2020届二轮复习专题六　电磁感应和电路第2课时直流电路和交流电路课件（47张） 47页

第 2 课时　直流电路和交流电路 第一部分　专题 六　 电磁感应和电路 高考命题轨迹 高考命题点 命题轨迹 情境图 闭合电路欧姆定律的应用 2016 2 卷 17 电路中的能量问题 16(2)17 题 交流电的产生和描述 2018 3 卷 16 18(3)16 题 变压器和远距离输电 2015 1 卷 16 2016 1 卷 16,3 卷 19 15(1)16 题　 　　 16(1)16 题 16(3)19 题 相关知识链接 1 . 纯电阻电路和非纯电阻电路的电功、电功率的比较 (1) 纯电阻电路：电功 W ＝ UIt ，电功率 P ＝ UI ，且电功全部转化 为 ， 有 W ＝ Q ＝ (2) 非纯电阻电路：电功 W ＝ UIt ，电功率 P ＝ UI ，电热 Q ＝ I 2 Rt ，电热功率 P 热 ＝ I 2 R ， 电功率 电热 功率，即 W > Q ，故求电功、电功率只能用 W ＝ UIt 、 P ＝ UI ，求电热、电热功率只能用 Q ＝ 、 P 热 ＝ . 电热 大于 I 2 Rt I 2 R 2. 电源的功率和效率 (1) 电源的几个功率 ① 电源的总功率： P 总 ＝ . ② 电源内部消耗的功率： P 内 ＝ I 2 r . ③ 电源的输出功率： P 出 ＝ ＝ P 总 － P 内 . EI UI 3. 交流电的 “ 四值 ” (1) 最大值 E m ＝ ， 电容器的击穿电压指最大值 . (2) 瞬时值 ( 从中性面开始计时 ) e ＝ . (3) 有效值：正弦式交流电的有效值 E ＝ ； 非正弦式交流电的有效值必须根据电流 的 ， 用等效的思想来求解 . 计算交流电路的电功、电功率和测定交流电路的电压、电流都是指有效值 . (4) 平均值 ： ， 常用来计算通过电路的电荷量 . NBSω NBSω sin ωt 热效应 4. 理想变压器的基本关系式 (1) 功率关系： P 入 ＝ . P 出 1. 直流电路动态分析方法 (1) 程序法：基本思路是 “ 部分 → 整体 → 部分 ”. 即从阻值的变化入手，由串、并联规律判定 R 总 的变化情况，再由闭合电路欧姆定律判断 I 总 和 U 端 的变化情况，最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判断各部分的变化情况 . (2) 结论法 —— “ 串反并同 ” ： “ 串反 ” ：指某一电阻增大 ( 减小 ) 时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小 ( 增大 ). “ 并同 ” ：指某一电阻增大 ( 减小 ) 时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大 ( 减小 ). 规律方法 提炼 2. 变压器和远距离输电的分析技巧 (1) 变压器副线圈的电流和功率决定原线圈的电流和功率； (2) 远距离输电问题分析的关键是求中间回路电流的大小 . 高考题型 1 电路的动态分析 内容索引 NEIRONGSUOYIN 高考题型 2 电路中的能量问题 高考题型 3 交流电 的产生和描述 高考题型 4 变压器 和远距离输电 电路的动态分析 题型：选择题： 5 年 1 考 高考题型 1 1. 直流电路动态分析方法 (1) 程序法； (2) “ 串反并同 ” 法； (3) 极限法 . 2 . 电容器的特点 (1) 只有当电容器充、放电时，电容器支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器所在的支路相当于断路 . (2) 电路稳定时，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压 . 