垫江中学高三物理第2轮复习专题四：电源和电路.ppt

专题四 电源和电路 2007 2008高考复习 垫中物理组2008 4 例1 典例精析 例2 例3 例4 例5 例6 例7 例8 例9 例10 例11 考点链接 1 动态电路的有关问题 2 三种功率 的有关问题 3 非理想电表的读数问题 4 含容电路的有关问题 5 分析电路故障问题 6 非线性电路的求解问题 7 非纯电阻电路问题 8 交流电 四值 的运用问题 9 输电线路与变压器电路的有关问题 10 电磁感应电路的综合问题 11 分析计算电磁感应中的收尾问题 12 分析自感电路问题 13 楞次定律的应用问题 14 分析求解联系实际的电路问题 例12 例13 例14 15 分析计算的电磁感应中的图象问题 例15 考点链接 一 基本的物理概念 1 电源种类 化学电池 利用电磁感应原理制成的电源 直 交流 磁流体发电机 2 描述电源的特征量 电动势 物理意义是表示电源把其它形式的能转化为电能本领的大小 电动势大小 电动势在数值上 也规定了方向 电源内阻 电源内部电路的电阻 3 常见电源的电动势 干电池e 1 5v 蓄电池e 2 0v 导体切割 e blv 感应电动势e n t 线圈旋转e nbs sin t 1 电源 2 电流 电流强度的微观决定式 i nqvs 3 电阻 定义式 r u i 电阻定律 r l s 决定电阻的结构式 4 电压 即电势差的数值 u ir wab q 5 电功 公式 w uit quab 6 电功率 公式 p ui w t 7 电热 公式 q i2rt 焦耳定律 8 电源的效率 9 交流电的 四值 瞬时值 e emsin t i imsin t 最大值 em nbs 转轴垂直与磁感线 平均值 用法拉第电磁感应定律e n t来求 线圈从中性面转过900的过程中 有 有效值 对正弦式交流电 注意 非正弦式交流电的有效值的求解 e n t 二 基本的物理规律 1 串联电路 2 并联电路 电压 电流的特点 功率分配的关系 3 欧姆定律 1 部分电路的欧姆定律 i u r 实用条件 金属导电和电解液导电 不含电源的部分电路 即纯电阻电路 2 闭合电路的欧姆定律 或e u u 4 法拉第电磁感应定律 5 楞次定律 不变频率 不变功率 不变磁通量 可变电压 电流 电阻 6 变压器的基本规律 三 基本方法 1 等效法 电路简化 特别是求解电磁感应的电路问题必须弄清楚谁是电源 谁是负载 2 解析法 针对题目中给出的各个相关电路 一一列出方程或不等式 再对联立方程组进行求解或讨论 3 应用楞次定律的基本程序 4 检查电路故障的常用方法 3 欧姆表检查法 4 试电笔检查法 1 电压表检查法 2 电流表检查法 5 变压器问题的分析思路电压思路 单组输出u1 u2 n2 n1 多个副绕组时u1 n1 u2 n2 功率思路 单组输出p人 p出 即p1 p2 当变压器有多个副绕组时p1 p2 p3 电流思路 由i p u知 单组输出i1 i2 n1 n2 当变压器有多个副绕组时n1i1 n2i2 n3i3 制约思路 电压制约为 原制约副 电流 功率制约为 副制约原 原理思路 变压器原线圈中磁通量发生变化 铁芯中 t相等 典例精析 1 动态电路的有关问题 电路中局部的变化会引起整个电路电流 电压 电功率的变化 牵一发而动全局 是电路问题的一个特点 思路 电流是桥梁 路端电压是关键 r r总 i总 u端 各支路的电流 电压 经验 串反并同 即 某一电阻r 与r串联的电路的i或u反变 与r并联的电路的i或u同变 例1 07 宁夏卷 在如图所示的电路中 e为电源电动势 r为电源内阻 r1和r3均为定值电阻 r2为滑动变阻器 当r2的滑动触点在a端时合上开关s 此时三个电表a1 a2和v的示数分别为i1 i2和u 现将r2的滑动触点向b端移动 则三个电表示数的变化情况是 a i1增大 i2不变 u增大b i1减小 i2增大 u减小c i1增大 i2减小 u增大d i1减小 i2不变 u减小 b a2与r2串联则反变 a1 v与r2并联则同变 r2变小 2 三种功率 的有关问题 电源的总功率 