高三物理二轮复习 第一篇 专题通关五 电路与电磁感应 11 恒定电流与交变电流课件.ppt

专题五电路与电磁感应第11讲恒定电流与交变电流 高考这样考 1 多选 2015 海南高考 如图 一理想变压器原 副线圈匝数之比为4 1 原线圈与一可变电阻串联后 接入一正弦交流电源 副线圈电路中固定电阻的阻值为r0 负载电阻的阻值r 11r0 是理想电压表 现将负载电阻的阻值减小为r 5r0 保持变压器输入电流不变 此时电压表的读数为5 0v 则 a 此时原线圈两端电压的最大值约为34vb 此时原线圈两端电压的最大值约为24vc 原线圈两端原来的电压有效值约为68vd 原线圈两端原来的电压有效值约为48v 解析 选a d 电压表测的是电阻r两端的电压 根据u2 i2 r0 r 得u2 6 0v 由得u1 24v 由于电压表的读数为有效值 故变压器原线圈两端的电压的有效值为24v 其最大值a正确 b错误 由于变压器输入电流不变 所以副线圈电流也不变 负载电阻总阻值原为12r0 现为6r0 因此原电压应是现在的两倍 故原线圈两端原来的电压有效值约为48v d正确 c错误 所以选a d 2 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 即故c错误 d正确 3 2015 福建高考 如图为远距离输电示意图 两变压器均为理想变压器 升压变压器t的原 副线圈匝数分别为n1 n2 在t的原线圈两端接入一电压u umsin t的交流电源 若输送电功率为p 输电线的总电阻为2r 不考虑其他因素的影响 则输电线上损失的电功率为 解析 选c 由得ir i2 则输电线上损失的功率故选c 4 2014 天津高考 如图所示 电路中r1 r2均为可变电阻 电源内阻不能忽略 平行板电容器c的极板水平放置 闭合电键s 电路达到稳定时 带电油滴悬浮在两板之间静止不动 如果仅改变下列某一个条件 油滴仍能静止不动的是 a 增大r1的阻值b 增大r2的阻值c 增大两板间的距离d 断开电键s 解析 选b 在电路中 电容器相当于断路 电容器两端的电压等于r1两端的电压 当增大r1的阻值时 r1两端的电压增大 电容器两端的电压增大 电容器内的电场强度增大 带电油滴所受的电场力大于重力 做匀加速直线运动 a错误 增大r2的阻值 电容器两端的电压不变 电容器内的电场强度不变 带电油滴所受的电场力等于重力 带电油滴悬浮在两板之间静止不动 故b正确 若增大两板间的距离 由可知 电场强度减小 带电油滴所受的电场力小于重力 做匀加速直线运动 c错误 断开电键s 电容器放电 电场强度为零 带电油滴只受重力 做自由落体运动 d错误 5 多选 2014 新课标全国卷 如图 一理想变压器原 副线圈的匝数分别为n1 n2 原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源 一个二极管和阻值为r的负载电阻串联后接到副线圈的两端 假设该二极管的正向电阻为零 反向电阻为无穷大 用交流电压表测得a b端和c d端的电压分别为uab和ucd 则 a uab ucd n1 n2b 增大负载电阻的阻值r 电流表的读数变小c 负载电阻的阻值越小 cd间的电压ucd越大d 将二极管短路 电流表的读数加倍 解析 选b d 若变压器原线圈电压为uab 则副线圈电压为由于二极管的单向导电性使得故选项a错误 增大负载电阻的阻值r 则变压器副线圈电流减小 原线圈电流也减小 即电流表的读数变小 选项b正确 cd间的电压由变压器的原线圈电压决定 与负载电阻无关 选项c错误 将二极管短路时 ucd u2 副线圈功率加倍 所以原线圈功率加倍 电流加倍 故选项d正确 考情分析 主要题型 选择题 计算题命题特点 1 结合闭合电路的欧姆定律 利用程序法对电路的动态问题进行定性分析 2 结合理想变压器的规律 解决远距离输电的能量 效率问题 3 结合图像 应用电磁感应定律 闭合电路的欧姆定律 电功率等知识 综合解决交变电流的产生与描述等问题 主干回顾 要素扫描 1 闭合电路的欧姆定律 电流 路端电压 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 u路 e ir 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 