重難點10 穩(wěn)恒電流和交流電流 （教師版含解析）-高考物理專練(新高考專用)

高考物理【熱點·重點·難點】專練(新高考專用)重難點10穩(wěn)恒電流和交流電流【知識梳理】一、直流電路的分析與計算1．直流電路動態(tài)分析的3種方法(1)程序法R局eq\o(→,\s\up11(增大),\s\do4(減小))I總＝eq\f(E,R＋r)eq\o(→,\s\up11(減小),\s\do4(增大))U內(nèi)＝I總req\o(→,\s\up11(減小),\s\do4(增大))U外＝E－U內(nèi)eq\o(→,\s\up11(增大),\s\do4(減小))確定U支、I支。(2)結(jié)論法——“串反并同”(電源內(nèi)阻不能忽略)“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)。(3)極限法因變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，可將變阻器的滑片分別滑至兩個極端，使電阻最大或電阻為零去討論。2．求解功率最值問題的2點技巧(1)定值電阻的功率：P定＝I2RR為定值電阻，P定只與電流有關(guān)系，當(dāng)R外最大時，I最小，P定最小，當(dāng)R外最小時，I最大，P定最大。(2)電源的輸出功率：P＝eq\f(E2R外,r＋R外2)＝eq\f(E2,\f(R外－r2,R外)＋4r)。當(dāng)R外＝r時，P出＝eq\f(E2,4r)最大。.解決最大功率問題的兩點注意(1)解決最大功率問題時，要弄清是定值電阻還是可變電阻的最大功率，定值電阻的最大功率用P＝I2R＝eq\f(U2,R)分析，可變電阻的最大功率用等效電源法求解。(2)電源輸出功率最大時，效率不是最大，只有50%。3.電路中常見的圖像分析類別線性元件非線性元件電源圖象物理意義反映I和U的正比關(guān)系反映I和U的非正比關(guān)系反映電源的輸出特性，縱軸截距為電源電動勢，橫軸截距為短路電流注意問題圖線的斜率的倒數(shù)表示導(dǎo)體的電阻，R＝eq\f(U,I)＝eq\f(ΔU,ΔI)，遵從歐姆定律圖線的斜率僅表示電阻的變化趨勢，某點的電阻值需用點的坐標(biāo)值計算，即R＝eq\f(U1,I1)圖線斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻(注意縱坐標(biāo)數(shù)值是否從零開始)二、交流電的產(chǎn)生及“四值”的應(yīng)用1．兩個特殊位置的特點(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．2．正弦交流電“四值”的應(yīng)用三、變壓器和遠(yuǎn)距離輸電1．理想變壓器動態(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．2．理想變壓器問題分析技巧(1)根據(jù)題意分清變量和不變量；(2)弄清“誰決定誰”的制約關(guān)系．對電壓而言，輸入決定輸出；對電流、電功(率)而言，輸出決定輸入．3．遠(yuǎn)距離輸電問題的解題關(guān)鍵(1)整個輸電線路由三個回路組成，回路間通過變壓器建立聯(lián)系．(2)關(guān)鍵是通過分析，利用題目條件，首先求出中間回路的電流．四、理想變壓器的動態(tài)分析常見的理想變壓器的動態(tài)分析一般分匝數(shù)比不變和負(fù)載電阻不變兩種情況.1.匝數(shù)比不變的情況(如圖甲所示)(1)U1不變，根據(jù)，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，不論負(fù)載電阻R如何變化，U2不變.(2)當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時，I2變化，輸出電流I2決定輸入電流I1，故I1發(fā)生變化.(3)I2變化引起P2變化，P1=P2，故P1發(fā)生變化.2.負(fù)載電阻不變的情況(如圖乙所示)(1)U1不變，發(fā)生變化，故U2變化.(2)R不變，U2變化，故I2發(fā)生變化.(3)根據(jù)P2=，P2發(fā)生變化，再根據(jù)P1=P2，故P1變化，P1=U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變化.【命題特點】這部分知識主要考查電路動態(tài)分析和變壓器相結(jié)合的問題，一般以選擇題的形式出現(xiàn)。