新高考物理二轮复习讲与练专题4.1 直流电路和交变电流（讲）（原卷版）

专题四电路和电磁感应（讲）知识结构考情分析近3年考情分析考点要求等级要求考题统计202220212020直流电路和交变电路Ⅱ2022·北京卷·T132022·北京卷·T92022·浙江6月卷·T122022·浙江1月卷·T122022·江苏卷·T22022·重庆卷·T32022·北京卷·T42022·海南卷·T52022·山东卷·T42022·湖南卷·T62021·江苏卷·T22021·重庆卷·T62021·浙江1月卷·T162021·北京卷·T52021·辽宁卷·T52021·天津卷·T32021·浙江省6月卷·T52021·江苏卷·T122021·北京卷·T192021·浙江1月卷·T192021·广东卷·T72021·海南卷·T92021·河北卷·T82021·湖北卷·T62021·湖南卷·T62021·山东卷·T92021·福建卷·T32020·全国=1\*ROMANI卷·T172020·全国=2\*ROMANII卷·T192020·浙江1月卷·T62020·浙江7月卷·T162020·海南卷·T42020·江苏卷·T62020·北京卷·T122020·海南卷·T32020·全国=3\*ROMANIII卷·T202020·山东卷·T52020·天津卷·T62020·浙江1月卷·T102020·江苏卷·T22020·浙江7月卷·T112020·北京卷·T9电磁感应Ⅱ2022·重庆卷·T132022·重庆卷·T72022·江苏卷·T52022·上海卷·T122022·湖南卷·T102022·广东卷·T12022·广东卷·T42022·山东卷·T122022·全国甲卷·T202022·全国甲卷·T162022·浙江1月卷·T132022·海南卷·T182022·上海卷·T202022·辽宁卷·T152022·浙江1月卷·T212022·全国乙卷·T242021·北京卷·T112021·重庆卷·T32021·北京卷·T72021·全国甲卷·T212021·广东卷·T102021·河北卷·T72021·河北卷·T52021·湖南卷·T102021·山东卷·T122021·山东卷·T82021·福建卷·T72021·辽宁卷·T92021·浙江省6月卷·T22021·天津卷·T122021·湖北卷·T162021·海南卷·T182021·全国乙卷·T252021·浙江1月卷·T222020·浙江1月卷·T82020·江苏卷·T32020·北京卷·T82020·全国=1\*ROMANI卷·T212020·浙江7月卷·T122020·全国=3\*ROMANIII卷·T242020·北京卷·T182020·海南卷·T132020·山东卷·T122020·江苏卷·T212020·天津卷·T112020·浙江7月卷·T222020·北京卷·T20思维导图4.1直流电路和交变电路一、考情分析近3年考情分析考点要求等级要求考题统计202220212020电路的基本概念及规律Ⅱ2022·北京卷·T132022·北京卷·T92022·浙江6月卷·T122022·浙江1月卷·T122021·江苏卷·T22020·全国=1\*ROMANI卷·T172020·全国=2\*ROMANII卷·T192020·浙江1月卷·T62020·浙江7月卷·T162020·海南卷·T4闭合电路欧姆定律及综合应用Ⅱ2022·江苏卷·T22020·江苏卷·T62020·北京卷·T12交流变电流的产生及描述Ⅱ2022·重庆卷·T32022·北京卷·T42022·海南卷·T52022·山东卷·T42021·重庆卷·T62021·浙江1月卷·T162021·北京卷·T52021·辽宁卷·T52021·天津卷·T32021·浙江省6月卷·T52021·江苏卷·T122021·北京卷·T192020·海南卷·T3理想变压器远距离输电Ⅱ2022·湖南卷·T62021·浙江1月卷·T192021·广东卷·T72021·海南卷·T92021·河北卷·T82021·湖北卷·T62021·湖南卷·T62021·山东卷·T92021·福建卷·T32020·全国=3\*ROMANIII卷·T202020·山东卷·T52020·天津卷·T62020·浙江1月卷·T102020·江苏卷·T22020·浙江7月卷·T112020·北京卷·T9考情总结近几年高考试题主要考查了交变电流的产生及“四值”，变压器的原理，电压比、电流比及功率关系，变压器的动态分析，题型以选择题为主．直接考查闭合电路欧姆定律的题目较少.