2019年高考物理大二輪復(fù)習 專題訓練六 第2課時 直流電路和交流電路.doc
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2019年高考物理大二輪復(fù)習 專題訓練六 第2課時 直流電路和交流電路 1．純電阻電路和非純電阻電路的電功、電功率的比較 (1)純電阻電路：電功W＝UIt，電功率P＝UI，且電功全部轉(zhuǎn)化為電熱，有W＝Q＝UIt＝t＝I2Rt，P＝UI＝＝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，電功率大于電熱功率，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＝I2Rt、P熱＝I2R. 2．電源的功率和效率 (1)電源的幾個功率 ①電源的總功率：P總＝EI ②電源內(nèi)部消耗的功率：P內(nèi)＝I2r ③電源的輸出功率：P出＝UI＝P總－P內(nèi) (2)電源的效率η＝100%＝100% 3．交流電的“四值” (1)最大值Em＝NBSω. (2)瞬時值e＝NBSωsin_ωt. (3)有效值：正弦式交流電的有效值E＝；非正弦式交流電的有效值必須根據(jù)電流的熱效應(yīng)，用等效的思想來求解．計算交流電路的電功、電功率和測定交流電路的電壓、電流都是指有效值． (4)平均值：＝n，常用來計算通過電路的電荷量． 4．理想變壓器的基本關(guān)系式 (1)功率關(guān)系：P入＝P出． (2)電壓關(guān)系：＝. (3)電流關(guān)系：只有一個副線圈時＝. 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——“并同串反”： “并同”：指某一電阻增大(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)． “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). 考向1 直流電路的動態(tài)分析 例1 如圖1所示，平行金屬板中帶電質(zhì)點P原來處于靜止狀態(tài)，不考慮電流表和電壓表對電路的影響，R1的阻值和電源內(nèi)阻r相等．當滑動變阻器R4的滑片向b端移動時，則( ) 圖1 A．R3上消耗的功率逐漸增大 B．電流表讀數(shù)減小，電壓表讀數(shù)增大 C．電源的輸出功率逐漸增大 D．質(zhì)點P將向上運動 審題突破 當R4的滑片向b端移動時，其電阻如何變化？電容器兩極板間電壓和哪部分電路電壓相等？如何分析電源的輸出功率變化情況？ 解析 滑動變阻器R4的滑片向b端移動時，R4的阻值越來越小，故并聯(lián)電路的總電阻減小，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓規(guī)律可得：R3的電壓減小，消耗的功率減小，故A錯誤；電容器電壓等于R3的，故也減小，所以質(zhì)點P將向下運動，所以D錯誤；外電路總電阻減小，所以干路電流I1增大，而R3的電流I3減小，根據(jù)I1＝I3＋IA，可得電流表讀數(shù)IA增大，所以B錯誤；因R1的阻值和電源內(nèi)阻r相等，故外電路電阻大于電源內(nèi)阻，且逐漸減小，由輸出功率與外電阻的關(guān)系可得：電源的輸出功率在增大，所以C正確． 答案 C 某同學準備用一種金屬絲制作一只電阻溫度計．他先通過實驗描繪出一段金屬絲的U－I曲線，如圖2甲所示．再將該金屬絲與某一定值電阻R0串聯(lián)接在電路中，用電壓表(電壓表的內(nèi)阻遠大于金屬絲的電阻)與金屬絲并聯(lián)，并在電壓表的表盤上標注溫度值，制成電阻溫度計，如圖乙所示．下列說法中正確的是( ) 圖2 A．從圖甲可知，該金屬絲的阻值隨溫度的升高而減小 B．圖乙中電壓表的指針偏轉(zhuǎn)角越大，溫度值越小 C．選用不同阻值的R0可以改變溫度計的量程，R0越大，量程越大 D．溫度越高，電源消耗的功率越大 答案 C 解析 從圖甲可知，圖線上的點與原點連線的斜率表示電阻的大小，故該金屬絲的阻值隨溫度的升高而增大，所以A錯誤；圖乙中電壓表的指針偏轉(zhuǎn)角越大，說明RT的阻值越大，即溫度越高，所以B錯誤；若R0越大，電壓表要偏轉(zhuǎn)同樣的角度，需RT的阻值更大，即溫度更高，量程越大，所以C正確；溫度越高，RT的阻值越大，電路電流越小，所以電源消耗的功率P＝EI越小，故D錯誤． 