(全國(guó)通用)2018年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題四 電路與電磁感應(yīng) 第1講 直流電路與交流電路的分析學(xué)案

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1、 第1講 直流電路與交流電路的分析 知識(shí)必備 1.恒定電流 (1)閉合電路中的電壓、電流關(guān)系:E=U外+U內(nèi),I=,U=E-Ir。 (2)閉合電路中的功率關(guān)系:P總=EI,P內(nèi)=I2r,P出=IU=I2R=P總-P內(nèi)。 (3)直流電路中的能量關(guān)系:電功W=qU=UIt,電熱Q=I2Rt。 純電阻電路中W=Q,非純電阻電路中W>Q。 2.交變電流 (1)交變電流的“四值” ①最大值:Em=NBSω。 ②瞬時(shí)值:反映交變電流各瞬間的值,如e=Emsin ωt。 ③有效值:正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系為E=、U=、I=;非正弦式交變電流的有效值必須根據(jù)電流

2、的熱效應(yīng),用等效的思想來(lái)求解。計(jì)算交變電流的電功、電功率和測(cè)定交流電路的電壓、電流都是指有效值。 ④平均值:反映交變電流的某物理量在t時(shí)間內(nèi)的平均大小,如平均電動(dòng)勢(shì)E=n。 (2)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:=。 (3)遠(yuǎn)距離輸電常用關(guān)系式(如圖1所示) 圖1 ①功率關(guān)系:P1=P2,P3=P4,P2=P線+P3。 ②輸電導(dǎo)線上損耗的電功率:P損=I線U損=IR線=R線。 備考策略 1.直流電路的分析與計(jì)算是高考的不??键c(diǎn),一般考查串、并聯(lián)電路、功率計(jì)算、動(dòng)態(tài)過(guò)程分析等。 2.交流電路部分由于與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活

3、緊密結(jié)合,在近幾年的高考中考查的頻率較高(2017年三個(gè)全國(guó)卷都沒(méi)出考題,2018年出考題幾率很大),重點(diǎn)考查交變電流的“四值”、變壓器的有關(guān)知識(shí)。題型一般以選擇為主,有時(shí)也與電磁感應(yīng)結(jié)合在計(jì)算題中進(jìn)行考查,難度不大。 3.復(fù)習(xí)時(shí)要理解串、并聯(lián)電路的特點(diǎn),閉合電路歐姆定律的含義,交變電流的“四值”含義和變壓器、遠(yuǎn)距離輸電的原理。 4.必須夯實(shí)的“4個(gè)概念、4個(gè)公式及定律” (1)電功、電熱、交流電的有效值、峰值; (2)電流的計(jì)算公式、電阻定律、焦耳定律、閉合電路歐姆定律。 5.必須領(lǐng)會(huì)的“2種物理思想和4種方法” (1)等效思想、守恒思想。 (2)程序法、極限法、分析推理法、守

4、恒法。  直流電路的計(jì)算及動(dòng)態(tài)分析 【真題示例】 (2016·全國(guó)卷Ⅱ,17)阻值相等的四個(gè)電阻、電容器C及電池E(內(nèi)阻可忽略)連接成如圖2所示電路。開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)且電流穩(wěn)定時(shí),C所帶的電荷量為Q1;閉合開(kāi)關(guān)S,電流再次穩(wěn)定后,C所帶的電荷量為Q2。Q1與Q2的比值為(  ) 圖2 A. B. C. D. 解析 S斷開(kāi)時(shí)等效電路如圖甲所示。 甲 電容器兩端電壓為U1=×R×=E; S閉合時(shí)等效電路如圖乙所示。 乙 電容器兩端電壓為U2=×R=E, 由Q=CU得==,故選項(xiàng)C正確。 答案 C 真題感悟 1.高考考查特點(diǎn) 該考點(diǎn)是高考中的冷考點(diǎn),