例 1 　 (2019· 江西赣州市上学期期末 ) 如图 1 所示，汽车蓄电池与车灯、启动电动机组成的电路，蓄电池内阻为 0.05 Ω ，电表可视为理想电表 . 只接通 S 1 时，电流表示数为 10 A ，电压表示数为 12 V ，再接通 S 2 ，启动电动机时，电流表示数变为 8 A ，则此时通过启动电动机的电流 是 A.2 A B.8 A C.50 A D.58 A 图 1 √ 解析　 只接通 S 1 时，由闭合电路欧姆定律得： E ＝ U ＋ Ir ＝ 12 V ＋ 10 × 0.05 V ＝ 12.5 V ， R 灯 ＝ Ω ＝ 1.2 Ω ， 拓展训练 1 　 (2019· 湖北武汉市四月调研 ) 2019 年 3 月 19 日，复旦大学科研团队宣称已成功制备出具有较高电导率的砷化铌纳米带材料，据介绍该材料的电导率是石墨烯 的 1 000 倍 . 电导率 σ 就是电阻率 ρ 的倒数，即 σ ＝ . 下列说法正确的是 A. 材料的电导率越小，其导电性能越强 B. 材料的电导率与材料的形状有关 C. 电导率的单位是 D. 电导率大小与温度无关 √ 解析　 材料的电导率越小，电阻率越大，则其导电性能越弱，选项 A 错误； 材料的电导率与材料的形状无关，选项 B 错误； 导体的电阻率与温度有关，则电导率大小与温度有关，选项 D 错误 . 拓展训练 2 　 ( 多选 )(2019· 广东珠海市质量监测 ) 如图 2 所示，直流电路中， R 1 、 R 2 是定值电阻， R 3 是光敏电阻，其阻值随光照增强而减小 . 当开关 S 闭合，电容器两板间的 M 点的带电液滴恰好能保持静止 . 现用强光照射电阻 R 3 时 A. 电源的总功率减小 B. A 板的电势降低 C. 液滴向上运动 D . 电容器所带电荷量 增加 √ 图 2 √ 解析　 电路稳定时电容器两板间的电压等于 R 1 两端的电压，当用强光照射光敏电阻 R 3 时，光敏电阻的阻值变小，电路中电流增大，电源的总功率 P ＝ EI 变大， R 1 两端间的电压增大，电容器的电压增大，板间场强增大，带电液滴所受的电场力增大，液滴向上运动，故 A 错误， C 正确 ； 电容器 的电压增大，电容不变，由 Q ＝ CU 知，电容器所带电荷量增加，故 D 正确 ； 由于 电路中的电流增大， R 1 两端的电势差增大，又因为 R 1 下端接地，电势为零，所以 R 1 上端电势增大， A 板的电势也增大，故 B 错误 . 电路中的能量问题 题型：选择题： 5 年 0 考 高考题型 2 例 2 　 (2019· 山东枣庄市上学期期末 ) 如图 3 甲所示，一个简单的闭合电路由内、外两部分电路构成 . 已知内电路的电源是一个化学电池，电池的正、负极附近分别存在着化学反应层，反应层中非静电力 ( 化学作用 ) 把正电荷从电势低处移到电势高处，在这两个地方，电势会沿电流方向 “ 跃升 ”. 这样整个闭合电路的电势高低变化情况如图乙所示，图乙中各点位置的高低表示电路中相应各点电势的高低， D 点的高度略低于 C 点 . 若减小外电路电阻 R ，则下列说法正确的 是 A. C 、 D 两点之间的高度差将变大 B. A 、 D 两点之间的高度差和 C 、 B 两点之间的 高度差 之 和将变小 C. A 、 B 两点之间的高度差不变 D. 在电子从 A 点经 D 、 C 移动至 B 点的过程中，非静电力做功将变 大 图 3 √ 解析　 因电动势不变，减小外电路电阻 R ，电路中的电流增大，内电压变大，外电压减小， A 、 B 两点的高度差为外电压，减小 ； C 、 D 两点高度差类似于内电压，变大，故 A 正确， C 错误 ； A 与 D ， C 与 B 高度差的总和为电动势，故应不变，故 B 错误 ； 电子 从 A 处经 D 、 C 至 B 处，非静电力做功 W ＝ Eq ，不变，故 D 错误 . 