专题9直流电路与交流电路

1、专题9 直流电路与交流电路一网络构建：部分电路欧姆定律：I=UR闭合电路欧姆定律：I=E(R+r)或E=U+Ir电功 电功率电功：W=qU=UIt电功率：P=Wt=UI焦耳定律：Q=I2Rt全电路：P源=IE;P出=IU端；P内=I2r;IE=IU+I2r用电器：P电=UI;P热=I2R欧姆定律恒定电流产生：线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动变化规律瞬时值表达式：e=Emsinwt最大值：Em=NBSw正弦交流电有效值：E=Em理想变压器原理：电磁感应中的互感现象电压与匝数的关系：U1U2=n1n2电流与匝数的关系：只有一个副线圈有负载工作：I1I=n2n1有多个副线圈有负载工作：I

2、1N1=I2N2+I3N3+电能的输送：为减小电能损失，当输送功率一定时，应提高输电电压以减小电流交变电流二重点知识推介：1. 动态电路的分析：分析解答这类问题的一般步骤： 确定电路的外电阻R外如何变化； 根据闭合电路欧姆定律I总=E/R外总+r确定电路的总电流如何变化； 由U内=I总r确定电源内电压如何变化； 由U外=E-U内确定电源内电压如何变化； 由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端电压如何变化； 确定支路两端电压如何变化以及通过各支路的电流如何变化（可利用串联电路的电压关系、并联电路的电流关系）。2. 含容电路的分析：在直流电路中，当电容器充、放电时，电路里有充放电电流，一旦电路

3、达到稳定状态，电容器在电路里就相当于一个阻值无限大（只考虑电容器是理想的不漏电的情况）的元件，可看做是断路，简化电路时可去掉它。分析和计算含有电容器的直流电路是，需要注意以下几点： 电路稳定后，电容器所在支路中的电阻上无电压降，因此电容器两极板间电压就等于该支路两端电压。 当电容器与电阻并联后接入电路时，电容器两极间的电压与其并联电阻两端电压相等。 电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充（放）电。如果电容器两端电压升高电容器将充电；如果电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。3. 电路的故障的分析：电路故障一般是短路或断路，常见的情况有导线断心、灯泡断丝、灯座短路、电阻器内部断路、接触不

4、良等现象，检查故障的基本方法有两种。a. 仪器检测法： 断点故障的判断：断路的特点与分析;电路中发生断路，表现为电源电压不为零而电流为零；如果外电路中两点间有电压，则说明这两点间有断点，而这两点与电源连接的部分无断点。根据以上特点，检查故障时可以先用电压表与电源并联，若有电压时，再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中又断点。 短路故障的判断:短路特点与分析：电路中发生短路，表现为电流通过电路而电压为零，检查故障时可以先用电压表与电源并联，如果有电压再逐段与电路并联，如果电压表的指针没有偏转，说明该部分电路被短路。b假设法：已知电路发生某种故障，寻求故障发生在某处时可将整个电路划分为若

5、干部分，然后假设某部分电路发生故障，运用欧姆定律进行正向推理，推理结果若与题述现象不符合，则故障不是发生在这部分电路；若推理结果与提述物理现象相符，则故障可能发生在这部分电路。用此方法，直到找出全部可能发生故障为止。4. 交流电的四值：交流电的最大值：Em=NBS，最大值Em(Um、m)与线圈的形状，以及转动轴处于线圈平面内哪个位置无关，但转轴应与磁感线垂直。交流电的有效值是根据电流的热效应规定的，即在交流电的一个周期内，能使一电阻产生与某交流等热量的恒定电流的数值，叫做该交流电的有效值，在正弦交流电中最大值与有效值之间的关系：E=各种用电器设备上标示值及交流电表上的测量值都是指有效值，凡没有

