專題9直流電路與交流電路

1、專題9 直流電路與交流電路一網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：部分電路歐姆定律：I=UR閉合電路歐姆定律：I=E(R+r)或E=U+Ir電功 電功率電功：W=qU=UIt電功率：P=Wt=UI焦耳定律：Q=I2Rt全電路：P源=IE;P出=IU端；P內(nèi)=I2r;IE=IU+I2r用電器：P電=UI;P熱=I2R歐姆定律恒定電流產(chǎn)生：線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)變化規(guī)律瞬時(shí)值表達(dá)式：e=Emsinwt最大值：Em=NBSw正弦交流電有效值：E=Em理想變壓器原理：電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象電壓與匝數(shù)的關(guān)系：U1U2=n1n2電流與匝數(shù)的關(guān)系：只有一個(gè)副線圈有負(fù)載工作：I1I=n2n1有多個(gè)副線圈有負(fù)載工作：I

2、1N1=I2N2+I3N3+電能的輸送：為減小電能損失，當(dāng)輸送功率一定時(shí)，應(yīng)提高輸電電壓以減小電流交變電流二重點(diǎn)知識(shí)推介：1. 動(dòng)態(tài)電路的分析：分析解答這類問題的一般步驟： 確定電路的外電阻R外如何變化； 根據(jù)閉合電路歐姆定律I總=E/R外總+r確定電路的總電流如何變化； 由U內(nèi)=I總r確定電源內(nèi)電壓如何變化； 由U外=E-U內(nèi)確定電源內(nèi)電壓如何變化； 由部分電路歐姆定律確定干路上某定值電阻兩端電壓如何變化； 確定支路兩端電壓如何變化以及通過各支路的電流如何變化（可利用串聯(lián)電路的電壓關(guān)系、并聯(lián)電路的電流關(guān)系）。2. 含容電路的分析：在直流電路中，當(dāng)電容器充、放電時(shí)，電路里有充放電電流，一旦電路

3、達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路里就相當(dāng)于一個(gè)阻值無(wú)限大（只考慮電容器是理想的不漏電的情況）的元件，可看做是斷路，簡(jiǎn)化電路時(shí)可去掉它。分析和計(jì)算含有電容器的直流電路是，需要注意以下幾點(diǎn)： 電路穩(wěn)定后，電容器所在支路中的電阻上無(wú)電壓降，因此電容器兩極板間電壓就等于該支路兩端電壓。 當(dāng)電容器與電阻并聯(lián)后接入電路時(shí)，電容器兩極間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端電壓相等。 電路的電流、電壓變化時(shí)，將會(huì)引起電容器的充（放）電。如果電容器兩端電壓升高電容器將充電；如果電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電。3. 電路的故障的分析：電路故障一般是短路或斷路，常見的情況有導(dǎo)線斷心、燈泡斷絲、燈座短路、電阻器內(nèi)部斷路、接觸不

4、良等現(xiàn)象，檢查故障的基本方法有兩種。a. 儀器檢測(cè)法： 斷點(diǎn)故障的判斷：斷路的特點(diǎn)與分析;電路中發(fā)生斷路，表現(xiàn)為電源電壓不為零而電流為零；如果外電路中兩點(diǎn)間有電壓，則說(shuō)明這兩點(diǎn)間有斷點(diǎn)，而這兩點(diǎn)與電源連接的部分無(wú)斷點(diǎn)。根據(jù)以上特點(diǎn)，檢查故障時(shí)可以先用電壓表與電源并聯(lián)，若有電壓時(shí)，再逐段與電路并聯(lián)，若電壓表指針偏轉(zhuǎn)，則該段電路中又?jǐn)帱c(diǎn)。 短路故障的判斷:短路特點(diǎn)與分析：電路中發(fā)生短路，表現(xiàn)為電流通過電路而電壓為零，檢查故障時(shí)可以先用電壓表與電源并聯(lián)，如果有電壓再逐段與電路并聯(lián)，如果電壓表的指針沒有偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明該部分電路被短路。b假設(shè)法：已知電路發(fā)生某種故障，尋求故障發(fā)生在某處時(shí)可將整個(gè)電路劃分為若