拓展训练 3 　 (2019· 浙江超级全能生 2 月联考 ) 小雷同学家里购买了一款扫地机器人，如图 4 所示，小雷同学仔细检查了这个新扫地机器人，发现铭牌上标有如表所示数据，则该扫地机器人 图 4 主机基本参数 产品尺寸 345 mm*345 mm*96 mm 电池 14.4 V/5 200 mA·h 锂电池 产品质量 约 3.8 kg 无线连接 WiFi 智能快连 额定电压 14.4 V 额定功率 55 W A. 额定工作电流为 0.25 A B. 充满电后正常工作的时间为 2.5 h C. 电池充满电后储存的总电荷量为 18 720 C D. 以额定电流工作时每小时消耗能量为 55 J √ 交流电的产生和描述 题型：选择题： 5 年 1 考 高考题型 3 例 3 　 ( 多选 )(2019· 山东淄博市 3 月模拟 ) 由法拉第电磁感应定律可知，若穿过某截面的磁通量为 Φ ＝ Φ m sin ωt ，则产生的感应电动势为 e ＝ ωΦ m cos ωt . 如图 5 所示，竖直面内有一个闭合导线框 ACD ( 由细软弹性电阻丝制成 ) 端点 A 、 D 固定 . 在以水平线段 AD 为直径的半圆形区域内，有磁感应强度大小为 B 、方向垂直纸面向里的有界匀强磁场 . 设导线框的电阻恒定，圆的半径为 R ，用两种方式使导线框上产生感应电流 . 方式一：将导线上的 C 点以恒定角速度 ω 1 ( 相对圆心 O ) 从 A 点沿圆弧移动至 D 点；方式二：以 AD 为轴，保持 ∠ ADC ＝ 45° ，将导线框从竖直位置以恒定的角速度 ω 2 转 90°. 则下列说法正确的是 A. 方式一中，导线框中感应电流的方向先逆时针，后顺时针 B. 方式一中，导线框中的感应电动势为 e 1 ＝ BR 2 ω 1 cos ω 1 t C. 两种方式中，通过导线截面的电荷量相等 D. 若 ω 1 ＝ ω 2 ，则两种方式电阻丝上产生的热量 相等 图 5 √ √ 解析　 方式一中，导线框中磁通量先增大后减小，根据楞次定律可知，感应电流的方向先逆时针，后顺时针，选项 A 正确； 第一种方式穿过回路的磁通量 Φ 1 ＝ BR 2 sin ω 1 t ，所产生的电动势为 e 1 ＝ ω 1 BR 2 cos ω 1 t ，选项 B 正确； 拓展训练 4 　 ( 多选 )(2019· 河南普通高中高考模拟 ) 一浮桶式波浪发电灯塔的原理如图 6 甲所示，浮桶内的磁体由支柱固定在暗礁上，内置线圈与 R ＝ 15 Ω 的灯泡相连，随波浪相对磁体沿竖直方向上下运动且始终处于磁场中，其运动速度 v ＝ 0.8πsin (π t ) m/s. 浮桶下部由内、外两密封圆筒构成 ( 图中阴影部分 ) ，其截面如图乙所示，匝数 N ＝ 100 的圆形线圈所在处辐射磁场的磁感应强度大小恒为 B ＝ 0.2 T ，线圈的直径 D ＝ 0.4 m ，总电阻 r ＝ 1 Ω. 取 π 2 ＝ 10. 则下列说法正确的 是 A. 线圈中产生电动势的瞬时值为 e ＝ 64sin (π t ) V B. 灯泡中电流的瞬时值为 i ＝ 4sin (π t ) A C. 灯泡两端电压的有效值为 30 V D. 灯泡的电功率为 240 W 图 6 √ √ √ 解析　 线圈在磁场中切割磁感线，产生的电动势为： E max ＝ NBl v max l ＝ π D 联立得： E max ＝ π NBD v max ＝ π × 100 × 0.2 × 0.4 × 0.8π V ＝ 64 V 则波浪发电产生电动势 e 的瞬时表达式： e ＝ E max sin (π t ) ＝ 64sin (π t )V ，故 A 正确； 根据闭合电路欧姆定律得： 变压器和远距离输电 题型：选择题： 5 年 2 考 高考题型 4 1. 