高考物理二轮复习 专题四 电路与电磁感应 第1讲 恒定电流与交变电流课件

第1讲恒定电流与交变电流 1.(2016全 国 卷 ，16)一 含 有 理 想 变 压 器 的 电 路 如 图 1所 示 ， 图中 电 阻 R1、 R2和 R3的 阻 值 分 别 为 3 、 1 和 4 ， 为 理 想 交流 电 流 表 ， U为 正 弦 交 流 电 压 源 ， 输 出 电 压 的 有 效 值 恒 定 。 当开 关 S断 开 时 ， 电 流 表 的 示 数 为 I； 当 S闭 合 时 ， 电 流 表 的 示 数 为4I。 该 变 压 器 原 、 副 线 圈 匝 数 比 为 ( )图 1A.2 B.3 C.4 D.5 甲 乙答 案 B 2.(2016全 国 卷 ，17)阻 值 相 等 的 四 个 电 阻 、 电 容 器 C及 电 池E(内 阻 可 忽 略 )连 接 成 如 图 2所 示 电 路 。 开 关 S断 开 且 电 流 稳 定 时 ，C所 带 的 电 荷 量 为 Q1； 闭 合 开 关 S， 电 流 再 次 稳 定 后 ， C所 带 的电 荷 量 为 Q2。 Q1与 Q2的 比 值 为 ( )图 2 解 析 S断 开 时 等 效 电 路 如 图 甲 所 示 。甲 S闭 合 时 等 效 电 路 如 图 乙 所 示 。乙答 案 C 3.(多 选 )(2016全 国 卷 ，19)如 图 3， 理 想 变 压 器 原 、 副 线 圈 分 别接 有 额 定 电 压 相 同 的 灯 泡 a和 b。 当 输 入 电 压 U为 灯 泡 额 定 电 压的 10倍 时 ， 两 灯 泡 均 能 正 常 发 光 。 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )图 3A.原 、 副 线 圈 匝 数 比 为 9 1B.原 、 副 线 圈 匝 数 比 为 1 9C.此 时 a和 b的 电 功 率 之 比 为 9 1D.此 时 a和 b的 电 功 率 之 比 为 1 9 答 案 AD 4.(2015全 国 卷 ，16)一 理 想 变 压 器 的 原 、 副 线 圈 的 匝 数 比 为3 1， 在 原 、 副 线 圈 的 回 路 中 分 别 接 有 阻 值 相 同 的 电 阻 ， 原 线圈 一 侧 接 在 电 压 为 220 V的 正 弦 交 流 电 源 上 ， 如 图 4所 示 。 设 副线 圈 回 路 中 电 阻 两 端 的 电 压 为 U， 原 、 副 线 圈 回 路 中 电 阻 消 耗的 功 率 的 比 值 为 k， 则 ( )图 4 答 案 A 5.(多 选 )(2014新 课 标 全 国 卷 ，21)如 图 5所 示 ， 一 理 想 变 压 器 原 、副 线 圈 的 匝 数 分 别 为 n1、 n2。 原 线 圈 通 过 一 理 想 电 流 表 接 正弦 交 流 电 源 ， 一 个 二 极 管 和 阻 值 为 R的 负 载 电 阻 串 联 后 接 到 副线 圈 的 两 端 。 假 设 该 二 极 管 的 正 向 电 阻 为 零 ， 反 向 电 阻 为 无 穷大 。 用 交 流 电 压 表 测 得 a、 b端 和 c、 d端 的 电 压 分 别 为 Uab和 Ucd ，则 ( ) 图 5 A.Uab Ucd n1 n2B.增 大 负 载 电 阻 的 阻 值 R， 电 流 表 的 读 数 变 小C.负 载 电 阻 的 阻 值 越 小 ， cd间 的 电 压 Ucd越 大D.