5、干部分，然后假設(shè)某部分電路發(fā)生故障，運(yùn)用歐姆定律進(jìn)行正向推理，推理結(jié)果若與題述現(xiàn)象不符合，則故障不是發(fā)生在這部分電路；若推理結(jié)果與提述物理現(xiàn)象相符，則故障可能發(fā)生在這部分電路。用此方法，直到找出全部可能發(fā)生故障為止。4. 交流電的四值：交流電的最大值：Em=NBS，最大值Em(Um、m)與線圈的形狀，以及轉(zhuǎn)動(dòng)軸處于線圈平面內(nèi)哪個(gè)位置無(wú)關(guān)，但轉(zhuǎn)軸應(yīng)與磁感線垂直。交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的，即在交流電的一個(gè)周期內(nèi)，能使一電阻產(chǎn)生與某交流等熱量的恒定電流的數(shù)值，叫做該交流電的有效值，在正弦交流電中最大值與有效值之間的關(guān)系：E=各種用電器設(shè)備上標(biāo)示值及交流電表上的測(cè)量值都是指有效值，凡沒有

6、特別說(shuō)明的交流電的值均指有效值。求電功、電功率、焦耳熱以及確定熔絲的熔斷電流等物理量時(shí)，要用有效值計(jì)算，計(jì)算交流電流的有效值時(shí)同理只能根據(jù)有效值的定義來(lái)計(jì)算。求一段時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面電量時(shí)要用 平均值，q=t。平均值的計(jì)算必須有E=N5遠(yuǎn)距離輸電的問題： 根據(jù)電流的熱效應(yīng)Q=2Rt,為了減小電路中電能的損失，有兩種方法：一是減小導(dǎo)線上的電阻；二是減小電線上通過的電流。根據(jù)P=U可知，通過減小輸電線路的電流，可減小輸電線路的能量損失，即采用高壓輸電，這是減小電能損失的有效方法。 輸電過程的電壓關(guān)系：U出=U損+U入，（其中，U出是升壓變壓器的副線圈的輸出電壓，U入是降壓變壓器的輸入電壓） 輸電

7、過程中功率關(guān)系:P出=P損+P用，P損=I2R線，I=P出/U出，P損=U2損/R線 在分析遠(yuǎn)距離輸電的問題時(shí)，關(guān)鍵是畫好輸送電能的示意圖，包括發(fā)電機(jī)、兩臺(tái)變壓器、輸電線等效電阻和負(fù)載電阻，并按照規(guī)范在圖中標(biāo)出相應(yīng)的物理量的符號(hào)。同時(shí)，求解過程中要注意相應(yīng)的制約關(guān)系，及各級(jí)輸電線路之間電壓、電流、電功率、電能之間內(nèi)在聯(lián)系。三例題分析：1動(dòng)態(tài)電路的分析【例1】 如圖9-1所示，電動(dòng)勢(shì)為E 、內(nèi)阻不計(jì)的電源與三個(gè)燈泡和三個(gè)電阻相接。只合上開關(guān)S1，三個(gè)燈泡都能正常發(fā)光。如果再合上S2，則下列表述正確的是：R1ES1L1S2R2L2L3R3A. 電源輸出功率減小，B. B.L1上消耗的功率增大C.通

8、過R1上的電流增大 D.通過R3上的電流增大圖9-1變式題 如圖所示，E為內(nèi)阻不能忽略的電池，R1、R2、R3為定值電阻，S0、S為開關(guān)，V與A分別為電壓表與電流表初始時(shí)S0與S均閉合，現(xiàn)將S斷開，則() AV的讀數(shù)變大，A的讀數(shù)變小 BV的讀數(shù)變大，A的讀數(shù)變大 CV的讀數(shù)變小，A的讀數(shù)變小 DV的讀數(shù)變小，A的讀數(shù)變大DAUCR1BC2C1SR2+-2.含電容電路問題：【例2】如圖9-2所示，電容器C1=6µF,C2=3µF，電阻R1=6，R2=3.當(dāng)電鍵斷開時(shí)，A、B兩點(diǎn)間的電壓UAB等于多少?當(dāng)S閉合時(shí)，電容器C1的電荷量改變了多少？（已知電壓U=18V）圖9-2變