考向2 交流電的產(chǎn)生和描述 例2 如圖3甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機，電阻為r＝2 Ω矩形線圈在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與右側(cè)電路連接，右側(cè)電路中滑動變阻器R的最大阻值為R0＝ Ω，滑動片P位于滑動變阻器中央，定值電阻R1＝R0、R2＝，其他電阻不計．從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，閉合開關(guān)S，線圈轉(zhuǎn)動過程中理想交流電壓表示數(shù)是10 V，圖乙是矩形線圈磁通量隨時間t變化的圖象，則下列說法正確的是( ) 圖3 A．電阻R2上的熱功率為 W B．0.02 s時滑動變阻器R兩端的電壓瞬時值為零 C．線圈產(chǎn)生的e隨時間t變化的規(guī)律是 e＝10cos 100πt (V) D．線圈開始轉(zhuǎn)動到t＝ s的過程中，通過R1的電荷量為 C 解析 R總＝R1＋＋＝R0＝10 Ω，I＝ A＝1 A，UR2＝ V，根據(jù)公式P＝得電阻R2上的熱功率為PR2＝ W，故A正確；0.02 s通過線圈的磁通量為零，感應(yīng)電動勢最大，故B錯誤；T＝0.02 s，ω＝＝100π rad/s，E＝10 V＋12 V＝12 V，e＝12cos 100πt(V)，故C錯誤；電動勢的最大值為Em＝12 V＝nBSω，Φm＝BS＝(Wb)，Φ＝sin 100πt(Wb)，線圈開始轉(zhuǎn)動到t＝ s的過程中，通過電阻的電量為＝ C，故D正確． 答案 AD 以題說法 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．交流電“四值”的應(yīng)用 (1)最大值：分析電容器的耐壓值； (2)瞬時值：計算閃光電器的閃光時間、線圈某時刻的受力情況； (3)有效值：電表的讀數(shù)及計算電熱、電功、電功率及保險絲的熔斷電流； (4)平均值：計算通過電路截面的電荷量． (xx天津7)如圖4甲所示，在勻強磁場中，一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速，繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的交變電動勢圖象如圖乙中曲線a、b所示，則( ) 圖4 A．兩次t＝0時刻線圈平面均與中性面重合 B．曲線a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為2∶3 C．曲線a表示的交變電動勢頻率為25 Hz D．曲線b表示的交變電動勢有效值為10 V 答案 AC 解析 A．從圖象可知，兩次轉(zhuǎn)動都是從中性面開始計時的，故A正確．B.從圖象可知，曲線a、b對應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)動的周期之比為2∶3，則轉(zhuǎn)速之比為3∶2，故B錯誤．C.由圖象可知曲線a的周期Ta＝410－2 s，則曲線a表示的交變電動勢頻率fa＝＝25 Hz，故C正確．D.交變電動勢的最大值Em＝NBSω，則曲線a、b表示的交變電動勢的峰值之比為Ema∶Emb＝ωa∶ωb＝3∶2，即Emb＝Ema＝10 V，故曲線b表示的交變電動勢的有效值為E有＝ V＝5 V，D錯誤． 考向3 變壓器和遠距離輸電問題 例3 (xx湖北省八校第二次聯(lián)考)如圖5為學校配電房向各個教室的供電示意圖，T為理想變壓器，V1、A1為監(jiān)控市電供電端的電壓表和電流表，V2、A2為監(jiān)控校內(nèi)變壓器的輸出電壓表和電流表，R1、R2為教室的負載電阻，V3、A3為教室內(nèi)的監(jiān)控電壓表和電流表，配電房和教室間有相當長的一段距離，則當開關(guān)S閉合時( ) 圖5 A．電流表A1、A2和A3的示數(shù)都變大 B．