专题07 恒定电流与交变电流(解析版).pdf

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1、20202020 年物理二轮专题过关宝典年物理二轮专题过关宝典专题七：恒定电流与交变电流专题七：恒定电流与交变电流【知识回扣】1.思维导图1纯电阻电路与非纯电阻电路的比较U2U22(1)纯电阻用电器：WQUItI Rtt，PUII R，如电阻、电炉子、白炽灯等。RR2(2)非纯电阻用电器：WQ，WUItI2RtW其他，PUII2RP其他，如电风扇、电动机、电解槽等。2.闭合电路的功率（1）电源的总功率：P总EI；电源内电阻消耗的功率 P内U内II2r；电源输出功率 P出U外I。（2）对于纯电阻电路，电源的输出功率 P出I RE/(Rr)R22E2，当 Rr 时，电源的输出功率最Rr24rRE2

2、大，其最大输出功率为 Pm.电源输出功率随外电阻变化曲线如图所示。4r（3）电源的效率：指电源的输出功率与电源的总功率之比，即 P出/P总IU/IEU/E.对于纯电阻电路，电源的效率 I2I2RRr1/(1)，所以当 R 增大时，效率 提高当 Rr(电RRrRr源有最大输出功率)时，效率仅为 50%，效率并不高。3.正弦式交变电流的产生（1）将线圈置于匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，线圈中就会产生正弦式交变电流。（2）中性面：与磁场方向垂直的平面。线圈转到中性面时，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，感应电动势为零。线圈平面与中性面垂直:磁通量为零,磁通量变化率最最大,感应电动

3、势最大。线圈转动一周，两次经过中性面，线圈每经过一次中性面，电流的方向就改变一次。4交变电流的最大值 EmnBS，与转轴位置无关，与线圈形状无关。4.交变电流的“四值”物理量表达式eEmsin t瞬时值uUmsin tiImsin t最大值(峰值)EmnBSEmImRr讨论电容器的击穿电压适用情况及说明（1）线圈从中性面开始计时（2）计算线圈某时刻的受力情况(1)计算与电流的热效应有关的量(如电对正(余)弦交流有效值电有：EEm2功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)电表的读数为有效值E BL v平均值E ntI RrE计算通过电路截

4、面的电荷量UmImUI225.理想变压器以及原、副线圈基本量的关系理想变压器功率关系基电压关系本关系频率关系电流关系没有能量损失(铜损、铁损)，没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率，P入P出原、副线圈的电压比等于匝数比，U1U2n1n2，与负载的多少无关只有一个副线圈时，I1I2n2n1；有多个副线圈时，由 P入P出得 I1U1I2U2I3U3InUn或 I1n1I2n2I3n3Innnf1f2(变压器不改变交流电的频率)6.远距离输电问题（1）理清三个回路（2）抓住两个联系1理想的升压变压器联系着回路 1和回路2，由变压器原理可得：线圈 1(匝数为 n

5、1)和线圈2(匝数为 n2)中各个量间的关系是U1n1I1n2，P1P2。U2n2I2n12理想的降压变压器联系着回路 2和回路3，由变压器原理可得：线圈 3(匝数为 n3)和线圈4(匝数为 n4)中各个量间的关系是U3n3I3n4，P3P4。U4n4I4n3（3）掌握两种损耗1电压损耗：输电线上的电阻导致的电压损耗，UU2U3I线R线。2功率损耗：输电线上的电阻发热的功率损耗，PP2P3I2线R线输电线上能量损耗是热损耗，计算功率损耗U2时用公式 PI线R线或 P。R线2【热门考点透析】考点一直流电路的分析和计算1.如图，电路中电源电动势为 3.0 V，内阻不计，L1、L2、L3为三个相同规