9、式題 如圖所示，在平行金屬板中帶電質(zhì)點(diǎn)P處于靜止?fàn)顟B(tài)，不考慮電流表和電壓表對(duì)電路的影響當(dāng)滑動(dòng)變阻器R4的滑片向b端移動(dòng)時(shí)，則() A電壓表讀數(shù)減小 B電流表讀數(shù)減小 C質(zhì)點(diǎn)P將向上運(yùn)動(dòng) DR3上消耗的功率逐漸增大3電路故障分析：CSEARLB【例3】某同學(xué)按圖9-3所示電路連接實(shí)物，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮。他將高內(nèi)阻的電壓表并聯(lián)在A、C之間時(shí)，電壓表的示數(shù)為U,當(dāng)并聯(lián)在A、B之間時(shí)，電壓表的示數(shù)為零，則故障可能是：A AB段電路斷路，B BC段斷路，C AB段短路，D 無(wú)法判斷圖9-3abScdR /R變式題. 用電壓表檢查電路中的故障，測(cè)得Uad=5.0V、Ucd=0V、Uab=5.0V，

10、則此故障可能是（ ） A. L斷路 B. R斷路 C. R斷路 D. S斷路 4交流電的四值問題：【例4】如圖所示，理想變壓器原線圈輸入電壓U=UmsintV,副線圈電路中R0為定值電阻，R是滑動(dòng)變阻器。V1和V2是理想交流電壓表，示數(shù)分別用U1和U2表示；A1和A2是理想交流電流表，示數(shù)分別用1和2表示。下列說(shuō)法正確的是（ ）A 1和2表示電流的瞬時(shí)值B. U1和U2表示電壓的最大值 C. 滑片P向下滑動(dòng)過程中，U2不變、I1變大 D. 滑片P向下滑動(dòng)過程中，U2變小、I1變小變式題。 如圖所示，理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為101，b是原線圈的中心抽頭，電壓表和電流表均為理想電表，除R以外其

11、余電阻不計(jì)從某時(shí)刻開始在原線圈兩端加上交變電壓，其瞬時(shí)值表達(dá)式為u1220sin100t V下列說(shuō)法中正確的是()At s時(shí)，ac兩點(diǎn)間電壓瞬時(shí)值為110 VBt s時(shí)，電壓表的讀數(shù)為22 VC滑動(dòng)變阻器滑片向上移動(dòng)時(shí)，電壓表和電流表的示數(shù)均變小D單刀雙擲開關(guān)由a擲向b時(shí)，電壓表和電流表的示數(shù)均變大5遠(yuǎn)距離輸電問題：【例5】 如圖5所示，有一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)E，通過理想升壓變壓器T1和理想降壓變壓器T2向遠(yuǎn)處用戶供電，輸電線的總電阻為R。T1的輸入電壓和輸入功率分別為U1和P1，它的輸出電壓和輸出功率分別為U2和P2；T2的輸入電壓和輸入功率分別為U3和P3；它的輸出電壓和輸出功率分別為U4和P4

12、。設(shè)T1的輸入電壓U1一定，當(dāng)用戶消耗的電功率變大時(shí)，有()AU2減小，U4變大 圖5 _ .-(') o( )_-_圖BU2不變，U3變小CP1變小，P2變小 DP2變大，P3變大變式題 如圖所示，某變電站用10kV的高壓向10km外的小區(qū)供電，輸送的電功率為200kW?，F(xiàn)要求在輸電線路上損耗的管理不超過輸送功率的2%，下列不同規(guī)格的輸電線中，符合要求的是：（ ）變電站小區(qū)選項(xiàng)型號(hào)千米電阻（/km）ADYD30/C1BDYD50/C0.6CDYD100/C0.3DDYD150/C0.2新題解讀：【例5】 2009年國(guó)慶群眾游行隊(duì)伍中的國(guó)徽彩車，不僅氣勢(shì)磅礴而且還是一輛電動(dòng)車，充一次電

13、可以走100Km左右。假設(shè)這輛電動(dòng)車，總質(zhì)量為6.75×103kg，當(dāng)它勻速通過天安門前500m的檢閱區(qū)域時(shí)用時(shí)250s，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸入電流I=10A，電壓為300V,電動(dòng)彩車行駛時(shí)所受阻力為車重的0.02倍。G取10m/s，不計(jì)摩擦，只考慮 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的內(nèi)阻發(fā)熱損耗能量，求：（1） 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入功率；（2） 電動(dòng)彩車通過天安門前時(shí)牽引汽車前進(jìn)的機(jī)械功率；（3） 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的內(nèi)阻和機(jī)械功率?！窘馕觥浚?）驅(qū)動(dòng)機(jī)的輸入功率P入=UI=300V×10A=3000W.(2)電動(dòng)彩車通過天安門前的速度v=s/t=2m/s,電動(dòng)車所受的阻力為f=0.02mg=1.35×10

