【物理】2019届二轮复习直流电路与交流电路学案（全国通用） 13页

专题十 　 直流电路与交流电路 高考统计·定方向 命题热点提炼 高考命题方向 五年考情汇总 ‎1.直流电路的基本概念和规律 直流电路的基本概念和规律 ‎2016·全国卷Ⅱ T17‎ ‎2.交变电流的产生与描述 交变电流的产生与描述 ‎2018·全国卷Ⅲ T16‎ ‎2016·全国卷Ⅲ T21‎ ‎3.理想变压器 考向1.原线圈连接负载的理想变压器问题 ‎2016·全国卷Ⅰ T16‎ ‎2015·全国卷Ⅰ T16‎ 考向2.理想变压器及电路的动态分析问题 ‎2014·全国卷Ⅱ T21‎ ‎(对应学生用书第46页)‎ ‎1．明晰两个网络，厘清两类电路 ‎2．明确变压器各物理量间的制约关系 注：分析变压器动态变化问题的关键 ‎(1)弄清变量和不变量，确定是负载电阻不变还是匝数比不变；‎ ‎(2)弄清变压器动态变化中的决定关系，即P2决定P1，I2决定I1，U1决定U2.‎ ‎3．谨记三点提醒，全面清除雷区 ‎(1)变压器匝数不变时，变压器的输入、输出电压均不变，但变压器原、副线圈中的电流均随负载的变化而变化．‎ ‎(2)变压器匝数变化时，要注意区分是原线圈还是副线圈匝数变化．‎ ‎(3)当变压器输出电压一定时，移动变阻器的滑动触头或改变接入的用电器多少时，引起的各物理量的变化分析方法同直流电路的动态分析方法．‎ 命题热点1　直流电路的基本概念和规律 ‎(对应学生用书第47页)‎ ‎■真题再做——感悟考法考向·‎ ‎ (2016·全国卷Ⅱ)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图1所示的电路．开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为(　　)‎ 图1‎ A.　　　　　　　　　　 B. C. D. C　[断开S和闭合S后等效电路分别如图甲、乙所示．‎ ‎　　　　　 甲　　　　　　　　　乙 根据串联电路的电压与电阻成正比可得甲、乙两图中电容器两极板间的电压U1＝E，U2＝E，C所带的电荷量Q＝CU，则Q1∶Q2＝3∶5，选项C正确．]‎ ‎　在上题中，若将电路调换为如图2所示，电源的内阻不计，电动势为12 V，R1＝8 Ω，R2＝4 Ω，电容C＝40 μF，则下列说法正确的是(　　)‎ 图2‎ A．开关断开时，电容器不带电 B．将开关闭合，电容器充电 C．将开关闭合后，稳定时电容器的电荷量为4.8×10－‎‎14 C D．若现开关处于闭合状态，将开关S断开，到再次稳定后，通过R1的总电荷量为3.2×10－‎‎4 C D　‎ ‎[开关断开时，电容器两端电压不为零，电容器带电，A项错误；将开关闭合，电容器两端电压变小，电容器放电，B项错误；将开关闭合后，稳定时电容器的电荷量为Q＝U·C＝4×40×10－‎6 C＝1.6×10－‎4 C，C项错误；若开关现处于闭合状态，将开关S断开，再次稳定后，通过R1的总电荷量ΔQ＝|ΔU|·C＝(12－4)×40×10－‎6 C＝3.2×10－‎4 C，D项正确．]‎ ‎■模拟尝鲜——高考类题集训·‎ ‎1．(多选)如图3所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，开关S闭合后，平行板电容器中的带电液滴M处于静止状态，电流表和电压表均为理想电表，则(　　 )‎ 图3‎ A．带电液滴M一定带正电 B．R4的滑片向上端移动时，电流表示数减小，电压表示数增大 C．若仅将电容器下极板稍微向上平移，带电液滴M将向上极板运动 D．若将开关S断开，带电液滴M将向下极板运动 BC　[电容器的上极板带正电，板间场强方向向下，带电液滴M处于平衡状态，则知受到的电场力向上，带电液滴M带负电，故A错误．R4的滑片向上端移动时，其接入电路的电阻增大，根据“串反并同”知电流表示数减小，电压表示数增大，故B正确．若仅将电容器下极板稍微向上平移，因为板间电压U不变，由E＝可得电场E增大，所以液滴受到的电场力增大，液滴将向上极板运动，故C选项正确．若将开关S断开，电容器板间电压增大，液滴受到的电场力增大，液滴将向上极板运动，故D错误．]‎ ‎2. (2018·甘肃河西五市联考)如图4所示，R1、R2是两个定值电阻，R′是滑动变阻器，L为小灯泡，电源的内阻为r，开关S闭合后，当滑动变阻器的滑片P向上移动时，则(　　)‎ 图4‎ A．