6、格的小灯泡，小灯泡的伏安特性曲线如图所示当开关闭合后，下列说法中正确的是()AL1中的电流为 L2中电流的 2 倍BL3的电阻约为 1.875 CL3的电功率约为 0.75 WDL2和 L3的总功率约为 3 W【答案】B【解析】由图象可知，灯泡两端的电压变化时，灯泡的电阻发生变化，L2和 L3的串联电阻并不是 L1电阻的两倍，根据欧姆定律知 L1中的电流不是 L2中电流的 2 倍，A 错误；由于电源不计内阻，所以 L2和 L3两端的电压U均为1.5 V，由图可知此时灯泡中的电流为 I0.8 A，电阻 R 1.875，B 正确；L3的电功率PUI1.50.8IW1.2 W，C 错误；L2和 L3

7、的总功率 P2P2.4 W，D 错误。2.如图甲所示，电动势为 E、内阻为 r 的电源与 R6 的定值电阻、滑动变阻器 RP、开关 S 组成串联回路，已知滑动变阻器消耗的功率 P 与其接入电路的有效阻值 RP的关系如图乙所示。下列说法正确的是()A电源的电动势 E4 10V，内阻 r4 5B图乙中 Rx2.5 C定值电阻 R 消耗的最大功率为 0.96 WD调整滑动变阻器 RP的阻值可以得到该电源的最大输出功率为 1 W【答案】C【解析】当 RPRr10 时，滑动变阻器消耗的功率最大，R6，可得内阻 r4，最大功率 PE20.4 W，解得 E4 V，选项 A 错误；滑动变阻器的阻值为 4 时消

8、耗的功率与阻值为 Rx时消耗的功4（Rr）率相等，有 4Rx(Rr)2，解得 Rx25，选项 B 错误；当回路的电流最大时，定值电阻 R 消耗的功率最大，故E最大功率为RrR0.96 W，选项 C 正确；当外电路电阻与内阻相等时，电源输出功率最大，本题中定值电E阻 R 的阻值已经大于内阻的阻值，故滑动变阻器 RP的阻值为零时，电源的输出功率最大，最大功率为RrR0.96 W，选项 D 错误。3.(2018台州市六校联考)市区某学校创建绿色校园，新装了一批节能路灯，该路灯通过光控开关实现自动控制。路灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。如图 8 为其内部电路简化原理图，电源电动势为 E，内阻

9、为r，Rt为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小)。现增加光照强度，则下列判断正确的是()22图 8A电源总功率不变CR0两端电压变大【答案】C【解析】光照强度增加时光敏电阻的阻值变小，则干路电流变大，电源的总功率 PEI 变大，选项 A 错误；内电压因电流变大而变大，路端电压减小，流过 A 灯的电流变小，A 灯变暗，选项 B、D 错误；干路电流增大，ABA 灯变亮，B 灯变暗D电源路端电压不变灯的电流变小，故通过 R0的电流变大，R0两端电压变大，选项 C 正确。4.(2019石家庄模拟)在如图所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为 E、内电阻为 r，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻

10、器，C 为电容器，A、V 为理想电流表和电压表在滑动变阻器滑动头 P 自 a 端向 b 端滑动的过程中，下列说法中正确的是()A电压表示数变小B电流表示数变小C电容器 C 所带电荷量增多Da 点的电势降低【答案】D【解析】在滑动变阻器滑动头 P 自 a 端向 b 端滑动的过程中，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，干路电流 I 增大，电阻 R1两端电压增大，则电压表示数变大电阻 R2两端的电压 U2EI(R1r)，I 增大，则 U2变小，电容器两板间电压变小，其带电荷量减小根据外电路中顺着电流方向，电势降低，可知 a 点的电势大于零a 点的电势等于 R2两端的电压，U2变小，则 a 点

11、的电势降低，通过 R2的电流 I2减小，通过电流表的电流 IAII2，I 增大，I2减小，则 IA增大，即电流表示数变大，A、B、C 错误，D正确。5.(2019南昌模拟)如图所示，图线甲、乙分别为电源和某金属导体的 U-I 图线，电源的电动势和内阻分别用 E、r 表示，根据所学知识分析下列选项正确的是()AE50 VBr253C当该导体直接与该电源相连时，该导体的电阻为 20 D当该导体直接与该电源相连时，电路消耗的总功率为 80 W【答案】AC【解析】由图象的物理意义可知电源的电动势 E50 V，内阻 rU50205，故 A 正确，B 错误；该I60U导体与该电源相连时，电阻的电压、电流分

