物理四 电磁感应和电路 第1讲 直流电路和交流电路

第1讲直流电路和交流电路专题四电磁感应和电路考点一有关电路基本概念的辨析考点三闭合电路的功率和效率问题考点四交变电流的产生和描述考点二直流电路的动态分析考点五变压器和远距离输电有关电路基本概念的辨析考点一真题研究1.(2016浙江10月学考9)一根细橡胶管中灌满盐水，两端用短粗铜丝塞住管口.管中盐水柱长为40 cm时测得电阻为R.若溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相同.现将管中盐水柱均匀拉长至50 cm(盐水体积不变，仍充满橡胶管).则盐水柱电阻变为12345答案解析2.(人教版选修31P58“思考与讨论”改编)如图1所示，A、B是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体，但A的边长大于B，通过两导体的电流方向如图所示，此时A、B的电阻分别为R1、R2，则两个导体的电阻关系是A.R1R2 B.R1R2C.R1R2 D.无法判断答案模拟训练12345图13.(人教版选修31P52第3题改编)如图2所示，两个电阻串联后接在电路中a、b两点，已知a、b两点间电压不变.某同学把一个实验室里的电压表并联在R1两端时，读数为5 V；将该电压表并联在R2两端时，读数为4 V，则a、b两点间电压 A.大于9 V B.等于9 VC.小于9 V D.无法确定答案12345图24.(人教版选修31P63第3题改编)太阳能电池由许多片电池板组成.某电池板不接负载时两极间电压是6.0104 V，短路电流是3.0105 A，则这块电池板的内阻为A.20 B.5 C.0.2 D.0.05 12345解析解析电池板不接负载时两极间电压是6.0104 V，说明电池的电动势为6.0104 V，由I短 可得r20.故A项正确.答案解析5.(2017湖州市高二上期末)如图3所示为两节某品牌的不同型号干电池，其上均标有“1.5 V”字样，下列说法正确的是A.两种型号的电池都有内阻而且一定相同B.两种型号的电池储存的能量一定一样多C.“1.5 V”表示电池供电时正负极之间的电压为1.5 VD.“1.5 V”表示电池供电时每通过1 C的电量，有1.5 J 的化学能转化为电能答案12345图3直流电路的动态分析考点二命题预测1.如图4所示的闭合电路中，R是半导体光敏电阻，R1为滑动变阻器.现用一束光照射光敏电阻，则下列说法错误的是A.电压表读数变小B.电流表读数变小C.电源的总功率变大D.电源内阻的功率变大123图4答案解析解析解析半导体光敏电阻的阻值随光照增加而减小，故用一束光照射光敏电阻时其阻值减小，则由闭合电路欧姆定律可知，电流增大，故电流表示数增大；则由PEI可知，电源的总功率变大，由PI2r可知，电源内阻的功率变大；因电流增大，则内电压和滑动变阻器两端电压增大，故电压表示数减小，故A、C、D正确，B错误.1232.(人教版选修31P61演示改编)如图5所示电路中，电源内阻为r，当滑动变阻器R2的滑片P向右滑动时，电流表A及电压表V的示数的变化情况是A.电流表A示数增大，电压表V示数增大B.电流表A示数增大，电压表V示数减小C.电流表A示数减小，电压表V示数增大D.电流表A示数减小，电压表V示数减小模拟训练图5答案解析1233.小吴同学设计了一种烟雾警报装置，其设计原理如图6所示.M为烟雾传感器，其阻值RM随着烟雾浓度的变化而变化，R为定值电阻.当装置所在区域出现烟雾且浓度增大时，将导致a、b两端电压减小，触发警报装置发出警报.则烟雾浓度增大时A.RM增大，电流表示数增大B.RM增大，电流表示数减小C.RM减小，电流表示数增大D.RM减小，电流表示数减小解析解析UEIr，U减小，E、r不变，故I增大，由I 得RM减小，故C项正确.图6123答案解析规律总结规律总结电路动态分析的两种方法电路动态分析的两种方法1.程序法：电路结构的变化R的变化R总的变化I总的变化U端的变化固定支路 变化支路.2.极限法：即因滑动变阻器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.闭合电路的功率和效率问题考点三真题研究1.(2017浙江11月选考12)小明同学家里部分电器的消耗功率及每天工作时间如下表所示，则这些电器一天消耗的电能约为电器消耗功率/W工作时间/h电茶壶2 0001空调1 2003电视机1002节能灯164路由器924A.6.1103 W B.6.1102 J C.2.2104 W D.2.2107 J123456答案解析解析解析根据题表数据可知，每天消耗的电能为W2 kW1 h1.2 kW3 h0.1 kW2 h0.016 kW4 h0.009 kW24 h6.08 kWh2.2107 J，故D正确.1234561234562.