6、特别说明的交流电的值均指有效值。求电功、电功率、焦耳热以及确定熔丝的熔断电流等物理量时，要用有效值计算，计算交流电流的有效值时同理只能根据有效值的定义来计算。求一段时间内通过导体横截面电量时要用 平均值，q=t。平均值的计算必须有E=N5远距离输电的问题： 根据电流的热效应Q=2Rt,为了减小电路中电能的损失，有两种方法：一是减小导线上的电阻；二是减小电线上通过的电流。根据P=U可知，通过减小输电线路的电流，可减小输电线路的能量损失，即采用高压输电，这是减小电能损失的有效方法。 输电过程的电压关系：U出=U损+U入，（其中，U出是升压变压器的副线圈的输出电压，U入是降压变压器的输入电压） 输电

7、过程中功率关系:P出=P损+P用，P损=I2R线，I=P出/U出，P损=U2损/R线 在分析远距离输电的问题时，关键是画好输送电能的示意图，包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻，并按照规范在图中标出相应的物理量的符号。同时，求解过程中要注意相应的制约关系，及各级输电线路之间电压、电流、电功率、电能之间内在联系。三例题分析：1动态电路的分析【例1】 如图9-1所示，电动势为E 、内阻不计的电源与三个灯泡和三个电阻相接。只合上开关S1，三个灯泡都能正常发光。如果再合上S2，则下列表述正确的是：R1ES1L1S2R2L2L3R3A. 电源输出功率减小，B. B.L1上消耗的功率增大C.通

8、过R1上的电流增大 D.通过R3上的电流增大图9-1变式题 如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，V与A分别为电压表与电流表初始时S0与S均闭合，现将S断开，则() AV的读数变大，A的读数变小 BV的读数变大，A的读数变大 CV的读数变小，A的读数变小 DV的读数变小，A的读数变大DAUCR1BC2C1SR2+-2.含电容电路问题：【例2】如图9-2所示，电容器C1=6µF,C2=3µF，电阻R1=6，R2=3.当电键断开时，A、B两点间的电压UAB等于多少?当S闭合时，电容器C1的电荷量改变了多少？（已知电压U=18V）图9-2变

9、式题 如图所示，在平行金属板中带电质点P处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电路的影响当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时，则() A电压表读数减小 B电流表读数减小 C质点P将向上运动 DR3上消耗的功率逐渐增大3电路故障分析：CSEARLB【例3】某同学按图9-3所示电路连接实物，闭合开关后，发现灯泡不亮。他将高内阻的电压表并联在A、C之间时，电压表的示数为U,当并联在A、B之间时，电压表的示数为零，则故障可能是：A AB段电路断路，B BC段断路，C AB段短路，D 无法判断图9-3abScdR /R变式题. 用电压表检查电路中的故障，测得Uad=5.0V、Ucd=0V、Uab=5.0V，

10、则此故障可能是（ ） A. L断路 B. R断路 C. R断路 D. S断路 4交流电的四值问题：【例4】如图所示，理想变压器原线圈输入电压U=UmsintV,副线圈电路中R0为定值电阻，R是滑动变阻器。V1和V2是理想交流电压表，示数分别用U1和U2表示；A1和A2是理想交流电流表，示数分别用1和2表示。下列说法正确的是（ ）A 1和2表示电流的瞬时值B. U1和U2表示电压的最大值 C. 滑片P向下滑动过程中，U2不变、I1变大 D. 滑片P向下滑动过程中，U2变小、I1变小变式题。 如图所示，理想变压器原副线圈的匝数比为101，b是原线圈的中心抽头，电压表和电流表均为理想电表，除R以外其

11、余电阻不计从某时刻开始在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1220sin100t V下列说法中正确的是()At s时，ac两点间电压瞬时值为110 VBt s时，电压表的读数为22 VC滑动变阻器滑片向上移动时，电压表和电流表的示数均变小D单刀双掷开关由a掷向b时，电压表和电流表的示数均变大5远距离输电问题：【例5】 如图5所示，有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R。T1的输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3；它的输出电压和输出功率分别为U4和P4

