2020届二轮复习专题四电路与电磁感应第8课时直流电路与交流电路课件（37张） 37页

第 8 课时 直流电路与交流电路 专题四 　 电路与电磁感应 复习备考建议 1. 直流电路的考查一般以实验题为主，单独考查的角度主要是动态电路分析和含容电路分析，或与电磁感应相结合 . 交变电流考查重点是理想变压器及相关知识，难度适中 . 2. 产生感应电流的条件、楞次定律、右手定则、法拉第电磁感应定律的基本应用，往往以选择题形式结合图象、电路、历史中的著名实验、现代科技中的应用等创设新情景，总体难度不大 . 计算题一般考查电磁感应定律的应用，与力学问题结合时一般是匀速或静止时的平衡问题，较简单 . 电磁感应与动量知识的结合可能是新的考查点，应引起重视 . 栏目索引 考点 1 　直流电路分析 考点 2 　交变电流的产生及描述 考点 3 　变压器与远距离输电 1. 电容器的特点 (1) 只有当电容器充、放电时，电容器所在支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器所在的支路相当于 . (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 ，电容器两端的电压为与之并联的电阻两端的电压 . 考点 1 　直流电路分析 断路 导线 2.1 个定律、 2 个关系 (1) 闭合电路欧姆定律： I ＝ . (2) 路端电压与电流的关系： U ＝ E － Ir . (3) 路端电压与负载的关系： 增大 减小 3. 动态分析 3 法 方法 1 ：程序法 方法 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 ). 方法 3 ：极限法 因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端，使电阻最大或电阻为零，再去讨论 . 例 1 　 (2019· 宁夏银川市六盘山上学期期末 ) 在如图 1 所示的电路中， E 为电源，电源内阻为 r ， L 为小灯泡 ( 灯丝电阻可视为不变 ) ，电压表为理想电压表， R 1 、 R 2 为定值电阻， R 3 为滑动变阻器，将滑动变阻器的滑片向上移动，则 A. 电压表的示数变大 B. 小灯泡 L 消耗的功率变小 C. 通过 R 2 的电流变小 D. 电源内阻的电压变大 图 1 √ 解析　 滑动变阻器的滑片向上移动，则接入电路的阻值增大，电路中的总电阻增大；由闭合电路欧姆定律可得，电路中电流减小，故 R 1 两端的电压减小，电压表的示数变小，故 A 错误； 由并联电路的电流规律可知，流过灯泡 L 的电流一定减小，故由 P ＝ I 2 R 可知，小灯泡 L 消耗的功率变小，故 B 正确； 因电路中电流减小，故电源内阻的电压减小，路端电压增大，同时 R 1 两端的电压减小，故并联电路部分电压增大，则流过 R 2 的电流增大，故 C 、 D 错误 . 1.(2019· 重庆市一诊 ) 利用如图 2 所示电路可测量待测电阻 R x 的阻值 . 定值电阻 R 1 、 R 2 阻值已知，闭合电键 S ，调节电阻箱接入电路阻值为 R 3 时，电流表示数为零，则 R x 阻值等于 图 2 变式训练 √ 解析　 根据串并联电路特点及欧姆定律可知： I 1 ( R 1 ＋ R 2 ) ＝ I 2 ( R x ＋ R 3 ) ， 由于电流表示数为零， 则说明 G 两端的电势相等， 则一定有： I 1 R 1 ＝ I 2 R 3 ； 例 2 　 (2019· 辽宁沈阳市质量检测 ( 一 )) 某同学将一闭合电路电源的总功率 P E 、输出功率 P R 和电源内部的发热功率 P r 随电流 I 变化的图线画在了同一坐标系中，如图 3 中的 a 、 b 、 c 所示，则下列判断正确的是   A. 直线 a 表示电源内部的发热功率随电流 I 变化的图线 B. 曲线 b 表示电源的总功率随电流 I 变化的图线 C. 曲线 c 表示电源的输出功率随电流 I 变化的图线 D. 