2023屆高考物理二輪專題突破專題七電磁感應(yīng)和電路（2）直流電路和交流電路導(dǎo)學(xué)案

PAGE專題七電磁感應(yīng)和電路第2講：直流電路和交流電路一、知識(shí)梳理1.純電阻電路和非純電阻電路的電功、電功率的比擬(1)純電阻電路：電功W＝UIt，電功率P＝UI，且電功全部轉(zhuǎn)化為，有W＝Q＝UIt＝eq\f(U2,R)t＝I2Rt，P＝UI＝eq\f(U2,R)＝I2R.(2)非純電阻電路：電功W＝UIt，電功率P＝UI，電熱Q＝I2Rt，電熱功率P熱＝I2R，電功率電熱功率，即W>Q，故求電功、電功率只能用W＝UIt、P＝UI，求電熱、電熱功率只能用Q＝、P熱＝.2.電源的功率和效率(1)電源的幾個(gè)功率①電源的總功率：P總＝②電源內(nèi)部消耗的功率：P內(nèi)＝I2r③電源的輸出功率：P出＝＝P總－P內(nèi)(2)電源的效率η＝eq\f(P出,P總)×100%＝eq\f(U,E)×100%3.交流電的“四值〞(1)最大值Em＝.(2)瞬時(shí)值e＝.(3)有效值：正弦式交流電的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))；非正弦式交流電的有效值必須根據(jù)電流的，用等效的思想來(lái)求解.計(jì)算交流電路的電功、電功率和測(cè)定交流電路的電壓、電流都是指有效值.(4)平均值：eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)，常用來(lái)計(jì)算通過(guò)電路的電荷量.4.理想變壓器的根本關(guān)系式(1)功率關(guān)系：P入＝.(2)電壓關(guān)系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).(3)電流關(guān)系：只有一個(gè)副線圈時(shí)eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).規(guī)律方法直流電路動(dòng)態(tài)分析方法(1)程序法：根本思路是“局部→整體→局部〞.即從阻值的變化入手，由串、并聯(lián)規(guī)律判定R總的變化情況，再由閉合電路歐姆定律判斷I總和U端的變化情況，最后由局部電路歐姆定律及串聯(lián)分壓、并聯(lián)分流等規(guī)律判斷各局部的變化情況.(2)結(jié)論法——“串反并同〞：“串反〞：指某一電阻增大(減小)時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(增大).“并同〞：指某一電阻增大(減小)時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(減小).二、題型、技巧歸納高考題型一直流電路的動(dòng)態(tài)分析【例1】(2022·全國(guó)甲卷·17)阻值相等的四個(gè)電阻、電容器C及電池E(內(nèi)阻可忽略)連接成如圖1所示電路.開關(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時(shí)，C所帶的電荷量為Q1；閉合開關(guān)S，電流再次穩(wěn)定后，C所帶的電荷量為Q2.Q1與Q2的比值為()圖1A.eq\f(2,5)B.eq\f(1,2)C.eq\f(3,5)D.eq\f(2,3)高考預(yù)測(cè)1(多項(xiàng)選擇)如圖2所示，直流電源、滑動(dòng)變阻器、平行板電容器與理想二極管(正向電阻為0，反向電阻為∞)連接，電源負(fù)極接地.開始時(shí)電容器不帶電，閉合開關(guān)S，穩(wěn)定后，一帶電油滴恰能靜止在電容器中P點(diǎn).在開關(guān)S保持接通的狀態(tài)下，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()圖2A.當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向上滑動(dòng)時(shí)，帶電油滴會(huì)向上運(yùn)動(dòng)B.當(dāng)電容器的上極板向上移動(dòng)時(shí)，帶電油滴會(huì)向下運(yùn)動(dòng)C.當(dāng)電容器的下極板向下移動(dòng)時(shí)，P點(diǎn)的電勢(shì)不變D.當(dāng)電容器的下極板向左移動(dòng)時(shí)，P點(diǎn)的電勢(shì)會(huì)升高高考預(yù)測(cè)2(多項(xiàng)選擇)如圖3所示的火警報(bào)警裝置，R1為熱敏電阻，假設(shè)溫度升高，那么R1的阻值會(huì)急劇減小，從而引起電鈴電壓的增加，當(dāng)電鈴電壓到達(dá)一定值時(shí)，電鈴會(huì)響.以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()圖3A.要使報(bào)警的臨界溫度升高，可以適當(dāng)增大電源的電動(dòng)勢(shì)B.要使報(bào)警的臨界溫度降低，可以適當(dāng)增大電源的電動(dòng)勢(shì)C.要使報(bào)警的臨界溫度升高，可以把R2的滑片P適當(dāng)向下移D.