新高考物理二輪復(fù)習(xí)講義+分層練習(xí)專題09 恒定電流與交變電流 講義（含解析）

專題09恒定電流與交變電流【要點(diǎn)提煉】1.直流電路動(dòng)態(tài)分析方法(1)程序法：基本思路是“部分→整體→部分”，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，最后由部分電路歐姆定律及串聯(lián)分壓、并聯(lián)分流等規(guī)律判斷各部分的變化情況。(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)?！安⑼保褐改骋浑娮柙龃?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)。2．電容器僅在充放電時(shí)有充放電電流，穩(wěn)定時(shí)相當(dāng)于斷路。3．交流電有效值的求法(1)正弦式交流電的峰值是有效值的“eq\r(2)”倍。(2)非正弦式交流電的有效值根據(jù)定義求解，即有效值與一個(gè)周期通過相同電阻產(chǎn)生相同熱量的恒定電流的值相同。4．交流電四值的用法(1)求電功、電熱用有效值。(2)求通過導(dǎo)體橫截面的電荷量用平均值。(3)判斷二極管、電容器是否被擊穿，將耐壓值與峰值比較。(4)判斷保險(xiǎn)絲是否被熔斷，將熔斷值同有效值比較。5．含變壓器電路的動(dòng)態(tài)分析(1)決定關(guān)系：變壓器原線圈輸入電壓決定副線圈輸出電壓；副線圈回路電流或輸出功率決定原線圈電流或輸入功率。(2)動(dòng)態(tài)分析：從電源到用戶分析電壓，從用戶到電源分析電流或功率。副線圈回路的動(dòng)態(tài)分析同直流電路的動(dòng)態(tài)分析類似?！靖呖伎枷?直流電路的分析與計(jì)算】命題角度1直流電路的動(dòng)態(tài)分析例1.（2022·湖南·模擬預(yù)測）如圖所示，電路中D為二極管，SKIPIF1<0為滑動(dòng)變阻器，SKIPIF1<0為磁敏電阻，磁敏電阻的阻值隨所處空間磁場的增強(qiáng)而增大，隨所處空間磁場的減弱而減小，置于真空中的平行板電容器水平放置，上板接地，極板間的P點(diǎn)固定有帶電量很小的負(fù)電荷，下列說法正確的是（）A．僅將SKIPIF1<0的滑片向下移動(dòng)，電容器極板間的電壓減小B．僅將條形磁鐵向左移動(dòng)靠近磁敏電阻，P點(diǎn)處的電場強(qiáng)度不變C．僅將電容器的上板稍向左移，電容器極板間的電壓減小D．僅將電容器的上板稍向下移，P點(diǎn)處負(fù)電荷的電勢能增大【答案】B【詳解】A．根據(jù)電容器定義式和決定式SKIPIF1<0，SKIPIF1<0聯(lián)立可得SKIPIF1<0當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向下移動(dòng)時(shí)，SKIPIF1<0兩端的電壓減小，但由于二極管的單向?qū)щ娦裕娙萜鞑荒芊烹?，極板間的電壓不變，場強(qiáng)不變，A錯(cuò)誤；B．將條形磁鐵向左移動(dòng)靠近磁敏電阻時(shí)，磁敏電阻的阻值增大，SKIPIF1<0兩端的電壓減小，但由于二極管的單向?qū)щ娦?，電容器不能放電，極板間的電壓不變，場強(qiáng)不變，B正確；C．將電容器的上板稍向左移，極板電荷量不能減小，由于電容SKIPIF1<0減小，可知極板間電壓增大，C錯(cuò)誤；D．將電容器的上板稍向下移，電容SKIPIF1<0增大，極板間電壓不變，極板電荷量增加，SKIPIF1<0點(diǎn)處場強(qiáng)增大，與下板間的電勢差增大，P點(diǎn)電勢升高，該點(diǎn)處的負(fù)電荷電勢能減小，D錯(cuò)誤；故選B。1．處理直流電路問題的核心規(guī)律是歐姆定律，恰當(dāng)選取研究對象，研究對象可以是部分電路，也可以是整個(gè)回路。2．電路動(dòng)態(tài)分析最基本的方法是程序法。1.（2022·北京市昌平區(qū)前鋒學(xué)校二模）甲、乙兩種亮度可調(diào)的臺(tái)燈內(nèi)部電路示意圖如圖所示，其中甲臺(tái)燈通過變阻器調(diào)節(jié)燈泡亮度，乙臺(tái)燈通過改變理想變壓器副線圈的匪數(shù)詞節(jié)燈泡亮度，兩臺(tái)燈所用電源和燈泡均相同，下列說法正確的是（）A．兩臺(tái)燈均可使用直流電源B．甲臺(tái)燈的旋轉(zhuǎn)開關(guān)從1調(diào)到4的過程中，燈泡逐漸變暗C．