电源的电动势 E ＝ 3 V ，内电阻 r ＝ 2 Ω 图 3 √ 解析　 由电源消耗总功率和电源内部消耗功率表达式 P E ＝ EI ， P r ＝ I 2 r 可知， a 是直线，表示的是电源消耗的总功率 P E ， b 是抛物线，表示的是电源内电阻上消耗的功率 P r ， c 表示外电阻的功率即为电源的输出功率 P R ＝ EI － I 2 r ， 所以 A 、 B 错误， C 正确； 由题图可知，当短路时电流为 2 A ，总功率 P E ＝ EI ＝ 6 W ， 2.(2019· 福建厦门市模拟 ) 如图 4 所示，电源电动势为 E ，内阻为 r ，电路中的 R 2 、 R 3 分别为总阻值一定的滑动变阻器， R 0 为定值电阻， R 1 为光敏电阻 ( 其阻值随光照强度增大而减小 ). 当电键 S 闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态，下列说法中正确的是   A. 只逐渐增大 R 1 的光照强度，电阻 R 0 消耗的电功率变大， 电阻 R 3 中有向上的电流 B. 只调节电阻 R 3 的滑动端 P 2 向上端移动，电源消耗的功率 变大，电阻 R 3 中有向上的电流 C. 只调节电阻 R 2 的滑动端 P 1 向下端移动，电压表示数变大， 带电微粒向下运动 D. 若断开电键 S ，电容器所带电荷量变大，带电微粒向上 运动 图 4 变式训练 √ 解析　 只逐渐增大 R 1 的光照强度， R 1 的阻值减小，总电阻减小，总电流增大，电阻 R 0 消耗的电功率变大， R 2 两端的电压变大，电容器两端的电压增大，电容器充电，电容器所带电荷量变大，所以 R 3 中有向上的电流，故 A 正确； 电路稳定时，电容器相当于断路，只调节 R 3 的滑动端 P 2 向上端移动时，对电路没有影响，故 B 错误； 只调节 R 2 的滑动端 P 1 向下端移动时，与电容器并联部分的电阻变大，所以电容器两端的电压变大，电场力变大，带电微粒向上运动，故 C 错误； 若断开电键 S ，电容器放电，电容器所带电荷量变小，电容器两端电压变小，两极板间电场变小，带电微粒所受电场力减小，合力向下，则带电微粒向下运动，故 D 错误 . 1. 交变电流的产生 线圈绕垂直于磁场方向的轴 转动 . 2. 线圈通过中性面时的特点 (1) 穿过线圈的磁通量最大； (2) 线圈中的感应电动势为 ； (3) 线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变 次 . 考点 2 　交变电流的产生及描述 匀速 一 零 3. 交变电流 “ 四值 ” 的应用 (1) 最大值： E m ＝ nBSω ，分析电容器的耐压值； (2) 瞬时值： E ＝ E m sin ωt ( 从中性面开始计时 ) ，计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力情况； (3) 有效值：电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝的熔断电流； 例 3 　 ( 多选 ) (2019· 安徽皖江名校联盟摸底大联考 ) 图 5 所示为交流发电机发电的简易原理图， n 匝矩形线圈的面积为 S ，整个装置处在磁感应强度大小为 B 、方向竖直向下的匀强磁场中，已知线圈的总电阻为 r ，通过电刷与定值电阻 R 相连接，与定值电阻并联一理想的交流电压表，现矩形线圈绕中心轴线 OO ′ 以恒定的角速度 ω 匀速转动 . t ＝ 0 时刻线圈处在中性面 . 下列说法正确的是   A. t ＝ 0 时刻流过定值电阻的电流方向向左 B. 线圈中产生感应电动势的瞬时值表达式为 e ＝ nBSω sin ωt (V) 图 5 √ √ 解析　 t ＝ 0 时刻线圈与磁场方向垂直，即线圈的速度与磁场方向平行，因此 t ＝ 0 时感应电动势为零，感应电流为零， A 错误； 从中性面开始计时，感应电动势随时间按正弦规律变化，且最大感应电动势 E m ＝ nBSω ，所以感应电动势的瞬时值表达式为 e ＝ nBSω sin ωt (V) ， B 正确； 线圈转动的过程中，最大感应电动势 E m ＝ nBSω ， 变式训练 3.