查補易混易錯10 恒定電流和交變電流-2022年高考物理三輪沖刺過關(guān)（解析版）

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查補易混易錯10恒定電流和交變電流

本考點在高考試題中屬于必考知識點，經(jīng)常以選擇題形式命題考查，主要考查學(xué)生對交流電的圖像、四值、理想變壓器及遠距離輸電等知識的理解。2021年廣東卷第7題、北京卷第5題、湖南卷第6題等均單獨考查了恒定電流和交變電流的結(jié)合題目，其它新高考地區(qū)也都在不同的情境和不同的題型中考查了這一知識點。

【真題示例·2021·山東卷·9】9.輸電能耗演示電路如圖所示。左側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶3，輸入電壓為的正弦交流電。連接兩理想變壓器的導(dǎo)線總電阻為r，負載R的阻值為。開關(guān)S接1時，右側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為2∶1，R上的功率為；接2時，匝數(shù)比為1∶2，R上的功率為P。以下判斷正確的是（）

A. B.

C. D.

【答案】BD

【解析】當(dāng)開關(guān)S接1時，左側(cè)變壓器次級電壓

U2=3×7.5V=22.5V

電阻R上的電壓，即右側(cè)變壓器的次級電壓：

電流：

則右側(cè)變壓器初級電壓：

電流：

則：

當(dāng)開關(guān)S接2時，設(shè)輸電電流為I，則右側(cè)變壓器的次級電流為0.5I；右側(cè)變壓兩邊電壓關(guān)系可知：

解得：I=3A

則R上的功率：

故選BD。

【易錯分析】①考生未能深刻理解“在理想變壓器中輸入電壓決定輸出電壓，輸出功率決定輸入功率”；②考生未能推導(dǎo)由右側(cè)變壓器匝數(shù)變化引起的遠距離輸電過程中的其它參量的變化。

【易錯01】對電阻、電阻定律的理解和應(yīng)用

1．電阻與電阻率的區(qū)別

(1)電阻是反映導(dǎo)體對電流阻礙作用大小的物理量，電阻大小與導(dǎo)體的長度、橫截面積及材料等有關(guān)，電阻率是描述導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能好壞的物理量，與導(dǎo)體長度、橫截面積無關(guān)．

(2)導(dǎo)體的電阻大，導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能不一定差；導(dǎo)體的電阻率小，電阻不一定?。?/p>

(3)導(dǎo)體的電阻、電阻率均與溫度有關(guān)．

2．電阻的決定式和定義式的區(qū)別

公式

R＝ρ

eq\f(l,S)

R＝

eq\f(U,I)

區(qū)別

電阻定律的決定式

電阻的定義式

說明了電阻的決定因素

提供了一種測定電阻的方法，并不說明電阻與U和I有關(guān)

只適用于粗細均勻的金屬導(dǎo)體和濃度均勻的電解質(zhì)溶液

適用于任何純電阻導(dǎo)體

3.某一導(dǎo)體的形狀改變后，討論其電阻變化應(yīng)抓住以下三點：

(1)導(dǎo)體的電阻率不變．

(2)導(dǎo)體的體積不變，由V＝lS可知l與S成反比．

(3)在ρ、l、S都確定之后，應(yīng)用電阻定律R＝ρ

eq\f(l,S)

求解．

【易錯02】對伏安特性曲線的理解

1．圖甲中的圖線a、b表示線性元件，圖乙中的圖線c、d表示非線性元件．

2．圖象的斜率表示電阻的倒數(shù)，斜率越大，電阻越小，故Ra＜Rb(如圖甲所示)．

3．圖線c的電阻減小，圖線d的電阻增大(如圖乙所示)．

4．伏安特性曲線上每一點的電壓坐標(biāo)與電流坐標(biāo)的比值對應(yīng)這一狀態(tài)下的電阻．

5.解決這類問題的兩點注意：

(1)首先分清是I－U圖線還是U－I圖線．

(2)對線性元件：R＝

eq\f(U,I)

＝

eq\f(ΔU,ΔI)

；對非線性元件R＝

eq\f(U,I)

≠

eq\f(ΔU,ΔI)

，即非線性元件的電阻不等于U－I圖象某點切線的斜率．

【易錯03】電功、電熱、電功率和熱功率

1.純電阻電路與非純電阻電路的比較

2.(1)無論是純電阻還是非純電阻，電功均可用W＝UIt，電熱均可用Q＝I2Rt來計算．

(2)判斷是純電阻電路還是非純電阻電路的方法：一是根據(jù)電路中的元件判斷；二是看消耗的電能是否全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．

(3)計算非純電阻電路時，要善于從能量轉(zhuǎn)化和守恒的角度，利用“電功＝電熱＋其他能量”尋找等量關(guān)系求解．

【易錯04】閉合電路歐姆定律及其能量分析

1．閉合電路中的能量轉(zhuǎn)化

(1)時間t內(nèi)電源輸出的電能(等于非靜電力做功的大小)為W＝Eq＝EIt.