理想变压器动态分析的两种情况 (1) 负载电阻不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、电功率等随匝数比的变化情况 . (2) 匝数比不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、电功率等随负载电阻的变化情况 . 2 . 理想变压器问题分析技巧 (1) 根据题意分清变量和不变量； (2) 弄清 “ 谁决定谁 ” 的制约关系 . 对电压而言，输入决定输出；对电流、电功 ( 率 ) 而言，输出决定输入 . 3. 远距离输电问题的解题关键 (1) 整个输电线路由三个回路组成，回路间通过变压器建立联系 . (2) 关键是通过分析，利用题目条件，首先求出中间回路的电流 . 例 4 　 ( 多选 )(2019· 安徽宣城市第二次模拟 ) 有一种理想自耦变压器的构造如图 7 所示，线圈 a 、 b 绕在一个圆环形的铁芯上，转动滑动触头 P 就可以调节输出电压 . 图中电阻 R 1 、 R 2 、 R 3 和 R 4 的阻值分别为 10 Ω 、 5 Ω 、 10 Ω 和 10 Ω ，电压表为理想交流电表， U 为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定，滑动触头 P 处在线圈 a 、 b 的中点 . 开关 S 闭合时电压表的示数是 7 V ，则下列说法中正确的 是 A. 正弦交流电压源 U 的峰值为 35 V B. 开关 S 断开时，理想电压表的示数为 5 V C. 开关 S 闭合时，通过电阻 R 4 的电流为 0.7 A D. 开关 S 闭合时，电阻 R 2 和 R 3 消耗的电功率 相等 图 7 √ √ 根据电流之比等于 匝数 的反比可知副线圈的电流为 I 2 ＝ 1.4 A ； R 3 和 R 4 并联后与 R 2 串联的电阻为 10 Ω ，可知副线圈的电压为 U 2 ＝ 14 V ，根据电压之比等于匝数之比可知原线圈的电压为 U 1 ＝ 28 V ，正弦交流电压源 U ＝ U V ＋ U 1 ＝ 35V ，正弦交流电压源的峰值为 35 V ； 功率 P 2 ＝ I 2 2 R 2 ＝ 9.8 W ，电阻 R 3 消耗的电功率 P 3 ＝ ( I 2 ) 2 R 3 ＝ 4.9 W ，故选项 C 正确， A 、 D 错误； 电阻 R 2 消耗的 电 拓展训练 5 　 (2019· 陕西汉中市第二次教学质检 ) 有 4 个完全相同的灯泡连接在理想变压器的原、副线圈中，电源输出电压 U 恒定不变，如图 8 所示 . 若将该线路与交流电源接通，且开关 S 接在位置 1 时， 4 个灯泡发光亮度相同；若将开关 S 接在位置 2 时，灯泡均未烧坏 . 则下列可能的 是 A. 该变压器是降压变压器，原、副线圈匝数比为 4 ∶ 1 B. 该变压器是升压变压器，原、副线圈匝数比为 1 ∶ 4 C. 当接位置 2 时副线圈中的灯泡仍能发光，只是亮度变亮 D. 当接位置 2 时副线圈中的灯泡仍能发光，只是亮度变 暗 图 8 √ 解析　 四个灯泡亮度相同，所以原线圈电流与副线圈电流之比为 1 ∶ 3 ，根据电流与匝数成反比知原、副线圈的匝数比为 3 ∶ 1 ，可知该变压器是降压变压器，故 A 、 B 错误 ； 接到 位置 2 ，原线圈输入电压变大，根据电压与匝数的关系可知副线圈电压变大，所以副线圈中的灯泡的电流变大，灯泡仍能发光，但亮度变大，故 C 正确， D 错误 . 拓展训练 6 　 ( 多选 )(2019· 山东淄博市 3 月模拟 ) 如图 9 所示， R 是一个光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减小 . 