多选 如图所示 电动势为e 内阻为r的电源与滑动变阻器r1 定值电阻r2 定值电阻r3 平行板电容器及理想电流表组成闭合电路 图中电压表为理想电压表 当滑动变阻器r1的触头向左移动一小段时 则 a 电流表读数增大b 电容器带电荷量增加c r2消耗的功率减小d 电压表与电流表示数变化量之比不变 解题探究 1 分析电路图中各电阻的连接方式为 2 电压表的作用 r1 r2并联再与r3串联 测量电源的路端电压 解析 选a c d 由电路图可知r1 r2并联再与r3串联 当滑动触头向左移动一小段时 r1连入电路的电阻减小 电路总电阻减小 根据闭合电路欧姆定律 电路总电流增大 所以内电压增大 路端电压减小 并联部分电压减小 电容器的带电荷量q cu减小 r2消耗的功率减小 选项a c正确 b错误 由u e ir 可得故选项d正确 典例2 2015 湖州一模 如图所示电路中 由于某处出现了故障 导致电路中的a b两灯变亮 c d两灯变暗 故障的原因可能是 a r1短路b r2断路c r2短路d r3短路 名师解读 1 命题立意 考查闭合电路的欧姆定律和电路的故障分析 2 关键信息 a b两灯变亮 c d两灯变暗 3 答题必备 闭合电路的欧姆定律 短路即该部分电路电阻为零 断路即该部分电路电阻无穷大 4 易错警示 误认为断路时电阻为零 解析 选d a灯在干路上 a灯变亮 说明电路中总电流变大 由闭合电路欧姆定律可知电路的外电阻减小 这就说明电路中只会出现短路而不会出现断路 选项b被排除 因为短路部分的电阻变小 分压作用减小 与其并联的用电器上的电压降低 c d两灯变暗 a b两灯变亮 这说明发生短路的电阻与c d两灯是并联的 而与a b两灯是串联的 观察电路中电阻的连接形式 只有r3短路符合条件 故应选d 规律总结 闭合电路动态分析的两种常用方法 1 程序分析法 流程如下 2 利用结论法 即 串反并同 法 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 两端电压 消耗的电功率都减小 增大 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 两端电压 消耗的电功率都增大 减小 题组过关 1 多选 2015 中山二模 巨磁电阻 gmr 电流传感器可用来准确检测大容量远距离直流输电线路中的强电流 其原理利用了巨磁电阻效应 巨磁电阻效应是指某些磁性材料的电阻r在一定磁场作用下随磁感应强度b的增加而急剧减小的特性 如图所示检测电路 设输电线路电流为i 不是gmr中的电流 gmr为巨磁电阻 r1 r2为定值电阻 已知输电线路电流i在巨磁电阻gmr处产生的磁场的磁感应强度b的大小与i成正比 下列有关说法正确的是 a 如果i增大 电压表v1示数减小 电压表v2示数增大b 如果i增大 电流表a示数减小 电压表v1示数增大c 如果i减小 电压表v1示数增大 电压表v2示数增大d 如果i减小 电流表a示数减小 电压表v2示数减小 解析 选a d 巨磁电阻的电阻值随着外电流的增加而减小 如果i增大 巨磁电阻的电阻值减小 根据闭合电路欧姆定律 电流i增加 路端电压u1 e ir减小 电阻r2的电压u2 ir2增加 即电压表v1示数减小 电压表v2示数增大 电流表a示数增加 故a正确 b错误 如果i减小 巨磁电阻的电阻值增加 根据闭合电路欧姆定律 电流i减小 路端电压u1 e ir增加 电阻r2的电压u2 ir2减小 即电压表v1示数增加 电压表v2示数减小 电流表a示数减小 故c错误 d正确 2 在如图所示的电路中 电源的负极接地 其电动势为e 内电阻为r r1 r2为定值电阻 r3为滑动变阻器 c为电容器 为理想电流表和电压表 在滑动变阻器滑动头p自a端向b端滑动的过程中 下列说法中正确的是 a 电压表示数减小b 电流表示数减小c 电容器c所带电荷量增多d a点的电势降低 解析 选d 滑动头p自a端向b端滑动的过程中 滑动变阻器的电阻减小 电路总电阻减小 由闭合电路的欧姆定律可得 干路电流增大 由可知r1两端电压即电压表的示数变大 选项a错误 由u e ir可知路端电压u减小 由可得r2两端的电压减小 又由可得流过r2的电流变小 在干路电流增大的情况下 电流表的示数将变大 选项b错误 电容器两端的电压变小 根据 电容器所带电荷量将变少 