5、五年只考1次,命題點(diǎn)考查了電路的結(jié)構(gòu)、串、并聯(lián)特點(diǎn)、電容器電容的計(jì)算。要熟練掌握串、并聯(lián)電路電壓與電阻關(guān)系,電容、電壓、電荷量的關(guān)系。 2.解題的常見(jiàn)誤區(qū)及提醒 (1)電路結(jié)構(gòu)不會(huì)簡(jiǎn)化,電路的串、并聯(lián)關(guān)系不清。 (2)串、并聯(lián)電路中電壓、電流、電阻、電功率關(guān)系混淆。 (3)電容器的連接方式不清、不明白含電容器的電路相當(dāng)于斷路。 預(yù)測(cè)1 電路的分析與計(jì)算 預(yù)測(cè)2 電路的動(dòng)態(tài)分析 預(yù)測(cè)3 含電容電路的動(dòng)態(tài)分析與計(jì)算 1.(2017·河南平頂山模擬)某同學(xué)用如圖3所示電路研究電流與電壓關(guān)系,其中電表均為理想電表,定值電阻R=20 Ω,通過(guò)滑動(dòng)變阻器連接到電動(dòng)勢(shì)E=5 V、內(nèi)

6、阻r=1 Ω的電源上。滑片移動(dòng)到某位置時(shí),電壓表示數(shù)為2.5 V,電流表示數(shù)為0.1 A。則滑動(dòng)變阻器的總電阻和滑片P的位置在(  ) 圖3 A.10 Ω,正中間 B.10 Ω,距b端的距離為滑動(dòng)變阻器總長(zhǎng)度的 C.15 Ω,正中間 D.15 Ω,距a端的距離為滑動(dòng)變阻器總長(zhǎng)度的 解析 R兩端電壓U1=I1R=0.1×20 V=2 V,路端電壓U端=2.5 V+2 V=4.5 V,內(nèi)電路中U內(nèi)=Ir=E-U端=5 V-4.5 V=0.5 V,則干路電流I=0.5 A,通過(guò)滑動(dòng)變阻器Pb部分的電流IPb=I-I1=0.5 A-0.1 A=0.4 A,RPb==5 Ω,RaP==5

7、 Ω,滑動(dòng)變阻器總電阻R滑=10 Ω,故滑片P在正中間。 答案 A 2.(多選)(2017·南京市鹽城市高三二聯(lián))如圖4所示的火警報(bào)警裝置,R1為熱敏電阻,若溫度升高,則R1的阻值會(huì)急劇減小,從而引起電鈴電壓的增加,當(dāng)電鈴電壓達(dá)到一定值時(shí),電鈴會(huì)響。下列說(shuō)法正確的是(  ) 圖4 A.要使報(bào)警的臨界溫度升高,可以適當(dāng)增大電源的電動(dòng)勢(shì) B.要使報(bào)警的臨界溫度降低,可以適當(dāng)增大電源的電動(dòng)勢(shì) C.要使報(bào)警的臨界溫度升高,可以把R2的滑片P適當(dāng)向下移 D.要使報(bào)警的臨界溫度降低,可以把R2的滑片P適當(dāng)向下移 解析 溫度升高,熱敏電阻R1的阻值急劇減小,因此若要使報(bào)警的臨界溫度升高,

8、由閉合電路歐姆定律知,電鈴電壓需減小,達(dá)到臨界電壓電鈴才會(huì)響,故需要減小電源的電動(dòng)勢(shì),或把R2滑片P向上移動(dòng),選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;若要使報(bào)警的臨界溫度降低,由閉合電路歐姆定律知,電鈴電壓需增大,達(dá)到臨界電壓電鈴才會(huì)響,故需增大電源的電動(dòng)勢(shì)或把R2滑片P向下移動(dòng)可使電鈴電壓增大到一定值,電鈴才會(huì)響,選項(xiàng)B、D正確。 答案 BD 3.(高考改編)如圖5所示,電源的內(nèi)阻不計(jì),電動(dòng)勢(shì)為12 V,R1=8 Ω,R2=4 Ω,電容C=40 μF,則下列說(shuō)法正確的是(  ) 圖5 A.開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),電容器不帶電 B.將開(kāi)關(guān)閉合,電容器充電 C.將開(kāi)關(guān)閉合后,穩(wěn)定時(shí)電容器的電荷量為4.8×10-14

9、 C D.若現(xiàn)開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài),將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi),到再次穩(wěn)定后,通過(guò)R1的總電荷量為3.2×10-4 C 解析 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),電容器兩端電壓不為零,電容器帶電,A項(xiàng)錯(cuò)誤;將開(kāi)關(guān)閉合,電容器兩端電壓變小,電容器放電,B項(xiàng)錯(cuò)誤;將開(kāi)關(guān)閉合后,穩(wěn)定時(shí)電容器的電荷量為Q=U·C=4×40×10-6 C=1.6×10-4 C,C項(xiàng)錯(cuò)誤;若開(kāi)關(guān) 現(xiàn)處于閉合狀態(tài),將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi),再次穩(wěn)定后,通過(guò)R1的總電荷量ΔQ=|ΔU|·C=(12-4)×40×10-6 C=3.2×10-4 C,D項(xiàng)正確。 答案 D 歸納總結(jié) 1.明確引起電路動(dòng)態(tài)變化的原因 (1)滑動(dòng)變阻器、熱敏電阻或光敏電阻的阻值變化。 (2