电压表示数不变 B．小灯泡变亮 C．电容器处于充电状态 D．电源的电功率变大 C　[当滑动变阻器的滑片P向上移动时，滑动变阻器连入电路的阻值变大，由闭合电路欧姆定律知，电路中的电流减小，小灯泡变暗，选项B错误；电压表测路端电压，由U＝E－Ir知，路端电压变大，电压表示数变大，选项A错误；电容器两端的电压等于R1和R′两端电压之和，由UC＝E－I(RL＋r)知，UC变大，由C＝知，电容器带的电荷量变大，电容器处于充电状态，选项C正确；由P＝IE知，电源的电功率变小，选项D错误．]‎ ‎　图甲电路中，D为二极管，其伏安特性曲线如图乙所示．在图甲电路中，闭合开关S，滑动变阻器R的滑片P从左端向右移动过程中(　　)‎ A．二极管D消耗的功率变大 B．二极管D的电阻变大 C．通过二极管D的电流减小 D．电源的功率减小 A　[滑动变阻器R的滑片P从左端向右移动过程中，滑动变阻器的电阻减小，电路电流增大，由题图乙可知，二极管的电阻减小，电流、电压增大，消耗的功率也增大，故A正确，B、C错误；电源的功率为P＝EI，因为电流增大，所以电源的功率增大，故D错误．]‎ 命题热点2　交变电流的产生与描述 ‎(对应学生用书第47页)‎ ‎■真题再做——感悟考法考向·‎ ‎1．(2018·全国卷Ⅲ)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正．该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图5所示．则Q方∶Q正等于(　　)‎ 图5‎ A．1∶　　　　　　　　 B.∶1‎ C．1∶2 D．2∶1‎ D　[根据焦耳定律知热量与方波中的电流方向的变化无关，故Q方＝T；而正弦交流电电压的有效值等于峰值的，故Q正＝T＝·T，所以＝，D正确．]‎ ‎2．(多选)(2016·全国卷Ⅲ)如图6所示，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON，两导线框在同一竖直面(纸面)内，两圆弧半径相等，过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面．现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则(　　)‎ 图6‎ A．两导线框中均会产生正弦交流电 B．两导线框中感应电流的周期都等于T C．在t＝时，两导线框中产生的感应电动势相等 D．两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等 ‎[题眼点拨]　①“半圆形导线框”说明转动过程中一直有感应电流；②“‎ 扇形导线框”说明转动过程中只有一半时间内有感应电流；③“半径相等”说明有效切割长度相同．‎ BC　[两导线框匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变，选项A错误；导线框的转动周期为T，则感应电流的周期也为T，选项B正确；在t＝时，切割磁感线的有效长度相同，两导线框中产生的感应电动势相等，选项C正确；M导线框中一直有感应电流，N导线框中只有一半时间内有感应电流，所以两导线框的电阻相等时，感应电流的有效值不相等，选项D错误．]‎ ‎　在上题中，若改成如图所示的情景．单匝矩形闭合导线框abcd一半处于磁感应强度为B的水平有界匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与其中心线重合的竖直固定转轴OO′以角速度ω匀速转动，固定转轴恰好位于匀强磁场的右边界．试写出线框中感应电流的瞬时值表达式并画出it图象．(图中位置为计时位置)‎ ‎【解析】　线框中产生电动势的最大值Em＝BωS，则Im＝＝ 因图中位置为中性面，故电流瞬时值表达式为 i＝Imsin ωt＝sin ωt it图象如图所示．‎ ‎【答案】　见解析 ‎■模拟尝鲜——高考类题集训·‎ ‎1．(多选)(2018·河北保定一模)如图7甲所示，一个100匝的正方形线圈，边长a＝‎1 m，电阻R＝1 Ω，线圈有一半的面积处在有理想边界的磁场中，线圈平面与磁场垂直，磁场的磁感应强度与时间的变化关系如图乙所示，图甲所示的磁感应强度方向为正方向，下列说法中正确的是(　　)‎ 图7‎ A．在t＝0.01 s时线圈中的电流为零 B．在t＝0到t＝0.005 s内线圈中有顺时针方向的电流 C．