(2019· 贵州贵阳市一模 ) 如图 6 甲为某品牌电热毯的简易电路，电热丝的电阻为 R ＝ 484 Ω ，现将其接在 u ＝ 220 sin 100π t (V) 的正弦交流电源上，电热毯被加热到一定温度后，温控装置 P 使输入电压变为图乙所示的波形，从而进入保温状态，若电热丝的电阻保持不变，则保温状态下，理想交流电压表 V 的读数和电热毯消耗的电功率最接近下列哪一组数据   A.220 V 、 100 W B.156 V 、 50 W C.110 V 、 25 W D.311 V 、 200 W 图 6 √ 解析　 由题图象可知温控装置 P 输入的交变电流的周期 T ＝ 2 × 10 － 2 s ； 4. ( 多选 ) (2019· 山东德州市上学期期末 ) 如图 7 所示，匀强磁场的磁感应强度大小为 1 T ，单匝正方形导线框的边长为 1 m ，总电阻为 1 Ω ，开始时处于位置 Ⅰ ，现用外力使导线框绕 ab 边匀速转过 180° 至位置 Ⅱ ，转动的角速度为 π rad/s ，则在此过程中以下说法正确的是   A. 通过导线横截面的电荷量为零 B. 通过导线横截面的电荷量为 2 C 图 7 √ √ 5. ( 多选 ) (2019· 广西桂林等六市第一次联合调研 ) 如图 8 甲所示，标有 “ 220 V 　 40 W ” 的灯泡和标有 “ 20 μF 　 360 V ” 的电容器并联到交流电源上， V 为理想交流电压表，交流电源的输出电压如图乙中正弦曲线所示，闭合开关 S. 下列判断正确的是   A. 电容器会被击穿 B. 交流电源的输出电压的有效 值为 220 V 图 8 √ √ 小于电容器的击穿电压，故电容器不会被击穿，故 A 错误； 通过灯泡的电流的瞬时值为 0 ，故 D 正确 . 1. 理想变压器的基本关系式 (1) 功率关系： P 入 ＝ . 考点 3 　变压器与远距离输电 P 出 2. 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 . 3. 四点说明 (1) 变压器不能改变直流电压 . (2) 变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率 . (3) 理想变压器本身不消耗能量 . (4) 理想变压器基本关系中的 U 1 、 U 2 、 I 1 、 I 2 均为有效值 . 4. 输电线路功率损失的计算方法 (1) P 损 ＝ P － P ′ ， P 为输送的功率， P ′ 为用户所得功率 . (2) P 损 ＝ I 线 2 R 线 ， I 线 为输电线路上的电流， R 线 为输电线路的总电阻 . (3) P 损 ＝ ， Δ U 为在输电线路上损失的电压， R 线 为线路总电阻 . (4) P 损 ＝ Δ U · I 线 ， Δ U 为在输电线路上损失的电压， I 线 为输电线路上的电流 . 例 4 　 (2019· 安徽 A10 联盟开年考 ) 如图 9 甲所示，电阻不计的矩形导体线圈固定在水平桌面上，线圈的匝数 n ＝ 100 ，所围成矩形的面积 S ＝ 0.4 m 2 ，垂直于线圈平面的匀强磁场 磁感应强度随时间按如图乙所示的正弦规律变化 . 在线圈的右边接一含有理想变压器的电路，变压器原、副线圈的匝数比为 n 1 ︰ n 2 ＝ 2 ︰ 1 ，灯泡 L 标有 “ 36 V 　 18 W ” 字样，电流表和电压表均为理想交流电表 . 调节滑动变阻器 R 的滑片，当电流表示数为 0.8 A 时，灯泡 L 刚好正常发光，则   A. 电压表的示数等于 40 V B. 定值电阻 R 0 的阻值为 5 Ω C. 在 0 ～ 1.57 × 10 － 2 s 的时间内，通过小 灯泡 L 的电荷量为 7.85 × 10 － 3 C D. 当滑动变阻器 R 的滑片向下滑动时， 电流表的示数变大，电压表的示数变小 图 9 √ 定值电阻 R 0 两端的电压 U 0 ＝ U － U L ＝ 4 V ， 在 0 ～ 1.57 × 10 － 2 s 的时间内， 通过小灯泡的电流有向上和向下的过程， 所以通过小灯泡 L 的总的电荷量为零，选项 C 错误； 当滑动变阻器 R 的滑片向下滑动时，电流表的示数变大，电压表的示数不变，选项 D 错误 . 6. ( 多选 ) (2019· 山东日照市 3 月模拟 ) 教学用发电机能够产生正弦式交变电流 . 