10、)某支路開(kāi)關(guān)閉合或斷開(kāi)。 2.程序法分析直流電路的動(dòng)態(tài)變化 R局I總=U內(nèi)=I總rU外=E-U內(nèi)確定U支、I支 3.確定電容器兩端電壓的方法 確定電容器與哪個(gè)電阻并聯(lián),此電阻兩端的電壓即為電容器兩端電壓。  交變電流的產(chǎn)生和描述 【真題示例】 (多選)(2017·天津理綜,6)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈,繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),穿過(guò)該線圈的磁通量隨時(shí)間按圖示6正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為 2 Ω,則(  ) 圖6 A.t=0時(shí),線圈平面平行于磁感線 B.t=1 s時(shí),線圈中的電流改變方向 C.t=1.5 s時(shí),線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 D.一個(gè)

11、周期內(nèi),線圈產(chǎn)生的熱量為8π2 J 解析 t=0時(shí),磁通量為零,線圈平面平行于磁感線,故A正確;每經(jīng)過(guò)一次中性面(線圈平面垂直于磁感線,磁通量有最大值)電流的方向改變一次,t=1 s時(shí),磁通量為零,線圈平面平行于磁感線,故B錯(cuò)誤;t=1.5 s時(shí),磁通量有最大值,但磁通量的變化率為零,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,故C錯(cuò)誤;感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em=NBSω=N·Φm·=4π V,有效值E==2π V,一個(gè)周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量Q=T=8π2 J,故D正確。 答案 AD 真題感悟 1.高考考查特點(diǎn) 該考點(diǎn)在全國(guó)卷中近幾年為冷考點(diǎn),2018年可能與變壓器綜合出題。 2.

12、常見(jiàn)誤區(qū)及臨考提醒 (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生及大小的計(jì)算,特別是切割類中的有效長(zhǎng)度易錯(cuò)。 (2)對(duì)周期的理解和有效值的理解及計(jì)算易出錯(cuò)。 (3)正弦交流電的產(chǎn)生條件及瞬時(shí)值表達(dá)式不清楚。 (4)交變電流“四值”應(yīng)用不清楚及圖象信息把握不準(zhǔn)。 預(yù)測(cè)1 交變電流中“有效值”的計(jì)算 預(yù)測(cè)2 交變電流“四值”的應(yīng)用 預(yù)測(cè)3 交變電流的圖象 1.(2017·唐山模擬)一個(gè)U形金屬線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)導(dǎo)線給同一電阻R供電,如圖7甲、乙所示。其中甲圖中OO′軸右側(cè)有磁場(chǎng),乙圖中整個(gè)空間均有磁場(chǎng),兩磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度相同。則甲、乙兩圖中交流電流表的示數(shù)之比為

13、 (  ) 圖7 A.1∶ B.1∶2 C.1∶4 D.1∶1 解析 題圖甲中的磁場(chǎng)只在OO′軸的右側(cè),所以線框只在半周期內(nèi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生,如圖甲,電流表測(cè)的是有效值,所以I=。題圖乙中的磁場(chǎng)布滿整個(gè)空間,線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流如圖乙,所以I′=,則I∶I′=1∶,即A正確。 答案 A 2.(多選)如圖8所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形單匝線圈的周期為T(mén),轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場(chǎng)方向,線圈電阻為2 Ω。從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),線圈轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)的感應(yīng)電流為1 A,那么(  ) 圖8 A.線圈消耗的電功率為4 W B.線圈中感應(yīng)電流的有效值為2 A

14、C.任意時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e=4cos t D.任意時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為Φ=sint 解析 從線圈平面平行于磁感線開(kāi)始計(jì)時(shí),交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e=Emcos ωt,則感應(yīng)電流i==cos θ,由題給條件有:1=×,解得Em=4 V,則Im=2 A,I有效= A,線圈消耗的電功率P=IR=4 W,所以A正確,B錯(cuò)誤;e=4cos ωt=4cost,故C正確;由 Em=BSω=Φm得Φm=,故任意時(shí)刻Φ=sint,故D錯(cuò)誤。 答案 AC 3.(多選)(2017·河北衡水中學(xué)四調(diào))如圖9甲所示為一發(fā)電機(jī)原理圖,產(chǎn)生的交變電流接理想變壓器的原線圈,原、副線圈匝數(shù)比為22∶

