高中物理高考二轮复习专题十 电路综合问题典例赏析课件全国通用.ppt

专题十电路综合问题 典例赏析 要点回顾 复习指南 目录 专题十电路综合问题 本专题中的电路包括恒定电流电路 电磁感应电路和交变电流电路 恒定电流电路是基础 电磁感应电路和交流电路是恒定电流电路的延伸和拓展 恒定电流电路主要是电路的计算 动态变化的判断 故障分析等 还要注意能量变化问题 能从能量转化和守恒的角度解决问题 感应电路应主要关注感应电流的产生条件 方向判定和导体切割磁感线产生感应电动势的计算 同时由于电磁感应问题与直流电路 磁场等知识联系密切 在复习中培养综合运用这些知识解决实际问题的能力 复习指南 返回目录 复习指南 返回目录 专题十电路综合问题 交流电路知识实际上是电磁感应现象研究的继续和其规律的具体应用 交变电流的产生 交变电动势最大值的计算 变压器的工作原理都和楞次定律及法拉第电磁感应定律有密切联系 解决电路问题时 要通过等效方法 将复杂问题转化为简单问题 即通过有效值 将变化的电流看作不变的电流 通过电源等效 将电磁感应电路演变为交流电路或直流电路 要点回顾 1 电路的动态变化 引起电路特性发生变化主要有三种情况 滑动变阻器滑动片位置的改变 使电路的发生变化 电键的闭合 断开或换向 双掷电键 使电路发生变化 非理想电表的接入使电路的结构发生变化 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 r外 的变化 再由全电路欧姆定律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元件上其他量的变化情况 使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 电路故障分析时应当清楚 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 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 返回目录 专题十电路综合问题 要点回顾 返回目录 专题十电路综合问题 缩小测量范围即可找到断路点 用电流表也可类似得出 短路的表现是电流而电压为零 从电路分析角度看 断路可认为是电路中某处电阻增大 短路可认为电路某处电阻减小 因此也可用电路动态分析方法 从其它元件的电流 电压或功率 亮度 情况得到线索进行解答 3 电源输出的最大功率电源输出功率最大的条件为 r r 即等于电源内阻 此时的最大输出功率为pm 电源的效率为 如图所示 电源电动势为e 内阻为r 外电阻为r 则 电源输出功率p pr i2r e2r r r 2 或p e2r r r 2 e2r r r 2 4rr e2 r r 2 r 4r 讨论 当e r一定时 由 式知 电源输出功率最大的条件是 属选电源类型 当r r一定时 由 式知 电源输出功率最大的条件是 让 属选电源类型 当e r一定时 由 式知 电源输出功率最大的条件是 通过改变外电路的阻值r 让r r 属选外电阻类型 由以上讨论知 只有属选外电阻类型时电源输出功率最大的条件才是 r r 要点回顾 返回目录 专题十电路综合问题 要点回顾 返回目录 专题十电路综合问题 4 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 电压表内阻可视为 都对电路没有影响 在分析和计算时 常将电流表视为 将电压表视为 实际情况 可将电流表看作阻值为其内阻 能测量其的特殊电阻串入电路中 可将电压表看作阻值为其内阻 能测量其的特殊电阻并入电路中 5 产生感应电流的条件 电磁感应现象的实质是产生感应电动势 电路闭合才有感应电流 穿过 叫做穿过这个面积的磁通量 其大小的计算公式是 bs 该式只适用于的情况 要点回顾 返回目录 专题十电路综合问题 电磁感应现象遵循 能量转化和守恒定律 由于机械运动而产生感应电流时 感应电流的电能是由外界机械能转化或外力做功而来的 无机械运动而产生感应电流 感应电流的电能是由产生变化的电路中的电路转化而来的 6 法拉第电磁感应定律 电路中感应电动势的大小 跟 成正比 公式e 线圈有n匝时 e 磁通量的变化率描述了磁通量变化的快慢 它是磁通量的变化量跟产生这个变化量所用时间的比值 大 不一定大 大 及 也不一定大 在使用e n时 常会遇到求解 t内通过电路某一截面的电荷量的问题 通过电路某一横截面的电荷量为q i t t q与 成正比 与时间t无关 要点回顾 返回目录 专题十电路综合问题 导体在匀强磁场中 平动切割磁感线时e 其中 1 b l v两两垂直 2 导体各点以相同速度切割磁感线 在应用公式e