要使報(bào)警的臨界溫度降低，可以把R2的滑片P適當(dāng)向下移高考題型二交流電的產(chǎn)生和描述【例2】如圖4甲所示，電阻為1Ω的矩形線圈繞垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸OO′勻速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生交流電，現(xiàn)將此電流給阻值為R＝10Ω的小燈泡L供電，通過(guò)電流傳感器得到燈泡中電流的圖象如圖乙，不考慮溫度對(duì)燈泡阻值的影響，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()圖4A.在t＝5×10－3s時(shí)，線圈處于中性面位置B.在t＝10×10－3s時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量最大C.交變電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i＝5cos50πt(A)D.線圈產(chǎn)生的交流電的電動(dòng)勢(shì)為55V高考預(yù)測(cè)3如圖5所示是某興趣小組用實(shí)驗(yàn)室的手搖發(fā)電機(jī)給小燈泡供電的裝置示意圖.在某次勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄的過(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)小燈泡周期性的閃亮.以下判斷正確的選項(xiàng)是()圖5A.圖示位置線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大B.假設(shè)增大手搖發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，燈泡亮度將不變C.假設(shè)增大手搖發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，燈泡閃亮的頻率將變大D.小燈泡周期性閃亮的主要原因是電路接觸不良高考預(yù)測(cè)4(多項(xiàng)選擇)如圖6所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生正弦式電流的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦式電流的圖象如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個(gè)正弦式電流的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()圖6A.在圖中t＝0時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量均為零B.線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2C.正弦式電流a的瞬時(shí)值為u＝10sin5πtVD.正弦式電流b的最大值為eq\f(20,3)V規(guī)律總結(jié)1.線圈通過(guò)中性面時(shí)的特點(diǎn)(1)穿過(guò)線圈的磁通量最大；(2)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零；(3)線圈每經(jīng)過(guò)中性面一次，感應(yīng)電流的方向改變一次.2.交流電的“四值〞(1)最大值Em＝NBSω.分析電容器的耐壓值.(2)瞬時(shí)值e＝NBSωsinωt.計(jì)算閃光電器的閃光時(shí)間、線圈某時(shí)刻的受力情況.(3)有效值：正弦式交流電的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))；非正弦式交流電的有效值必須根據(jù)電流的熱效應(yīng)，用等效的思想來(lái)求解.計(jì)算交流電路的電功、電功率和測(cè)定交流電路的電壓、電流都是指有效值.(4)平均值：eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)，常用來(lái)計(jì)算通過(guò)電路的電荷量.高考題型三變壓器和遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題【例3】(2022·全國(guó)乙卷·16)一含有理想變壓器的電路如圖7所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3Ω、1Ω和4Ω，為理想交流電流表，U為正弦交流電壓源，輸出電壓的有效值恒定.當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)S閉合時(shí)，電流表的示數(shù)為4I.該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為()圖7A.2B.3C.4D.5高考預(yù)測(cè)5一理想變壓器的原線圈連接一只交流電流表，副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過(guò)滑動(dòng)觸頭Q調(diào)節(jié)，如圖8所示.在副線圈輸出端連接了定值電阻R0和滑動(dòng)變阻器R，原線圈上加一電壓為U的交流電，那么()圖8A.保持Q位置不動(dòng)，將P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大B.保持Q位置不動(dòng)，將P向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)不變C.保持P位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變小D.