高考物理二轮复习 4.1 直流电路与交流电路 讲义（word版含答案）

专题四电路与电磁感应第1讲直流电路与交流电路讲义基本知能：考点一|直流电路的分析与计算1．直流电路动态分析的3种方法(1)程序法R局eq\o(→,\s\up7(增大),\s\do5(减小))I总＝eq\f(E,R＋r)eq\o(→,\s\up7(减小),\s\do5(增大))U内＝I总req\o(→,\s\up7(减小),\s\do5(增大))U外＝E－U内eq\o(→,\s\up7(增大),\s\do5(减小))确定U支、I支。(2)结论法——“串反并同”(电源内阻不能忽略)“串反”：指某一电阻增大(减小)时，与它直接串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(增大)。“并同”：指某一电阻增大(减小)时，与它直接并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(减小)。(3)极限法因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端，使电阻最大或电阻为零去讨论。2．求解功率最大值问题的2点技巧(1)定值电阻的功率：P定＝I2RR为定值电阻，P定只与电流有关系，当R外最大时，I最小，P定最小，当R外最小时，I最大，P定最大。(2)电源的输出功率：P出＝eq\f(E2R外,r＋R外2)＝eq\f(E2,\f(R外－r2,R外)＋4r)。当R外＝r时，P出＝eq\f(E2,4r)最大。[典例1](2021·山东省济宁市高三上学期1月期末)如图所示，R1、R2和R3都是定值电阻，R是滑动变阻器，V1和V2是两理想电压表，闭合开关，当滑动变阻器的滑片自图示位置向左缓慢滑动时，下列说法中正确的是()A．电压表V1示数减小B．电压表V2示数增大C．电阻R2消耗的电功率增大D．电压表V1示数的变化量ΔU1的绝对值小于电压表V2示数的变化量ΔU2的绝对值D[当滑动变阻器的滑片自图示位置向左缓慢滑动时，R接入电路的阻值减少，总电阻减少，所以总电流变大，则内电压和R1两端的电压增大，所以R2两端的电压减小，再根据部分电路的欧姆定律，通过R2的电流减小了，根据并联电路电流的特点，通过R3这部分支路的电流变大，则R3两端的电压变大，电压表V1示数变大，R两端的电压减小，电压表V2示数减小，故A、B错误；由以上分析可知，通过R2的电流减小了，所以电阻R2消耗的电功率减少，故C错误；通过以上分析可知，R2两端的电压等于R3两端的电压与R两端的电压之和，R2两端的电压减小，即R3两端的电压与R两端的电压之和减小了，而R3两端的电压增大，所以R两端的电压减小的值大于R3两端电压增大的值，故D正确。]感悟：闭合电路动态分析的三点注意(1)引起电路变化的原因：电阻变化、开关的通断。(2)电容器的特点：电路稳定后，电容器所在支路电阻无电压降，因此电容器两极板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。(3)二极管的特点：具有单向导电性。考点二|交流电路的分析与计算1．两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大，电流方向不改变。2．正弦交流电“四值”的应用[典例2]图甲为一台小型发电机的示意图，单匝线圈绕OO′轴转动，若从某位置开始计时，产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示，已知发电机线圈内阻为r，外接灯泡的电阻为9r，下列说法正确的是()甲乙A．线圈是从垂直中性面位置开始计时的B．电动势表达式为e＝6eq\r(2)sin50πt(V)C．电流方向每秒改变50次D．理想电压表示数为5.4VD[电动势随时间的变化规律从零开始，说明线圈从中性面开始转动，磁通量最大，瞬时电动势为零，故A错误；电动势的最大值为Em＝6eq\r(2)V，而ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，则电动势表达式为e＝Emsinωt＝6eq\r(2)sin100πt(V)，故B错误；线圈每转一圈，电流改变两次方向，则电流方向每秒改变了100次(2f＝100)，故C错误；理想电压表示数为路端电压的有效值，有UV＝eq\f(ER,R＋r)＝eq\f(EmR,\r(2)R＋r)＝eq\f(6\r(2)×9r,\r(2)9r＋r)V＝5.4V，故D正确。]感悟：解决交变电流问题的三点注意(1)注意区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值，其中最大值是瞬时值中的最大值，有效值是以电流的热效应等效来定义的。(2)确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象或由公式Em＝NBSω求出相应峰值，其中ω＝eq\f(2π,T)＝2πf＝2πn。(3)与电磁感应问题一样，求解与电功、电热相关的问题时，要用有效值；而求解通过导体某横截面的电荷量时，要用平均值。考点三|理想变压器及远距离输电1．理想变压器动态分析的两种情况(1)负载电阻不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、电功率等随匝数比的变化情况。(2)匝数比不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、电功率等随负载电阻的变化情况。