14、3N電動(dòng)車勻速行駛時(shí)F=f,故電動(dòng)彩車牽引汽車前進(jìn)的機(jī)械功率P機(jī)=Fv=2700W(3)設(shè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電阻為R，由能量守恒定律得：P入t=P機(jī)t+I2Rt解得電機(jī)內(nèi)阻R=3驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械效率=P機(jī)/P入×100=90四限時(shí)訓(xùn)練：1 如圖所示電路中，電源內(nèi)阻不能忽略，兩個(gè)電壓表均為理想電表，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R2的滑動(dòng)觸頭P移動(dòng)時(shí)，關(guān)于兩個(gè)電表V1/與V2的示數(shù)，下列判斷正確的是（ C ）bV1R1R2PaSE rV2bV1R1R2PaSE rV2A. P向a移動(dòng)，V1示數(shù)增大，V2的示數(shù)也增大B. P向b移動(dòng)，V1示數(shù)增大，V2的示數(shù)減小C. P向a移動(dòng)，V1示數(shù)該變量的絕對(duì)值小于V2示數(shù)改

15、變量的絕對(duì)值D. P向b移動(dòng)，V1示數(shù)該變量的絕對(duì)值大于V2示數(shù)改變量的絕對(duì)值2 在如圖甲所示電路中，閉合開關(guān)S，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P向下滑動(dòng)的過程中，四個(gè)理想電壓表的示數(shù)都發(fā)生變化。圖乙中三條圖線分別表示了三個(gè)電壓表示數(shù)隨電流表示數(shù)變化的情況。以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ） 圖甲V1V2V1V3SR1R2PE rAUbac圖乙IOA. 圖線a表示的是電壓表V3的示數(shù)隨電流表示數(shù)變化的情況B. 圖線c表示的是電壓表V2數(shù)隨電流表示數(shù)變化的情況C. 此過程中電壓表V1示數(shù)的變化量U1和電流表示數(shù)變化量I的比值變大D. 此過程中電壓表V3示數(shù)的變化量U3和電流表示數(shù)變化量I的比值不變AVR1R2R3S

16、3. 在如圖所示的電路中，開關(guān)S閉合后，由于電阻元件發(fā)生短路或斷路故障，電壓表和電流表的讀數(shù)都增大，則可能出現(xiàn)下列那種故障（ A ）A.R1短路 B.R2短路 C.R3短路 D.R1斷路4. 如圖是某同學(xué)連接的實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖，A、B燈不亮，他采用下列兩種方法進(jìn)行故障檢查。（1） 應(yīng)用多用表的直流檔進(jìn)行檢查，選擇開關(guān)置10V檔。該同學(xué)測(cè)試結(jié)果如表1所示，在測(cè)試a、b間直流電壓時(shí)紅表筆應(yīng)接_。（填a或b）表1表2測(cè)試點(diǎn)電壓示數(shù)a、b有示數(shù)b、c無(wú)示數(shù)c、d有示數(shù)d、f有示數(shù)測(cè)試點(diǎn)指針片狀轉(zhuǎn)情況c、dd、ee、fUbac圖乙IOUbac圖乙IO圖甲V1V2V1V3SR1R2PE rA根據(jù)測(cè)試結(jié)果，判定的

17、故障是（ ）A.燈A短路 B.燈B短路. C.cd段斷路 D.df段斷路（2）將開關(guān)斷開，再選擇歐姆檔測(cè)試，測(cè)量結(jié)果如表2所示，那么檢查出的故障是（ ）A.燈A斷路 B.燈B短路. C.燈A、B都斷路 D.d、e間導(dǎo)線斷路R1R2R3D1D2AB5. 如圖所示，D1D2是兩個(gè)理想二極管（正向電阻為零，反向電阻無(wú)窮大），電阻R1=R2=R3=R,當(dāng)A、B兩端接接正弦交流電時(shí)，A、B之間的等效電阻是（ ）A.R/3B.3R/2C.2RD.3R6. 如圖所示的電路中，電源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r，閉合開關(guān)S，增大可變電阻R的阻值后，電壓表示數(shù)的變化量為U.在這個(gè)過程中，下列判斷正確的是(BCD)A電阻