选项c错误 由于r2两端的电压变小 所以a点的电势变低 选项d正确 加固训练 如图所示的电路中 电源电动势为e 内电阻为r 开关s闭合后 电灯l1 l2均能发光 现将滑动变阻器r的滑片p稍向上移动 下列说法正确的是 a 电灯l1 l2均变亮b 电灯l1变亮 l2变暗c 电流表的示数变小d 电源的总功率变小 解析 选b 将滑动变阻器r的滑片p稍向上移动 电流表的示数变大 电灯l1变亮 l2变暗 电源的总功率变大 选项b正确 a c d错误 热点考向2交变电流的产生和描述 典例3 如图所示 图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时产生的正弦交流电的图像 当调整线圈转速后 所产生的正弦交流电的图像如图线b所示 以下关于这两个正弦交流电的说法中正确的是 a 线圈先后两次转速之比为1 2b 交流电a的电动势瞬时值表达式为u 10sin0 4 t v c 交流电b的电动势最大值为vd 在图中t 0时刻穿过线圈的磁通量为零 解题探究 1 图线对应的初始位置为 2 图线a和b的周期关系为 中性面 ta tb 2 3 解析 选c 线圈先后两次产生的正弦交流电的周期之比为2 3 转速之比为3 2 选项a错误 交流电a的周期为0 4s 交流电a的电动势瞬时值表达式为u 10sin5 t v 选项b错误 由电动势最大值em nbs 可知 二者最大值之比为3 2 交流电b的电动势最大值为v 选项c正确 在图中t 0时刻感应电动势为零 穿过线圈的磁通量最大 选项d错误 典例4 多选 2015 临沂二模 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 解题探究 1 分析线圈中产生的感应电流的性质 2 用 判定t 0 015s时的感应电流的方向 v t图像为正弦式 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 右手定则 解析 选c d 由e blv及v t图像可知 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 电流的有效值选项a错误 由图像可知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 规律总结 解决交变电流的产生和描述的基本思路 1 两个特殊位置的特点 线圈平面与中性面重合时 s b 最大 0 e 0 i 0 电流方向将发生改变 线圈平面与中性面垂直时 s b 0 最大 e最大 i最大 电流方向不改变 2 书写交变电流瞬时值表达式的基本思路 确定正弦式交变电流的峰值 根据已知图像读出或由公式em nbs 求出相应峰值 明确线圈的初始位置 找出对应的函数关系式 a 若线圈从中性面位置开始转动 则i t图像为正弦函数图像 函数式为i imsin t b 若线圈从垂直中性面位置开始转动 则i t图像为余弦函数图像 函数式为i imcos t 题组过关 1 如图所示 n匝矩形导线框以角速度 绕对称轴oo 匀速转动 线框面积为s 线框电阻 电感均不计 在oo 左侧有磁感应强度为b的匀强磁场 外电路接有电阻r 理想电流表a 那么可以确定的是 a 从图示时刻起 线框产生的瞬时电动势为e nb ssin tb 交流电流表的示数c r两端电压的有效值d 一个周期内r的发热量 解析 选b 线框始终只有一半面积在磁场中 故瞬时电动势为电压有效值为交流电流表示数a c错误 b正确 一周期内r的发热量d错误 2 某家用电路如图所示 a b间接有保险丝 交流电压表 220v 880w 的电饭锅及 220v 220w 的抽油烟机 现接入电压u 311sin100 t v 的交流电 以下说法正确的是 a 交流电压表的示数为311vb 电饭锅发热功率是抽油烟机发热功率的4倍c 电路要正常工作 保险丝的额定电流不能小于5ad 1min内抽油烟机和电饭锅消耗的电能共为6 6 103j 解析 选c 交流电压表的示数为有效值 若不考虑保险丝的电阻 交流电压表的示数为v 220v a错误 由公式p ui知电路要正常工作 干路中电流为5a 所以保险丝的额定电流不能小于5a c正确 电饭锅是纯电阻元件 抽油烟机是非纯电阻元件 b错误 1min内抽油烟机和电饭锅消耗的电能为w pt 6 6 