福建省2022屆高考物理二輪專題總復(fù)習(xí)專題7直流和交流電路的分析與計

第1課時直流和交流電路的分析與計算專題七電路分析、計算和電磁感應(yīng)一、直流電路的動態(tài)分析和計算

1、閉合電路中只要有一只電阻的阻值發(fā)生變化，就會影響整個電路，使總電路和每一部分的電流、電壓都發(fā)生變化．依據(jù)是閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律，按局部→整體→局部依序討論．

2、定量計算則要掌握串聯(lián)的分壓、并聯(lián)的分流及串并聯(lián)電路的規(guī)律，正確運(yùn)用閉合電路歐姆定律，區(qū)分外電壓和電動勢，明確各種功率．【例1】在如圖7-1-2所示電路中，定值電阻R0=2，安培表和伏特表均為理想電表．閉合開關(guān)K，當(dāng)滑動變阻器Rx滑片P從一端移向另一端時，發(fā)現(xiàn)電壓表的電壓變化范圍為0V到3V，安培表的變化范圍為0.75A到1.0A.求：(1)電源的電動勢和內(nèi)阻；(2)移動變阻器滑片時，能得到的電源的最大輸出功率．【解析】

先明確滑片位于兩個端點時的電路結(jié)構(gòu)，再利用閉合電路的歐姆定律以及功率的計算方法進(jìn)行分析計算．解：

本題考查的是閉合電路歐姆定律、電功率，正確理解電源電動勢、閉合電路歐姆定律、電源具有最大輸出功率的條件，是解決本題的關(guān)鍵．【方法技巧小結(jié)】【變式訓(xùn)練-1】如圖7-1-3所示電路中，已知電阻R1=2

，R2=5，燈泡L標(biāo)有“3V,1.5W”字樣，電源內(nèi)阻r=1，滑動變阻器的最大阻值為Rx.當(dāng)滑片P滑至a端時，電流表的示數(shù)為1A，此時燈泡L恰好正常發(fā)光．求：(1)當(dāng)滑片P滑至b端時，電流表的示數(shù)；(2)當(dāng)滑動變阻器Pb段的電阻為0.5Rx時，變阻器上消耗的功率．某同學(xué)的部分解答如下：燈L的電阻RL===6滑片P滑至b端時，燈L和(Rx+R2)并聯(lián)，并聯(lián)電阻為：R并=由RL·IA=(Rx+R2)·I2(IA、I2分別為通過電流表和R2的電流)得I2=流過電源的電流為I=IA+I2上述解法是否正確？若正確，請求出最后結(jié)果；若不正確，請指出錯在何處，糾正后求出最后結(jié)果．【解析】燈L的電阻RL=6正確，錯在沒有看出RPa和R2串聯(lián)部分已被短路，(1)當(dāng)P在b端時，電流表示數(shù)為I′==2A(2)當(dāng)RPb=3時，R并=2，電流表示數(shù)I″=

=1.2AU并=E-I″(R1+r)=2.4V，PRx=

=1.92W.二、描述交變電流的物理量、變壓器

1．瞬時值：正弦交流瞬時值表達(dá)式為：e=Emsinwt，i=Imsinwt.應(yīng)當(dāng)注意必須從中性面開始．生活中用的市電電壓為220V，其最大值為220V=311V(有時寫為310V)，頻率為50Hz，所以其電壓瞬時值的表達(dá)式為u=311sin（314t）V.2．最大值：當(dāng)線圈平面跟磁感線平行時，交流電動勢最大，Em=nBSw(轉(zhuǎn)軸垂直于磁感線)．電容器接在交流電路中，則交變電壓的最大值不能超過電容器的耐壓值．3．平均值：它是指交流電圖象中圖線與橫軸所圍成的面積值跟時間的比值．其量值可用法拉第電磁感應(yīng)定律來求．它不同于瞬時值和有效值．

4．有效值：交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的：讓交流和直流通過相同阻值的電阻，如果它們在相同的時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流的數(shù)值叫做這一交流的有效值．通常所說交流電壓、電流是用電壓表、電流表測得的，都是指有效值．用電器上所標(biāo)電壓、電流值也是指有效值．在計算交流電通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量、熱功以及確定保險絲的熔斷電流時，只能用有效值．有效值與最大值的關(guān)系：E=Em/(適用正弦或余弦式)．

本內(nèi)容要求能對正弦交流電的函數(shù)表達(dá)式、圖象表示法有正確的理解，能利用函數(shù)關(guān)系式或圖象求解涉及交流電的“四值”問題，特別要注意交流電“四值”適用的場合．【例2】理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為1∶5，原線圈兩端的交變電壓為.氖泡在兩端電壓達(dá)到100V時開始發(fā)光，下列說法中正確的有(