将 二 极 管 短 路 ， 电 流 表 的 读 数 加 倍 答 案 BD 备 考 指 导 【 考 情 分 析 】2014 卷 T21： 理 想 变 压 器 的 动 态 分 析 及 二 极 管 的 单 向 导 电 性2015 卷 T16： 理 想 变 压 器 规 律 的 应 用2016 卷 T16： 理 想 变 压 器 动 态 分 析卷 T17： 含 电 容 器 的 直 流 电 路 的 分 析 与 计 算卷 T 19： 理 想 变 压 器 规 律 的 应 用直 流 电 路 重 点 考 查 电 路 的 功 率 计 算 、 动 态 过 程 分 析 等 ； 变 压 器 、 交 流 电 路 部 分 由 于 与日 常 生 活 、 生 产 紧 密 结 合 ， 在 近 几 年 高 考 中 考 查 的 频 率 较 高 。 【 备 考 策 略 】(1)理 解 串 、 并 联 电 路 的 特 点 ， 闭 合 电 路 欧 姆 定 律 的 含 义 。 理 解 交变 电 流 的 “ 四 值 ” 含 义 和 变 压 器 、 远 距 离 输 电 的 原 理 。(2)掌 握 以 下 应 考 技 法 程 序 法 等 效 法 分 析 推 理 法 守 恒 法 直 流 电 路 的 动 态 分 析规 律 方 法 闭 合 电 路 动 态 分 析 的 两 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 )。 1.在 如 图 6所 示 的 电 路 中 ， E为 电 源 ， 电 源 内 阻 为 r， L为 小 灯 泡 (其灯 丝 电 阻 可 视 为 不 变 )， 为 理 想 电 压 表 ， R1、 R2为 定 值 电 阻 ，R3为 滑 动 变 阻 器 ， 将 滑 动 变 阻 器 的 滑 片 向 上 移 动 ， 则 ( )精 典 题 组 图 6A.电 压 表 的 示 数 变 大B.小 灯 泡 消 耗 的 功 率 变 小C.通 过 R 2的 电 流 变 小D.电 源 的 内 耗 电 压 变 大 解 析 将 滑 动 变 阻 器 的 滑 片 向 上 移 动 ， 滑 动 变 阻 器 接 入 电 路 的 阻值 增 大 ， 电 路 中 的 总 电 阻 增 大 ； 由 闭 合 电 路 欧 姆 定 律 可 得 ， 电 路中 的 电 流 减 小 ， 故 R1两 端 的 电 压 减 小 ， 并 联 部 分 电 压 增 大 ， 通 过R2的 电 流 变 大 ， A、 C错 误 ； 由 并 联 电 路 的 电 流 规 律 可 知 ， 流 过灯 泡 的 电 流 一 定 减 小 ， 故 由 P I2R可 知 ， 小 灯 泡 消 耗 的 功 率 变 小 ，B正 确 ； 因 电 路 中 电 流 减 小 ， 故 电 源 的 内 耗 电 压 减 小 ， D错 误 。答案 B 2.如 图 7所 示 ， 电 路 中 灯 泡 L1和 L2均 正 常 发 光 ， 由 于 电 路 某 处 发 生断 路 故 障 ， 发 现 灯 泡 L1变 暗 ， 而 灯 泡 L2变 亮 了 。 则 下 列 判 断 正确 的 是 ( ) 图 7A.R 1断 路B.R2断 路C.S断 开D.发 生 故 障 后 电 容 器 C的 带 电 荷 量 减 少 解 析 因 为 是 断 路 (相 当 于 该 处 电 阻 增 至 无 穷 大 )， 电 路 中 电 阻 增大 。 此 时 电 路 中 电 流 减 小 ， 路 端 电 压 增 大 。 L1亮 度 比 原 来 暗 ， 说明 L1中 电 流 减 小 ， 根 据 “ 串 反 并 同 ”规律，断路处必定与L1串联或间接串联。L2比原来亮，说明L2中电流增大，根据“串反并同”规律，断路处必定与L2并联或间接并联。分析题图可知，R2出现了断路故障，S断开不影响L1、L2。发生故障后，路端电压增大，即C两端电压增大，所以电容器带电荷量增加。答案 B 3.(多 选 )如 图 8所 示 ， 平 行 金 属 板 中 带 电 质 点 P原 来 处 于 静 止 状 态 ，不 考 虑 电 流 表 和 电 压 表 对 电 路 的 影 响 ， R1的 阻 值 和 电 源 内 阻 r相等 。 