第十三讲　恒定电路与交变电流-2026年高考物理总复习课件

专题四

电路与电磁感应第十三讲

恒定电路与交变电流命题形式1.选择题:常考查电磁感应现象的基本概念、图像问题等,难度中等,如判断感应电流的方向、分析电磁感应中的B-t图像、I-t图像等。2.非选择题:多以计算题形式出现,通常与力学、能量等知识综合,难度较大,要求考生综合运用电磁感应定律、闭合电路欧姆定律等知识求解复杂问题。考查内容1.电磁感应现象:主要考查感应电流的产生条件、感应电流方向的判断,常以线圈在磁场中运动、磁铁在线圈中进出等情境呈现。2.电磁感应中的电路问题:给出导体棒在磁场中切割磁感线或线圈在磁场中运动的情境,要求分析等效电路,确定电源部分、内阻,再运用闭合电路欧姆定律计算电流、电压、电功率等物理量。3.电磁感应图像问题:以导体棒在导轨上的运动、线框通过有界磁场等为背景,给出速度图像、电流图像、安培力图像等,要求根据电磁感应规律分析物理过程,判断图像的正误或根据图像信息求解相关物理量。4.电磁感应与其他知识的综合:常与动力学(如牛顿第二定律、共点力平衡)、功能关系(如动能定理、能量守恒定律)、动量定理等相结合,考查综合分析和解决问题的能力。命题趋势1.综合性增强:题目会越来越多地将电磁感应、电路知识与其他物理模块知识融合,考查学生的综合应用能力。2.实际应用增多:可能会以科技前沿或生活中的电磁现象为背景,如风力发电机组优化设计、电磁悬浮供电系统分析等,考查学生运用物理知识解决实际问题的能力。3.图像问题仍是热点:继续通过图像考查学生对物理过程的分析和理解能力,图像的类型可能会更加多样化。备考建议1.掌握基础知识:熟练掌握法拉第电磁感应定律、楞次定律、闭合电路欧姆定律等基本规律,以及感应电流产生的条件、方向判断等基本概念。2.强化电路分析能力:学会将电磁感应中的电路等效为常规电路,准确分析电路结构,计算各物理量。3.提升图像分析技巧:明确图像的横、纵坐标物理量,分析电磁感应的具体过程,结合规律写出函数关系式,再根据关系式判断图像的特征。4.多做综合题:通过练习与力学、能量等综合的题目,提高综合运用知识的能力和解题技巧。5.关注实际应用:了解电磁感应在实际生活和科技中的应用,培养将实际问题转化为物理模型的能力。1.闭合电路欧姆定律的三个公式(1)E=U外+U内;(任意电路)(2)E=U外+Ir;(任意电路)(3)E=I(R+r)。(纯电阻电路)考点一

恒定电流2.动态电路分析的三种方法程序法串反并同法所谓“串反”,即某一电阻阻值增大(减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都减小(增大)。所谓“并同”,即某一电阻阻值增大(减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都增大(减小)极限法因滑动变阻器的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,使滑动变阻器接入电路的电阻最大或电阻为零去讨论3.电容器的特点(1)只有当电容器充、放电时,电容器所在支路中才会有电流,当电路稳定时,电容器所在的支路相当于断路。(2)电路稳定时,与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。

提高纯电阻电路效率的方法:R越大,η越高。2.电路的简化与分析(1)含有电容器电路的简化与分析①电路简化:不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所在的电路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上。②电容器的电压i.电容器所在的支路中没有电流,与之串联的电阻两端无电压,相当于导线。ii.电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。③电容器的电荷量及变化i.电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高,电容器将充电;若电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电。ii.如果变化前后极板带电的电性相同,通过所连导线的电荷量为|Q1-Q2|。iii.如果变化前后极板带电的电性相反,通过所连导线的电荷量为Q1+Q2。(2)理想电表中电流表一般可视为导线,电压表可以视为开关断开。

常见电路等效电源如下:E'=E

r'=R+r

①电路故障一般是短路或断路。常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯泡短路、电阻内部断路、接触不良等现象。故障的特点如下。i.断路状态的特点:电源电压不为零而电流为零;若外电路某两点之间的电压不为零,则这两点间有断点,而这两点与电源连接部分无断点。ii.短路状态的特点:有电流通过电路而电压为零。②利用电流表、电压表判断电路故障的方法i.电流表示数正常而电压表无示数的情况:“电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路,“电压表无示数”表明无电流通过电压表。方法总结故障原因可能是:a.电压表损坏;b.电压表接触不良;c.与电压表并联的用电器短路。ii.电压表有示数而电流表无示数的情况:“电压表有示数”表明有电流通过电压表,“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表。故障原因可能是:a.电流表短路;b.和电压表并联的用电器断路。iii.电流表和电压表均无示数的情况:“两表均无示数”表明无电流通过两表,除了两表同时短路外,可能是干路断路导致无电流。iv.欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处断路;当测量值很小或为零时,表示该处短路。在用欧姆表检测时,应断开电源。