blv时 应注意 1 如果v为某一时间内的 则电动势为这一时间内的平均电动势 2 如果v为某一时刻的 则e为这一时刻的瞬时电动势 3 特别是导线在磁场中以一端为圆心做圆周运动时 更应注意导线的切割速度应取导线平均线速度 l e b l2 7 楞次定律的内容 感应电流具有这样的方向 即 楞次定律是定性分析感应电动势的最常用工具 理解楞次定律的关键是理解 阻碍 两字 不能将 阻碍 错误地理解为 相反 阻碍 不是 阻止 它不仅有 反抗 的含义 还有 补偿 的意义 进一步推广还可以具体简化为以下三种情况 阻碍原磁通的 阻碍导体间的 阻碍原电流的 要点回顾 返回目录 专题十电路综合问题 楞次定律的另一种表述 感应电流的结果总是要反抗产生感应电流的 产生感应电流的原因 既可以是磁通量的变化 也可以是引起磁通量变化的相对运动或回路的形变 感应电流的效果 既可以是感应电流所产生的磁场 也可以是因感应电流出现而引起的机械作用 8 交流电的有效值的概念是根据电流的规定的 具有等效的含义 理解其概念时应注意 三同 即 同样电阻 同一时间 产生的热量相同 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 9 理想变压器工作时 变压器的输入功率等于输出功率 且输出功率随的变化而变化 输入功率随变化而变化 由 可知 u2 u1 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u1决定 变压器副线圈上的电流由副线圈的和决定 即i2 典例赏析 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 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 分析 将电路简化 分析各电表所测量电路变化原因 然后利用全电路欧姆定律 部分电路欧姆定律和串并联电路特点 按从部分电路到干路 再由干路回到部分电路的顺序分析电路变化 返回目录 专题十电路综合问题 解析 先将电路简化 因电路稳定时电容器接在电路中相当于断路 电容器所在支路没有电流通过 所以 在稳定时外电路只有一个变阻器 电容器两端电压等于变阻器两端电压或者说等于电源的外电压 若电源内阻不可忽略 则当变阻器电阻变小 即外电阻变小 时 则电流变大 i 内电压变大 u ir 路端电压变小 u e ir 电压表所测电压即为路端电压 所以示数变小 电容器两端电压也等于路端电压 也变小 相应地电容器所带电荷量也减小 q cu 若电源内阻可以忽略 则无论变阻器电阻怎样变化 其两端电压都等于电源电动势 所以电压表 电容器所带电荷量均不变 综上所述 本题答案应是a c 典例赏析 返回目录 答案 ac 专题十电路综合问题 典例赏析 返回目录 点评 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 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限大的元件 在电容器处的电路可看作断路 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 电容器将通过与它并联的电路放电 专题十电路综合问题 变式练习1如图所示 由于某一电阻断路 致使电压表和电流表的示数均比该电阻未断时要大 则这个断路的电阻可能是 a r1b r2c r3d r4 典例赏析 返回目录 例2直流电动机线圈的电阻很小 起动电流很大 这对电动机本身和接在同一电源上的其他电器都产生不良的后果 为了减小电动机起动时的电流 需要给电动机串联一个起动电阻r 如图所示 电动机起动后再将r逐渐减小 如果电源电压u 220v 电动机的线圈电阻r0 2 那么 1 不串联电阻r时的起动电流是多大 2 为了使起动电流减小为20a 起动电阻应为多大 专题十电路综合问题 分析 电机起动时 可认为电能全部转化为电热 起动后 消耗的电能分为两部分 一部分为电热 一部分转化为机械能 典例赏析 返回目录 解析 1 起动时电动机还没有转动 电机等效为一个纯电阻 所以不串联r时的起动电流为 i a 110a 2 为了使起动电流为20a 电路的总电阻应为r总 11 故起动电阻应为r r总 r0 11 2 9 专题十电路综合问题 答案 1 110a 2 9 点评 在非纯电阻电路里 要注意区别电功和电热 注意应用能量守恒定律 电热q i2rt 电动机消耗的电能也就是电流的功w iut 由能量守恒定律得w q e e为其他形式的能 这里是机械能 对电动机来说 输入的功率p入 iu 发热的功率p热 i2r 输出的功率 即机械功率p机 