将 滑 动 变 阻 器 R4的 滑 片 向 b端 移 动 ， 则 ( )图 8A.R 3上 消 耗 的 功 率 增 大B.电 流 表 读 数 减 小 ， 电 压 表 读 数 增 大C.电 源 的 输 出 功 率 增 大D.质 点 P将 向 下 运 动 解 析 将 滑 动 变 阻 器 R4的 滑 片 向 b端 移 动 ， 其 接 入 电 路 的 电 阻 减小 ， 外 电 路 总 电 阻 减 小 ， 根 据 闭 合 电 路 欧 姆 定 律 分 析 得 知 干 路 电流 I增 大 。 电 容 器 极 板 间 的 电 压 等 于 R3两 端 的 电 压 。 R4减 小 ， 并 联部 分 的 总 电 阻 减 小 ， 则 R3的 电 压 减 小 ， R3上 消 耗 的 功 率 减 小 ， 电容 器 极 板 间 场 强 减 小 ， 质 点 P所 受 的 电 场 力 减 小 ， 所 以 质 点 P将 向下 运 动 。 流 过 电 流 表 的 电 流 IA I I3， I增 大 ， I3减 小 ， 则 IA增 大 ，所 以 电 流 表 读 数 增 大 。 R4的 电 压 U4 U3 U2， U3减 小 ， U2增 大 ，则 U 4减 小 ， 所 以 电 压 表 读 数 减 小 。 由 于 R1的 阻 值 和 电 源 内 阻 r相等 ， 则 外 电 路 总 电 阻 大 于 电 源 的 内 阻 r， 当 外 电 阻 减 小 时 ， 电 源的 输 出 功 率 增 大 ， A、 B错 误 ， C、 D正 确 。答案CD 交 变 电 流 的 产 生 和 描 述规 律 方 法 解 决 交 变 电 流 的 产 生 和 描 述 的 基 本 方 法 (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 值 ， 根 据 已 知 图 象 读 出 或 由 公 式 EmnBS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 象 为 正 弦 函 数 图 象 ， 函数 式 为 i Imsin t。b.若 线 圈 从 垂 直 中 性 面 位 置 开 始 转 动 ， 则 i t图 象 为 余 弦 函 数 图 象 ，函 数 式 为 i I mcos t。 1.利 用 实 验 室 的 手 摇 发 电 机 产 生 的 正 弦 交 流 电 给 灯 泡 L供 电 ， 其电 路 如 图 9所 示 。 当 线 圈 以 角 速 度 匀 速 转 动 时 ， 电 压 表 示 数 为U， 灯 泡 正 常 发 光 。 已 知 发 电 机 线 圈 的 电 阻 为 r， 灯 泡 正 常 发 光时 的 电 阻 为 R， 电 表 均 为 理 想 电 表 ， 导 线 电 阻 可 忽 略 ， 则 ( )精 典 题 组 图 9 答 案 D 2. (多 选 )小 型 发 电 机 线 圈 共 N匝 ， 每 匝 可 简 化 为 矩 形 线 圈 abcd， bc边 长 度 为 L1， 磁 极 间 的 磁 场 可 视 为 匀 强 磁 场 ， 方 向 垂 直 于 线 圈中 心 轴 OO， 线 圈 以 角 速 度 绕 OO匀 速 转 动 ， 如 图 10所 示 。 矩形 线 圈 ab边 和 cd边 产 生 的 感 应 电 动 势 的 最 大 值 都 为 e0， 不 计 线圈 电 阻 ， 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )图 10 答 案 AC 3.