(2)结论法:“串反并同”,应用条件为电源内阻不为零。①所谓“串反”,即某一电阻的阻值增大时,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,反之则增大。②所谓“并同”,即某一电阻的阻值增大时,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,反之则减小。(3)极限法:因滑动变阻器的滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。(4)特殊值法:对于某些特殊电路问题,可以采取代入特殊值的方法去判定。4.闭合电路的图像问题(1)导体的伏安特性曲线:由于电阻的导电性能不同,所以不同的电阻有不同的伏安特性曲线。伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应这一状态下的电阻。(2)电源的伏安特性曲线:在闭合电路中,当外电阻R发生变化时,干路电流I发生变化,路端电压U也随之发生,路端电压U与电流I的关系可表示为U端=E-Ir,若以U为纵坐标、I为横坐标,可在U-I直角坐标系中作出U-I图线,此图线称为电源的伏安特性曲线。由U端=E-Ir可知函数图像是一条向下倾斜的直线。纵坐标轴上的截距等于电动势的大小;横坐标轴上的截距等于短路电流I短;图线的斜率值等于电源内阻的大小。①直线斜率的绝对值表示电源的内阻r,纵轴的截距为电源电动势E。②直线上点A与原点O的连线的斜率表示对应的外电路电阻R。③图线上每一点的横、纵坐标的乘积为对应情况下电源的输出功率,对于图中的A点有PA=UAIA。④图中实线和虚线的交点称为“工作点”,这是求解非线性元件功率的突破口。考点一

闭合电路欧姆定律题型1

电路的判断及计算【例1】(2025·重庆西南大附中全真模考)某次实验电路如图所示。现闭合开关,将滑动变阻器的滑片向a端滑动,则 (

)A.电池正负极间电压不变B.A1示数变大C.V示数变大D.A2示数变小【答案】D【解析】根据题意可知,将滑动变阻器的滑片向a端滑动,滑动变阻器接入电路的电阻变大,则回路中外电路总电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,回路中总电流减小,即A1示数变小,路端电压变大,即电池正、负极间电压变大,故AB错误;由于总电流减小,则左侧电阻元件两端电压减小,即V示数变小,由于路端电压增大,可得,右侧电阻元件两端电压变大,则通过右侧电阻元件的电流增大,可知,通过滑动变阻器的电流减小,即A2示数变小,故C错误,D正确。故选D。【例2】如图所示的电路,电源电动势E=30V。内阻r=2Ω,电阻R1=8Ω,R2=8Ω,R3=4Ω,C为平行板电容器,其电容C=6.0pF,虚线到两极板距离相等,极板长l=0.1m,两极板的间距d=0.01m。(1)若开关S处于断开状态,则当其闭合后,求流过R3的总电荷量。(2)若开关S闭合时,有一带电微粒沿虚线方向以v0=2.0m/s的初速度射入平行板电容器C的电场中,刚好沿虚线做匀速直线运动。问:当开关S断开后,此带电微粒以相同的初速度沿虚线方向射入平行板电容器C的电场中,能否从平行板电容器C的电场中射出。(要求写出计算和分析过程,重力加速度g取10m/s2)【答案】(1)2.4×10-11

C

(2)能

【例3】一个会发光的电动玩具汽车,其简化电路如图所示。电源电动势E=12V,r=1Ω,电容器的电容C=500μF,定值电阻R1=1Ω,灯泡电阻R2=6Ω,车轮电动机的额定电压UM=6V,线圈电阻RM=1Ω。开关S闭合,电路稳定后,电动机正常工作。(1)电动机的输出功率是多少?(2)若电动机被卡住,与电动机正常工作时相比,灯泡的实际功率变化了多少?灯泡变亮还是变暗?(3)电动机被卡住后,需要断开开关检查故障。求开关S断开后,流过灯泡的电荷量是多少?(结果保留两位有效数字)【答案】(1)8

W

(2)3.84

W

变暗

(3)5.6×10-4

C

A.直流输电导线中的电流为250AB.直流输电导线总阻值不超过16ΩC.家用交流电的电压最大值为220V,频率为50HzD.配电房中变压器原、副线圈中电流比为11∶500【答案】BD

【例5】如图甲所示为一个小型电风扇的电路简图,其中理想变压器的原、副线圈匝数之比n1∶n2=10∶1,接线柱a、b接上一个正弦交流电源,电压随时间变化规律如图乙所示,输出端接有额定电压均为12V的灯泡和风扇电动机,灯泡额定功率为3W,电动机线圈电阻r=3Ω,电阻R=8Ω,接通电源后,灯泡正常发光,风扇正常工作,求:(1)副线圈电流的频率;(2)副线圈两端的电压;(3)电动机输出的机械功率。【答案】(1)50