2．理想变压器问题分析技巧(1)根据题意分清变量和不变量；(2)弄清“谁决定谁”的制约关系。对电压而言，输入决定输出；对电流、电功(率)而言，输出决定输入。3．远距离输电问题的解题关键(1)整个输电线路由三个回路组成，回路间通过变压器建立联系(如图所示)。(2)关键是通过分析，利用题目条件，首先求出中间回路的电流I2，则ΔU＝I2R，ΔP＝Ieq\o\al(2,2)·R＝ΔU·I2＝eq\f(ΔU2,R)。[典例3](多选)(2021·四川省德阳市高三下学期5月三诊)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为1∶3，正弦交流电源电压为U＝12V，电阻R1＝2Ω，R2＝16Ω，滑动变阻器R3最大阻值为40Ω，滑片P处于中间位置，则下列说法中正确的是()A．R1与R2消耗的电功率之比8∶9B．通过R1的电流为2AC．若向下移动滑片P，电压表读数将变大D．若向下移动滑片P，电源输出功率将变大BC[理想变压器原副线圈匝数之比为1∶3，可知原副线圈的电流之比为3∶1，根据P＝I2R可知R1与R2消耗的电功率之比为9∶8，选项A错误；设通过R1的电流为I，则副线圈电流为eq\f(1,3)I，初级电压U－IR1＝12－2I，根据匝数比可知次级电压为3(12－2I)，则有eq\f(312－2I,\f(1,3)I)＝R2＋eq\f(1,2)R3m＝36Ω，解得I＝2A，选项B正确；若向下移动P，则R3电阻增大，次级电流变小，初级电流也变小，根据P＝IU可知电源输出功率将变小；电阻R1的电压变小，变压器输入电压变大，次级电压变大，电压表读数将变大，选项C正确，D错误。]考点四|新情境探究以家用灯暖型浴霸为背景考查交流电路问题[案例1](多选)(2021·山西高三模拟)家用灯暖型浴霸的电路如图所示，其中照明灯额定电压为220V、额定功率为44W；四只相同的取暖灯额定电压均为220V、额定功率均为440W；排气扇电机的内阻为1.2Ω。当将浴霸接入u＝220eq\r(2)sin100πt(V)的交流电路中时，闭合全部开关后各用电器均正常工作，此时通过保险丝的电流为8.6A。以下判断中正确的是()A．交流电的频率为50HzB．排气扇电机的输出功率为88WC．闭合全部开关，浴霸的总功率为2675WD．只闭合S1、S4，通过保险丝的电流为0.6AAD[根据u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，可得交流电的频率为f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz，故A正确；照明灯电流I1＝eq\f(P1,U1)＝0.2A，取暖灯电流I2＝eq\f(P2,U2)＝2A，则通过排气扇的电流为I3＝I－I1－4I2＝0.4A，排气扇电机的输出功率为P＝I3U－Ieq\o\al(2,3)r＝87.808W，排气扇功率P3＝I3U＝88W，故浴霸的总功率为P总＝44W＋4×440W＋88W＝1892W，故B、C错误；只闭合S1、S4，通过保险丝的电流为I′＝I1＋I3＝0.6A，故D正确。]以浮桶式波浪发电灯塔为背景考查交变电路问题[案例2](多选)一浮桶式波浪发电灯塔的原理如图甲所示，浮桶内的磁体由支柱固定在暗礁上，内置线圈与R＝15Ω的灯泡相连，随波浪相对磁体沿竖直方向上下运动且始终处于磁场中，其运动速度v＝0.8πsin(πt)m/s。浮桶下部由内、外两密封圆筒构成(图中阴影部分)，其截面如图乙所示，匝数N＝100的圆形线圈所在处辐射磁场的磁感应强度大小恒为B＝0.2T，线圈的直径D＝0.4m，总电阻r＝1Ω。取π2＝10。则下列说法正确的是()A．线圈中产生电动势的瞬时值为e＝64sin(πt)VB．灯泡中电流的瞬时值为i＝4sin(πt)AC．灯泡两端电压的有效值为30eq\r(2)VD．灯泡的电功率为240WABC[线圈在磁场中切割磁感线，产生的电动势为：Emax＝NBlvmaxl＝πD联立得：Emax＝πNBDvmax＝π×100×0.2×0.4×0.8πV＝64V则波浪发电产生电动势e的瞬时表达式：e＝Emaxsin(πt)＝64sin(πt)V，故A正确；根据闭合电路欧姆定律得：i＝eq\f(e,R＋r)＝4sin(πt)A，故B正确；灯泡电流的有效值为I＝eq\f(4,\r(2))A＝2eq\r(2)A，则灯泡电压的有效值为U＝IR＝2eq\r(2)×15V＝30eq\r(2)V，故C正确；灯泡的电功率为P＝I2R＝(2eq\r(2))2×15W＝120W，故D错误。]以手机无线充电为背景考查变压器问题[案例3](多选)(2021·天津高三模拟)科技改变生活，如今手机无线充电已经日趋流行。其工作原理如图所示，该装置可等效为一个理想变压器，送电线圈为原线圈，受电线圈为副线圈。当ab间接上220V的正弦交变电流后，受电线圈中产生交变电流。送电线圈的匝数为n1,受电线圈的匝数为n2，且n1∶n2＝10∶1。两个线圈中所接电阻的阻值均为R，当该装置给手机充电时，手机两端的电压为1.8V，流过手机的电流为1A，则下列说法正确的是()A．受电线圈cd两端的输出电压为22VB．充电时，两线圈上所接电阻的阻值R＝20ΩC．充电时，与送电线圈相连的电阻R两端的电压为20VD．充电时，受电线圈cd两端的输出电压为21.8VBD[因为ab端输入电压为220V，由于送电线圈中的电阻R会分压，故送电线圈两端电压小于220V，则根据匝数比等