乙臺(tái)燈的旋轉(zhuǎn)開關(guān)從1調(diào)到4的過程中，燈泡逐漸變亮D．當(dāng)兩臺(tái)燈亮度相同時(shí)，電源的輸出功率相同【答案】C【詳解】A．由于乙燈是使用的變壓器，因此必須用交流電源，A錯(cuò)誤；B．甲燈旋轉(zhuǎn)開關(guān)從1調(diào)到4的過程中，接入的電阻阻值減小，電路電流增大，燈泡逐漸變亮，B錯(cuò)誤；C．乙臺(tái)燈的旋轉(zhuǎn)開關(guān)從1調(diào)到4的過程中，副線圈的匝數(shù)增大。根據(jù)變壓器原理，原副線圈的匝數(shù)比與原副線圈的電壓比相等，因此副線圈電壓將增大，C正確；D．當(dāng)兩臺(tái)燈亮度相同時(shí)，甲圖電源功率為EI，而乙圖電源功率為SKIPIF1<0，其中k為原副線圈匝數(shù)比，D錯(cuò)誤；故選C。命題角度2直流電路(含電容)的分析與計(jì)算例2.（2022·河北·模擬預(yù)測）某研究性學(xué)習(xí)小組用如圖甲所示裝置研究平行板電容器的放電現(xiàn)象，開關(guān)先置于1位置對電容器充電，穩(wěn)定后，開關(guān)置于2位置，利用電流傳感器記錄電容器放電過程，作出SKIPIF1<0圖線如圖乙所示，已知電源電動(dòng)勢為E，SKIPIF1<0圖線與坐標(biāo)軸圍成面積為S.下列說法正確的是（）A．電容器放電時(shí)通過電流傳感器的電流減小得越來越快B．電容器放電持續(xù)時(shí)間與電阻R的阻值沒有關(guān)系C．電容C的大小等于SKIPIF1<0D．電阻R的阻值會(huì)影響電容C的測量結(jié)果【答案】C【詳解】A．由題圖乙可知，SKIPIF1<0圖線的斜率的絕對值越來越小，說明流過電流傳感器的電流減小得越來越慢，故A錯(cuò)誤；B．電阻R越大，電路中的電流越小，而電容器儲(chǔ)存的電荷量一定，所以電容器放電持續(xù)時(shí)間與電阻R的阻值有關(guān)，故B錯(cuò)誤；C．SKIPIF1<0圖線與時(shí)間軸所圍的面積表示電荷量，所以電容器儲(chǔ)存的電荷量為S，根據(jù)電容的定義式SKIPIF1<0可得電容C的大小為SKIPIF1<0故C正確；D．電阻R的阻值的大小會(huì)影響放電時(shí)間，但不會(huì)影響放電量的多少，也就不會(huì)影響電容C的大小的測量結(jié)果，故D錯(cuò)誤。故選C。直流電路中電容器的分析(1)直流電路中，只有當(dāng)電容器充、放電時(shí)，電容器支路中才會(huì)有電流，當(dāng)電路穩(wěn)定時(shí)，電容器所在的支路相當(dāng)于斷路。(2)電路穩(wěn)定時(shí)，與電容器串聯(lián)的電路中沒有電流，同支路的電阻相當(dāng)于導(dǎo)線，電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的電阻(或電路)兩端的電壓。2.-1.（2022·福建省龍巖第一中學(xué)模擬預(yù)測）心臟除顫器多數(shù)采用RLC阻尼放電的方法，其充、放電基本原理如圖所示。直流低壓經(jīng)高壓直流發(fā)生器后向儲(chǔ)能電容器C充電，使電容器獲得一定的儲(chǔ)能。除顫治療時(shí)，通過開關(guān)控制由儲(chǔ)能電容器C、線圈L及人體組成的串聯(lián)電路接通，儲(chǔ)能電容器C通過人體放電。已知儲(chǔ)能電容器電容為20SKIPIF1<0F，某次使用時(shí)，充電后電容器的電壓為4.0kV，放電后電容器兩極板電壓為0，則這次放電通過人體的電荷量為（）A．0.5C B．0.08C C．0.8C D．0.2C【答案】B【詳解】電容器電荷量Q=CU=0.08C電感線圈只影響放電電流變化，不影響放電電荷量，故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選B?！靖呖伎枷?交變電流的分析與計(jì)算】命題角度1交變電流的產(chǎn)生及其“四值”的分析、計(jì)算例3.（2022·廣東·高考真題）圖是簡化的某種旋轉(zhuǎn)磁極式發(fā)電機(jī)原理圖。定子是僅匝數(shù)n不同的兩線圈，SKIPIF1<0，二者軸線在同一平面內(nèi)且相互垂直，兩線圈到其軸線交點(diǎn)O的距離相等，且均連接阻值為R的電阻，轉(zhuǎn)子是中心在O點(diǎn)的條形磁鐵，繞O點(diǎn)在該平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩線圈輸出正弦式交變電流。