保持P位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)時(shí)，電流表的讀數(shù)變大高考預(yù)測(cè)6(多項(xiàng)選擇)某同學(xué)模擬“遠(yuǎn)距離輸電〞，將實(shí)驗(yàn)室提供的器材連接成如圖9所示電路，A、B為理想變壓器，燈L1、L2相同且阻值不變.保持A的輸入電壓不變，開關(guān)S斷開時(shí)，燈L1正常發(fā)光.那么()圖9A.如果只閉合開關(guān)S，L1變暗B.如果只閉合開關(guān)S，A的輸入功率變大C.僅將滑片P上移，L1變亮D.僅將滑片P上移，A的輸入功率不變規(guī)律總結(jié)理想變壓器動(dòng)態(tài)分析的兩種情況(1)負(fù)載電阻不變，討論變壓器原、副線圈兩端的電壓、電流、電功率等隨匝數(shù)比的變化情況.(2)匝數(shù)比不變，討論變壓器原、副線圈兩端的電壓、電流、電功率等隨負(fù)載電阻的變化情況.不管哪種情況，要注意兩點(diǎn)：一、根據(jù)題意分清變量和不變量；二、弄清“誰(shuí)決定誰(shuí)〞的制約關(guān)系.對(duì)電壓而言，輸入決定輸出；對(duì)電流、電功(率)而言，輸出決定輸入.高考題型四交變電流的綜合問(wèn)題分析【例4】(多項(xiàng)選擇)如圖10所示，導(dǎo)體棒ab兩個(gè)端點(diǎn)分別搭接在兩個(gè)豎直放置、電阻不計(jì)、半徑相等的金屬圓環(huán)上，圓環(huán)通過(guò)電刷與導(dǎo)線c、d相接.c、d兩個(gè)端點(diǎn)接在匝數(shù)比n1∶n2＝10∶1的變壓器原線圈兩端，變壓器副線圈接一滑動(dòng)變阻器R0，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向下，導(dǎo)體棒ab長(zhǎng)為L(zhǎng)(電阻不計(jì))，繞與ab平行的水平軸(也是兩圓環(huán)的中心軸)OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng).如果滑動(dòng)變阻器的阻值為R時(shí)，通過(guò)電流表的電流為I，那么()圖10A.滑動(dòng)變阻器上消耗的功率為P＝100I2RB.變壓器原線圈兩端的電壓U1＝10IRC.取ab在環(huán)的最低端時(shí)t＝0，那么導(dǎo)體棒ab中感應(yīng)電流的表達(dá)式是i＝eq\r(2)IsinωtD.ab沿環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受到的最大安培力F＝eq\r(2)BIL高考預(yù)測(cè)7在如圖11甲所示的電路中，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為5∶1，原線圈接入圖乙所示的電壓，副線圈接火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(報(bào)警器未畫出)，圖中電壓表和電流表均為理想電表，R0為定值電阻，RT為熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小.以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()圖11A.電壓表的示數(shù)為44VB.圖乙中電壓的有效值為220VC.RT處出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，電流表示數(shù)減小D.RT處出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，電阻R0消耗的電功率增大高考預(yù)測(cè)8(多項(xiàng)選擇)如圖12所示，單匝矩形導(dǎo)線框abcd與勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，線框電阻不計(jì)，線框繞與cd邊重合的固定轉(zhuǎn)軸以恒定角速度從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，理想變壓器匝數(shù)比為n1∶n2.開關(guān)S斷開時(shí)，額定功率為P的燈泡L1正常發(fā)光，電流表示數(shù)為I，電流表內(nèi)阻不計(jì)，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()圖12A.線框中產(chǎn)生的電流為正弦式交變電流B.線框從圖中位置轉(zhuǎn)過(guò)eq\f(π,4)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值為eq\f(P,I)C.燈泡L1的額定電壓等于eq\f(n1P,n2I)D.如果閉合開關(guān)S，那么電流表示數(shù)變大規(guī)律總結(jié)交變電流的綜合問(wèn)題，涉及交流電路最大值、有效值、平均值、瞬時(shí)值的計(jì)算，與電磁感應(yīng)、安培力、閉合電路歐姆定律的綜合應(yīng)用等，解答時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)分清交流電路“四值〞的不同計(jì)算方法和物理意義.(2)學(xué)會(huì)將直流電路、閉合電路歐姆定律的知識(shí)應(yīng)用在交流電路的綜合問(wèn)題中.

