高考物理二轮复习第10课件讲恒定电流与交变电流

1、专题五电路与电磁感应 第10讲恒定电流与交变电流,【主干回顾】,【核心精华】 知识规律 (1)闭合电路的欧姆定律。 I= U路=E-Ir。 (2)交变电流的“四值”。 最大值:Em=nBS。 瞬时值:e=Emsint。 有效值:由电流的热效应定义。 平均值:E=,(3)理想变压器的四个基本关系。 功率关系:P入=P出。 电压关系: 电流关系: 频率关系:f1=f2。,思想方法 (1)物理思想:等效思想、忽略次要因素思想、守恒思想。 (2)物理方法:假设法、整体法、隔离法、代换法、比值定义法。,热点考向一 直流电路的动态分析 【典题1师生探究】(2014武汉二模)在如图所示的电路中, 电源的负极

2、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,【破题关键】 (1)电路图中电压表和电流表的作用: 电压表直接与电阻R1并联,测的是_; 电流表位于支路中,测的是_。 (2)题干中的“电源的负极接地”说明_。,R1两端的电压,R3所在支路的电流,b点电势为零,(3)当滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动时,分析下列各物理量的变化情况:,减小,减小,增大,减小,【解析】选D

3、。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 =IR1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 =U- 可得R2 两端的电压减小,又由I2= 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C= ,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。,【拓展延伸】 (1)在【典题1】中,若把电路图中的电压表改为直接接在电源 两端,其他条件不变,则在滑动变阻器滑动头P自a端

4、向b端滑动 的过程中,电压表示数如何变化? 【解析】若把电压表直接接在电源两端,则电压表测的是路端 电压,当滑动变阻器滑动头P自a端向b端滑动时,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I= 可得, 干路电流增大,又由U=E-Ir可知路端电压U减小,故电压表示数 将减小。,(2)在【典题1】中,电源的总功率、输出功率各如何变化? 【解析】由于干路电流增大,由P=EI可得电源总功率增大,当外电路电阻和内电阻相等时,电源输出功率最大,而题干中外电阻与内电阻的大小关系未知,故滑动变阻器的滑动头移动时,输出功率的变化无法判断。,【典题2自主探究】如图所示电路中,电源电动势为E,内阻

5、为r。4个电阻阻值均为R,开关S闭合时,有质量为m、带电量为q的小球静止于水平放置的平行板电容器的正中间。现断开开关S,则下列说法错误的是() A.小球带负电 B.断开开关后电容器的带电量减小 C.断开开关后带电小球向下运动 D.断开开关后带电小球向上运动,【审题流程】 第一步:审题干提取信息 (1)小球静止 小球受力平衡 电场力方向竖直向上 小球带负电 (2)电路连接R1、R2并联后与R3串联 电容器与R3并联,第二步:审问题明确目标 断开开关后R1、R2并联部分的电阻增大 电容器两板间的电压减小 电容器的带电量减小, 小球受到的电场力减小 小球向下运动,【解析】选D。带电量为q的小球静止于

6、水平放置的平行板电容器的正中间,说明所受电场力向上,小球带负电,选项A正确;断开开关后,电容器两端电压减小,电容器的带电量减小,选项B正确;断开开关后,带电小球所受电场力减小,带电小球向下运动,选项C正确、D错误。,【解题悟道】 闭合电路动态分析的三种常用方法 (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)。 (3)极限法:因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变

7、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。,【对点训练】 1.如图所示电路中,电源电动势为E,内电阻为r,R1、R2为定值电阻,R3为可变电阻,C为电容器。在可变电阻R3由较小逐渐变大的过程中() A.电容器放电 B.流过R2的电流方向是由a到b C.电容器的带电量在逐渐增大 D.电源内部消耗的功率变大,【解析】选C。当可变电阻R3逐渐变大时,总电阻增大,干路电流减小,则电容器上电压U=E-I(R1+r)将增大,电容器的带电量增大,即电容器充电,A错误,C正确;因为电容器上极板带正电,所以充电电流方向为bR2a,故B错误;电源内部消耗的功率为Pr=I2r变小,D错误。,2.(20

8、14宁德一模)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。,【加固训练】(2014长沙一模)在如图所示的电路中,开关S闭合后,由于电阻元件发生短路或断路故障,某时刻电压表和电流表的读数都增大,则可能出现了下列哪种故障() A.R1短路B.R2短路 C.R3短路D.R1

9、断路,【解析】选A。若电路正常,则电流表测量流过R1的支路电流,电压表测量R3两端的电压。若R1短路,则R2被短路,外电路只有电阻R3接在电源两端,电流表测量干路电流,电压表测量路端电压,两表示数均增大,A正确;若R2短路,则R1被短路,电流表示数为零,B错误;若R3短路,则电压表示数为零,C错误;若R1断路,则电流表示数为零,D错误。,热点考向二交变电流的产生和描述 【典题3师生探究】(2014天津高考改编)如图甲所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速,绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图像如图乙中曲线a、b所示,则(),A.两次t=0时刻线圈平面均与中性面垂直 B