12、别为 U40 V，I2 A，则 R 20，此时，电路消耗的总功率IP总EI100 W，故 C 正确，D 错误6.某一电源的路端电压与电流的关系、电阻 R1、R2的电压与电流的关系如图 4 所示，用此电源和电阻 R1、R2组成电路，R1、R2可以同时接入电路，也可以单独接入电路，为使电源输出功率最大，可采用的接法是()图 4A将 R1单独接到电源两端B将 R2单独接到电源两端C将 R1、R2串联后接到电源两端D将 R1、R2并联后接到电源两端【答案】A【解析】电源 UI 图象的纵截距表示电源电动势，则 E3 V；斜率的绝对值为电源内阻，则 r0.5。电阻 UI 图象的斜率表示电阻，则 R10.5

13、，R21。电源输出功率最大时，内外电路的电阻相等，则将 R1单独接到电源两端时，电源输出功率最大，选项 A 正确。【增分攻略】1.对于电源输出功率的极值问题，可以采用数学中求极值的方法，也可以采用电源的输出功率随外电阻的变化规律来求解。但应当注意的是，当待求的最大功率对应的电阻值不能等于等效电源的内阻时，此时的条件是当电阻值最接近等效电源的内阻时，电源的输出功率最大。2.电源的 UI 图象和电阻的 UI 图象电源的 UI 图象和电阻的 UI 图象的交点表示电源的路端电压与用电器两端电压相等，通过电源的电流与通过用电器的电流相等，即该交点表示该电源单独对该用电器供电时的电压和电流。3.解决电路动

14、态变化的基本思路“先总后分”先判断总电阻和总电流如何变化。“先干后支”先分析干路部分，再分析支路部分。“先定后变”先分析定值电阻所在支路，再分析阻值变化的支路。R局(增大减小)I(减小增大)I支U支U内(减小增大)U外(增大减小)考点二交变电流的产生和描述1.如图，实验室一台手摇交流发电机，内阻 r1.0，外接 R9.0 的电阻闭合开关 S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势 e10 2 sin 10t(V)，则()A该交变电流的频率为 10 HzB该电动势的有效值为 10 2 VC外接电阻 R 所消耗的电功率为 10 WD电路中理想交流电流表 OA 的示数为 1.0 A【答案】D

15、【解析】由交变电流电动势的表达式 e10 2 sin 10 t(V)Emsin t 可知，该交变电流的频率为 f5 Hz，A 错误该交变电流电动势的有效值 E10Hz22Em10 2EVV10 V，B 错误电流的有效值 IRr2210A1.0 A，外接电阻 R 所消耗的电功率 PRI2R1.029.0 W9 W，故 C 错误，D 正确。9.01.02.如图所示，电阻为 r 的单匝矩形线圈面积为 S，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴以角速度 匀速转动。匀强磁场的磁感应强度为 B，t0 时刻线圈平面与磁场垂直，各电表均为理想交流电表，则()A滑片 P 下滑时，电压表的读数不变B图示位置线圈中的感应电动

16、势最大C线圈从图示位置转过 180的过程中，流过电阻 R 的电荷量为D1 s 内流过 R 的电流方向改变 次【答案】CD【解析】滑片 P 下滑时，外电阻增大，电压表的读数变大，A 错误；图示位置穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为零，B 错误；线圈从图示位置转过 180的过程中，流过电阻 R 的电荷量 q内线圈 2 次通过中性面，电流方向改变 2 次，交流电的频率为确3.(2017高考天津卷)在匀强磁场中，一个 100 匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化设线圈总电阻为 2，则()2BS，C 正确；一个周期RrRr2BSRr，所以 1