不計(jì)線圈電阻、自感及兩線圈間的相互影響，下列說法正確的是（）A．兩線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢的有效值相等 B．兩線圈產(chǎn)生的交變電流頻率相等C．兩線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢同時(shí)達(dá)到最大值 D．兩電阻消耗的電功率相等【答案】B【詳解】AD．根據(jù)SKIPIF1<0可得兩線圈中磁通量的變化率相等，但是匝數(shù)不等，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢最大值不相等，有效值也不相等；根據(jù)SKIPIF1<0可知，兩電阻的電功率也不相等，選項(xiàng)AD錯(cuò)誤；B．因兩線圈放在同一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁鐵的旁邊，則兩線圈產(chǎn)生的交流電的頻率相等，選項(xiàng)B正確；C．當(dāng)磁鐵的磁極到達(dá)一線圈附近時(shí)，一個(gè)線圈的磁通量最大，感應(yīng)電動(dòng)勢為0，另一個(gè)線圈通過的磁通量最小，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，可知兩線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢不可能同時(shí)達(dá)到最大值，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。故選B。1．線圈通過中性面時(shí)的特點(diǎn)(1)穿過線圈的磁通量最大。(2)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢為零。(3)線圈每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流的方向改變一次。2．求解正弦式交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的方法書寫交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式時(shí)要注意是從線圈位于中性面的位置開始計(jì)時(shí)，還是從線圈位于與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí)。具體求解步驟如下：(1)確定正弦式交變電流的峰值。根據(jù)已知圖象或由公式Em＝NBSω求出相應(yīng)峰值，其中ω＝eq\f(2π,T)＝2πf＝2πn。注意：正弦式交流電的峰值Em＝NBSω，與線圈形狀無關(guān)。(2)明確線圈的初始位置，找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。①若從線圈位于中性面的位置開始計(jì)時(shí)，則e-t圖象為正弦函數(shù)圖象，e＝Emsinωt；②若從線圈位于垂直中性面的位置開始計(jì)時(shí)，則e-t圖象為余弦函數(shù)圖象，e＝Emcosωt。3．求解交變電流有效值的兩種方法公式法對于按正弦(余弦)規(guī)律變化的電流，可先根據(jù)Em＝NBSω求出最大值，再根據(jù)E＝eq\f(Em,\r(2))求出有效值，然后結(jié)合歐姆定律求得I＝eq\f(Im,\r(2))、U＝eq\f(Um,\r(2))定義法步驟(1)設(shè)阻值、定時(shí)間：設(shè)將交變電流加在阻值為R的電阻上，時(shí)間取t＝T(2)求熱量：Q＝Q1＋Q2＋…(分段法)(3)求解有效值：根據(jù)Q＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t求解有效值I、U3.（2022·廣東·江門市新會(huì)東方紅中學(xué)模擬預(yù)測）如圖甲為教室的掛扇，圖乙為一種自耦調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)示意圖，線圈均勻繞在圓環(huán)形鐵芯上。若在A、B端輸入電壓按SKIPIF1<0規(guī)律變化的交流電，在B、C間接風(fēng)扇。下列表述正確的是（）A．接入風(fēng)扇的交流電頻率為100HzB．