參考答案一、知識(shí)梳理1.(1)電熱(2)大于I2RtI2R.2.(1)①EI③UI3.(1)NBSω(2)NBSωsin_ωt(3)熱效應(yīng)4.(1)P出.二、題型、技巧歸納【例1】答案C解析S斷開時(shí)等效電路圖如圖甲所示.甲電容器兩端電壓為U1＝eq\f(E,R＋\f(2,3)R)×eq\f(2,3)R×eq\f(1,2)＝eq\f(1,5)E；S閉合時(shí)等效電路圖如圖乙所示.乙電容器兩端電壓為U2＝eq\f(E,R＋\f(1,2)R)×eq\f(1,2)R＝eq\f(1,3)E，由Q＝CU得eq\f(Q1,Q2)＝eq\f(U1,U2)＝eq\f(3,5)，應(yīng)選項(xiàng)C正確.高考預(yù)測(cè)1答案AD解析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向上滑動(dòng)時(shí)，變阻器有效阻值增大，R的電壓增大，那么電容器板間電壓增大，場(chǎng)強(qiáng)增大，油滴所受的電場(chǎng)力增大，所以帶電油滴會(huì)向上運(yùn)動(dòng).故A正確；當(dāng)電容器的上極板向上移動(dòng)時(shí)，由電容的決定式C＝eq\f(εrS,4πkd)知，電容減小，而電容器的電壓不變，由C＝eq\f(Q,U)知，Q要減小，電容器要放電，由于二極管的單向?qū)щ娦?，所以電容器不能放電，那么電容器的帶電量不變，根?jù)推論可知電容器板間場(chǎng)強(qiáng)不變，油滴所受的電場(chǎng)力不變，所以帶電油滴仍靜止不動(dòng)，故B錯(cuò)誤；當(dāng)電容器的下極板向下移動(dòng)時(shí)，電容器所帶的電量Q不變，由E＝eq\f(4πkQ,εrS)知電容器板間場(chǎng)強(qiáng)不變，由U＝Ed知，P與下極板間的電勢(shì)差變大，P點(diǎn)的電勢(shì)會(huì)升高.故C錯(cuò)誤；當(dāng)電容器的下極板向左移動(dòng)時(shí)，C＝eq\f(εrS,4πkd)，電容器的電容減小，由C＝eq\f(Q,U)知，Q要減小，電容器要放電，由于二極管的單向?qū)щ娦?，所以電容器不能放電，那么電容器的帶電量不變，那么只能是極板間U增大，由E＝eq\f(U,d)知電容器板間場(chǎng)強(qiáng)變大，那么P與下極板間的電勢(shì)差變大，P點(diǎn)的電勢(shì)升高.故D正確.高考預(yù)測(cè)2答案BD解析要使報(bào)警的臨界溫度升高，R1對(duì)應(yīng)的阻值減小，電路中電流會(huì)增大，電鈴兩端的電壓會(huì)增大，而電鈴電壓到達(dá)一定值時(shí)，電鈴會(huì)響，要使電鈴的電壓仍為原來(lái)的值，必須適當(dāng)減小電源的電動(dòng)勢(shì)，相反，要使報(bào)警的臨界溫度降低，可以適當(dāng)增大電源的電動(dòng)勢(shì).故A錯(cuò)誤，B正確.要使報(bào)警的臨界溫度升高，R1對(duì)應(yīng)的阻值減小，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)可知，將使電鈴的電壓增大，要使電鈴的電壓仍為原來(lái)的值，可以把R2的滑片P適當(dāng)向上移，以減小R2，相反，要使報(bào)警的臨界溫度降低，可以把R2的滑片P適當(dāng)向下移，故C錯(cuò)誤，D正確.應(yīng)選B、D.【例2】答案A解析由圖乙可知t＝5×10－3s時(shí)刻感應(yīng)電流最小為零，此時(shí)線圈所在平面處于中性面位置，故A正確；t＝10×10－3s時(shí)刻感應(yīng)電流最大，此時(shí)線圈所在平面與中性面位置垂直，所以穿過(guò)線圈回路的磁通量最小，故B錯(cuò)誤；周期T＝0.02s，角速度ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，故電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i＝5cos100πt(A)，故C錯(cuò)誤；線圈產(chǎn)生的交流電的電動(dòng)勢(shì)最大值為Em＝Im(R＋r)＝55V，D錯(cuò)誤.