应考策略2023年高考题会以部分电路欧姆定律与闭合电路欧姆定律的应用为主线，重点考查电路的动态分析与功率的计算；与日常生活、生产相联系的交变电流规律、远距离输电也可能会成为新命题点．二、思维导图三、讲知识1．闭合电路欧姆定律(1)闭合电路的欧姆定律：I＝eq\f(E,R＋r).(2)路端电压与电流的关系：U＝E－Ir.(3)路端电压与负载的关系：U＝IR＝eq\f(R,R＋r)E＝eq\f(1,1＋\f(r,R))E，路端电压随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小．2．直流电路动态分析方法(1)程序法：基本思路是“部分→整体→部分”。即从阻值的变化入手，由串、并联规律判定R总的变化情况，再由闭合电路欧姆定律判断I总和U端的变化情况，最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判断各部分的变化情况。(2)结论法——“串反并同”“串反”：指某一电阻增大(减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(增大)。“并同”：指某一电阻增大(减小)时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(减小)。(3)极限分析法：因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片滑到两端、中间等特殊位置，对特殊位置进行分析讨论，从而得到所研究物理量的变化规律。3.正弦式交变电流的“四值”(1)最大值：Em＝NBSω.(2)瞬时值：e＝NBSωsinωt(从中性面开始计时)．(3)有效值：正弦式交变电流的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))；非正弦式交变电流的有效值必须根据电流的热效应，用等效的思想来求解．(4)平均值：eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)，常用来计算通过电路的电荷量．3．理想变压器的基本关系式(1)功率关系：P入＝P出．(2)电压关系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).(3)电流关系：只有一个副线圈时，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).(4)频率关系：f1＝f2.4．变压器和远距离输电的分析技巧(1)变压器的副线圈的电流和功率决定原线圈的电流和功率。(2)远距离输电问题分析的关键是求中间回路的电流强度的大小。四、讲重点重点1电路的基本概念及规律一、三个电流表达式的比较公式适用范围公式含义定义式I＝eq\f(q,t)一切电路eq\f(q,t)反映了I的大小，但不能说I∝q，I∝eq\f(1,t)微观式I＝nqSv一切电路从微观上看n、q、S、v决定了I的大小决定式I＝eq\f(U,R)金属、电解液I由U、R决定，I∝U，I∝eq\f(1,R)二、公式R＝eq\f(U,I)、I＝eq\f(U,R)和U＝IR的对比公式物理意义适用条件R＝eq\f(U,I)导体电阻的定义式，反映导体对电流的阻碍作用R由导体本身决定，与U、I无关，适用于所有导体I＝eq\f(U,R)某段导体中电流与两端电压和电阻的关系适用于纯电阻电路U＝IR沿电流方向电势逐渐降低(外电路)，电压等于I和R的乘积适用于金属导体、电解液三、电路中常见的图像分析类别线性元件非线性元件电源图象物理意义反映I和U的正比关系反映I和U的非正比关系反映电源的输出特性，纵轴截距为电源电动势，横轴截距为短路电流注意问题图线的斜率的倒数表示导体的电阻，R＝eq\f(U,I)＝eq\f(ΔU,ΔI)，遵从欧姆定律图线的斜率仅表示电阻的变化趋势，某点的电阻值需用点的坐标值计算，即R＝eq\f(U1,I1)图线斜率的绝对值表示电源的内阻(注意纵坐标数值是否从零开始)四.电流表和电压表的改装改装为大量程电压表改装为大量程电流表原理串联电阻分压并联电阻分流图示R大小由于U=IgR+IgRg,所以R=UIg由于IgRg=(I-Ig)R,所以R=I电表内阻RV=R+Rg>RgRA=RRg五.电动机的三个功率及关系输入功率电动机的总功率。由电动机电路中的电流和电压决定,即P总=P入=UI输出功率电动机的有用功的功率,也叫机械功率,即P出热功率电流通过电动机线圈时的发热功率P热=I2r三者关系P总=P出+P热效率η=P出P入×100%=特别说明①正常工作的电动机是非纯电阻元件②电动机因为故障或者其他原因不转动,相当于一个纯电阻元件重点2闭合电路欧姆定律及综合应用一、闭合电路欧姆定律电源的电动势和内阻电动势(1)定义：电动势在数值上等于非静电力把1C的正电荷在电源内从负极移送到正极所做的功。