(2016浙江10月学考11)如图7为一种服务型机器人，其额定功率为48 W，额定工作电压为24 V.机器人的锂电池容量为20 Ah.则机器人A.额定工作电流为20 AB.充满电后最长工作时间为2 hC.电池充满电后总电量为7.2104 CD.以额定电流工作时每秒消耗能量为20 J答案解析图7123456解析解析根据PUI 可知，额定工作电流为2 A，选项A错.电池的容量为20 Ah，即在额定电流为2 A的情况下工作时，能够工作的最长时间为10 h，选项B错误.电池充满电后的总电量为QIt203 600 C7.2104 C，选项C正确.在额定电流下，机器人功率为48 W，即每秒消耗能量为48 J，选项D错误.3.(2016浙江4月学考12)如图8所示的路灯为太阳能路灯，每只路灯的光伏电池板的有效采光面积约0.3 m2.晴天时电池板上每平方米每小时接收到的太阳辐射能约为3106 J.如果每天等效日照时间约为6 h，光电池一天产生的电能可供30 W的路灯工作8 h.光电池的光电转换效率为A.4.8%B.9.6%C.16%D.44%解析解析太阳能电池板每天(6 h)吸收的太阳能：W总0.331066 J5.4106 J，路灯正常工作，PP额30 W，路灯正常工作8 h消耗的电能：W有Pt30 W83 600 s8.64105 J，太阳能路灯利用太阳能的效率：100%16%.图8123456答案解析4.(2017浙江名校协作体联考)如图9是某品牌吊扇的相关参数，假设吊扇的吊杆下方的转盘与扇叶的总质量为7 kg，则吊扇(g10 m/s2)A.吊扇的内电阻为880 B.以额定功率工作时通过吊扇的电流为0.25 AC.正常工作时吊扇机械功率等于55 WD.正常工作时吊杆对转盘的拉力大于70 N123456模拟训练图9答案解析123456解析解析据PUI可知以额定功率工作时通过吊扇的电流为0.25 A，吊扇的内电阻、正常工作时吊扇机械功率无法计算；由于扇叶受到空气向上的反作用力，故正常工作时吊杆对转盘的拉力小于70 N.5.(2017温州市9月选考)电动平衡车如今非常受年轻人的喜爱，已慢慢成为街头的一种时尚，如图10为某款电动平衡车，其部分参数见下表，工作时将电池内部化学能转化为电能的效率为60%，则该电动平衡车产品名称骑客充电方式有线充电电池容量5 000 mAh充电器输出直流24 V/1 000 mA续航里程40 km额定功率40 W行驶速度20 km/h工作电压24 V图10A.电池从完全没电到充满电所需时间约为8.3 hB.最多能储存的能量为4.32105 JC.充满电后能工作5 hD.充满电后能工作3 h123456答案6.(2017浙江“七彩阳光”联考)电饭锅给我们的生活带来方便.电饭锅工作时有两种状态，一种是锅内水烧开前的加热状态，另一种是烧开后的保温状态.如图11是电饭锅的电路图，其中R1(1)R2，则下列判断正确的是A.自动开关S接通后，电饭锅处于保温状态B.保温时的电流是加热时的一半C.在保温状态下R2的功率是加热时的一半D.电饭锅在保温状态下的功率是加热时的一半123456答案图11交变电流的产生和描述考点四命题预测1.(多选)(2017浙江名校协作体模拟)一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图12所示，已知发电机线圈内阻为5.0，现外接一只电阻为95.0 的灯泡，则A.电压表V的示数为220 VB.电路中的电流方向每秒改变100次C.通过灯泡电流的最大值为2.2 AD.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为48.4 J图12答案解析123412342.(多选)(人教版选修32P33第1题改编)为了培养学生的创造性，小郭老师让学生设计一个实验方案，检验出放在讲台上一只正在发光的白炽灯中通的是交流电(电流大小和方向随时间周期性变化)，还是直流电.同学们设计出许多方案，其中一种是：拿一个蹄形磁铁靠近白炽灯，观察灯丝，通过现象进行判断.一位同学说“快拿磁铁来试一下”，关于这个实验，下列说法正确的是A.如果发现灯丝弯曲，通的是交流电B.如果发现灯丝颤动，通的是交流电C.就“快拿磁铁来试一下”这一过程而言，属于科学探究中的“实验验证”D.通过灯丝所发生的现象来判断白炽灯中电流特征，学生们使用了“等效替代法”这种研究问题的方法模拟训练答案12343.(多选)如图13所示，在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路.t1、t2时刻线框分别转到图甲(线框水平)、乙(线框与磁感线垂直)所示的位置，下列说法正确的是A.t1时刻穿过线框的磁通量最大B.t1时刻电阻中的电流最大，方向从右向左C.t2时刻穿过线框的磁通量变化率为0D.t2时刻电阻中的电流最大，方向从右向左1234图13答案解析解析解析t1时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，根据楞次定律，通过电阻的电流方向从右向左，A错误，B正确；t2时刻，穿过线框的磁通量最大，而磁通量的变化率为零，线框产生的感应电动势为零，电阻中的电流为零，C正确，D错误.12344.