利用该发电机通过理想变压器向用电器供电，电路如图 10 所示 . 副线圈的匝数可以通过滑动触头 Q 来调节，副线圈两端连接定值电阻 R 0 、灯泡 L 和滑动变阻器 R ， P 为滑动变阻器的滑片，原线圈上连接一只理想交流电流表 A ，闭合开关 S ，电流表的示数为 I ，则   A. 仅增大发电机线圈的转速， I 增大 B. 仅将 P 向上滑动， I 增大 C. 仅将 Q 向上滑动， I 增大 D. 仅将开关 S 断开， I 增大 变式训练 图 10 √ √ 解析　 仅增大发电机线圈的转速 n ，则角速度 ω ＝ 2π n 增大，则最大感应电动势 E m ＝ NBSω 增大，则电动势的有效值增大， 由于原、副线圈匝数不变，故副线圈两端电压增大，则副线圈电流增大， 仅将 P 向上滑动，则副线圈总电阻增大，则副线圈电流减小， 仅将 Q 向上滑动，则副线圈的匝数增大，由于原线圈两端电压不变， 仅将开关 S 断开，则副线圈总电阻增大，由于原、副线圈电压均不变，则副线圈电流减小， 7.(2019· 湖北恩施州 2 月教学质量检测 ) 在如图 11 所示的电路中，变压器为理想变压器，原、副线圈的匝数比为 1 ︰ 2 ，三个定值电阻的阻值相同，电压表为理想交流电表 . 现在 a 、 b 端输入正弦式交变电流，电键 S 断开时，电压表的示数为 U 1 ，电键 S 闭合后，电压表的示数为 U 2 ， 图 11 √ 解析　 设 ab 端输入的电压有效值为 U ，当电键 S 断开时， 例 5 　 ( 多选 ) (2019· 广东深圳市 4 月第二次调研 ) 中国特高压远距离输电技术已成为国际标准，使 “ 煤从空中走、电送全中国 ” 成为现实 . 如图 12 为远距离输电示意图，发电厂输出电压 U 1 ＝ 10 4 V ，输出功率 P 1 ＝ 10 9 W ，两个理想变压器的匝数比分别为 n 1 ∶ n 2 ＝ 1 ∶ 100 、 n 3 ∶ n 4 ＝ 100 ∶ 1 ，输电线总电阻 r ＝ 50 Ω. 则   A. U 4 ＝ U 1 B. I 4 ＝ I 1 C. 通过电阻 r 的电流 I 2 ＝ 2 × 10 4 A D. 电阻 r 损耗的电功率为 5 × 10 7 W 图 12 √ √ 则通过电阻 r 的电流为 10 3 A ，故 C 错误； 电阻 r 两端的电压为 U r ＝ I 2 r ＝ 10 3 A × 50 Ω ＝ 5 × 10 4 V ， 则 U 3 ＝ U 2 － U r ＝ 10 6 V － 5 × 10 4 V ＝ 9.5 × 10 5 V ， 电阻 r 损耗的功率 P r ＝ I 2 2 r ＝ (10 3 ) 2 × 50 W ＝ 5 × 10 7 W ，故 D 正确 . 8. ( 多选 ) (2019· 广东清远市期末质量检测 ) 如图 13 所示，一个小型水电站，其交流发电机的输出电压 U 1 一定，通过理想升压变压器 T 1 和理想降压变压器 T 2 向远处用户供电，输电线的总电阻为 R . T 1 的原、副线圈匝数分别为 n 1 、 n 2 ，输入电压和输入功率分别为 U 1 和 P 1 ，输出电压和输出功率分别为 U 2 和 P 2 ； T 2 的原、副线圈匝数分别为 n 3 、 n 4 ，输入电压和输入功率分别为 U 3 和 P 3 ，输出电压和输出功率分别为 U 4 和 P 4 . 下列说法正确的是   A. 当用户的用电器增加时， U 2 、 U 3 、 U 4 均 变小 B. 输电线的总电阻 R 两端的电压等于 ( U 2 ＋ U 3 ) ，且随用户的用电器增加而增加 图 13 变式训练 √ √ 输电线的总电阻 R 两端的电压等于 ( U 2 － U 3 ) ， 随用户的用电器增加， 由于输电线上的电流会增大，则输电线 R 上的电压增加，选项 B 错误； 且随用户的用电器增加，输电线上的电流会增大，则输电线 R 上损失的功率增加，选项 C 正确； 输送功率一定时，根据 P ＝ UI 和 P 损 ＝ I 2 R 知，要减小线路的损耗，应增大输送电压， U 3 ＝ U 2 － IR ， U 2 增大， I 2 减小，所以 U 3 增大，用户电压不变， 解析　 交流发电机的输出电压 U 1 一定，