(2)時間t內(nèi)外電路產(chǎn)生的內(nèi)能為Q外＝I2Rt.內(nèi)電路產(chǎn)生的內(nèi)能為Q內(nèi)＝I2rt.

(3)根據(jù)能量守恒定律，在純電阻電路中應(yīng)有W＝Q外＋Q內(nèi)，即EIt＝I2Rt＋I2rt.

2．閉合電路的歐姆定律

(1)內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比．

(2)表達式：I＝

eq\f(E,R＋r)

.

(3)另一種表達形式：E＝U外＋U內(nèi)．即：電源的電動勢等于內(nèi)、外電路電勢降落之和．

【易錯05】路端電壓與負載的關(guān)系

1．路端電壓的表達式：

U＝E－Ir.

2．路端電壓隨外電阻的變化規(guī)律

(1)當(dāng)外電阻R增大時，由I＝

eq\f(E,R＋r)

可知電流I減小，路端電壓U＝E－Ir增大．

(2)當(dāng)外電阻R減小時，由I＝

eq\f(E,R＋r)

可知電流I增大，路端電壓U＝E－Ir減小．

(3)兩種特殊情況：當(dāng)外電路斷開時，電流I變?yōu)?，U＝E.即斷路時的路端電壓等于電源電動勢．當(dāng)電源短路時，外電阻R＝0，此時I＝

eq\f(E,r)

.

【易錯06】交變電流的變化規(guī)律

1．正弦式交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)

函數(shù)

圖象

磁通量

Φ＝Φmcosωt

＝BScosωt

電動勢

e＝Emsinωt

＝nBSωsinωt

電壓

u＝Umsinωt

＝

eq\f(REm,R＋r)

sinωt

電流

i＝Imsinωt

＝

eq\f(Em,R＋r)

sinωt

2.兩個特殊位置的特點

(1)線圈平面與中性面重合時，S⊥B，Φ最大，

eq\f(ΔΦ,Δt)

＝0，e＝0，i＝0，電流方向?qū)l(fā)生改變．

(2)線圈平面與中性面垂直時，S∥B，Φ＝0，

eq\f(ΔΦ,Δt)

最大，e最大，i最大，電流方向不改變．

3.解決交變電流圖象問題的三點注意

(1)只有當(dāng)線圈從中性面位置開始計時，電流的瞬時值表達式才是正弦形式，其變化規(guī)律與線圈的形狀及轉(zhuǎn)動軸處于線圈平面內(nèi)的位置無關(guān)．

(2)注意峰值公式Em＝nBSω中的S為有效面積．

(3)在解決有關(guān)交變電流的圖象問題時，應(yīng)先把交變電流的圖象與線圈的轉(zhuǎn)動位置對應(yīng)起來，再根據(jù)特殊位置求特征解．

【易錯07】交流電有效值的求解

1．正弦式交流電有效值的求解

利用I＝

eq\f(Im,\r(2))

，U＝

eq\f(Um,\r(2))

，E＝

eq\f(Em,\r(2))

計算．

2．非正弦式交流電有效值的求解

交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)(電流通過電阻生熱)進行定義的，所以進行有效值計算時，要緊扣電流通過電阻生熱(或熱功率)進行計算．注意“三同”：即“相同電阻”，“相同時間”內(nèi)產(chǎn)生“相同熱量”．計算時“相同時間”要取周期的整數(shù)倍，一般取一個周期．

【易錯08】交變電流的“四值”的比較

物理含義

重要關(guān)系

適用情況

瞬時值

交變電流某一時刻的值

e＝Emsinωt

計算線圈某一時刻的受力情況

峰值

最大的瞬時值

Em＝nBSω

Im＝

eq\f(Em,R＋r)

確定用電器的耐壓值，電容器的擊穿電壓

有效值

跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值

E＝

eq\f(Em,\r(2))

U＝

eq\f(Um,\r(2))

I＝

eq\f(Im,\r(2))

(1)計算與電流熱效應(yīng)相關(guān)的量(如功率、熱量)

(2)交流電表的測量值

(3)電器設(shè)備標(biāo)注的額定電壓、額定電流

(4)保險絲的熔斷電流

平均值

交變電流圖象中圖線與時間軸所夾面積與時間的比值

eq\x\to(E)

＝

eq\f(ΔΦ,Δt)

eq\x\to(I)

＝

eq\f(\x\to(E),R＋r)

計算通過電路截面的電荷量

1.書寫交變電流瞬時值表達式的基本思路

(1)求出角速度ω，ω＝

eq\f(2π,T)

＝2πf.