104j d错误 3 将硬导线中间一段折成半圆形 使其半径为r 让它在磁感应强度为b 方向如图所示的匀强磁场中绕轴mn匀速转动 导线在a b两处通过电刷与外电路连接 外电路接有额定功率为p的小灯泡并正常发光 其电阻为r 电路中其余部分的电阻不计 则半圆形硬导线的转速为 解析 选b 小灯泡正常发光 电压等于额定电压 等于感应电动势的有效值 即半圆形线框在匀强磁场中绕轴mn匀速转动时 产生正弦式交变电流 根据em bs 求出转速 设灯泡的额定电压为u 则得到由于线框无电阻 则解得故选b 4 多选 2013 山东高考 图甲是小型交流发电机的示意图 两磁极n s间的磁场可视为水平方向的匀强磁场 为交流电流表 线圈绕垂直于磁场的水平轴oo 沿逆时针方向匀速转动 从图示位置开始计时 产生的交变电流随时间变化的图像如图乙所示 以下判断正确的是 a 电流表的示数为10ab 线圈转动的角速度为50 rad sc 0 01s时线圈平面与磁场方向平行d 0 02s时电阻r中电流的方向自右向左 解析 选a c 电流表示数显示的是交流电的有效值 正弦交流电的电流有效值等于最大值的倍 电流表的示数为10a 选项a正确 因为交流电的瞬时值为i 10cos t 根据图乙可知 交流电的周期为t 2 10 2s 则线圈转动的角速度为 100 rad s 选项b错误 0时刻线圈平面与磁场平行 t 0 01s t时间内线圈转过 弧度 线圈平面与磁场方向平行 选项c正确 0 02s时的情况与0时刻的情况相同 根据右手定则可以判定 此时通过电阻r的电流方向自左向右 选项d错误 热点考向3理想变压器和远距离输电问题 典例5 2015 成都一模 某小型水电站的电能输送示意图如图甲 发电机的输出电压变化规律如图乙 输电线总电阻为r 升压变压器原 副线圈匝数分别为n1 n2 降压变压器原 副线圈匝数分别为n3 n4 变压器均为理想变压器 要使额定电压为220v的用电器正常工作 则下列说法正确的是 a 乙图中电压的瞬时值表达式为 b c 当用户用电器的负载增加时 输电线上损耗的功率增大d 升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率 名师解读 1 命题立意 理想变压器的原理 远距离输电及正弦式交变电流的理解 2 关键信息 额定电压为220v的用电器正常工作 3 答题必备 p入 p出 p i2r 4 易错警示 误认为u2 u3 p2 p3 解析 选c 根据乙图可知 电压的最大值um 220v 周期t 0 02s 所以则乙图中电压的瞬时值表达式为 a错误 由变压器的电压与匝数之比的关系得 因升压变压器 所以u1u4 所以b错误 当用户用电器的负载增加时 输电线上电流增大 则损耗的功率增大 c正确 理想变压器的输入功率与输出功率相等 但由于输电线电阻功率损失 所以升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率 故d错误 典例6 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 名师解读 1 命题立意 理想变压器的原理 变压器的功率 电压 电流关系 2 关键信息 原 副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k 3 答题必备 4 易错提醒 误认为电源电压与原线圈电压相等 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 所以有得u 66v 故选项a正确 迁移训练 迁移1 匝数比不变 负载变化 多选 为探究理想变压器原 副线圈电压 电流的关系 将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上 副线圈连接相同的灯泡l1 l2 电路中分别接了理想交流电压表v1 v2和理想交流电流表a1 a2 导线电阻不计 如图所示 当开关s闭合后 a a1示数变大 a1与a2示数的比值不变b a1示数变大 a1与a2示数的比值变大c v2示数变小 v1与v2示数的比值变大d v2示数不变 v1与v2示数的比值不变 解析 选a d 当开关s闭合后 接入理想变压器副线圈中的灯泡数目增加 副线圈输出电流增大 理想交流电流表a2示数增大 