【限時檢測】(建議用時：30分鐘)一、單選題1．(2021·全國高三專題練習(xí))某學(xué)校創(chuàng)建綠色校園，如圖甲所示為新裝的一批節(jié)能路燈，該路燈通過光控開關(guān)實現(xiàn)自動控制：路燈的亮度可自動隨周圍環(huán)境的亮度改變而改變。如圖乙所示為其內(nèi)部電路簡化原理圖，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，為光敏電阻(光照強(qiáng)度增加時，其電阻值減小)。現(xiàn)增加光照強(qiáng)度，則下列判斷錯誤的是()A．燈都變暗 B．電源的輸出功率變小C．電源的效率變小 D．上電流的變化量大于上電流的變化量【答案】B【解析】A．光照強(qiáng)度增加，光敏電阻的阻值減小，電路的總電阻減小，故電路的總電流增大，電源內(nèi)電壓增大，路端電壓減小，A燈變暗，流過的電流增大，兩端的電壓增大，兩端電壓減小，B燈兩端的電壓減小，B燈變暗，A正確，不符合題意；B．由電路的輸出功率和外電路電阻的關(guān)系圖因不知內(nèi)阻和外阻之間的關(guān)系，因此無法判斷輸出功率的變化，B錯誤，符合題意；C．電源的效率為，路端電壓減小，電源的效率變小，C正確，不符合題意；D．通過的電流等于通過光敏電阻的電流與通過B燈的電流之和，根據(jù)前面的分析，通過B燈的電流減小，而通過的電流增大，故上電流的變化量大于上電流的變化量，D正確，不符合題意。故選B。2．(2021·全國高三專題練習(xí))如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，發(fā)電機(jī)的輸出電壓U1、輸電線的電阻及理想變壓器的匝數(shù)均不變，當(dāng)用戶開啟的用電器越來越多時，下列表述正確的是()A．升壓變壓器副線圈電壓U2降低 B．降壓變壓器原線圈電壓U3升高C．輸電線消耗的功率增大 D．發(fā)電機(jī)的輸出功率不變【答案】C【解析】A．發(fā)電機(jī)的輸出電壓U1不變，升壓變壓器匝數(shù)比不變，則副線圈電壓U2不變，A錯誤；BC．當(dāng)用電器增多時，功率增大，降壓變壓器的輸出電流增大，則降壓變壓器原線圈電流增大，輸電線上的電流增大，可知輸電線上的功率損失增大、輸電線上的電壓損失增大，進(jìn)一步導(dǎo)致降壓變壓器的輸入電壓U3減小，B錯誤，C正確；D．用戶開啟的用電器增多，消耗的功率增大，發(fā)電機(jī)輸出功率隨之增大，D錯誤。故選C。3．(2021·湖北鄂州市·高三期末)含有理想變壓器的電路如圖所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為81Ω、1Ω、80Ω，U為正弦交流電壓源，輸出電壓的有效值恒定。開關(guān)S斷開時變壓器輸出功率與S閉合時變壓器輸出功率相等，該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為()A．5﹕2 B．4﹕3 C．3﹕1 D．2﹕1【答案】C【解析】由于開關(guān)S斷開時變壓器輸出功率與S閉合時變壓器輸出功率相等，設(shè)開關(guān)S斷開時副線圈的電流強(qiáng)度為I1、S閉合時副線圈的電流強(qiáng)度為I2，則有解得設(shè)變壓器原副線圈的匝數(shù)比為k，開關(guān)斷開時，原線圈的電流強(qiáng)度為，電壓為，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得開關(guān)閉合時，原線圈的電流強(qiáng)度為，電壓為，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得解得故選C。4．(2020·寧夏銀川市·銀川一中高三月考)小明坐在汽車的副駕駛位上看到一個現(xiàn)象：當(dāng)汽車的電動機(jī)啟動時，汽車的車燈會瞬時變暗。汽車的電源、電流表、車燈、電動機(jī)連接的簡化電路如圖所示，已知汽車電源電動勢為15V，內(nèi)阻為0.1Ω。車燈接通電動機(jī)未啟動時，電流表示數(shù)為15A(車燈可看作不變的電阻)；電動機(jī)啟動的瞬間，電流表示數(shù)達(dá)到60A，電動機(jī)的線圈電阻為0.1Ω。下列論述正確的是()A．車燈接通電動機(jī)未啟動時，車燈的功率為225WB．