(2)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出或由公式Em＝nBSω求出相應(yīng)峰值．

(3)明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式．

①線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則i－t圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imsinωt.

②線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動，則i－t圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)式為i＝Imcosωt

【易錯09】理想變壓器原、副線圈關(guān)系的應(yīng)用

1．基本關(guān)系

(1)P入＝P出，(有多個副線圈時，P1＝P2＋P3＋……)

(2)

eq\f(U1,U2)

＝

eq\f(n1,n2)

，有多個副線圈時，仍然成立．

(3)

eq\f(I1,I2)

＝

eq\f(n2,n1)

，電流與匝數(shù)成反比(只適合一個副線圈)

n1I1＝n2I2＋n3I3＋……(多個副線圈)

(4)原、副線圈的每一匝的磁通量都相同，磁通量變化率也相同，頻率也就相同．

2．制約關(guān)系

(1)電壓：副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定．

(2)功率：原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定．

(3)電流：原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定．

3.關(guān)于理想變壓器的四點說明：

(1)變壓器不能改變直流電壓．

(2)變壓器只能改變交變電流的電壓和電流，不能改變交變電流的頻率．

(3)理想變壓器本身不消耗能量．

(4)理想變壓器基本關(guān)系中的U1、U2、I1、I2均為有效值．

【易錯10】理想變壓器的動態(tài)分析

1.匝數(shù)比不變的情況(如圖所示)

(1)U1不變，根據(jù)

eq\f(U1,U2)

＝

eq\f(n1,n2)

可以得出不論負載電阻R如何變化，U2不變．

(2)當(dāng)負載電阻發(fā)生變化時，I2變化，根據(jù)

eq\f(I1,I2)

＝

eq\f(n2,n1)

可以判斷I1的變化情況．

(3)I2變化引起P2變化，根據(jù)P1＝P2，可以判斷P1的變化．

2.負載電阻不變的情況(如圖所示)

(1)U1不變，

eq\f(n1,n2)

發(fā)生變化，U2變化．

(2)R不變，U2變化，I2發(fā)生變化．

(3)根據(jù)P2＝

eq\f(U\o\al(2,2),R)

和P1＝P2，可以判斷P2變化時，P1發(fā)生變化，U1不變時，I1發(fā)生變化．

3.變壓器動態(tài)分析的思路流程

【易錯11】關(guān)于遠距離輸電問題的分析

1．遠距離輸電的處理思路

對高壓輸電問題，應(yīng)按“發(fā)電機→升壓變壓器→遠距離輸電線→降壓變壓器→用電器”這樣的順序，或從“用電器”倒推到“發(fā)電機”一步一步進行分析．

2．遠距離高壓輸電的幾個基本關(guān)系(以下圖為例)：

(1)功率關(guān)系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P損＋P3.

(2)電壓、電流關(guān)系：

eq\f(U1,U2)

＝

eq\f(n1,n2)

＝

eq\f(I2,I1)

，

eq\f(U3,U4)

＝

eq\f(n3,n4)

＝

eq\f(I4,I3)

U2＝ΔU＋U3，I2＝I3＝I線．

(3)輸電電流：I線＝

eq\f(P2,U2)

＝

eq\f(P3,U3)

＝

eq\f(U2－U3,R線)

.

(4)輸電線上損耗的電功率：

P損＝I線ΔU＝I2線R線＝

eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P2,U2)))

2R線．

3.解決遠距離輸電問題應(yīng)注意下列幾點

(1)畫出輸電電路圖．

(2)注意升壓變壓器副線圈中的電流與降壓變壓器原線圈中的電流相等．

(3)輸電線長度等于距離的2倍．

(4)計算線路功率損失一般用P損＝I2R線．

1.（2021·江蘇卷）有研究發(fā)現(xiàn)，某神經(jīng)細胞傳遞信號時，離子從細胞膜一側(cè)流到另一側(cè)形成跨膜電流，若將該細胞膜視為的電容器，在內(nèi)細胞膜兩側(cè)的電勢差從變?yōu)?，則該過程中跨膜電流的平均值為（）

A． B． C． D．

【答案】D

【解析】根據(jù)

