专题13 直流电路与交流电路（原卷版）[共13页]

1、2020年高考物理二轮温习热点题型与提分秘籍专题13 直流电路与交流电路题型一 直流电路的动态分析【题型解码】(1)直流电路动态分析方法程序法；“串反并同”法；极限法。(2)电容器的特点直流电路中,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。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,电容器两端的电压等于与之并联的电阻(或电路)两端的电压。【典例分析1】(2020四川自贡高三一诊)(多选)如图所示的电路中,R1、R2为定值电阻,R3为可变电阻,C为电容器,电源电动势为E,内阻为r,电压表与电流表均为理想电表。在可变电阻R3的滑

2、片由a端向b端滑动的过程中,下列说法中正确的是()A电流表的示数减小 B电压表的示数减小C电容器的电荷量逐渐减少 D电源的输出功率一定增大【提分秘籍】1.直流电路的动态分析方法(1)程序法：部分电路阻值变化电路总电阻R总变化干路电流I变化路端电压U变化各分量变化,即R局R总I总U端。(2)串反并同法：所谓“串反”,即某一电阻阻值增大(减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都减小(增大)。所谓“并同”,即某一电阻阻值增大(减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都增大(减小)。2直流电路中的功率变化的判断(1)定值电阻的功率随其电压或电流的增大而增大

3、。(2)外电阻越接近电源的内阻,电源输出功率越大,等于内阻时电源的输出功率最大。(3)判断变化电阻的功率时,可以将其他电路等效到电源内部,当变化电阻等于等效电阻时其功率最大,若不能等于则越接近越大。【突破训练】1.(多选)(2020上海杨浦区模拟)如图所示的电路中,E为电源电动势,r为电源内阻,R1和R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器当R2的滑片在ab的中点时合上开关S,此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑片向a端移动,则下列说法正确的是()A电源的总功率减小 BR3消耗的功率增大CI1增大,I2减小,U增大 DI1减小,I2不变,U减小2.(多选)(2020安徽

4、黄山模拟)某温度检测、光电控制加热装置原理如图所示图中RT为热敏电阻(随温度升高阻值减小),用来探测加热电阻丝R的温度,RG为光敏电阻(随光照强度增大阻值减小),接收小灯泡L的光照,除RT、RG外,其他电阻均为定值电阻当R处温度降低时()AL变亮 B通过R3的电流减小CE2的路端电压增大 DR消耗的功率减小3.(2019四川泸州泸县一中三诊)如图所示电路中的电源为恒流源或恒压源(不管外电路的电阻如何变化,它都能够提供持续的定值电流或定值电压)。当滑动变阻器的滑动触头向上滑动时,电压表的示数变化量的绝对值为U,电流表的示数变化量的绝对值为I,则下列说法正确的是()A若电源为恒压源时,V示数增大,

5、A示数减小B若电源为恒压源时,V示数不变,A示数增大C若电源为恒流源时,V示数增大,A示数减小,R1D若电源为恒流源时,V示数增大,A示数增大,R24.(2019江苏省丹阳市丹阳高级中学三模)如图所示电路中,R为某种半导体气敏元件,其阻值随周围环境一氧化碳气体浓度的增大而减小。当一氧化碳气体浓度增大时,下列说法中正确的是()A电压表V示数增大 B电流表A示数减小C电路的总功率减小 D变阻器R1的取值越大,电表示数变化越明显题型二 交流电的产生和描述【题型解码】交变电流的产生往往与交变电流图象结合出题,要能将交变电流的图象与线圈的转动过程一一对应起来,分析电流、电动势、磁通量的变化规律【典例分析

6、1】(2020江苏南京、盐城模拟)图甲是小型交流发电机的示意图,在匀强磁场中,一矩形金属线圈绕与磁场方向垂直的轴匀速转动,产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示发电机线圈内阻为10 ,外接一只电阻为 90 的灯泡,不计电路的其他电阻,则()At0时刻线圈平面与中性面垂直 B每秒钟内电流方向改变100次C灯泡两端的电压为22 V D00.01 s时间内通过灯泡的电荷量为0【提分秘籍】解决交变电流问题要注意的几点(1)理解几个特殊位置的磁通量、磁通量的变化率、感应电动势及感应电流的特点。线圈平面与中性面重合时,SB,最大,0,e0,i0,电流方向将发生改变。线圈平面与中性面垂直时,SB,0