17、s 内流过 R 的电流方向改变 次，D 正2At0 时，线圈平面平行于磁感线Bt1 s 时，线圈中的电流改变方向Ct1.5 s 时，线圈中的感应电动势最大D一个周期内，线圈产生的热量为 82 J【答案】AD【解析】.t0 时，磁通量为零，磁感线与线圈平面平行，A 正确；当磁感线与线圈平面平行时，磁通量变化率最大，感应电动势最大，画出感应电动势随时间变化的图象如图，由图可知，t1 s 时，感应电流没有改变方向，B 错误；t1.5 s 时，感应电动势为 0，C 错误；感应电动势最大值 EmNBSNm2E24(V)，有效值 E4(V)2 2(V)，QT82(J)，D 正确。2R221000.04(V

18、)T24.(2019贵阳一模)如图甲所示为某品牌电热毯的简易电路，电热丝的电阻为 R484，现将其接在 u220 2sin100t(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()A220 V、100 WC110 V、25 W【答案】BB156 V、50 WD311 V、200 WU2Um【解析】由图象根据有效值的定义可得 0T，解得：U110 2 V156 V，电热毯在保温状R2R2态下消耗的电功率为 PU2110 22(W5

19、0 W，B 正确。R484Um22T【增分攻略】计算非正弦式交变电流有效值的方法：(1)分段计算电热，然后求和得出一个周期内产生的总热量。U2(2)利用两个公式 QI Rt 和 Qt 可分别求得电流有效值和电压有效值。R211(3)若图象部分是正弦(或余弦)式交变电流，其中的(但必须是从零至最大值或从最大值至零)和 周期部分可直接42应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系 IImUm、U求解。22考点三理想变压器和远距离输电1.(2019河南省郑州市一模)如图甲所示，变压器原、副线圈上有 L1、L2、L3、L4四只灯泡，它们的规格都是“9 V12 W”，当在该变压器 cd 端输入交变电压 u

20、(u-t 图象如图乙所示)时，四只灯泡都正常发光，各电表均为理想交流电表。以下说法正确的是()Aab 端输入电压的瞬时值表达式为 uab27 2sin100t(V)B原、副线圈匝数比为 31C流过灯泡 L2的电流方向每秒钟改变 50 次D电流表的示数为 4 A，ab 端输入的功率 Pab为 48 W【答案】BD【解析】由变压器 cd 端输入交变电压 u 的图象，可求出其有效值为 27 V，灯泡规格都是“9 V12 W”，四只灯泡都正常发光，所以 ab 端输入电压的有效值是 27 V9 V36 V，交流电的周期是 0.02 s，故ab 端输入电压的瞬时值表达式为uab36 2sin100t(V)

21、，A错误；四只灯泡都正常发光，所以副线圈电压为 9 V，根据理想变压器电压比规律可得出变压器原、副线圈匝数比为 31，B 正确；由图象知交流电的周期为 0.02 s，交流电的频率为 5012Hz，流过灯泡L2的电流方向每秒钟改变 100次，C错误；电流表的示数为 I3A4 A，ab端输入的功率Pab9412 W48 W，D 正确。2.(2015天津理综，6)如图所示，理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表，副线圈匝数可以通过滑动触头Q 来调节，在副线圈两端连接了定值电阻 R0和滑动变阻器 R，P 为滑动变阻器的滑动触头。在原线圈上加一电压为 U 的正弦交流电，则()A保持 Q 的位置不动，将

22、 P 向上滑动时，电流表读数变大B保持 Q 的位置不动，将 P 向上滑动时，电流表读数变小C保持 P 的位置不动，将Q 向上滑动时，电流表读数变大D保持 P 的位置不动，将 Q 向上滑动时，电流表读数变小【答案】BC【解析】原线圈输入电压的有效值为 220 V，由变压比U1n1及电表测得的有效值可知，当单刀双掷开关与 a 连U2n2接时，副线圈的输出电压 U222 V，而U2UR0UV1，所以电压表 V1的示数小于 22 V，A错；由瞬时值表达式可知，当 t1s 时，电压表 V0瞬时值为 110 2 V，而电压表示数为有效值，故电压表 V0的读数为 220 V，B600对；单刀双掷开关与 a