线圈中电动势的最大值为 V D．一个周期内线圈产生的热量为25π2 J BD　[在t＝0.01 s时线圈中的磁通量的变化率最大，此时感应电流不为零，选项A错误；在t＝0到t＝0.005 s内线圈中磁通量向外增加，根据楞次定律可知，线圈中有顺时针方向的电流，选项B正确；因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同，所以由图象可知，线圈中产生交变电流的周期为T＝0.02 s．ω＝＝100π rad/s，感应电动势最大值为Em＝NBmωS＝100×0.01×100π××12 V＝50π V，选项C错误；电动势的有效值E＝ V＝25π V，则一个周期内线圈产生的热量为Q＝T＝×0.02 J＝25π2 J，选项D正确．]‎ ‎2. (多选)小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的感应电动势与时间呈正弦函数关系，如图8所示．不计线圈的电阻．下列说法正确的是(　　)‎ 图8‎ A．产生的感应电动势瞬时值表达式为e＝20sin 8πt(V)‎ B．若与一个R＝10 Ω的电阻构成闭合回路，交变电流的有效值为 A C．若将此电动势加在电容为C＝1 μF的电容器上，则该电容器的耐压值应不小于10 V D．若该交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动的速度增大到原来的2倍，则产生的交变电流的电动势的最大值为40 V BD　[由题图可知，交变电流的电动势的最大值Em＝20 V，交变电流的周期为T＝0.25 s，频率f＝＝4 Hz，线圈转动的角速度ω＝2πf＝8π rad/s，产生的感应电动势瞬时值表达式为e＝Emsin ωt＝20sin 8πt(V)，选项A错误；交变电流的电动势的有效值为E＝＝10 V，由闭合电路欧姆定律得交变电流的有效值I＝＝ A，选项B正确；若将此电动势加在电容器上，电容器的耐压值应不小于最大值，即不小于20 V，选项C错误；由交变电流的电动势最大值表达式Em＝NBSω可知，若该交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动的速度增大到原来的2倍，则产生的交变电流的电动势的最大值增大到原来的2倍，为40 V，选项D正确．]‎ 命题热点3　理想变压器 ‎(对应学生用书第48页)‎ ‎■真题再做——感悟考法考向·‎ ‎1. (2016·全国卷Ⅰ)一含有理想变压器的电路如图9所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，Ⓐ为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定．当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为(　　)‎ 图9‎ A．2　　　　　　　　　 B．3‎ C．4 D．5‎ ‎[题眼点拨]　①“S断开”说明副线圈R2、R3串联；②“S闭合”说明副线圈R3被短路；③“理想变压器”说明电源输出功率等于R1与副线圈消耗的功率之和．‎ B　[设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I时，副线圈电流为kI；原线圈电流为4I时，副线圈电流为4kI.根据变压器的输入功率等于输出功率得 UI－I2R1＝(kI)2(R2＋R3)‎ ‎4UI－(4I)2R1＝(4kI)2R2‎ 联立两式代入数据解得k＝3‎ 选项B正确．]‎ ‎2．(多选)(2016·全国卷Ⅲ)如图10所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是(　　)‎ 图10‎ A．原、副线圈匝数比为9∶1‎ B．原、副线圈匝数比为1∶9‎ C．此时a和b的电功率之比为9∶1‎ D．此时a和b的电功率之比为1∶9‎ AD　[设灯泡的额定电压为U0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数比为9∶1，选项A正确，选项B错误；由9U0Ia＝U0Ib得，流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，根据P＝UI，a、b灯泡的电功率之比为1∶9，选项C错误，选项D正确．]