根据变压器输入功率与输出功率的关系可知 输入功率增大 理想交流电流表a1示数增大 由于输入电压不变 变压器输出电压不变 理想交流电压表v2示数不变 v1与v2示数的比值不变 选项d正确 c错误 由u1i1 u2i2可知 a1与a2示数的比值不变 选项a正确 b错误 迁移2 改变副线圈的匝数 多选 图中为一理想变压器 其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连 p为滑动接头 现令p从均匀密绕的副线圈最底端开始 沿副线圈匀速上滑 直至白炽灯l两端的电压等于其额定电压为止 用i1表示流过原线圈的电流 i2表示流过灯泡的电流 u2表示灯泡两端的电压 p2表示灯泡消耗的电功率 这里的电流 电压均指有效值 电功率指平均值 下列4个图中 能够正确反映相应物理量的变化趋势的是 解析 选b c 副线圈是均匀密绕的 且滑动接头匀速上滑 说明副线圈的匝数n2 kt 由变压器的变压公式得 即u2随时间t均匀增大 选项c正确 灯泡两端的电压由零逐渐增大时 其电阻增大 流过灯泡的电流i2随时间变化趋势图像b正确 灯泡消耗的电功率p2 u2i2 随着时间增大 但一定不是均匀增大 选项d错误 根据理想变压器输入功率等于输出功率 流过原线圈的电流增大 选项a错误 迁移3 负载电阻不变 匝数比变化 多选 为保证用户电压稳定在220v 变电所需适时进行调压 图甲为调压变压器示意图 保持输入电压u1不变 当滑动接头p上下移动时可改变输出电压 某次检测得到用户电压u2随时间t变化的曲线如图乙所示 以下说法中正确的是 a b 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 解析 选b d 由于用户电压u2随时间t变化的周期为t 0 02s 所以u2 190sin 100 t v 选项a错误 b正确 为使用户电压稳定在220v 由变压器公式可知应减小变压器原线圈匝数 应将p适当上移 选项c错误 d正确 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 ir 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 i2r 降压变压器输出功率为p2 则p1 p2 p p2 i2r 4 电流关系 升压变压器输入电流由确定 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 多选 2015 潍坊二模 如图所示 10匝矩形线框在磁感应强度b t的匀强磁场中 绕垂直磁场的轴oo 以角速度 100rad s匀速转动 线框电阻不计 面积为s 0 3m2 线框通过滑环与一理想变压器的原线圈相连 副线圈接有两只灯泡l1 0 3w 30 和l2 开关闭合时两灯泡均正常发光 且原线圈中电流表示数为0 04a 则下列判断正确的是 a 若从图示线框位置开始计时 线框中感应电动势的瞬时值表达式为u 30cos100t v b 理想变压器原 副线圈匝数比为10 1c 灯泡l2的额定功率为0 9wd 若开关s断开 电流表示数将增大 解析 选a b c 变压器的输入电压的最大值为 um nbs 10 0 3 100v 30v 从垂直中性面位置开始计时 故线框中感应电动势的瞬时值表达式为 u umcos t 30cos100t v 故a正确 变压器输入电压的有效值为 开关闭合时两灯泡均正常发光 所以所以 故b正确 原线圈的输入功率 p1 u1i1 30 0 04w 1 2w 由于原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率 所以 pl2 p1 pl1 1 2 0 3 w 0 9w 故c正确 若开关s断开 输出电压不变 输出端电阻增大 故输出电流减小 输入电流也减小 电流表的示数减小 故d错误 交变电流的 四值 问题 典例 2015 德州一模 一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图像如图甲所示 已知发电机线圈匝数为100匝 其内阻为5 0 现外接一只电阻为95 0 的灯泡 如图乙所示 则 a t 0 01s时 电压表的读数为0b 电路中的电流方向每秒钟改变50次c 从t 0到t 0 0