12、。设T1的输入电压U1一定，当用户消耗的电功率变大时，有()AU2减小，U4变大 图5 _ .-(') o( )_-_图BU2不变，U3变小CP1变小，P2变小 DP2变大，P3变大变式题 如图所示，某变电站用10kV的高压向10km外的小区供电，输送的电功率为200kW。现要求在输电线路上损耗的管理不超过输送功率的2%，下列不同规格的输电线中，符合要求的是：（ ）变电站小区选项型号千米电阻（/km）ADYD30/C1BDYD50/C0.6CDYD100/C0.3DDYD150/C0.2新题解读：【例5】 2009年国庆群众游行队伍中的国徽彩车，不仅气势磅礴而且还是一辆电动车，充一次电

13、可以走100Km左右。假设这辆电动车，总质量为6.75×103kg，当它匀速通过天安门前500m的检阅区域时用时250s，驱动电动机的输入电流I=10A，电压为300V,电动彩车行驶时所受阻力为车重的0.02倍。G取10m/s，不计摩擦，只考虑 驱动电机的内阻发热损耗能量，求：（1） 驱动电机的输入功率；（2） 电动彩车通过天安门前时牵引汽车前进的机械功率；（3） 驱动电机的内阻和机械功率。【解析】（1）驱动机的输入功率P入=UI=300V×10A=3000W.(2)电动彩车通过天安门前的速度v=s/t=2m/s,电动车所受的阻力为f=0.02mg=1.35×10

14、3N电动车匀速行驶时F=f,故电动彩车牵引汽车前进的机械功率P机=Fv=2700W(3)设驱动电机的电阻为R，由能量守恒定律得：P入t=P机t+I2Rt解得电机内阻R=3驱动电机的机械效率=P机/P入×100=90四限时训练：1 如图所示电路中，电源内阻不能忽略，两个电压表均为理想电表，当滑动变阻器R2的滑动触头P移动时，关于两个电表V1/与V2的示数，下列判断正确的是（ C ）bV1R1R2PaSE rV2bV1R1R2PaSE rV2A. P向a移动，V1示数增大，V2的示数也增大B. P向b移动，V1示数增大，V2的示数减小C. P向a移动，V1示数该变量的绝对值小于V2示数改

15、变量的绝对值D. P向b移动，V1示数该变量的绝对值大于V2示数改变量的绝对值2 在如图甲所示电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动的过程中，四个理想电压表的示数都发生变化。图乙中三条图线分别表示了三个电压表示数随电流表示数变化的情况。以下说法错误的是（ ） 图甲V1V2V1V3SR1R2PE rAUbac图乙IOA. 图线a表示的是电压表V3的示数随电流表示数变化的情况B. 图线c表示的是电压表V2数随电流表示数变化的情况C. 此过程中电压表V1示数的变化量U1和电流表示数变化量I的比值变大D. 此过程中电压表V3示数的变化量U3和电流表示数变化量I的比值不变AVR1R2R3S

16、3. 在如图所示的电路中，开关S闭合后，由于电阻元件发生短路或断路故障，电压表和电流表的读数都增大，则可能出现下列那种故障（ A ）A.R1短路 B.R2短路 C.R3短路 D.R1断路4. 如图是某同学连接的实验实物图，A、B灯不亮，他采用下列两种方法进行故障检查。（1） 应用多用表的直流档进行检查，选择开关置10V档。该同学测试结果如表1所示，在测试a、b间直流电压时红表笔应接_。（填a或b）表1表2测试点电压示数a、b有示数b、c无示数c、d有示数d、f有示数测试点指针片状转情况c、dd、ee、fUbac图乙IOUbac图乙IO图甲V1V2V1V3SR1R2PE rA根据测试结果，判定的

