高考物理二輪復(fù)習講義（講與練）專題09 恒定電流與交變電流 【講】（原卷版）

專題09恒定電流與交變電流【要點提煉】1.直流電路動態(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，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，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有充放電電流，穩(wěn)定時相當于斷路。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。副線圈回路的動態(tài)分析同直流電路的動態(tài)分析類似?！靖呖伎枷?直流電路的分析與計算】命題角度1直流電路的動態(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點固定有帶電量很小的負電荷，下列說法正確的是（）A．僅將SKIPIF1<0的滑片向下移動，電容器極板間的電壓減小B．僅將條形磁鐵向左移動靠近磁敏電阻，P點處的電場強度不變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點處負電荷的電勢能增大【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當滑動變阻器的滑片向下移動時，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，場強不變，A錯誤；B．將條形磁鐵向左移動靠近磁敏電阻時，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點處場強增大，與下板間的電勢差增大，P點電勢升高，該點處的負電荷電勢能減小，D錯誤；故選B。1．處理直流電路問題的核心規(guī)律是歐姆定律，恰當選取研究對象，研究對象可以是部分電路，也可以是整個回路。2．電路動態(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)的臺燈內(nèi)部電路示意圖如圖所示，其中甲臺燈通過變阻器調(diào)節(jié)燈泡亮度，乙臺燈通過改變理想變壓器副線圈的匪數(shù)詞節(jié)燈泡亮度，兩臺燈所用電源和燈泡均相同，下列說法正確的是（）A．兩臺燈均可使用直流電源B．甲臺燈的旋轉(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．當兩臺燈亮度相同時，電源的輸出功率相同命題角度2直流電路(含電容)的分析與計算例2.（2022·河北·模擬預(yù)測）某研究性學(xué)習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，已知電源電動勢為E，SKIPIF1<0圖線與坐標軸圍成面積為S.下列說法正確的是（）A．電容器放電時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錯誤；B．電阻R越大，電路中的電流越小，而電容器儲存的電荷量一定，所以電容器放電持續(xù)時間與電阻R的阻值有關(guān)，故B錯誤；C．SKIPIF1<0圖線與時間軸所圍的面積表示電荷量，所以電容器儲存的電荷量為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的阻值的大小會影響放電時間，但不會影響放電量的多少，也就不會影響電容C的大小的測量結(jié)果，故D錯誤。故選C。直流電路中電容器的分析(1)直流電路中，只有當電容器充、放電時，電容器支路中才會有電流，當電路穩(wěn)定時，電容器所在的支路相當于斷路。(2)電路穩(wěn)定時，與電容器串聯(lián)的電路中沒有電流，同支路的電阻相當于導(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.（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)生器后向儲能電容器C充電，使電容器獲得一定的儲能。除顫治療時，通過開關(guān)控制由儲能電容器C、線圈L及人體組成的串聯(lián)電路接通，儲能電容器C通過人體放電。已知儲能電容器電容為20SKIPIF1<0F，某次使用時，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【高考考向2交變電流的分析與計算】命題角度1交變電流的產(chǎn)生及其“四值”的分析、計算例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點的條形磁鐵，繞O點在該平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動時，兩線圈輸出正弦式交變電流。不計線圈電阻、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)生的電動勢同時達到最大值 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AD錯誤；B．因兩線圈放在同一個旋轉(zhuǎn)磁鐵的旁邊，則兩線圈產(chǎn)生的交流電的頻率相等，選項B正確；C．當磁鐵的磁極到達一線圈附近時，一個線圈的磁通量最大，感應(yīng)電動勢為0，另一個線圈通過的磁通量最小，感應(yīng)電動勢最大，可知兩線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢不可能同時達到最大值，選項C錯誤。故選B。1．線圈通過中性面時的特點(1)穿過線圈的磁通量最大。(2)線圈中的感應(yīng)電動勢為零。(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值表達式的方法書寫交變電流瞬時值表達式時要注意是從線圈位于中性面的位置開始計時，還是從線圈位于與中性面垂直的位置開始計時。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時，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時，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、定時間：設(shè)將交變電流加在阻值為R的電阻上，時間取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間接風扇。下列表述正確的是（）A．接入風扇的交流電頻率為100HzB．觸頭P轉(zhuǎn)到線圈中間位置時，風扇所加電壓為110VC．觸頭P順時針旋轉(zhuǎn)時，A、B間輸入電流增大D．觸頭P順時針旋轉(zhuǎn)時，風扇的轉(zhuǎn)速加快命題角度2理想變壓器及遠距離輸電的分析、計算例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。則在將滑動觸頭從SKIPIF1<0點順時針旋轉(zhuǎn)到SKIPIF1<0點的過程中（）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，在滑動觸頭由M點移動到N點的過程中，相當于副線圈匝數(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，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，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)運行的1100kV特高壓直流輸電工程是目前世界上電壓等級最高、輸送距離最遠、技術(shù)水平最先進的輸電工程，輸電容量可達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；直流和交流逆變時有效值不發(fā)生改變。當直流線路輸電的電流為SKIPIF1<0時，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輸電時減少SKIPIF1<04-2.（2022·河北·高考真題）張家口市壩上地區(qū)的風力發(fā)電場是北京冬奧會綠色電能的主要供應(yīng)地之一，其發(fā)電、輸電簡易模型如圖所示，已知風輪機葉片轉(zhuǎn)速為每秒z轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)速比為SKIPIF1<0