只有電流表A1的示數(shù)變大 C．電壓表V3的示數(shù)變小 D．電壓表V2和V3的示數(shù)都變小 解析 開關(guān)S閉合，負載的總電阻減小，又副線圈的電壓U2不變，所以副線圈的電流增大，電流表A2示數(shù)變大，根據(jù)變流規(guī)律可得原線圈電流增大，電流表A1示數(shù)增大，配電房和教室間有相當長的一段距離，導線所耗電壓增大，故并聯(lián)電路的電壓減小，即電壓表V3示數(shù)減小，所以電流表A3的示數(shù)減小，所以A、B錯誤，C正確；副線圈電壓不變，即V2示數(shù)不變，所以D錯誤． 答案 C 以題說法 理想變壓器動態(tài)分析的兩種情況 1．負載電阻不變，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、電功率等隨負載電阻的變化情況． 不論哪種情況，要注意兩點：一、根據(jù)題意分清變量和不變量；二、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． (xx江蘇3)遠距離輸電的原理圖如圖6所示，升壓變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，電壓分別為U1、U2，電流分別為I1、I2，輸電線上的電阻為R.變壓器為理想變壓器，則下列關(guān)系式中正確的是( ) 圖6 A.＝ B．I2＝ C．I1U1＝IR D．I1U1＝I2U2 答案 D 解析 根據(jù)理想變壓器的工作原理得I1U1＝I2U2、＝.U2不是加在R兩端的電壓，故I2≠，而I1U1等于R上消耗的功率IR與下一級變壓器的輸入功率之和．選項D正確． 考向4 交變電流的綜合問題分析 例4 如圖7甲是小型交流發(fā)電機的示意圖，兩極M、N間的磁場可視為水平方向的勻強磁場，A為理想交流電流表，V為理想交流電壓表．內(nèi)阻不計的矩形線圈繞垂直于磁場方向的水平軸OO′沿逆時針方向勻速轉(zhuǎn)動，矩形線圈通過滑環(huán)接一理想變壓器，滑動觸頭P上下移動時可改變變壓器副線圈的輸出電壓，副線圈接有可調(diào)電阻R，從圖示位置開始計時，發(fā)電機線圈中產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖象如圖乙所示，以下判斷正確的是( ) 圖7 A．電壓表的示數(shù)為10 V B．0.01 s時發(fā)電機線圈平面與磁場方向平行 C．若P的位置向上移動、R的大小不變時，電流表讀數(shù)將減小 D．若P的位置不變、R的大小不變，而把發(fā)電機線圈的轉(zhuǎn)速增大一倍，則變壓器的輸入功率將增大到原來的4倍 審題突破 由題圖乙可知交流電的哪些信息？P的位置向上移動，原、副線圈的電壓有何變化？ 解析 電壓表顯示的為有效值，示數(shù)為10 V，A正確；0.01 s時感應(yīng)電動勢最大，故線圈平面與磁場方向平行，故B正確；若P的位置向上移動，匝數(shù)比減小，副線圈電壓增大，R的大小不變時，電流表讀數(shù)將增大，故C錯誤；若P的位置不變、R的大小不變，而把發(fā)電機線圈的轉(zhuǎn)速增大一倍，電壓增大為原來的2倍，則變壓器的輸入功率將增大到原來的4倍，故D正確． 答案 ABD 以題說法 交變電流的綜合問題，涉及交流電路最大值、有效值、平均值、瞬時值的計算，與電磁感應(yīng)、安培力、閉合電路歐姆定律的綜合應(yīng)用等，解答時應(yīng)注意以下兩點： 1．分清交流電路“四值”的不同計算方法和物理意義． 2．學會將直流電路、閉合電路歐姆定律的知識應(yīng)用在交流電路中． 如圖8所示，邊長為L、匝數(shù)為N，電阻不計的正方形線圈abcd在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞轉(zhuǎn)軸OO′轉(zhuǎn)動，軸OO′垂直于磁感線，在線圈外接一含有理想變壓器的電路，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1和n2.保持線圈以恒定角速度ω轉(zhuǎn)動，下列判斷正確的是( ) 圖8 A．在圖示位置時線框中磁通量為零，感應(yīng)電動勢最大 B．