出 mgv 则 则 P mgv I 2r2 所以得 所以得 I2 r2 r1 IE mgv 0 代入数据化简 得 代入数据化简 得 I 2 20I 36 0 所以所以 I 2 A I 18A 舍去 舍去 得得 P 196 W 8 05 年连云港 一个矩形线圈在一匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速转动 产生的交 变电动势表达式为V 试求 te314sin311 1 电动势的最大值 有效值和频率 2 若矩形线圈是 100 匝 线圈平面面积为 0 02m2 匀强磁场的磁感应强度 B 是多少 3 当线