)A．開關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為50HzB．開關(guān)接通后，電壓表的示數(shù)為100VC．開關(guān)斷開后，電壓表的示數(shù)變大D．開關(guān)斷開后，變壓器的輸出功率不變【解析】首先應(yīng)從電壓瞬時值的表達(dá)式中獲取信息，再結(jié)合變壓器原理綜合分析．由交變電壓的瞬時值表達(dá)式知，原線圈兩端電壓的有效值為U1=V=20V，由得副線圈兩端的電壓為U2=100V，電壓表的示數(shù)為交流電的有效值，B項正確；交變電壓的頻率為f==50Hz，一個周期內(nèi)電壓兩次大于100V，即一個周期內(nèi)氖泡能兩次發(fā)光，所以其發(fā)光頻率為100Hz，A項錯誤；開關(guān)斷開前后，輸入電壓不變，變壓器的變壓比不變，故輸出電壓不變，C項錯誤；斷開后，電路消耗的功率減小，輸出功率決定輸入功率，D項錯誤．答案選B.【方法技巧小結(jié)】

正確理解交流電的瞬時值、有效值、最大值是解題的關(guān)鍵，在復(fù)習(xí)時，特別注意對交流電有效值的理解和計算；

部分考生對變壓器工作原理理解不深刻，辨不清原副線圈中的變量與不變量，理不明各量間“誰制約誰”的制約關(guān)系；導(dǎo)致錯選．【變式訓(xùn)練-2】如圖7-1-5(甲)為一理想變壓器，其原線圈與一電壓有效值不變的交流電源相連，P為滑動頭．現(xiàn)令P從均勻密繞的副線圈最底端開始，沿副線圈勻速上滑，直至白熾燈L兩端的電壓等于其額定電壓為止．用I1表示流過原線圈的電流，I2表示流過燈泡的電流，U2表示燈泡兩端的電壓，N2表示燈泡消耗的電功率(這里的電流、電壓、功率均指有效值．）下列4個圖中，能夠正確反映相應(yīng)物理量的變化趨勢的是()A．(1)(3)B．(2)(3)C．(1)(4)D．(2)(4)【解析】

副線圈是均勻繞制的且滑動頭是勻速上滑，也就是副線圈的匝數(shù)在均勻增大，根據(jù)變壓器的電壓關(guān)系(k為單位時間增加的副線圈匝數(shù))，故(3)正確；燈泡兩端的電壓由零增大時其電阻也增大，描繪的伏安特性曲線為(2)，故(2)正確；燈泡的功率增大得越來越快，(4)錯誤；原線圈功率等于燈泡消耗的電功率，由于燈泡消耗的功率增大，所以原線圈的電流一定增大，(1)錯誤，選B.

一定要畫出遠(yuǎn)距離輸電的示意圖來，包括發(fā)電機(jī)、兩臺變壓器、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)的物理量符號．求解過程中注意相應(yīng)的制約關(guān)系，同時對于動態(tài)變化過程的分析，可以借助于直流電路的動態(tài)分析方法，結(jié)合原、副線圈中電流、電壓與功率的關(guān)系進(jìn)行判斷．三、遠(yuǎn)距離輸電【例三】某小型水電站的電能輸送示意圖如圖7-1-6所示．發(fā)電機(jī)的輸出電壓為220V，輸電線總電阻為r，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)比為n1∶n2.降壓變壓器原副線匝數(shù)比為n3∶n4(變壓器均為理想變壓器)．要使額定電壓為220V的用電器正常工作，則下列表述正確的是(

)①＞②＜③升壓變壓器的輸出電壓等于降壓變壓器的輸入電壓④升壓變壓器的輸出功率大于降壓變壓器的輸入功率A．①③B．①④C．②③D．②④【解析】

從左至右，按照3個回路，結(jié)合變壓器工作原理、遠(yuǎn)距離輸電的幾個關(guān)系式進(jìn)行分析．解：根據(jù)變壓器工作原理可知=，=由于輸電線上損失一部分電壓，升壓變壓器的輸出電壓大于降壓變壓器的輸入電壓，有U2＞U3，所以>①正確，②③不正確．升壓變壓器的輸出功率等于降壓變壓器的輸入功率加上輸電線損失功率，④正確．答案選B.

遠(yuǎn)距離輸電，從圖中應(yīng)該看出功率之間的關(guān)系是：P1=P2，P3=P4，P1=Pr+P3.電壓之間的關(guān)系是：=，=，U2=Ur+U3.電流之間的關(guān)系是：=，=，I2=Ir=I3.輸電線上的功率損失和電壓損失也是需要特別注意的．分析和計算時都必須用，Ur=I2r.特別重要的是要會分析輸電線上的功率損失．Pr=()2∝【方法技巧小結(jié)】【變式訓(xùn)練-3】(2010·浙江卷)某水電站，用總電阻為2.5的輸電線輸電給500km外的用戶，其輸出電功率是3×106kW.現(xiàn)用500kV電壓輸電，則下列說法正確的是(

)A．輸電線上輸送的電流大小為2.0×105AB．輸電線上由電阻造成的損失電壓為15kVC．若改用5kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9×108kWD．輸電線上損失的功率為