當可變電阻R的滑片P向上滑動時，電壓表V2的示數(shù)變大 C．電壓表V1示數(shù)等于NBωL2 D．變壓器的輸入與輸出功率之比為1∶1 答案 AD 解析 當線框轉(zhuǎn)到如圖所示位置，穿過線框的磁通量為0，但線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大，故選項A正確；電壓表V2測量的是副線圈的電壓，副線圈電壓由原線圈電壓決定，與負載電阻變化無關(guān)，故選項B錯誤；電壓表V1示數(shù)為有效值，等于u1＝＝，故選項C錯誤；理想變壓器輸入功率等于輸出功率，則選項D正確. (限時：40分鐘) 題組1 直流電路的動態(tài)分析 1．(xx天津2)如圖1所示，電路中R1、R2均為可變電阻，電源內(nèi)阻不能忽略，平行板電容器C的極板水平放置，閉合電鍵S，電路達到穩(wěn)定時，帶電油滴懸浮在兩板之間靜止不動．如果僅改變下列某一個條件，油滴仍能靜止不動的是( ) 圖1 A．增大R1的阻值 B．增大R2的阻值 C．增大兩板間的距離 D．斷開電鍵S 答案 B 解析 增大R1的阻值，穩(wěn)定后電容器兩板間的電壓升高，帶電油滴所受電場力增大，將向上運動，A錯誤；電路穩(wěn)定后，電容器相當于斷路，無電流通過電阻R2，故R2兩端無電壓，所以，增大R2的阻值，電容器兩板間的電壓不變，帶電油滴仍處于靜止狀態(tài)，B正確；增大兩板間的距離，兩板間的電壓不變，電場強度減小，帶電油滴所受電場力減小，將向下運動，C錯誤；斷開電鍵S后，兩板間的電勢差為零，帶電油滴只受重力作用，將向下運動，D錯誤． 2．如圖2所示是一火警報警電路的示意圖．其中R3為用某種材料制成的傳感器，這種材料的電阻率隨溫度的升高而增大．值班室的顯示器為電路中的電流表，電源兩極之間接一報警器．當傳感器R3所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是( ) 圖2 A．I變大，U變小 B．I變小，U變大 C．I變小，U變小 D．I變大，U變大 答案 D 解析 當傳感器R3所在處出現(xiàn)火情時，R3的電阻增大，外電路總電阻增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律得知，干路電流I0減小，路端電壓U＝E－I0r變大，即報警器兩端的電壓U變大．傳感器R3與電阻R2并聯(lián)部分的電壓U并＝E－I0r－I′R1，干路電流I0減小，通過R1的電流I′減小，故U并變大，電流表的讀數(shù)變大． 3．(xx四川高三“聯(lián)測促改”)xx年諾貝爾物理學獎授予了兩位發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻”效應(yīng)的物理學家，某探究小組查到某磁敏電阻在室溫下的電阻隨磁感應(yīng)強度變化曲線如圖3甲所示，其中R、R0分別表示有、無磁場時磁敏電阻的阻值．為研究其磁敏特性設(shè)計了圖乙所示電路．關(guān)于這個探究實驗，下列說法中正確的是( ) 圖3 A．閉合開關(guān)S，圖乙中只增加磁感應(yīng)強度的大小時，電壓表的示數(shù)增大 B．閉合開關(guān)S，圖乙中只改變磁場方向，電壓表的示數(shù)減小 C．閉合開關(guān)S，圖乙中只增加磁感應(yīng)強度的大小時，流過aP段的電流可能減小 D．閉合開關(guān)S，圖乙中只增加磁感應(yīng)強度的大小時，電源的輸出功率可能增大 答案 AD 解析 由題圖，磁敏電阻的阻值只與磁感應(yīng)強度的大小有關(guān)，故B錯誤；隨著磁感應(yīng)強度變大，電阻變大，閉合開關(guān)S，圖乙中只增加磁感應(yīng)強度的大小時，磁敏電阻的阻值變大，電壓表的示數(shù)增大，故A正確；增加磁感應(yīng)強度，aP段的兩端電壓增加，而電阻沒變，故通過aP的電流一定增大，故C錯誤；如果原來的外電阻小于內(nèi)電阻，增加磁感應(yīng)強度的大小時，磁敏電阻的阻值變大，可能使得外電路電阻等于電源的內(nèi)阻，此時電源的輸出功率最大，故電源輸出功率可能增大，故D正確． 題組2 交流電的產(chǎn)生和描述 4．一個匝數(shù)為100匝，電阻為0.5 Ω的閉合線圈處于某一磁場中，磁場方向垂直于線圈平面，從某時刻起穿過線圈的磁通量按如圖4所示規(guī)律變化．