高考預(yù)測(cè)3答案C解析圖示位置線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最小，故A錯(cuò)誤；假設(shè)增大手搖發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，角速度將增大，頻率將增大，產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Em＝NBSω，故燈泡的亮度增大，故B錯(cuò)誤，C正確；小燈泡周期性閃亮的主要原因是產(chǎn)生的電流為交流電，故D錯(cuò)誤.高考預(yù)測(cè)4答案BCD解析t＝0時(shí)刻兩個(gè)正弦式電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值均為零，線圈都與磁場(chǎng)垂直，穿過(guò)線圈的磁通量都最大.故A錯(cuò)誤.由圖讀出兩電流周期之比為Ta∶Tb＝0.4s∶0.6s＝2∶3，而T＝eq\f(1,n)，那么線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2.故B正確.正弦式電流a的瞬時(shí)值為u＝Umsineq\f(2π,T)t＝10sineq\f(2π,0.4)tV＝10sin5πtV.故C正確.根據(jù)電動(dòng)勢(shì)最大值公式Em＝nBSω＝nBSeq\f(2π,T)得到，兩電動(dòng)勢(shì)最大值之比為Ema：Emb＝Tb∶Ta＝3∶2，Ema＝10V，那么得到正弦式電流b的最大值為Emb＝eq\f(20,3)V.故D正確.【例3】答案B解析開關(guān)斷開時(shí)，電路如圖甲所示，原、副線圈的電流比eq\f(I,I2)＝eq\f(n2,n1)，通過(guò)R2的電流I2＝eq\f(In1,n2)，副線圈的輸出電壓U2＝I2(R2＋R3)＝eq\f(5In1,n2)，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)可得原線圈兩端的電壓U1＝5Ieq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))2，那么U＝U1＋I(xiàn)R1＝5Ieq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))2＋3I；開關(guān)閉合時(shí)，電路如圖乙所示，原、副線圈的電流比eq\f(4I,I2′)＝eq\f(n2,n1)，通過(guò)R2的電流I2′＝eq\f(4In1,n2)，副線圈的輸出電壓U2′＝I2′R2＝eq\f(4In1,n2)，由eq\f(U1′,U2′)＝eq\f(n1,n2)可得原線圈兩端的電壓U1′＝4Ieq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))2，那么U＝U1′＋4IR1＝4Ieq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,n2)))2＋12I，聯(lián)立解得eq\f(n1,n2)＝3，選項(xiàng)B正確.甲乙高考預(yù)測(cè)5答案D解析在原、副線圈匝數(shù)比一定的情況下，變壓器的輸出電壓由輸入電壓決定.因此，當(dāng)Q位置不動(dòng)時(shí)，輸出電壓U′不變，此時(shí)P向上滑動(dòng)，負(fù)載電阻值R′增大，那么輸出電流I′減小.根據(jù)輸入功率P1等于輸出功率P2，電流表的讀數(shù)I變小，故A、B錯(cuò)誤；P位置不動(dòng)，將Q向上滑動(dòng)，那么輸出電壓U′變大，I′變大，電流表的讀數(shù)變大，那么選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確；應(yīng)選D.高考預(yù)測(cè)6答案AB解析閉合S，副線圈電阻減小，那么消耗功率增大，B副線圈中電流增大，B原線圈電流也增大，那么R上損失的電壓和功率增大，那么B輸入電壓減小，燈泡兩端電壓減小，故燈泡會(huì)變暗，故A正確；根據(jù)A分析知消耗和損失功率都增大，根據(jù)能量守恒知A的輸入功率變大，故B正確；僅將滑片P上移，A副線圈匝數(shù)減小，那么輸出電壓減小，B的輸入電壓減小，燈泡電壓也減小，故L1變暗，消耗功率減小，那么A輸入功率