p总 ie p输 p内电源的输出功率 p输 ui电源内部的发热功率 p内 i2r 2007年上海卷16 例2 5分 某同学设计了如图 a 所示电路研究电源输出功率变化情况 电源e电动势 内电阻恒定 r1为滑动变阻器 r2 r3为定值电阻 a v为理想电表 1 若滑动片p由a滑至b时a示数一直变小 则r1和r2必须满足的关系是 r1 r2 2 若r1 6 r2 12 电源内电阻r 6 当滑动片p由a滑至b时 电源e的输出功率p随外电路总电阻r的变化关系如图 b 所示 则r3的阻值应该选择 a 2 b 4 c 6 d 8 解 滑动片p由a滑至b的过程中 r1和r2并联电阻r并一直变大 并联电阻r并的最大值为4 即r并 4 由p r图线知 外电路的最大总电阻r r3 r并 6 r3 2 b正确 b 问题3 非理想电表的读数问题 求非理想电表的读数时 只要将电压表看作电阻rv 求出rv两端的电压就是电压表的示数 将电流表看作电阻ra 求出通过ra的电流就是电流表的示数 例3 阻值较大的电阻r1和r2串联后 接入电压u恒定的电路 如图4所示 现用同一电压表依次测量r1与r2的电压 测量值分别为u1与u2 已知电压表内阻与r1 r2相差不大 则 a u1 u2 u b u1 u2 u c u1 u2 r1 r2 d u1 u2 r1 r2 解见后 可知u1 u2 r1 r2 选项c正确 例4 如图5所示 电阻r1 r2并联后接入电流恒定为i的电路 现用同一电流表依次测量通过r1 r2的电流 测量值分别为i1 i2 则i1 i2 r2 r1 即 电流一定时 并联的两电阻被同一电流表测量的电流值与电阻成反比 以上两个例题是两个重要的结论 4 含容电路的有关问题 例5 如图6所示 在a b两点间接一电动势为4v 内电阻为1 的直流电源 电阻r1 r2 r3的阻值均为4 电容器的电容为30 f 电流表的内阻不计 求 1 电流表的读数 2 电容器所带的电量 3 断开电源后 通过r2的电量 解 1 2 3 断开电源 r1与r2并联 与r3 c构成放电回路 所以通过r2的电量 5 分析电路故障问题 分析电路的故障问题有 给定可能故障现象 确定检查方法 给定测量值 分析推断故障 根据故障 分析推断可能观察到的现象等几种情况 例6 在图7所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 直流10v挡 b 直流0 5a挡 c 直流2 5v挡 d 欧姆挡 再考虑电流表 如果黑表笔接在b端 指针偏转有示数则说明r1与电源连接的导线是断的 此时所指示数i e r1 r2 0 4a 没有超过量程 如果指针不偏转 说明r1与电源间连接的导线是好的 而r1与r2之间导线和r2与电源间导线其中之一是坏的 再把黑表笔接c点 如果指针偏转 说明r1与r2之间导线是断的 此时示数i e r2 1 2a 超过电流表量程 故b不能选 综上所述a项正确 6 非线性电路的求解问题 非线性电路 如含二极管 热敏电阻的电路等 的分析要用到图线相交法 要注意理解图象交点的物理意义 例7 图8中所示为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线 可见两者不成线性关系 这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故 参考这根曲线 回答下列问题 不计电流表和电池的内阻 1 若把三个这样的电灯串联后 接到电动势为12v的电源上 求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻 2 如图9所示 将两个这样的电灯并联后再与10 的定值电阻串联 接在电动势为8v的电源上 求通过电流表的电流值及各灯泡的电阻值 解 1 由于三个电灯完全相同中 所以每个电灯两端的电压ul 12 3v 4v 在图8中画出u 4v的直线 得到和曲线的交点坐标为 4v 0 4a 所以流过电灯的电流为0 4a 此时每个电灯的电阻值为 2 设此时电灯两端的电压为u 流过每个电灯的电流为i 