23、连接，当滑动变阻器滑片 P 向上移动的过程中，R 接入电路的阻值增大，而 U2不变，故电流表读数减小，电压表 V1示数增大，C 对；当单刀双掷开关由 a 扳向 b 时，变压器原线圈匝数减小，所以副线圈输出电压增大，电压表 V1和电流表的示数均变大，D 错。3.(2014高考新课标全国卷)如图，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为 n1、n2。原线圈通过一理想电流表接正弦交流电源，一个二极管和阻值为 R的负载电阻串联后接到副线圈的两端假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大用交流电压表测得 a、b 端和 c、d 端的电压分别为 Uab和 Ucd，则()AUabUcdn1n2B增大负载电阻的阻值

24、R，电流表的读数变小C负载电阻的阻值越小，cd 间的电压 Ucd越大D将二极管短路，电流表的读数加倍【答案】DU1n1【解析】根据变压器的工作原理、交流电的有效值解题变压器的变压比，其中U1、U2是变压器原、U2n2副线圈两端的电压 U1Uab，由于二极管的单向导电特性，Ucd U2，选项 A 错误增大负载电阻 R 的阻值，负载的电功率减小，由于P入P出，且P入I1Uab，所以原线圈上的电流I1减小，即电流表的读数变小，选项 B 正确c、d 端的电压由输入电压 Uab决定，负载电阻R 的阻值变小时，Ucd不变，选项C 错误根据变U2T压器上的能量关系有 E输入E输出，在一个周期 T 的时间内，

25、二极管未短路时有 UabI1T 0(U 为副线圈R 2U2两端的电压)，二极管短路时有 UabI2TT，由以上两式得 I22I1，选项 D 正确。R4.(2019山西质量监测)某小型水电站的电能输送示意图如图所示，发电机通过升压变压器 T1和降压变压器 T2向R011 的纯电阻用电器供电已知输电线的总电阻 R10，T2的原、副线圈匝数比为41，用电器两端的电压为 u220 2sin 100t(V)，将 T1、T2均视为理想变压器下列说法正确的是()A降压变压器的输入功率为 4 400 WB升压变压器中电流的频率为 100 HzC输电线消耗的功率为 500 WD当用电器的电阻减小时，输电线消耗的

26、功率减小【答案】A【解析】由题可知，用电器两端电压有效值为 220 V，交流电频率 f100Hz50 Hz，由电功率公式可知，22U2降压变压器输出功率 P4 400 W理想变压器输入功率与输出功率相等，故 A 项正确；理想变压器不改变R0交变电流的频率，B 项错误；由变压规律U1n1，可知降压变压器输入电压为 880 V，由电功率定义式 PUI 可U2n2知，降压变压器输入电流为 I5 A，由焦耳定律可知，输电线电阻消耗的功率 PI2R250 W，C 项错误；当用电器的电阻减小时，输出功率增大，故降压器输入功率增大，从而输入电流增大，再由 PI2R 可知，输电线 R消耗的功率增大，D 项错误。【增分攻略】1.原线圈端串联分压电阻时，输入前端电压等于分压电阻电压和变压器输入电压之和。若电阻与原线圈并联，输入端前端电流等于分流电阻电流与原线圈电流之和。2.含有变压器的动态电路问题的解题思路3.变压器副线圈接有二极管时，由于二极管的单向导电性，使得 cd 端一个周期的时间内只有半个周期有电流，依据这一特点可画出 cd 间 It 关系图象展开分析。4.输电线路上损失的功率必须与输电线上的电流和电压相对应，注意不要把输电线上的输电电压和输电线上损失的电压相混淆。