7、,最大,e最大,i最大,电流方向不变。(2)区分交变电流的峰值、瞬时值、有效值和平均值。(3)确定交变电流中电动势、电压、电流的有效值后就可以运用直流电路的规律处理交流电路中的能量问题。(4)交变电流瞬时值表达式书写的基本思路根据已知图象或由公式EmNBS确定正、余弦交变电流的峰值,其中2f2n(n为转速)。明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式。a若线圈从中性面位置开始计时,则et图象为正弦函数,eEmsint; b若线圈从垂直中性面位置开始计时,则et图象为余弦函数,eEmcost。【突破训练】1.(2020贵州贵阳高三适应性考试)有一种自行车,它有能向自行车车头灯泡供电的小型发电机,其

8、原理示意图如图甲所示；图中N、S是一对固定的磁极,磁极间有一固定在绝缘转轴上的矩形线圈,转轴的一端有一个与自行车后轮边缘接触的摩擦轮如图乙所示,当车轮转动时,因摩擦而带动摩擦轮转动,从而使线圈在磁场中转动而产生电流给车头灯泡供电关于此装置,下列说法正确的是()A自行车匀速行驶时线圈中产生的是交流电B小灯泡亮度与自行车的行驶速度无关C知道摩擦轮和后轮的半径,就可以知道后轮转一周的时间里摩擦轮转动的圈数D线圈匝数越多,穿过线圈的磁通量的变化率越大2.(2019保定一模)(多选)如图甲所示,一个100匝的正方形线圈,边长a1 m,电阻R1 ,线圈有一半的面积处在有理想边界的匀强磁场中,线圈平面与磁场

9、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()A在t0.01 s时线圈中的电流为零 B在t0到t0.005 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252 J3(2019东北三省三校二模)图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为理想交流电流表。线圈绕垂直于磁场的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动,产生的电动势随时间变化的图象如图乙所示。已知发电机线圈电阻为10 ,外接一只阻值为90 的电阻,不计电路的其他电阻,则()A电流表的示数为0.31 A B线圈转

10、动的角速度为50 rad/sC0.01 s时线圈平面与磁场方向平行 D在线圈转动一周过程中,外电阻发热约为0.087 J题型三 非正弦式交流电有效值的计算【题型解码】（1）定义有效值时要注意“三同”,即电阻相同、时间相同、产生热量相同。（2）在计算交变电流通过导体产生的热量和电功率以及确定保险丝的熔断电流时,只能用交变电池的有效值。如电功率的计算式：中,均为有效值。（3）在交流电路中,电压表、电流表、功率表等电子仪表的示数均为交变电流的有效值。在没有具体说明的情况下,所给出的交变电流的电压、电流及电功率指的都是有效值。（4）我国民用交变电流：照明电压和动力电压都是有效值。【典例分析1】(202

11、0辽宁沈阳质检)如图所示为一交流电压随时间变化的图象每个周期内,前三分之一周期电压按正弦规律变化,后三分之二周期电压恒定根据图中数据可得,此交流电压的有效值为()A7.5 V B8 VC2 V D3 V【提分秘籍】1.求解正弦式交变电流的三点注意(1)只有当线圈从中性面位置开始计时,电流的瞬时值表达式才是正弦形式(2)注意峰值公式EmnBS中的S为有效面积(3)转轴相对线圈的位置改变,或线圈的形状改变时,电动势的最大值仍可由EmnBS计算2.计算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(2)利用两个公式QI2Rt和Qt可分别求得电流有效值和电压有效值(3)若图

12、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)和周期部分可直接应用正弦式交变电流有效值与最大值间的关系I、U求解【突破训练】1.(2020云南重点中学联考)一个U形金属线框在匀强磁场中绕OO轴以相同的角速度匀速转动,通过导线给同一电阻R供电,如图甲、乙所示其中甲图中OO轴右侧有磁场,乙图中整个空间均有磁场,两磁场磁感应强度相同则甲、乙两图中交流电流表的示数之比为()A1B12 C14 D112.(2018高考全国卷)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

13、T,如图所示则Q方Q正等于()A1B1C12D213.(2019河北“五个一名校联盟”第一次诊断)图所示为一交流电电流随时间变化的图象,此交流电电流的有效值为()A7 A B5 A C3.5 A D3.5 A4.(2019山西省三模)现代社会是数字化社会,需要把模拟信号转换为数字信号。如甲图中的正弦交流电通过乙图数字触发器后会输出丙图的数字信号,丙图中数字信号对应两种电压状态0 V和2 V,触发器的转换规则是：交流电压数值小于时输出为0 V,交流电压数值大于等于时输出为2 V。丙图中电压的有效值约为()A2.0 V B1.6 V C1.4 V D1.3 V题型四 变压器和远距离输电问题(1)变