p入 p热 ui i2r 典例赏析 返回目录 变式练习2如图所示 电阻r1 20 电动机绕线电阻r2 10 当电键s断开时 电流表的示数是i1 0 5a 当电键合上后 电动机转动起来 电路两端的电压不变 电流表的示数i和电路消耗的电功率p应是 a i 1 5ab i 1 5ac p 15wd p 15w 专题十电路综合问题 典例赏析 返回目录 专题十电路综合问题 例3如右图所示 空间存在着一个范围足够大的竖直向下的匀强磁场 磁场的磁感强度大小为b 边长为l的正方形金属框abcd 下简称方框 放在光滑的水平地面上 其外侧套着一个与方框边长相同的u型金属框架mnqp 下简称u型框 u型框与方框之间接触良好且无摩擦 两个金属框每条边的质量均为m 每条边的电阻均为r 1 将方框固定不动 用力拉动u型框使它以速度v0垂直nq边向右匀速运动 当u型框的mp端滑至方框的最右侧 如下图所示 时 方框上的bd两端的电势差为多大 此时方框的热功率为多大 典例赏析 返回目录 专题十电路综合问题 2 若方框不固定 给u型框垂直nq边向右的初速度v0 如果u型框恰好不能与方框分离 则在这一过程中两框架上产生的总热量为多少 3 若方框不固定 给u型框垂直nq边向右的初速度v v v0 u型框最终将与方框分离 如果从u型框和方框不再接触开始 经过时间t方框最右侧和u型框最左侧距离为s 则两金属框分离后的速度各多大 分析 1 问是电磁感应电路问题 u型框向右运动时 nq边相当于电源 其余部分为外电路 可利用恒定电流知识求解 2 3 物体系统动量守恒 两者相对运动时机械能的损失等于在这一过程中两框架上产生的热量 典例赏析 返回目录 专题十电路综合问题 解析 1 u型框向右运动时 nq边相当于电源 产生的感应电动势e blv0当u型框的mp端滑至方框的最右侧 如上图所示 时 等效电路如右图所示 u型框连同方框构成的闭合电路的总电阻为 r 3r r根据全电路欧姆定律可得电路的总电流为 i 根据欧姆定律可知 bd两端的电势差为 ubd irbd 方框中的热功率为 p i2rbd 典例赏析 返回目录 专题十电路综合问题 2 在u型框向右运动的过程中 u型框和方框组成的系统所受外力为零 故系统动量守恒 设到达图示位置时具有共同的速度v 根据动量守恒定律3mv0 3m 4m v解得 v v0根据能量守恒定律 u型框和方框组成的系统损失的机械能等于在这一过程中两框架上产生的热量 即 q 3mv 7mv2 mv 3 设u型框和方框不再接触时方框速度为v1 u型框的速度为v2 根据动量守恒定律 有 3mv 4mv1 3mv2两框架脱离以后分别以各自的速度做匀速运动 经过时间t方框最右侧和u型框最左侧距离为s 即 v2 v1 t s 典例赏析 返回目录 专题十电路综合问题 联立以上两式 解得 v1 v v2 3v 答案 1 2 mv 3 方框 v u型框 3v 点评 画出等效电路图是解决电磁感应与电路问题的关键 画出等效电路图有利于理清电磁感应问题与电路问题的思路 电磁感应的电路问题可简单分为电源问题和电路问题 电源问题由法拉第电磁感应定律和楞次定律解答 电路问题用闭合电路 部分电路欧姆定律及串 并联电路特点解答 楞次定律和法拉第电磁感应定律是符合能的转化和守恒定律的 是能的转化和守恒定律在电磁感应现象中的反映 电磁感应中其它形式的能转化为电能是通过做功来完成的 用能的转化和守恒定律解题是此类问题的重要方法之一 变式练习3如图所示 长平行导轨pq mn光滑 相距l 0 5m 处在同一水平面中 磁感应强度b 0 8t的匀强磁场竖直向下穿过导轨面 横跨在导轨上的直导线ab的质量m 0 1kg 电阻r 0 8 导轨电阻不计 导轨间通过开关s将电动势e 1 5v 内电阻r 0 2 的电池接在m p两端 试计算分析 1 在开关s刚闭合的初始时刻 导线ab的加速度多大 随后ab的加速度 速度如何变化 2 在闭合开关s后 怎样才能使ab以恒定的速度v 7 5m s沿导轨向右运动 试描述这时电路中的能量转化情况 通过具体的数据计算说明 典例赏析 返回目录 专题十电路综合问题 典例赏析 返回目录 例4如图所示 一理想变压器原线圈匝数n1 1100匝 副线圈匝数n2 180匝 交流电源的电压u 220sin120 tv 电阻r 45 电压表 电流表均为理想电表 则 a 交流电的频率为50hzb a1的示数约为0 13ac a2的示数约为1 1ad v的示数为36v 专题十电路综合问题 典例赏析 返回目录 分析 本题考查变压器原理 变压器原副线圈电流电压关系以及交流电有效值 最大值间的关系 利用变压器基本分析方法即可求解 专题十电路综合问题 解析 由交流电源的电压表达式知 120 2 f