‎ ‎[规律方法] 　处理理想变压器原线圈串联或并联负载时应注意 (1)变压器原、副线圈间的电压关系、电流关系与匝数关系仍然满足变压器原理，原线圈的输入功率仍然等于副线圈的输出功率.‎ (2)原线圈端串联分压电阻时，输入端前端电压等于分压电阻电压和变压器输入电压之和，分压电阻上电压通过电流比建立联系，若并联分流电阻到前端，输入端前端电流等于分流电阻电流与原线圈电流之和.‎ ‎■模拟尝鲜——高考类题集训·‎ 考向1　原线圈连接负载的理想变压器问题 ‎1．(2018·江淮十校联考)在如图11所示的理想变压器的电路中，变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，电阻R1＝R2‎ ‎，电流表和电压表均为理想电表，若电流表的示数为‎0.5 A，电压表的示数为5 V，则电阻R1的大小为(　　)‎ 图11‎ A．10 Ω　　　B．15 Ω　　　C．20 Ω　　　D．25 Ω D　[设R1＝R2＝R，电压表的示数为5 V，则次级电流I2＝；初级电流：I1＝I2＝；初级电压U1＝U2＝10 V；R1的电流IR1＝；由题意可知：＋＝0.5，解得R＝25 Ω，故选D.]‎ ‎　(多选)(2018·银川一中二次模拟)如图所示，一台理想变压器的原、副线圈匝数比为2∶1，原线圈电路中串联了一只灯泡A，副线圈电路中并联了三只灯泡B、C和D.这四只灯泡完全相同，且电阻保持恒定，则下列选项中正确的是(　　)‎ A．若A正常发光，B、C和D也一定正常发光 B．若A正常发光，B、C和D一定比A亮 C．若A正常发光，且消耗功率为P，则B消耗的功率一定为P D．若A正常发光且两端电压为U，则交流电表V的示数为U CD　[若A正常发光，则I1＝IL，根据电流与匝数成反比知I2＝2IL，副线圈中每个灯泡电流为I＝·2IL，则灯泡B、C、D一定比A暗，故A、B错误；根据PB＝I2R＝2R＝P，故C正确；若A正常发光且两端电压为U，则I1＝，I2＝，输入电压为U0＝U＋U1＝U＋2U2＝U＋2I2·R＝U＋U＝U，故D正确．]‎ 考向2　理想变压器及电路的动态分析问题 ‎2．(多选)(2018·衡阳二次联考)如图12是一个理想变压器的示意图，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器的滑动触头，R0是定值电阻，保持交变电压U1不变，下列说法正确的是(　　)‎ 图12‎ A．若P的位置不变，S由a合到b处，则电压表示数增大 B．若P的位置不变，S由a合到b处，则电流表示数减小 C．若S置于b处，将P向上滑动，则电流表示数增大 D．若S置于b处，将P向上滑动，则电压表示数增大 AD　[S由a切换到b，原线圈匝数变小，由于原线圈两端的电压恒定不变，根据公式＝可知，所以副线圈电压变大，电阻不变，所以R上电压增大，即电压表示数增大，电阻不变，所以R上电流增加，副线圈消耗的功率增大，所以原线圈输入功率增大，而输入电压不变，则I1将增大，电流表示数增大，故A正确，B错误；若S置于b处，由于原线圈两端的电压恒定不变且变压器原副线圈的匝数不变，所以副线圈电压不变，将P向上滑动，变阻器电阻变大，电流变小，＝，知I1变小，则电流表示数减小，R0两端电压变小，则滑动变阻器电压变大，即电压表示数增大，C错误，D正确．]‎ ‎　(多选)如图所示，理想变压器副线圈1、2之间的匝数是总匝数的一半，二极管D具有单向导电性(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)，R是可变电阻，S是单刀双掷开关，原线圈接在电压不变的正弦交流电源上．下列说法正确的是(　　)‎ A．若R阻值不变，当S分别接1和2时，电压表读数之比为2∶1‎ B．若R阻值为变，当S分别接1和2时，电压表读数之比为∶1‎ C．若S分别接1和2时，R消耗功率相等，则R阻值之比为2∶1‎ D．若S分别接1和2时，R消耗功率相等，则R阻值之比为∶1‎ BC　[设原线圈与副线圈的匝数分别为n1、n2，原线圈输入电压为U1，副线圈电压为U2，当S接2时：＝，此时电压表示数与副线圈两端的电压相等，即u2＝U22＝U1，功率为P2＝；若S与1相连，则＝，此时电压表的示数为u1，则·＝·T，得u1＝，此时的功率为：P1＝.由上分析知：电压表的示数之比为∶1，电阻值之比为2∶1，B、C对．]‎