理想变压器原、副线圈的匝数比为 10 ∶ 1 ，电压表和电流表均为理想交流电表，从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为 u 1 ＝ 220 sin 100π t (V) ， 则 A. 电压表的示数为 22 V B. 副线圈中交流电的频率为 50 Hz C. 在天逐渐变黑的过程中，电流表 A 2 的示数变小 D. 在天逐渐变黑的过程中，理想变压器的输入功率变 大 图 9 √ √ 在天逐渐变黑的过程中，光照变弱， R 阻值增大，电路的总电阻变大，而副线圈两端的电压不变，所以电流变小，电流表 A 2 的示数变小，故 C 正确； 由于变压器的输入和输出的功率是相等的，副线圈的电流减小，电压不变，所以由 P ＝ UI 可知，输出的功率要减小，故输入的功率也要减小，故 D 错误 . 例 5 ( 多选 )(2019· 四川综合能力提升卷 ( 三 )) 如图 10 所示为远距离输电示意图，发电机的输出电压 U 1 及输电线的电阻、理想变压器的匝数均不变，夜幕降临当用户开启的用电器越来越多时，下列表述正确的是 图 10 A. 升压变压器副线圈电压 U 2 降低 B. 降压变压器原线圈电压 U 3 降低 C. 输电线消耗的功率增大 D. 发电机的输出功率不变 √ √ 解析　 当用电器增多时，功率增大，降压变压器的输出电流增大，则降压变压器原线圈电流变大，输电线上的电流增大，可知输电线上的功率损失增大 ；发电机 的输出电压 U 1 不变，升压变压器匝数比不变，则副线圈电压 U 2 不变，由输电线上的电压损失增大，可知降压变压器的输入电压 U 3 减小，故 B 、 C 正确， A 错误 ； 发电机 输出功率随用户负载增多而增加， D 错误 . 拓展训练 7 　 ( 多选 )(2019· 山东枣庄市上学期期末 ) 某同学模拟 “ 远距离输电 ” 电路，将实验室提供的器材连接成了如图 11 所示电路 . A 、 B 为理想变压器，灯 L 1 、 L 2 相同且阻值不变，输电线路等效电阻为 R . 现保持 A 的输入电压不变，当开关 S 断开时，灯 L 1 正常发光， 则 A. 仅闭合 S ， L 1 变暗 B. 仅闭合 S ，输电线路的发热功率变小 C. 仅将滑片 P 上移， L 1 变亮 D. 仅将滑片 P 上移，输电线路的发热功率变 小 图 11 √ √ 解析　 闭合 S ，则消耗功率增大， B 副线圈中电流增大， B 原线圈电流也增大，则 R 上损失的电压和功率增大，则 B 输入电压 U B 1 ＝ U A 2 － IR 减小，灯泡两端电压 U B 2 减小，故灯泡会变暗，故 A 正确， B 错误 ； 仅 将滑片 P 上移， A 副线圈匝数减小，则 A 的输出电压减小， B 的输入电压减小，灯泡电压也减小，故 L 1 变暗，消耗功率减小，流过灯泡的电流减小，则 B 原线圈中电流减小，流过 R 的电流减小，输电线路的发热功率变小，故 C 错误， D 正确 . 拓展训练 8 　 ( 多选 )(2019· 山东菏泽市下学期第一次模拟 ) 如图 12 所示为远距离输电的原理图，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压恒定、输电线上的电阻不变，假设用户所用用电器都是纯电阻用电器，若发现发电厂发电机输出的电流增大了，则可以判定 A. 通过用户的电流减小了 B. 用户接入电路的总电阻减小了 C. 用户消耗的电功率减小了 D. 加在用户两端的电压变小了 图 12 √ √ 解析　 如果发电机输出电流增大，根据变流比可知，输送电流增大，通过用户的电流增大， A 项错误； 由于 输电线 上损失 的电压增大，因此降压变压器输入、输出电压均减小，即加在用户两端的电压变小了， D 项正确； 当用户总电阻减小时，即用户所用用电器增多，用户消耗的功率增大， C 项错误 . 本课结束