(多选)小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中绕轴匀速转动，产生的感应电动势与时间成正弦函数关系，如图14所示.此线圈与一个R9 的电阻构成闭合电路，线圈自身的电阻r1，下列说法正确的是A.交变电流的周期为0.2 sB.交变电流的频率为2.5 HzC.发电机输出电压的有效值为9 VD.发电机输出的电功率为18 W1234图14答案解析1234解析解析根据ut图可知此交流电的周期为T0.4 s，选项A错误；规律总结规律总结1.中性面及其特点中性面及其特点(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次.2.正弦式交变电流图象正弦式交变电流图象(从中性面位置开始计时，如图从中性面位置开始计时，如图15)图15变压器和远距离输电考点五命题预测1.(多选)如图16所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，b是原线圈的中心接头，电压表V和电流表A均为理想电表，除滑动变阻器电阻R、定值电阻R0以外的其余电阻不计，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1220 sin 100t(V).下列说法中正确的是 B.当单刀双掷开关与a连接时，副线圈电压的有效值为22 VC.单刀双掷开关与a连接时，在滑动变阻器滑片P向上移动 的过程中，电压表和电流表的示数均变小D.当单刀双掷开关由a扳向b时，电压表和电流表的示数均变大图161234答案解析单刀双掷开关与a连接，滑片P向上移动时，电压表示数变大，选项C错误；12342.(多选)(人教版选修32P50第2题改编)某发电站采用高压输电向外输送电能.若输送的总功率为P0，输电电压为U，输电导线的总电阻为R线.则下列说法正确的是模拟训练答案12343.(多选)(人教版选修32P44第5题改编)如图17是街头变压器通过降压给用户供电的示意图.变压器的输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动(可视为不变).输出电压通过输电线输送给用户，两条输电线的总电阻用R1表示，变阻器R代表用户用电器的总电阻，当用电器增加时，相当于R的阻值减小(滑动片向下移).如果变压器上的能量损失可忽略，当用户的用电器增加时，图中各表的读数变化正确的是A.电流表A1的读数变小B.电流表A2的读数变大C.电压表V3的读数变小D.电压表V2的读数变小答案图1712344.(多选)如图18所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为101，原线圈接入正弦式交变电流，电流表A、电压表V均为理想电表，R是光敏电阻(其阻值随光的强度增大而减小)、L是理想线圈、D是灯泡.下列说法正确的是A.若电压表V的示数为6 V，则输入电压的峰值为60 VB.有光照射R时，电流表A的示数变大C.若抽出L中的铁芯，灯D变亮D.若输入电压的峰值保持不变，频率变大，则灯D变亮答案解析图181234抽出L中的铁芯，理想线圈自感系数减小，对电流的阻碍减小，所以灯D变亮，故选项C正确；若输入电压的峰值保持不变，则有效值不变，匝数不变，则副线圈电压不变，频率变大，L的阻碍作用变大，故灯D变暗，故选项D错误.1234规律总结规律总结1.关于理想变压器的四点说明关于理想变压器的四点说明(1)变压器不能改变直流电压.(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率.(3)理想变压器本身不消耗能量.(4)理想变压器基本关系中的U1、U2、I1、I2均为有效值.2.基本关系式中物理量之间的决定关系基本关系式中物理量之间的决定关系电压副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定，即U2 U1(原制约副)功率副线圈中的功率P2由用户负载决定，原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定，即P1P2(副制约原)电流原线圈的电流I1由副线圈的电流I2和匝数比决定，即I1 I2(副制约原)3.远距离输电问题远距离输电问题(1)远距离输电示意图(如图19所示)图19(2)输电线路功率损失的计算方法P损PP，P为输送的功率，P为用户所得功率.P损UI线，U为在输电线路上损失的电压，I线为输电线路上的电流.