15、1,副線圈輸出的電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示,發(fā)電機(jī)線圈電阻忽略不計(jì),則(  ) 圖9 A.在t=0.01 s時(shí)刻,穿過(guò)發(fā)電機(jī)線圈的磁通量最大 B.發(fā)電機(jī)線圈中瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e ′=132·sin 50πt(V) C.若僅使發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速增大一倍,則變壓器副線圈輸出電壓的頻率增大一倍,而電壓最大值不變 D.若僅使發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速增大一倍,則變壓器副線圈輸出電壓的頻率和最大值都增大一倍 解析 在t=0.01 s時(shí)刻,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,穿過(guò)線圈的磁通量變化率為零,磁通量最大,故A正確;由題圖乙可知T=0.02 s,ω==100π rad/s,副線圈輸出的電動(dòng)勢(shì)最大值是

16、6 V,原、副線圈匝數(shù)之比為22∶1,所以原線圈輸入的電動(dòng)勢(shì)最大值是132 V,所以發(fā)電機(jī)線圈中瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e′=132·sin 100πt(V),故B錯(cuò)誤;發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)速增大一倍,即ω增大一倍,則變壓器副線圈輸出電壓的頻率增大一倍,根據(jù)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em=NBSω可知,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值增大一倍,故C錯(cuò)誤,D正確。 答案 AD  理想變壓器和遠(yuǎn)距離輸電 【真題示例】 (2017·北京理綜,16)如圖10所示,理想變壓器的原線圈接在u=220sin 100πt(V)的交流電源上,副線圈接有R=55 Ω 的負(fù)載電阻,原、副線圈匝數(shù)之比為2∶1,電流表、電壓表均為

17、理想電表。下列說(shuō)法正確的是(  ) 圖10 A.原線圈的輸入功率為220 W B.電流表的讀數(shù)為1 A C.電壓表的讀數(shù)為110 V D.副線圈輸出交流電的周期為50 s 解析 由u=220sin 100πt(V)可知,原線圈電壓最大值為220 V,故原線圈電壓的有效值為U1=220 V ,根據(jù)=可知,U2=U1=110 V,故電壓表的讀數(shù)為110 V,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;副線圈電流有效值為I2==2 A,根據(jù)P=UI可知,輸出功率為220 W,則原線圈的輸入功率為220 W,故A錯(cuò)誤;原線圈中的電流I1==1 A,故B正確;因?yàn)棣兀剑?00π,所以T=0.02 s,故D錯(cuò)誤。 答案

18、 B 真題感悟 1.高考考查特點(diǎn) (1)該考點(diǎn)是本專題的命題熱點(diǎn)(2017年全國(guó)卷都沒(méi)考題,2016年全國(guó)卷Ⅰ、Ⅲ都有考題),理想變壓器的原理、基本規(guī)律的應(yīng)用、電路結(jié)構(gòu)的變化及分析與計(jì)算是主要命題角度。 (2)熟練掌握理想變壓器的“三種關(guān)系”,能用直流電路動(dòng)態(tài)分析方法結(jié)合變壓器制約關(guān)系分析動(dòng)態(tài)問(wèn)題是突破該考點(diǎn)的關(guān)鍵。 2.常見(jiàn)誤區(qū)及臨考提醒 (1)變壓器“電壓比”中電壓是指變壓器原副線圈兩端的電壓。 (2)公式=僅適用于“一原一副”的情況。“一原多副”要結(jié)合功率關(guān)系求解。 (3)變壓器動(dòng)態(tài)變化類要看清電路結(jié)構(gòu),找到變化原因,分清變量、不變量。 預(yù)測(cè)1 變壓器原理及動(dòng)態(tài)分

19、析 預(yù)測(cè)2 變壓器原線圈接負(fù)載問(wèn)題 預(yù)測(cè)3 遠(yuǎn)距離輸電 1.(多選)(2017·湖北省襄陽(yáng)市高三第一次調(diào)研測(cè)試)如圖11甲所示,理想變壓器原線圈輸入圖乙所示的正弦交變電流,副線圈中的R0、R1為定值電阻,滑動(dòng)變阻器的最大阻值為R,且R1