(多 选 )(2016湖 南 怀 化 模 拟 )如 图 11甲 所 示 ， 阻 值 为 r 4 的 矩形 金 属 线 框 与 理 想 电 流 表 、 理 想 变 压 器 的 原 线 圈 构 成 回 路 ， 标有 “ 12 V 36 W” 的 字 样 的 灯 泡 L与 理 想 变 压 器 的 副 线 圈 构 成回 路 ， 灯 泡 L恰 能 正 常 发 光 ， 理 想 变 压 器 原 、 副 线 圈 的 匝 数 之比 为 3 1。 矩 形 金 属 线 框 在 匀 强 磁 场 中 绕 与 磁 感 线 垂 直 的 轴 匀速 转 动 ， 产 生 的 电 动 势 随 时 间 变 化 的 规 律 如 图 乙 所 示 。 则 ( )图 11 答 案 BD 变 压 器 和 远 距 离 输 电 问 题规 律 方 法 3.原 线 圈 连 接 有 电 阻 的 变 压 器 问 题 的 处 理变 压 器 的 原 理 是 电 磁 感 应 中 的 互 感 现 象 ， 变 压 器 不 能 改 变 恒 定 电流 ， 当 原 线 圈 接 有 电 阻 时 ， 变 压 器 的 原 线 圈 输 出 电 压 不 是 电 源 的电 压 ， 所 以 求 解 的 关 键 是 先 求 出 原 线 圈 中 的 电 流 ， 再 由 电 压 关 系列 式 。 1.如 图 12所 示 ， 某 旋 转 磁 极 式 发 电 机 的 转 子 有 两 对 磁 极 ， 定 子 线圈 的 输 出 端 接 在 一 理 想 变 压 器 的 原 线 圈 上 。 不 计 定 子 线 圈 的 电阻 ， 当 转 子 以 25 r/s的 转 速 匀 速 转 动 时 ， 在 定 子 线 圈 中 产 生 频 率为 50 H z的 正 弦 交 流 电 。 若 使 转 子 以 50 r/s的 转 速 转 动 ， 则 ( )精 典 题 组 图 12 解 析 转 速 加 倍 ， 根 据 2n， 角 速 度 加 倍 ， 根 据 Em NBS，动 生 电 动 势 的 最 大 值 加 倍 ， 变 压 器 原 线 圈 两 端 电 压 加 倍 ， 根 据 变压 器 原 、 副 线 圈 的 电 压 比 等 于 匝 数 比 可 知 ， 副 线 圈 两 端 电 压 加 倍 ，副 线 圈 中 电 流 加 倍 ， 根 据 电 流 与 匝 数 关 系 可 知 电 流 表 的 示 数 也 加倍 ， 选 项 A正 确 ， B错 误 ； 转 速 加 倍 ， 则 原 线 圈 输 入 电 压 频 率 加倍 ， 为 100 H z， 变 压 器 不 改 变 电 流 频 率 ， 所 以 电 阻 R上 交 流 电 的频 率 为 100 H z， 故 选 项 C错 误 ； 根 据 法 拉 第 电 磁 感 应 定 律 可 知 ，电 动 势 与 磁 通 量 变 化 率 成 正 比 ， 因 为 电 动 势 加 倍 ， 变 压 器 铁 芯 中磁 通 量 变 化 率 的 最 大 值 变 为 原 来 的 2倍 ， 故 选 项 D错 误 。答案 A 2.(2016德 州 模 拟 )如 图 13所 示 为 远 距 离 输 电 的 示 意 图 ， 升 压 变 压器 和 降 压 变 压 器 均 为 理 想 变 压 器 ， 发 电 厂 的 输 出 电 压 和 输 电 线的 电 阻 均 不 变 。 闭 合 开 关 S后 ( )图 13A.升 压 变 压 器 的 输 出 电 压 增 大B.降 压 变 压 器 的 输 出 电 流 减 小C.输 电 线 上 损 耗 的 功 率 增 大D.输 电 线 上 交 流 电 的 频 率 减 小 解 析 根 据 输 入 电 压 决 定 输 出 电 压 ， 闭 合 开 关 S后 ， 升 压 变压 器 的 输 出 电 压 不 变 ， 选 项 A错 误 ； 闭 合 开 关 S后 ， 负 载 增加 ， 负 载 总 电 阻 减 小 ， 降 压 变 压 器 的 输 出 电 流 增 大 ， 输 电线 上 电 流 增 大 ， 输 电 线 上 损 耗 的 功 率 增 大 ， 选 项 B错 误 、 C正 确 ； 根 据 变 压 器 不 改 变 交 变 电 流 频 率 可 知 ， 输 电 线 上 交流 电 的 频 率 不 变 ， 选 项 D错 误 。