17、故障是（ ）A.灯A短路 B.灯B短路. C.cd段断路 D.df段断路（2）将开关断开，再选择欧姆档测试，测量结果如表2所示，那么检查出的故障是（ ）A.灯A断路 B.灯B短路. C.灯A、B都断路 D.d、e间导线断路R1R2R3D1D2AB5. 如图所示，D1D2是两个理想二极管（正向电阻为零，反向电阻无穷大），电阻R1=R2=R3=R,当A、B两端接接正弦交流电时，A、B之间的等效电阻是（ ）A.R/3B.3R/2C.2RD.3R6. 如图所示的电路中，电源的电动势为E、内阻为r，闭合开关S，增大可变电阻R的阻值后，电压表示数的变化量为U.在这个过程中，下列判断正确的是(BCD)A电阻

18、R1两端的电压减小，减小量等于U B电容器带的电荷量减小，减小量小于CU C电压表的示数U和电流表的示数I的比值变大 D电压表示数的变化量U和电流表示数的变 化量I的比值不变7 如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，电压表和电流表均为理想交流电表，D是理想二极管，在原线圈两端加上交变电压，其瞬时值表达式为u1220sin100t V，则()A电压表的示数为11 VBP向上移动的过程中，电流表A1的示数变大CP向下移动的过程中，电流表A2的示数变小DP向上移动的过程中，理想变压器的输入功率变小8 如图所示，理想变压器输入端PQ接稳定交流电源，通过单刀双掷开关S可改变变压器初级线圈匝数(

19、图中电压表及电流表均为理想电表)下列说法正确的是() A当滑片c向b端移动时，变压器输入功率变大B当滑片c向a端移动时，电流表A1 的示数将减小，电压表V的示数不变C当滑片c向b端移动时，电流表A2的示数将变大，电压表V的示数也变大 D滑片c不动，将开关S由1掷向2时，三个电表A1、A2、V的示数都变大9. 某水力发电站的发电机的输出电压稳定，它发出的电先通过电站附近的升压变压器升压，然后用输电线路把电能输送到远处的降压变压器，经降低电压后再输送至各用户设变压器都是理想的，那么在用电高峰期，随着用电器总功率的增加将导致(C) A升压变压器初级线圈中的电流变小 B升压变压器次级线圈两端的电压变小

20、 C高压输电线路的电压损失变大 D降压变压器次级线圈两端的电压变大10. 通过一理想变压器，经同一线路输送相同的电功率P，原线圈的电压U保持不变，输电线路的总电阻为R.当副线圈与原线圈的匝数比为k时，线路损耗的电功率为P1，若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk，线路损耗的电功率为P2，则P1和分别为(D)A.， B.R，C.， D. R，11. 如图所示，直线、分别是电源1与电源2的路端电压随输出电流变化的特性图线，曲线是一个小灯泡的伏安特性曲线如果把该小灯泡先后分别与电源1和电源2单独连接时，则下列说法中不正确的是（ ）A电源1 和电源2的内阻之比是2:1B电源1 和电源2的电动势之比是1:

21、1C在这两种状态下，小灯泡消耗的功率之比是8:25D在这里暗中状态下，小灯泡的电阻之比是2:112. 如下图所示，直线a为电源的UI图线，直线b为电阻R的UI图线，用该电源和电阻组成闭合电路时，电源的输出功率和电源的效率分别为（ ）A、4W、33.3% B、2W、33.3%C、4W、67% D、2W、67%13. 电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比。在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示，图中U为路端电压，I为干路电流，a、b为图线上的两点，相应状态下的电源的效应分别为a、b。由图可知a、b的值分别为（ ）OI/AU/Vab A. 、 B、 C、 D、14 四川省“十二五”水利发展规划指出，若按现有供水能力测算，我省供水缺口极大，蓄引提水是目前解决供水问题的重要手段之一。某地要把河水抽高20 m，进入蓄水池，用一台电动机通过传功效率为80%的皮带，带动效率为60%的离心水泵工作。工作电压为380 V，此