Hz

(2)22

V

(3)9

W

C

2.(2024·湖北卷)在如图所示的电路中接入正弦交变电流,灯泡L1的电阻是灯泡L2的2倍。假设两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大。闭合开关S,灯泡L1、L2的电功率之比P1∶P2为 (

)A.2∶1

B.1∶1

C.1∶2

D.1∶4C

3.(多选)(2024·重庆卷)小明设计了台灯的两种调光方案,电路图分别如图甲、乙所示,图中额定电压为6V灯泡的电阻恒定,R为滑动变阻器,理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。原线圈两端接电压为220V的交流电,滑片P可调节灯泡L的亮度,P在R最左端时,甲、乙图中灯泡L均在额定功率下工作,则 (

)A.n1∶n2=110∶3B.当P滑到R中点时,图甲中L功率比图乙中的小C.当P滑到R最左端时,图甲所示电路比图乙更节能D.图甲中L两端电压的可调范围比图乙中的大AC

图乙中的灯泡两端电压在0到6V间变化,图甲中灯泡两端电压最高为6V,最低达不到0,则图乙中灯泡两端可调电压范围大,故D错误。故选AC。4.(2024·湖南卷)根据国家能源局统计,截至2023年9月,我国风电装机4亿千瓦,连续13年居世界第一位,湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动,升、降压变压器均为理想变压器,输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻R时,R0上消耗的功率为P。不计其余电阻,下列说法正确的是 (

)

A

A.风速增加,若转子角速度增加一倍,则R0上消耗的功率为4PB.输电线路距离增加,若R0阻值增加一倍,则R0消耗的功率为4PC.若升压变压器的副线圈匝数增加一倍,则R0上消耗的功率为8PD.若在用户端再并联一个完全相同的电阻R,则R0上消耗的功率为6P

专题集训(十三)

电路1.某学生在研究串联电路电压特点的实验时,连接成如图所示的电路,接通S后,他将大内阻的电压表并联在A、C两点间,电压表示数为U,当并联在A、B两点间时,电压表示数也为U,当并联在B、C两点间时,电压表的示数为零,则出现此种情况的原因可能是(R1、R2的阻值相差不大) (

)A.AB段断路或BC段短路B.AB段短路或BC段短路C.AB段短路或BC段断路D.AB段断路或BC段断路A【解析】电压表有示数说明并联部分无短路,串联部分无断路,电压表无示数说明并联部分可能短路或者串联部分断路。根据题意电压表并联在A、C两点间,电压表示数为U,当并联在A、B两点间时,电压表示数也为U,当并联在B、C两点间时,电压表的示数为零,则可以判断电路的故障可能是AB段断路,也可能是BC段短路,故A正确,BCD错误。故选A。

D

D

C

5.

(2024·江苏临江高中三模)如图所示,理想变压器输入端a、b间接入电压有效值恒定的交变电流,R1、R2为定值电阻,灯泡L1、L2的阻值恒定。在滑动变阻器R的滑片从上端滑到下端的过程中,两个灯泡始终发光且工作电压在额定电压以内,则下列说法正确的是 (

)A.L1变亮,L2变亮

B.L1变亮,L2变暗C.L1变暗,L2变暗

D.L1变暗,L2变亮D

6.(2025·重庆八中三诊)题图中所示为某自行车的车灯发电机,其结构如题图乙所示。绕有线圈的“⊃”形铁芯开口处装有磁铁(图示时刻通过铁芯横截面的磁通量大小为Φ、铁芯不漏磁),车轮转动时带动与其接触的摩擦轮转动,摩擦轮又通过传动轴带动磁铁一起(与车轮角速度相等)转动,从而使铁芯中磁通量发生变化,线圈两端c、d作为发电机输出端,通过导线与标有“12V,6W”的灯泡L相连,当车轮匀速转动时,发电机输出电压视为正弦交流电,该发电机供电线圈匝数为n,假设灯泡阻值不变,摩擦轮与轮胎间不打滑。则(

)C

7.(2025·重庆育才中学二模)如题图甲是医用红外理疗灯,图乙是其内部电路结构示意图,自耦变压器可视为理想变压器,其抽头P与M、N点间的线圈匝数分别为n1和n2,且n1>n2。若单刀双掷开关从a切换到b,则 (

)A.电流表示数变小

B.电流表示数变大C.电压表示数变小

D.电压表示数变大A【解析】单刀双掷开关从a切换到b,变压器原线圈的电压不变,故电压表的示数不变,故CD错误;由题知,变压器原线圈的电压和匝数不变,单刀双掷开关从a切换到b,n1>n2,则副线圈的匝数减少,根据原副线圈的电压之比等于匝数比,可知变压器副线圈的电压变小,则副线圈的电流变小,由n1I1=n2I2可知原线圈的电流减小,即电流表的示数减小,故A正确,B错误。故选A。8.(2025·重庆高三学业质量