觸頭P轉(zhuǎn)到線圈中間位置時(shí)，風(fēng)扇所加電壓為110VC．觸頭P順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，A、B間輸入電流增大D．觸頭P順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速加快【答案】B【詳解】A．由交流電源電壓的表達(dá)式可知SKIPIF1<0SKIPIF1<0則有交流電的頻率為SKIPIF1<0自耦調(diào)壓器不改變交流電的頻率，所以接入風(fēng)扇的交流電頻率為50Hz，A錯(cuò)誤；B．交流電源電壓的有效值為SKIPIF1<0此電壓加在線圈的A、B兩端，所以觸頭P轉(zhuǎn)到線圈中間位置時(shí)，風(fēng)扇所加電壓為110V，B正確；CD．觸頭P順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，B、C間的線圈匝數(shù)減少，電壓減小，給風(fēng)扇所加電壓減小，風(fēng)扇電流減小，自耦調(diào)壓器的輸出功率減小，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速減慢；輸入功率減小，輸入電壓有效值不變，A、B間輸入電流減小，CD錯(cuò)誤。故選B。命題角度2理想變壓器及遠(yuǎn)距離輸電的分析、計(jì)算例4.（2022·遼寧·模擬預(yù)測）圖示為一自耦變壓器，環(huán)形鐵芯上只繞有一個(gè)線圈，將其作為原線圈，其兩端SKIPIF1<0、SKIPIF1<0間輸入電壓為SKIPIF1<0的交變電流?，F(xiàn)通過滑動(dòng)觸頭取該線圈SKIPIF1<0、SKIPIF1<0間部分作為副線圈，SKIPIF1<0、SKIPIF1<0間的輸出電壓為SKIPIF1<0。則在將滑動(dòng)觸頭從SKIPIF1<0點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到SKIPIF1<0點(diǎn)的過程中（）A．SKIPIF1<0，SKIPIF1<0降低 B．SKIPIF1<0，SKIPIF1<0升高C．SKIPIF1<0，SKIPIF1<0降低 D．SKIPIF1<0，SKIPIF1<0升高【答案】A【詳解】a、b間作為原線圈（匝數(shù)不變，接電壓為U1的交變電流，在滑動(dòng)觸頭由M點(diǎn)移動(dòng)到N點(diǎn)的過程中，相當(dāng)于副線圈匝數(shù)變少，由變壓器工作原理SKIPIF1<0知SKIPIF1<0SKIPIF1<0降低。故選A。原線圈串聯(lián)或并聯(lián)負(fù)載的變壓器問題的解題策略(1)變壓器原、副線圈間的電壓關(guān)系、電流關(guān)系仍然滿足變壓器原理，原線圈的輸入功率仍然等于副線圈的輸出功率。(2)原線圈端串聯(lián)分壓電阻時(shí)，輸入端前端電壓等于分壓電阻的電壓和變壓器輸入電壓之和；原線圈端并聯(lián)分流電阻時(shí)，輸入端前端電流等于分流電阻的電流與原線圈電流之和。(3)理想變壓器改變的是電壓和電流，不能改變頻率和功率。4-1.（2022·四川·模擬預(yù)測）我國已投產(chǎn)運(yùn)行的1100kV特高壓直流輸電工程是目前世界上電壓等級(jí)最高、輸送距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進(jìn)的輸電工程，輸電容量可達(dá)1200萬千瓦。輸電的簡化流程可用下圖展示。若直流輸電的線路電阻為10Ω；變壓、整流過程中的電能損失忽略不計(jì)；直流和交流逆變時(shí)有效值不發(fā)生改變。當(dāng)直流線路輸電的電流為SKIPIF1<0時(shí)，下列說法正確的是（）A．輸電功率為SKIPIF1<0B．輸電導(dǎo)線上損失的功率為SKIPIF1<0，損失的電壓為50kVC．降壓變壓器匝數(shù)比應(yīng)等于2：1D．若保持輸送功率不變，用550kV輸電，用戶得到的功率比1100kV輸電時(shí)減少SKIPIF1<0【答案】B【詳解】A．依題意，可得輸電功率為SKIPIF1<0故A錯(cuò)誤；B．輸電導(dǎo)線上損失的功率為SKIPIF1<0損失的壓為SKIPIF1<0故B正確；C．逆變成交流電的有效值為SKIPIF1<0受端換流站的電壓為550kV，則降壓變壓器匝數(shù)比SKIPIF1<0故C錯(cuò)誤；D．若保持輸送功率不變，用550kV輸電，則輸送電流為SKIPIF1<0用戶得到的