則線圈中產(chǎn)生交變電流的有效值為( ) 圖4 A．5 A B．2 A B．6 A D．2 A 答案 B 解析 0～1 s時間內(nèi)，感應(yīng)電動勢為E1＝nΔΦ1/Δt1＝1 V，電流為2 A；1～1.2 s內(nèi)，感應(yīng)電動勢E2＝nΔΦ2/Δt2＝5 V，感應(yīng)電流為10 A，一個周期內(nèi)發(fā)熱量為IRt1＋IRt2＝I2R(t1＋t2)，得I＝2 A，B正確． 5．如圖5所示，在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動的矩形線圈的周期為0.02 s，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場方向，線圈總電阻為2 Ω，匝數(shù)為100匝．從線圈平面與磁場方向平行時開始計時，t＝ s時線圈中感應(yīng)電流為1 A．那么( ) 圖5 A．線圈中感應(yīng)電流的有效值為2 A B．線圈轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的焦耳熱為0.16 J C．t＝ s時穿過線圈磁通量的變化率為0.02 Wb/s D．線圈中的感應(yīng)電動勢瞬時值表達式為e＝4sin 100πt(V) 答案 C 解析 由于從中性面開始，感應(yīng)電流的瞬時值表達式為：i＝Imcos t(A)，將t＝ s代入可得，Im＝2 A，因此感應(yīng)電流的有效值為I＝＝ A，A錯誤；線圈轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的焦耳熱Q＝I2Rt＝()220.02 J＝0.08 J，B錯誤；線圈中的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式e＝Umcos t(V)＝ImRcos t(V)＝4cos 100πt(V)，D錯誤；而t＝ s時有瞬時值e＝4cos V＝2 V，而根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，e＝n，因此t＝ s時穿過線圈磁通量的變化率為＝0.02 WB/s，C正確． 6．如圖6甲所示，矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，輸出交流電的電動勢圖象如圖乙所示，則( ) 圖6 A．t＝0.01 s時刻穿過線框回路的磁通量變化率為零 B．t＝0.02 s時刻穿過線框回路的磁通量為零 C．線圈轉(zhuǎn)動周期為0.01 s D．電動勢有效值為22 V 答案 AD 解析 t＝0.01 s和t＝0.02 s時刻感應(yīng)電動勢等于零，所以穿過線框回路的磁通量變化率為零，但此時穿過線框的磁通量最大，故A正確，B錯誤；由題圖乙可知T＝0.02 s，故C錯誤；根據(jù)正弦式交變電動勢有效值和峰值的關(guān)系可得，該交變電動勢的有效值為E＝22 V，故D正確． 題組3 變壓器和遠距離輸電問題 7．(xx山東17)如圖7所示，將額定電壓為60 V的用電器，通過一理想變壓器接在正弦交變電源上．閉合開關(guān)S后，用電器正常工作，交流電壓表和交流電流表(均為理想電表)的示數(shù)分別為220 V和2.2 A．以下判斷正確的是( ) 圖7 A．變壓器輸入功率為484 W B．通過原線圈的電流的有效值為0.6 A C．通過副線圈的電流的最大值為2.2 A D．變壓器原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝11∶3 答案 BD 解析 變壓器的輸入功率P1＝P2＝I2U2＝2.260 W＝132 W，選項A錯誤；由＝得＝＝＝，選項D正確；由＝得I1＝I2＝2.2 A＝0.6 A，選項B正確；根據(jù)I＝得通過副線圈的電流的最大值I2m＝I2＝2.2 A，選項C錯誤． 8．(xx福建16)圖8為模擬遠距離輸電實驗電路圖，兩理想變壓器的匝數(shù)n1＝n4下載提示(請認真閱讀)
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