根据闭合电路欧姆定律得 e 2ir0 u 代入数据得u 8 20i 在图8上画出此直线 得到如图10所示的图象 可求得到直线和曲线的交点坐标为 2v 0 3a 即流过电灯的电流为0 3a 流过电流表的电流强度为0 6a 此时电灯的电阻为 7 非纯电阻电路问题 能量守恒定律 电动机电路 uit i2rt p机t 电解槽电路 uit i2rt p化t 8 交流电 四值 的运用问题 例9 有一正弦交流电源 电压有效值u 120v 频率为f 50hz向一霓虹灯供电 若霓虹灯的激发电压和熄灭电压均为u0 60 2v 试估算在一个小时内 霓虹灯发光时间有多长 为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象 图13 例10 07海南 某发电厂用2 2kv的电压将电能输出到远处的用户 后改为用22kv的电压 在既有输电线路上输送同样的电功率 前后两种输电方式消耗在输电线上的电功率之比为 要将2 2kv的电压升高到22kv 若变压器原线圈的匝数为180匝 则副线圈的匝数应该是 匝 100 1800 9 输电线路与变压器电路的有关问题 12 分析自感电路问题 例12 07海南 在如图所示的电路中 a b为两个完全相同的灯泡 为自感线圈 为电源 为开关 关于两灯泡点亮和熄灭的先后次序 下列说法正确的是 a 合上开关 a先亮 b后亮 断开开关 a b同时熄灭b 合上开关 b先亮 a后亮 断开开关 a先熄灭 b后熄灭c 合上开关 b先亮 a后亮 断开开关 a b同时熄灭d 合上开关 a b同时亮 断开开关 b先熄灭 a后熄灭 c 13 楞次定律的应用问题 例13 如图28所示 在条形磁铁从图示位置绕o1o2轴转动90 的过程中 放在导轨右端附近的金属棒ab将如何移动 解 无论条形磁铁的哪个极为n极 也无论是顺时针转动还是逆时针转动 在转动90 过程中 穿过闭合电路的磁通量总是增大的 条形磁铁内 外的磁感线条数相同但方向相反 在线框所围面积内的总磁通量和磁铁内部的磁感线方向相同且增大 而该位置闭合电路所围面积越大 总磁通量越小 所以为阻碍磁通量增大金属棒ab将向右移动 例11 07北京 20分 用密度为d 电阻率为 横截面积为a的薄金属条制成边长为l的闭合正方形框abb a 如图所示 金属方框水平放在磁极的狭缝间 方框平面与磁场方向平行 设匀强磁场仅存在于相对磁极之间 其他地方的磁场忽略不计 可认为方框的aa 边和bb 边都处在磁极间 极间磁感应强度大小为b 方框从静止开始释放 其平面在下落过程中保持水平 不计空气阻力 10 电磁感应电路的综合问题 求方框下落的最大速度vm 设磁场区域在竖直方向足够长 当方框下落的加速度为g 2时 求方框的发热功率p 已知方框下落的时间为t时 下落的高度为h 其速度为vt vt vm 若在同一时间t内 方框内产生的热与一恒定电流i0在该框内产生的热相同 求恒定电流i0的表达式 解 1 方框质量m 4la d 方框电阻 方框下落速度为v时 产生的感应电动势e b 2l v 感应电流 方框下落过程 受到重力g及安培力f g mg 4lad g 方向竖直向下 方向竖直向上 当f g时 方框达到最大速度 即v vm 则 方框下落的最大速度 2 方框下落加速度为g 2时 有 则 方框的发热功率 3 根据能量守恒定律 有 解得恒定电流i0的表达式 14 分析求解联系实际的电路问题 例14 如图29所示是家庭用的 漏电保护器 的关键部分的原理图 其中p是一个变压器铁芯 入户的两根电线 火线和零线 采用双线绕法 绕在铁芯的一侧作为原线圈 然后再接入户内的用电器 q是一个脱扣开关的控制部分 脱扣开关本身没有画出 它是串联在本图左边的火线和零线上 开关断开时 用户的供电被切断 q接在铁芯另一侧副线圈的两端a b之间 当a b间没有电压时 q使得脱扣开关闭合 当a b间有电压时 脱扣开关即断开 使用户断电 1 户正常用电时 a b之间有没有电压 2 某人站在地面上 手误触火线而触电 脱扣开关是否会断开 为什么 例15 07全国1 如图所示 loo l为一折线 它所形成的两个角 loo 和