電動機(jī)啟動時，車燈的功率為54WC．電動機(jī)啟動時輸出的機(jī)械功率為195WD．電動機(jī)啟動時，電源輸出的功率為540W【答案】D【解析】A．根據(jù)閉合電路的歐姆定律得燈泡電阻為車燈的功率為A錯誤；B．電動機(jī)啟動時，路端電壓為車燈的功率為B錯誤；C．電動機(jī)啟動時，電動機(jī)的電流為電動機(jī)啟動時輸出的機(jī)械功率為C錯誤；D．電動機(jī)啟動時，電源輸出的功率為D正確。故選D。二、多選題5．(2021·貴州省思南中學(xué)高三月考)如圖所示，理想變壓器原副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，b是原線圈的中心抽頭，副線圈兩端接有理想交流電壓表和電流表、開關(guān)S、以及定值電阻、，在原線圈c、d兩端加上正弦交變電壓。則下列說法正確的是()A．單刀雙擲開關(guān)置于a，當(dāng)閉合開關(guān)S時，電流表示數(shù)變大，電壓表示數(shù)變大B．單刀雙擲開關(guān)置于a，當(dāng)閉合開關(guān)S時，電流表示數(shù)變大，電壓表示數(shù)不變C．保持開關(guān)S閉合，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時，副線圈電流的頻率變小D．保持開關(guān)S閉合，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時，原線圈的輸入功率變大【答案】BD【解析】AB．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)置于a，閉合開關(guān)S，總電阻變小，電壓不變，電壓表示數(shù)不變，則電流表示數(shù)變大，故A錯誤，B正確；C．變壓器不改變交流電源的頻率，將單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時，其他部分不變，副線圈的頻率不變，故C錯誤；D．當(dāng)單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時，原線圈的匝數(shù)變小，所以副線圈的輸出的電壓要變大，副線圈的功率變大，則原線圈的輸入功率也要變大，故D正確；故選BD。6．(2021·全國高三專題練習(xí))如圖所示，圖線1表示電阻為R1的導(dǎo)體A的伏安特性曲線，圖線2表示電阻為R2的導(dǎo)體B的伏安特性曲線，則下列說法正確的是()A．R1：R2=1：3B．把A拉長為原來的3倍后其電阻等于B的電阻R2C．將A與B串聯(lián)后接在電源上，二者消耗的功率之比P1：P2=1：3D．將A與B并聯(lián)后接在電源上，通過二者的電流之比I1：I2=1：3【答案】AC【解析】A．根據(jù)I--U圖像知，圖線的斜率表示電阻的倒數(shù)，所以R1∶R2＝1∶3，故A正確；B．根據(jù)公式可得，把A拉長為原來的3倍后，橫截面積減小為原來的，所以電阻變?yōu)樵瓉淼?倍，故B錯誤；C．串聯(lián)電路電流相等，將A與B串聯(lián)后接在電源上，根據(jù)公式P＝I2R可得消耗的功率之比P1∶P2＝1∶3，故C正確；D．并聯(lián)電路電壓相等，電流之比等于電阻之反比，所以將A與B并聯(lián)后接在電源上，通過二者的電流之比I1∶I2＝3∶1，故D錯誤。故選AC。三、解答題7．(2021·江蘇高三專題練習(xí))如圖所示，電源電動勢為12V，內(nèi)阻為1，電阻R1為1，R2為6。開關(guān)閉合后，電動機(jī)恰好正常工作。已知電動機(jī)額定電壓U為6V，線圈電阻RM為0.5，問：電動機(jī)正常工作時產(chǎn)生的機(jī)械功率是多大？【答案】10W【解析】設(shè)流過干路的電流為I，根據(jù)閉合電路的歐姆定律有解得I=3A設(shè)流過R2的電流為I2，則有設(shè)流過電動機(jī)的電流為IM=I-I2電動機(jī)的輸入功率為P1=UIM電動機(jī)的熱功率為電動機(jī)的機(jī)械功率為P3=P1-P2=10W8．(2020·全國高三專題練習(xí))一個小型水力發(fā)電站發(fā)電機(jī)輸出交流電壓為500V，輸出電功率為50kW，用總電阻為3.0Ω的輸電線向遠(yuǎn)處居民區(qū)供電。求：(1)若直接采用500V電壓輸電，這時居民獲得的電功率P1。(2)若采用高壓輸電，先將電