(2)表达式：E＝eq\a\vs4\al(\f(W,q))(3)物理意义：反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领大小。内阻电源内部导体的电阻闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律(1)内容：闭合电路的电流跟电源的电动势成正比，跟内、外电路的电阻之和成反比。(2)表达式：I＝eq\f(E,R＋r)(3)适用条件：只适用于外电路是纯电阻电路。电动势与内、外电压的关系E＝U内＋U外_。(适用于任何电路)路端电压U与电流I的关系(1)关系式：U＝E－Ir。(适用于任何电路)(2)电源的U­I图象(如图所示)①当电路断路，即I＝0时，纵轴的截距为电源电动势。②当路端电压U＝0时，横轴的截距为短路电流。③图线的斜率的绝对值为电源的内阻。闭合电路的动态分析技巧程序法(1)思路“局部电路⇒整体电路⇒局部电路”。(2)具体步骤：结论法“串反并同”(适用条件：电源内阻不为零的电路)(1)所谓“串反”，即某一电阻增大(或减小)时，与它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(或增大)。(2)所谓“并同”，即某一电阻增大(或减小)时，与它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(或减小)。极限法因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端，让电阻最大或电阻为零，然后再讨论有关问题三、闭合电路的功率及效率问题电源总功率任意电路：P总＝EI＝P出＋P内纯电阻电路：P总＝eq\f(E2,R＋r)＝I2(R＋r)内部功率P内＝I2r＝P总－P出输出功率任意电路：P出＝UI＝P总－P内纯电阻电路：P出＝eq\f(U2,R)＝I2R＝eq\f(E2R,（R＋r）2)P出与外电阻R的关系P出随R的增大先增大后减小，当R＝r时达到最大Pm＝eq\f(E2,4r)，P出＜Pm时对应两个外电阻R1和R2，且R1R2＝r2。电源的效率任意电路：η＝eq\f(P出,P总)×100%＝eq\f(U,E)×100%纯电阻电路：η＝eq\f(R,R＋r)×100%重点3交流变电流的产生及描述1．两个特殊位置的比较位置中性面位置与中性面垂直的位置图例特点B⊥SB∥SΦ＝BS，最大Φ＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝nBSω，最大电流为零，方向改变电流最大，方向不变2．交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)规律物理量函数表达式图象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt电动势e＝Emsinωt＝nBSωsinωt电压u＝Umsinωt＝eq\f(REm,R＋r)sinωt电流i＝Imsinωt＝eq\f(Em,R＋r)sinωt3.对交变电流“四值”的比较物理量表达式适用情况及说明瞬时值e＝Emsinωtu＝Umsinωti＝Imsinωt计算线圈某时刻的受力情况最大值(峰值)Em＝nBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)讨论电容器的击穿电压有效值对正(余)弦交流电有：E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电动率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)电表的读数为有效值平均值eq\o(E,\s\up6(－))＝BLeq\o(v,\s\up6(－))eq\o(E,\s\up6(－))＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\o(I,\s\up6(－))＝eq\f(\o(E,\s\up6(－)),R＋r)计算通过电路截面的电荷量重点4理想变压器远距离输电1.