18、R1兩端的電壓減小，減小量等于U B電容器帶的電荷量減小，減小量小于CU C電壓表的示數(shù)U和電流表的示數(shù)I的比值變大 D電壓表示數(shù)的變化量U和電流表示數(shù)的變 化量I的比值不變7 如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，電壓表和電流表均為理想交流電表，D是理想二極管，在原線圈兩端加上交變電壓，其瞬時(shí)值表達(dá)式為u1220sin100t V，則()A電壓表的示數(shù)為11 VBP向上移動(dòng)的過程中，電流表A1的示數(shù)變大CP向下移動(dòng)的過程中，電流表A2的示數(shù)變小DP向上移動(dòng)的過程中，理想變壓器的輸入功率變小8 如圖所示，理想變壓器輸入端PQ接穩(wěn)定交流電源，通過單刀雙擲開關(guān)S可改變變壓器初級(jí)線圈匝數(shù)(

19、圖中電壓表及電流表均為理想電表)下列說(shuō)法正確的是() A當(dāng)滑片c向b端移動(dòng)時(shí)，變壓器輸入功率變大B當(dāng)滑片c向a端移動(dòng)時(shí)，電流表A1 的示數(shù)將減小，電壓表V的示數(shù)不變C當(dāng)滑片c向b端移動(dòng)時(shí)，電流表A2的示數(shù)將變大，電壓表V的示數(shù)也變大 D滑片c不動(dòng)，將開關(guān)S由1擲向2時(shí)，三個(gè)電表A1、A2、V的示數(shù)都變大9. 某水力發(fā)電站的發(fā)電機(jī)的輸出電壓穩(wěn)定，它發(fā)出的電先通過電站附近的升壓變壓器升壓，然后用輸電線路把電能輸送到遠(yuǎn)處的降壓變壓器，經(jīng)降低電壓后再輸送至各用戶設(shè)變壓器都是理想的，那么在用電高峰期，隨著用電器總功率的增加將導(dǎo)致(C) A升壓變壓器初級(jí)線圈中的電流變小 B升壓變壓器次級(jí)線圈兩端的電壓變小

20、 C高壓輸電線路的電壓損失變大 D降壓變壓器次級(jí)線圈兩端的電壓變大10. 通過一理想變壓器，經(jīng)同一線路輸送相同的電功率P，原線圈的電壓U保持不變，輸電線路的總電阻為R.當(dāng)副線圈與原線圈的匝數(shù)比為k時(shí)，線路損耗的電功率為P1，若將副線圈與原線圈的匝數(shù)比提高到nk，線路損耗的電功率為P2，則P1和分別為(D)A.， B.R，C.， D. R，11. 如圖所示，直線、分別是電源1與電源2的路端電壓隨輸出電流變化的特性圖線，曲線是一個(gè)小燈泡的伏安特性曲線如果把該小燈泡先后分別與電源1和電源2單獨(dú)連接時(shí)，則下列說(shuō)法中不正確的是（ ）A電源1 和電源2的內(nèi)阻之比是2:1B電源1 和電源2的電動(dòng)勢(shì)之比是1:

21、1C在這兩種狀態(tài)下，小燈泡消耗的功率之比是8:25D在這里暗中狀態(tài)下，小燈泡的電阻之比是2:112. 如下圖所示，直線a為電源的UI圖線，直線b為電阻R的UI圖線，用該電源和電阻組成閉合電路時(shí)，電源的輸出功率和電源的效率分別為（ ）A、4W、33.3% B、2W、33.3%C、4W、67% D、2W、67%13. 電源的效率定義為外電路電阻消耗的功率與電源的總功率之比。在測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)中得到的實(shí)驗(yàn)圖線如圖所示，圖中U為路端電壓，I為干路電流，a、b為圖線上的兩點(diǎn)，相應(yīng)狀態(tài)下的電源的效應(yīng)分別為a、b。由圖可知a、b的值分別為（ ）OI/AU/Vab A. 、 B、 C、 D、14 四川省“十二五”水利發(fā)展規(guī)劃指出，若按現(xiàn)有供水能力測(cè)算，我省供水缺口極大，蓄引提水是目前解決供水問題的重要手段之一。某地要把河水抽高20 m，進(jìn)入蓄水池，用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)通過傳功效率為80%的皮帶，帶動(dòng)效率為60%的離心水泵工作。工作電壓為380 V