10、.曲线a、b对应的线圈转速之比为23 C.曲线a表示的交变电动势频率为25Hz D.曲线b表示的交变电动势有效值为10V,【破题关键】 分析图甲和图乙可得: (1)初始时刻线圈的位置:_; (2)曲线a、b的周期关系:_。,线圈平面处于中性面位置,【解析】选C。线圈位于中性面时,磁通量最大,电动势为零,A 错误;转速之比等于周期的反比,故该比值为32,B错误;频率 为周期的倒数,a的周期为0.04s,频率为25 Hz,C正确;正弦交 变电流的电动势的有效值为 已知 且 故可知 D错误。,【典题4自主探究】(2014漳州模拟)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

11、强磁场, 为交流电流表。线圈绕垂直于磁场方向的水平轴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10 A B.线圈转动的角速度为50 rad/s C.0.01 s时线圈平面与磁场方向垂直 D.0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左,【审题流程】 第一步:审题干提取信息 (1)题图乙中0.01s时 线圈平面垂直于中性面 线圈平面与磁场方向平行 (2)交流电的周期T=0.02s 求得线圈转动的角速度,第二步:审问题明确解题思路 (1)求电流表的示数即交流电路中电流的有效值 电流表的示数为10A (2)判断0.

12、02s时电阻R中电流的方向先判断此时线圈所处的 位置 应用右手定则判定感应电流的方向,【解析】选A。由图乙知电流最大值是10 A,周期是0.02 s, 故有效值为10 A,线圈转动的角速度为100 rad/s,A对,B 错;0.01 s时线圈平面与磁场方向平行,C错;据右手定则知 0.02 s时电阻R中电流的方向自左向右,D错。,【解题悟道】 (1)两个特殊位置的特点: 线圈平面与中性面重合时,SB,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,SB,=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

13、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=Imsint。 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=Imcost。,【对点训练】 1.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12 B.交流电a的电压瞬时值u=10sin0.4t(V) C.交流电b的电压最大值为 V D.

14、在图中t=0时刻穿过线圈的磁通量为零,【解析】选C。产生的正弦交流电的周期之比为23,线圈先后 两次转速之比为32,选项A错误;交流电a的周期为0.4s,交流 电a的电压瞬时值u=10sin5t(V),选项B错误;由最大值nBS 可知,二者最大值之比为32,交流电b的电压最大值为 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。,2.(2014锦州二模)如图所示,一个单匝矩形导 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴OO匀 速转动,转动周期为T0。线圈产生的电动势的最 大值为Em,则() A.线圈产生的电动势的有效值为 Em B.线圈转动过程中穿过线圈的磁通量

15、的最大值为 C.线圈转动过程中磁通量变化率的最大值为 Em D.经过2T0的时间,通过线圈电流的方向改变2次,【解析】选B。由交变电流有效值和最大值的关系可知线圈产 生的电动势的有效值为 Em,选项A错误;由题意知线圈产生的 电动势的最大值为Em=BS=BS 故线圈转动过程中穿过线圈 的磁通量的最大值BS= ,选项B正确;线圈转动过程中磁通 量变化率的大小等于产生的感应电动势的大小,选项C错误;正 弦式交变电流一个周期内电流方向变化两次,经过2T0的时间, 通过线圈电流的方向改变4次,选项D错误。,热点考向三理想变压器和远距离输电问题 【典题5师生探究】如图所示,匝数 为100匝的矩形线圈ab

16、cd位于磁感应 强度B= 的水平匀强磁场中,线圈 面积S=0.5m2,内阻不计。线圈绕垂直于磁场的轴以角速度 =10rad/s匀速转动。线圈通过金属滑环与理想变压器原 线圈相连,变压器的副线圈接入一只“12V12 W”灯泡,灯泡 正常发光,下列说法中正确的是(),A.通过灯泡的交变电流的频率是50Hz B.变压器原、副线圈匝数之比为101 C.矩形线圈中产生的电动势的最大值为120V D.若将灯泡更换为“12V24 W”且保证其正常发光,需要增大矩形线圈的转速,【破题关键】 (1)线圈绕垂直于磁场的轴以角速度=10rad/s匀速转动可 得:_。 (2)题干中“灯泡正常发光”说明:_ _。 (3

17、)“将灯泡更换为“12V24 W”且保证其正常发光”说明: 输出电压_,那么,线圈产生的电动势应该_,故线圈的 转速_。,交变电流的频率,副线圈的电压的有效值为,12V,变压器的输出功率为12W,不变,不变,不变,【解析】选B。由=2f可得通过灯泡的交变电流的频率是 5Hz,选项A错误;矩形线圈在水平匀强磁场中转动产生感应电动 势最大值为Em=NBS=100 0.510V=120 V,变压器 输入电压为120 V,由变压器变压公式可知,变压器原、副线圈 匝数之比为101,选项B正确,C错误;因副线圈电压仍为12 V, 故将灯泡更换为“12 V24 W”能保证其正常发光,不需要增 大矩形线圈的转