答案C 图 14A.开 关 闭 合 后 ， 灯 泡 L1会 变 亮B.开 关 闭 合 后 ， a、 b端 输 入 功 率 变 小C.开 关 闭 合 前 ， R1、 R2消 耗 的 功 率 相 等D.开 关 闭 合 前 ， 电 源 的 输 出 功 率 为 5 W 答 案 C 图 15 答 案 D 高 频 考 点 九 结 合 理 想 变 压 器 考 查 交 流 电 路 的 动 态 分 析满 分 策 略 理想变压器的动态分析是高考命题的重点，考查方向：一是负载不变，匝数比变化，讨论各量的变化情况；二是匝数比不变，负载变化，讨论各量的变化情况。(1)分析变压器动态变化问题的一般思维流程 (2)分 析 变 压 器 动 态 变 化 问 题 的 关 键弄清变量和不变量，确定是负载电阻不变还是匝数比不变；弄清变压器动态变化中的决定关系，即P2决定P1，I2决定I1，U1决定U2。 满 分 示 例 (6分)如 图 16所 示 ， 有 一 矩 形 线 圈 的 面 积 为 S， 匝 数 为 N， 内 阻 不计 ， 绕 OO轴 在 水 平 方 向 的 磁 感 应 强 度 为 B的 匀 强 磁 场 中 以 角 速度 做 匀 速 转 动 ， 从 图 示 位 置 开 始 计 时 。 矩 形 线 圈 通 过 滑 环 接 一理 想 变 压 器 ， 滑 动 触 头 P上 下 移 动 时 可 改 变 输 出 电 压 ， 副 线 圈 接有 可 调 电 阻 R， 下 列 判 断 正 确 的 是 ( )图 16 审 题 指 导 第一步：抓关键点获取信息 第 二 步 ： 分 析 选 项 找 解 题 依 据 满 分 模 板 答 案 A 满 分 体 验 (6分)(2016天津理综，5)如 图 17所 示 ， 理 想 变 压 器 原 线 圈 接 在交 流 电 源 上 ， 图 中 各 电 表 均 为 理 想 电 表 。 下 列 说 法 正 确 的 是 ( )图 17A.当 滑 动 变 阻 器 的 滑 动 触 头 P向 上 滑 动 时 ， R 1消 耗 的 功 率 变 大B.当 滑 动 变 阻 器 的 滑 动 触 头 P向 上 滑 动 时 ， 电 压 表 V示 数 变 大C.当 滑 动 变 阻 器 的 滑 动 触 头 P向 上 滑 动 时 ， 电 流 表 A1示 数 变 大D.若 闭 合 开 关 S， 则 电 流 表 A1示 数 变 大 ， A2示 数 变 大 解 析 当 滑 动 变 阻 器 的 滑 动 触 头 P向 上 滑 动 时 ， 接 入 电 路 的 阻 值变 大 ， 变 压 器 副 线 圈 两 端 电 压 不 变 ， 副 线 圈 电 路 中 的 电 流 减 小 ，则 R1消 耗 的 功 率 及 其 两 端 电 压 均 变 小 ， 故 电 压 表 的 示 数 变 大 ， 选项 A错 误 ， B正 确 ； 当 滑 动 变 阻 器 的 滑 动 触 头 P向 上 滑 动 时 ， 副 线圈 中 的 电 流 减 小 ， 则 原 线 圈 中 的 电 流 也 减 小 ， 电 流 表 A1示 数 变 小 ，选 项 C错 误 ； 若 闭 合 开 关 S， 副 线 圈 电 路 中 总 电 阻 减 小 ， 副 线 圈 中的 电 流 变 大 ， R1两 端 电 压 变 大 ， R2两 端 电 压 减 小 ， 电 流 表 A2示 数减 小 ， 原 线 圈 中 的 电 流 变 大 ， 电 流 表 A 1示 数 变 大 ， 选 项 D错 误 。答案B