20、從最下端向上滑動(dòng),不變 D.滑動(dòng)變阻器滑片從最下端向上滑動(dòng),I2U2減小 解析 電壓表示數(shù)為有效值,而不是瞬時(shí)值,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)=可知副線圈兩端電壓U20不變,滑片上滑,副線圈電路電阻減小,副線圈中電流I2增大,由變壓器原理可知I1增大,原線圈兩端電壓U1不變,則副線圈兩端電壓U20不變,由U2=U20-I2R0知U2減小,則I2U2乘積不能確定,選項(xiàng)B正確,D錯(cuò)誤;U20=U2+I(xiàn)2R0,U20不變,則U2變化的絕對(duì)值和定值電阻R0兩端電壓變化的絕對(duì)值相等,則=R0不變,選項(xiàng)C正確。 答案 BC 2.(2017·山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)一診)在如圖12所示的電路中,理想變壓器的匝數(shù)比為2∶1

21、,四個(gè)標(biāo)有“6 V,6 W”的完全相同的燈泡L1、L2、L3、L4,按如圖的方式接入電路,其中L1恰能正常發(fā)光。忽略燈泡電阻隨電壓的變化。電路中的電表均為理想交流電表,則下列選項(xiàng)中正確的是(  ) 圖12 A.L2、L3、L4均正常發(fā)光 B.電流表示數(shù)為0.5 A C.m、n兩點(diǎn)間所加的電壓為14 V D.整個(gè)電路消耗的總功率為18 W 解析 理想變壓器的匝數(shù)比為2∶1,則原、副線圈中的電流比為1∶2,四個(gè)燈泡的額定電流都為I0=1 A,L1恰能正常發(fā)光,則原線圈中電流為I1=1 A,根據(jù)=,可知副線圈中電流為I2=2 A,流過(guò)L2、L3、L4的電流均為 A,不能正常發(fā)光,選項(xiàng)

22、A、B錯(cuò)誤;L2、L3、L4的電阻值為R=6 Ω,則副線圈兩端電壓為U2=×6 V=4 V,根據(jù)=,可知原線圈兩端電壓為U1=8 V,由于L1正常發(fā)光,其兩端電壓UL1=6 V,故m、n兩端所加電壓為Umn=U1+UL1=14 V,選項(xiàng)C正確;整個(gè)電路消耗的總功率P=UmnI1=14 W,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 C 3.(2017·福建廈門(mén)三模)圖13甲為遠(yuǎn)距離輸電示意圖,升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶100,降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為100∶1,遠(yuǎn)距離輸電線的總電阻為100 Ω。若升壓變壓器的輸入電壓如圖乙所示,輸入功率為750 kW。下列說(shuō)法中正確的有(  ) 圖13 A.用戶

23、端交流電的頻率為100 Hz B.用戶端電壓為250 V C.輸電線中的電流為30 A D.輸電線路損耗功率為180 kW 解析 由題圖乙知交流電的周期為0.02 s,所以頻率為50 Hz,A錯(cuò)誤;升壓變壓器輸入端電壓有效值為250 V,根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比知副線圈電壓為25 000 V,所以輸電線中的電流為I== A=30 A,輸電線路損失的電壓為ΔU=IR=30×100 V=3 000 V,降壓變壓器輸入端電壓為22 000 V,所以用戶端電壓為220 V,B錯(cuò)誤,C正確;輸電線路損耗功率為ΔP=I2R=90 kW,D錯(cuò)誤。 答案 C 歸納總結(jié) 1.分析變壓器動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題的關(guān)鍵 (1)弄清變量和不變量,確定是負(fù)載電阻不變還是匝數(shù)比不變; (2)弄清變壓器動(dòng)態(tài)變化中的決定關(guān)系,即P2決定P1,I2決定I1,U1決定U2。 2.處理理想變壓器原線圈串聯(lián)或并聯(lián)負(fù)載時(shí)應(yīng)注意 (1)變壓器原、副線圈間的電壓關(guān)系、電流關(guān)系與匝數(shù)關(guān)系仍然滿足變壓器原理,原線圈的輸入功率仍然等于副線圈的輸出功率。 (2)首先需要確定原線圈所連接負(fù)載與原線圈的連接關(guān)系,若串聯(lián),則應(yīng)以電流關(guān)系作為突破口確定匝數(shù)比和電壓關(guān)系;若并聯(lián),則應(yīng)從電壓關(guān)系作為突破口確定匝數(shù)比和電流關(guān)系。 - 12 -

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