14、压器联系着两个电路：原线圈电路、副线圈电路原线圈在原线圈电路中相当于一用电器副线圈在副线圈电路中相当于电源(2)远距离输电示意图中涉及三个电路,在中间的远距离输电线路中升压变压器的副线圈、导线、降压变压器的原线圈相当于闭合回路的电源、电阻、用电器【典例分析1】(2020江西萍乡模拟)如图所示为汽车的点火装置,此装置的核心是一个变压器,该变压器的原线圈通过开关连接到12 V的蓄电池上,副线圈连接到火花塞的两端,开关由机械控制,当开关由闭合变为断开时,副线圈中产生10 000 V以上的电压,火花塞中产生火花下列说法中正确的是()A变压器的原线圈要用粗导线绕制,而副线圈可以用细导线绕制B若该点火装置

15、的开关始终闭合,火花塞的两端会持续产生高压C变压器原线圈输入的12 V电压必须是交流电,否则就不能在副线圈中产生高压D该点火装置中变压器的副线圈匝数必须小于原线圈的匝数【典例分析2】(2020湖北恩施州2月教学质量检测)在如图所示的电路中,变压器为理想变压器,原、副线圈的匝数比为12,三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U1,电键S闭合后,电压表的示数为U2,则的值为()A. B. C. D.【典例分析3】(2020江西八校联考)有一种调压变压器的构造如图所示线圈AB绕在一个圆环形的铁芯上,C、D之间加上输入电压,转动滑动触头

16、P就可以调节输出电压图中A为交流电流表,V为交流电压表,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C、D两端接正弦交流电源,变压器可视为理想变压器,则下列说法正确的是()A当R3不变,滑动触头P顺时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变小B当R3不变,滑动触头P逆时针转动时,电流表读数变小,电压表读数变小C当P不动,滑动变阻器滑动触头向上滑动时,电流表读数变小,电压表读数变小D当P不动,滑动变阻器滑动触头向下滑动时,电流表读数变大,电压表读数变大【典例分析4】(2019广东汕头高三一模)如图所示为远距离输电的原理图。发电厂输出的电压恒定,升压、降压变压器均为理想变压器。由于用户负载的变化会造成其

17、得到的电压变化,供电部门要实时监控,监控电表为理想电表。若某次监测发现V2表的示数减小,则下列判断正确的是()A电流表A1的示数增大 B电流表A2的示数减少C电压表V1的示数增大 D输电线损失的功率减小【提分秘籍】1.变压器动态变化分析方法(1)变压器动态分析常见的两种情况负载不变,匝数比变化；匝数比不变,负载变化。(2)处理此类问题应注意三点根据题意分清变量和不变量；要弄清“谁决定谁”的制约关系电压是输入决定输出,电流和功率是输出决定输入；动态分析顺序：a由U1和决定U2；b由负载电阻R和U2决定I2；c由P2U2I2确定P1；d由P1U1I1确定I1。2解决远距离输电问题的一般思路(1)电

18、路分析：远距离输电线路由升压变压器、输电线、降压变压器和负载四部分组成。(2)电压关系：升压变压器输入电压U1是不变的,根据可以确定升压变压器的输出电压U2,输电线上有一定的电压损失,UI2R。降压变压器输入端电压U3U2U,降压变压器输出电压U4由确定。(3)功率关系：升压变压器输入功率为P1,输电线上损失功率为PIR,降压变压器输出功率为P4,则P1P4PP4IR。(4)电流关系：用户电路的电流由I4确定,降压变压器的电流由确定,升压变压器的输出电流I2I3,升压变压器的输入电流由确定。【突破训练】1.(2019四川达州高三二诊)如图所示,一自耦变压器接在交流电源上,V1、V2为理想电压表。下列说法正确的是()A若P不动,滑片F向下滑动时,V1示数不变,V2示数变小B若P不动,滑片F向下滑动时,灯泡消耗的功率变大C若F不动,滑片P向上滑动时,V1示数不变,V2示数变大D若F不动,滑片P向上滑动时,灯泡消耗的功率变小2.(2019江西高三九校3月