Q=CU

可知

?Q=C?U=10-8×(30+70)×10-3C=10-9C

則該過程中跨膜電流的平均值為

故選D。

【易錯分析】考生對平均電流、電容的基本概念和規(guī)律理解有誤。

2.（2021·湖南卷）如圖，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為，輸入端、接入電壓有效值恒定的交變電源，燈泡L1、L2的阻值始終與定值電阻的阻值相同。在滑動變阻器的滑片從端滑動到端的過程中，兩個燈泡始終發(fā)光且工作在額定電壓以內(nèi)，下列說法正確的是（）

A.L1先變暗后變亮，L2一直變亮

B.L1先變亮后變暗，L2一直變亮

C.L1先變暗后變亮，L2先變亮后變暗

DL1先變亮后變暗，L2先變亮后變暗

【答案】A

【解析】副線圈的總電阻為

解得

則滑動變阻器R的滑片從a端滑到b端過程中，副線圈的總電阻選增大后減小，根據(jù)等效電阻關(guān)系有

則等效電阻先增大后減小，由歐姆定律有

，

先減小后增大，先減小后增大，則先變暗后變亮，根據(jù)

，

由于先減小后增大，則副線圈電壓先增大后減小，通過L2的電流為

則滑動變阻器R的滑片從a端滑到b端過程中，逐漸減小，副線圈的電壓增大過程中增大；在副線圈的電壓減小過程中，通過R0的電流為

逐漸增大，則越來越小，則

則先變暗后變亮，一直變亮；

故選A。

【易錯分析】考生不能熟練運用等效電阻的思想判斷原、副線圈中電流的變化

3.（2021·河北卷）.如圖，發(fā)電機的矩形線圈長為、寬為L，匝數(shù)為N，放置在磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)分別為、和，兩個副線圈分別接有電阻和，當(dāng)發(fā)電機線圈以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，理想電流表讀數(shù)為I，不計線圈電阻，下列說法正確的是（）

A.通過電阻的電流為 B.電阻兩端的電壓為

C.與的比值為 D.發(fā)電機的功率為

【答案】BC

【解析】AB．由題知理想電流表讀數(shù)為I，則根據(jù)歐姆定律

U1=IR1

根據(jù)變壓器電壓與匝數(shù)的關(guān)系有

，

代入數(shù)據(jù)有

U0=，U2=

再由歐姆定律有

U2=I2R2

可計算出

I2=

綜上可知，A錯誤、B正確；

C．由于矩形線圈產(chǎn)生的交變電流直接輸入原線圈，則有

Emax=NB2L2ω，U0==NBL2ω

由選項AB知

U0=

則

C正確；

D．由于變壓器為理想變壓器則有

P0=P1+P2=U1I+U2I2=I2R1+U2I2

代入選項ABC公式有

P0=

由于矩形線圈產(chǎn)生的交變電流直接輸入原線圈，則發(fā)電機的功率為P0，D錯誤。

故選BC。

【易錯分析】考生遇到多級副線圈時，經(jīng)常會忽略此時電流不滿足電流之比等于匝數(shù)的反比這一關(guān)系。

4.（2020·江蘇卷）某汽車的電源與啟動電機、車燈連接的簡化電路如圖所示。當(dāng)汽車啟動時，開關(guān)S閉合，電機工作，車燈突然變暗，此時（）

A．車燈的電流變小 B．路端電壓變小

C．電路的總電流變小 D．電源的總功率變大

【答案】ABD

【解析】

A．開關(guān)閉合時，車燈變暗，故流過車燈的電流變小，A正確；

B．電路的路端電壓為

變小，路端電壓變小，B正確；

C．總電流即干路電流為

減小，干路電流增大，C錯誤；

D．電源總功率為

增大，總功率變大，D正確。

故選ABD。

【易錯分析】直流電路的動態(tài)分析容易出現(xiàn)以下錯誤：①分析電阻的結(jié)構(gòu)時出現(xiàn)錯誤，如沒有真正明確元件的串聯(lián)、并聯(lián)關(guān)系；②沒有明確電壓表、電路表測量的是哪一部分的電壓和電流；③不會根據(jù)功率利用P=I2R或分析燈泡的亮度。

5．（2020·北京卷）圖甲表示某金屬絲的電阻隨攝氏溫度變化的情況。把這段金屬絲與電池、電流表串聯(lián)起來（圖乙），用這段金屬絲做測溫探頭，把電流表的刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，就得到了一個簡易溫度計。下列說法正確的是（）