理想变压器及基本关系的理解基本关系功率关系能量守恒：原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，即P入＝P出电压关系只有一个副线圈时：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)有多个副线圈时：eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…电流关系只有一个副线圈时：eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)有多个副线圈时：I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn频率关系f1＝f2(变压器不改变交变电流的频率)2.理想变压器的动态分析问题的解题思路(1)分清不变量和变量。(2)弄清理想变压器中电压、电流、功率之间的联系和相互制约关系。(3)利用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点进行分析判定。3.理想变压器中各量的制约关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定：U2＝eq\f(n2,n1)U1功率原线圈的输入功率P入由副线圈的输出功率P出决定：P入＝P出电流原线圈电流I1由副线圈电流I2和匝数比决定：I1＝eq\f(n2,n1)I24.分析远距离输电问题的三个“要点”理清三个回路抓住两个联系回路1和回路2的联系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，P1＝P2回路2和回路3的联系：eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3)，P3＝P4明确三个关联式功率关联式：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔUI线＝I线2R线＝eq\f(ΔU2,R线)电压关联式：U2＝ΔU＋U3电流关联式：I2＝I线＝I3重点1电路的基本概念及规律例题1：（2023届·浙江浙里卷天下高三上学期开学考试）如图所示的安全出口指示灯，该灯配备有两个电源——正常电源和紧急备用电源，其中正常亮灯状态下，指示灯功率为3W，紧急指示灯亮起时，指示灯功率为6W。假设在某次消防安全演练中，某商场的200个紧急指示灯全部正常开启，持续时间为60min。在这次演练中，所有指示灯消耗的电能约为（）A.3.6×105J B.7.2×105JC.2.2×106J D.4.3×106J训练2：（2023届·北京交大附中高三上学期开学考试）下表列出了某品牌电动自行车及所用电动机的主要技术参数，不计自身机械损耗，若该车在额定状态下以最大速度行驶，则下列选项正确的是（）自重40kg额定电压48V载重75kg额定电流12A最大行驶速度20km/h额定输出功率400WA.电动机的输入功率为576WB.电动机的线圈电阻为4ΩC.该车获得的牵引力为104ND.该车受到的阻力为20N重点2闭合电路欧姆定律及综合应用例题2：（2023届·人大附中高三上学期开学考试）某学习小组用如下电路研究小电动机的电流与电压关系。通过调节滑动变阻器R接入电路的阻值，测量得到下表记录的信息。若认为小电动机的电阻是不变的，则（）序号电压SKIPIF1<0电流SKIPIF1<0电动机工作状态11.250.50卡住未转动22.000.20稳定转动33.50.30稳定转动A.小电动机的电阻大约为SKIPIF1<0B.当小电动机的电压为SKIPIF1<0时，其发热功率为SKIPIF1<0C.当小电动机的电压为SKIPIF1<0时，其电功率为SKIPIF1<0D.当小电动机的电压为SKIPIF1<0时，其对外做功的功率为SKIPIF1<0训练2：（2023·黑龙江肇东市四中高三上学期期末）某次实验记录数据画出的U—I图像如图丙所示，下列关于这个图像的说法正确的是（）A.纵轴截距表示待测干电池的电动势，即E=1.45VB.横轴截距表示短路电流，即I短=0.5AC.电源的内阻为2.9ΩD.电源的内阻为0.5Ω重点3交流变电流的产生及描述例题3：（2023届·浙江浙里卷天下高三上学期开学考试）如图所示是输入电压为220V，输出电压为27V的变压器，相应的线圈匝数分别为n1和n2，则（）A.n1<n2B.输入的电流大于输出的电流C.绕制输入端线圈的导线比输出端细D.输出端连接的用电器数量增加，输入端功率不变训练3：（2023届·西南汇高三上学期开学考试）如图所示为输电能耗演示电路。左侧变压器原、副线圈匝数比为1：4，输入电压为7.5V