18、速,选项D错误。,【拓展延伸】 (1)在【典题5】中,若将变压器的副线圈接入一只“12V24 W” 的灯泡,且保证其正常发光,则原线圈的输入功率为多少? 【解析】因更换灯泡后,灯泡仍能正常发光,消耗的电功率为 24W,根据理想变压器规律P入=P出,可知原线圈的输入功率也为 24W。 (2)若将灯泡更换为耐压值为12V的电容器,能否正常工作? 【解析】副线圈的电压U=12V为有效值,其最大值为12 V,大于 电容器的耐压值,电容器将被击穿,故电容器不能正常工作。,【解题悟道】 (1)抓住理想变压器问题中的两个“弄清”: 弄清变量和不变量。如原线圈电压不变,原、副线圈的匝数比不变,其他物理量可随电

19、路的变化而发生变化。 弄清动态变化过程中的决定关系,如U2由U1决定,P1、I1由P2、I2决定。,(2)理想变压器问题的分析流程: 由 分析U2的情况。 由I2= 分析I2的情况。 由P1=P2=I2U2判断输入功率的情况。 由P1=I1U1分析I1的变化情况。,【对点训练】 1.(2014黄冈一模)如图所示,电路中理想变压器原、副线圈 接入电路的匝数可通过单刀双掷开关改变, 为交流电流表。 在变压器原线圈a、b两端加上一峰值不变的正弦交变电压。 下列分析正确的是() A.只将S1从1拨向2时,电流表示数变小 B.只将S2从3拨向4时,电流表示数变大 C.只将R的滑片上移,R2的电功率变大

20、D.只将R的滑片上移,R2的电功率变小,【解析】选D。只将S1从1拨向2时,输出电压增大,输出功率变大,输入功率也变大,输入电流变大,电流表示数变大,选项A错误;只将S2从3拨向4时,输出电压变小,输出功率变小,输入功率也变小,输入电流变小,电流表示数变小,选项B错误;只将R的滑片上移,副线圈总电阻变大,输出电流减小,R2的电功率变小,选项C错误,D正确。,2.(2014福建高考)如图为模拟远距离输电实验电路图,两理想变压器的匝数n1=n42R,忽略灯丝电阻随温度的变化。当A、B端接入低压交流电源时() A.A1、A2两表的示数相同 B.L1、L2两灯泡的亮度相同 C.R1消耗的功率大于R3消

21、耗的功率 D.R2两端的电压小于R4两端的电压,【解析】选D。据远距离输电的原理可知,电源输送相同功率时通过A1的电流小于通过A2的电流,R1、R2损失的功率小于R3、R4损失的功率,灯泡L1较亮,A、B、C错误;据U=IR可知D正确。,3.(2014四川高考)如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图像,则() A.用户用电器上交流电的频率是100 Hz B.发电机输出交流电的电压有效值是500 V C.输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定 D.当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小,【解析】选D。由图乙可知交流电的周期为0.02s,频率为5

22、0 Hz, 则A错误;发电机输出电压的有效值是 V,则B错误;输电线上 的电流由用户消耗的功率及降压变压器原副线圈的匝数比共同 决定,则C错误;当用户用电器的总电阻增大时,设降压变压器副 线圈两端的电压为U4,则U4没变,由P= 知,用户消耗功率变小, 降压变压器输入功率变小,设降压变压器原线圈电压为U3,又P入 =I线U3,U3没变,I线变小,P线= R线,R线未变,则输电线上损失的 功率减少,故D正确。,交变电流的“四值”的应用类问题 【典例】如图所示,矩形线圈abcd在磁感应强度B=2T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO 以角速度=10rad/s匀速转动,线圈共10匝,ab=0.3m,bc

23、=0.6m,负载电阻R=45,线圈内阻r=5。求:,(1)电阻R在0.05s内所发出的热量; (2)0.05s内流过电阻R的电量(设线圈从垂直中性面开始转动)。,【规范解答】(1)电动势的最大值为: Em=nBS=1020.30.610V=113.04V 电流的有效值 所以0.05s内电阻R上发出的热量Q=I2Rt=5.76J (2)由题意得t=0.05s内线圈转过的角度为=t= 10rad/s0.05s= ,穿过线圈的磁通量的变化量=BS 代入数据解得q=0.072C 答案:(1)5.76J(2)0.072C,【常见误区】,【防范措施】 规范解题流程: 1.判断产生的交流电的特点、规律。 2.根据题目要求求出相应的有效值、平均值或瞬时值。 3.若为正弦交流电,则其有效值直接代入关系式;若