A．應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且溫度與電流是線性關(guān)系

B．應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且溫度與電流是非線性關(guān)系

C．應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且溫度與電流是線性關(guān)系

D．應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上，且溫度與電流是非線性關(guān)系

【答案】B

【解析】

由甲圖可知，點對應(yīng)的電阻阻值較小，由閉合電路歐姆定律知對應(yīng)電路中的電流較大，故應(yīng)標(biāo)在電流較大的刻度上；而點對應(yīng)的電阻阻值較大，由閉合電路歐姆定律知對應(yīng)電路中的電流較小，故應(yīng)標(biāo)在電流較小的刻度上；由圖甲得

其中為圖線的縱截距，由閉合電路歐姆定律得

聯(lián)立解得

可知t與I是非線性關(guān)系，故B正確，ACD錯誤。

故選B。

6．（2020·全國卷）圖（a）所示的電路中，K與L間接一智能電源，用以控制電容器C兩端的電壓UC。如果UC隨時間t的變化如圖（b）所示，則下列描述電阻R兩端電壓UR隨時間t變化的圖像中，正確的是（）

A． B．

C． D．

【答案】A

【解析】

根據(jù)電容器的定義式可知

結(jié)合圖像可知，圖像的斜率為，則內(nèi)的電流與內(nèi)的電流關(guān)系為

且兩段時間中的電流方向相反，根據(jù)歐姆定律可知兩端電壓大小關(guān)系滿足

由于電流方向不同，所以電壓方向不同。

故選A。

7．（2022·廣東揭西一模）智能手機耗電量大，移動充電寶應(yīng)運而生，它是能直接給移動設(shè)備充電的儲能裝置。充電寶的轉(zhuǎn)化率是指電源放電總量占電源容量的比值，一般在0.60～0.70之間（包括移動電源和被充電池的線路板、接頭和連線的損耗）。如圖為某一款移動充電寶，其參數(shù)見表，下列說法正確的是（）

容量

20000mAh

兼容性

所有智能手機

邊充邊放

否

保護電路

是

輸入

DC：5V2AMAX

輸出

DC：5V0～1A～2.5A

尺寸

56×82×22mm

轉(zhuǎn)換率

0.60

產(chǎn)品名稱

索揚SY10-200

重量

約430g

A．給充電寶充電時將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

B．20000mA?h的mA?h是能量的單位

C．參數(shù)“DC5V”中“DC”指直流電的意思

D．充電寶以最大電流輸出時可工作10小時

【答案】C

【解析】

A．充電寶充電時將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，不是內(nèi)能，選項A錯誤；

B．20000mA?h的mA?h是電量的單位，選項B錯誤；

C．參數(shù)“DC5V”中“DC”指直流電的意思，選項C正確；

D．充電寶以最大電流2.5A輸出時可工作

選項D錯誤。

故選C。

8．（2022·河南郟縣一模）某同學(xué)用如圖甲所示的電路測得理想電壓表與理想電流表的讀數(shù)關(guān)系圖像如圖中直線所示，同時電路中電源的輸出功率與電流表讀數(shù)的關(guān)系圖像如圖中曲線表示，則下列說法正確的是（）

A．電源的電動勢為

B．電源的內(nèi)阻為

C．電流為時，外電路的電阻為

D．電源輸出功率為時，輸出電壓是

【答案】ACD

【解析】

A．根據(jù)閉合電路的歐姆定律，電源的輸出電壓：

U=E-Ir

對照U-I圖象，當(dāng)I=0時，U=E=50V，故A正確；

B．U-I圖象斜率的絕對值表示內(nèi)電阻，故：

故B錯誤；

C．電流為2.5A時，總電阻為

故外電路電阻為：

R=R總-r=15Ω

故C正確；

D．輸出功率為120W時，對照P-I圖象，電流為4A，由

P=UI

得輸出電壓為

U=30V

故D正確。

故選ACD。

9．（2022·安徽黃山摸底）如圖，E為電源，其內(nèi)阻為為小燈泡（其燈絲電阻值視為定值），為定值電阻，且，為光敏電阻，其阻值隨光照強度的增加而減小，閉合開關(guān)后，若照射的光照強度減弱，則（）

A．通過的電流變大 B．兩端的電壓變大

C．小燈泡消耗的功率變小 D．電源的輸出功率變大

【答案】AC

【解析】

ABC．因為光照強度減弱，光敏電阻的阻值增大，電路中的總電阻增大，由閉合電路歐姆定律可得，電路中干路電流減小，因干路電流減小，電源的內(nèi)電壓減小，路端電壓增大，同時R1兩端的電壓減小，故并聯(lián)電路部分電壓增大，則流過R2的電流增大，由并聯(lián)電路的電流規(guī)律可知，流過燈泡的電流減小，由PL＝I2RL可知，小燈泡消耗的功率變小，故AC正確，B錯誤；

D．因，