2023年物理二轮复习十二直流电路与交流电路

专题十二直流电路与交流电路

命题热点常考题型

(1)直流电路的分析与计算；

(2)交变电流的产生与描述；

选择题

(3)变压器与远距离输电；

(4)利用变压器规律解决实际问题.

高频考点•能力突破

考点一直流电路的分析与计算

电路动态分析的两种方法

(1)程序法f最常规的方法

增大，E减小”,减小”

我局而［总=秆7菽。内=/总〃说^外=

增大

E—U内宙：确定U支、I支.

减小

(2)极限法f最直接的方法

即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极

端去讨论.

例1［2022•陕西渭南市教学质量检测］(多选)如图所示，电流表示数为/,电压表示数为U,

定值电阻凡消耗的功率为P，电容器C所带的电荷量为Q,电源内阻不能忽略.当变阻器

滑动触头向右缓慢滑动时,下列说法正确的是()

A.U增大、/减小B.U减小、/增大

C.P增大、。减小D.P、Q均减小

［斛题心得］........

预测1在如图所示的电路中，电源的电动势为E,内阻为r,灯泡L的电阻小于电源

的内阻，闭合开关S,在滑动变阻器的滑片由。向b移动的过程中，下列各物理量的变化情

况正确的是()

-------------1

—©——T~bRa

----'I-----®-

sE.r

A.电流表的读数变大

B.灯泡L变亮

C.电源输出功率先减小后增大

D.电压表的读数先增大后减小

预测2[2022・四川绵阳模拟妆口图所示，闭合开关S,将滑动变阻器R的滑片向右滑动

的过程中()

A.电流表Ai的示数变小

B.电流表A2的示数变小

C.电压表V的示数变小

D.电阻用的电功率变大

考点二交变电流的产生及变化规律

解答交变电流问题的三点注意

(1)理解两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方向的特点：

线圈与中性面重合时，S±B,。最大，詈=0，e=0,i=0,电流方向将发生改变，线圈与

类比v和a偌)的关系

性面垂直时，S〃B,①=0,襄最大，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

流电路中的有关问题.

例2[2022•浙江1月]如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情

况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布

情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动.下列说法正确的是()

甲乙

A.甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场

B.乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场

C.甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电

D.乙图中线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电

［等题心得］....................................................................

预测3［2022•湖北押题卷］一矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，产

生正弦式交变电流，电动势随时间的变化规律如图线a所示.仅调整线圈转速，电动势随时

间的变化规律如图线b所示，则图线b电动势瞬时值的表达式是（）

A.e=lOOsin5nt(V)

C.e=120sin57rt（V）

D.e=120s山i^（V）

预测4［2022.山东章丘二模］一半径为a的半圆形单匝闭合线框，其总电阻为r,空间

中存有方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场.某时刻在外力驱动下，线框开始

绕其水平放置的直径以角速度s匀速转动（左侧观察顺时针转动）.t时刻线框恰好转动至如

图所示的竖直平面，下列说法正确的是（）

■fl

7t3B2a4(o

A.线框匀速转动一周的过程中外力做功为W=

4r

B.从t时刻开始计时，感应电动势的表达式为e=与^sin(3t)V

C.线框从t时刻转到水平位置的过程中电路中的电荷量为q=霁型

D.设N点电势为零，t时刻M点电势为(PM=—巴等

考点三变压器与远距离输电

I.理想变压器原副线圈中各物理量的三个制约关系

⑴电压制约：输出电压u2由输入电压3决定，即U2=—.r原制约副

(2)电流制约：原线圈中的电流人由副线圈中的输出电流/2决定，即八=汕.一副制

约原

(3)功率制约：变压器副线圈中的功率3由用户负载决定，原线圈的输入功率P由副线

圈的输出功率尸2决定，即P|=P2.一'副制约原

2.分清远距离输电的三个回路和三种关系

(1)理清三个回路

(2)分清三种关系

电压关系匕=£102=AU+U3匕=%

U2n2U4n4

h__nzh__n4

电流关系线

12nlh=h=IUn3

P2=Py+^P

功率关系P\=P1A2P_SU)2P3=P4

△Pi线R«„

■XK线

例3[2022•河北卷]张家口市坝上地区的风力发电场是北京冬奥会绿色电能的主要供应

地之一，其发电、输电简易模型如图所示，已知风轮机叶片转速为每秒z转，通过转速比为

1:"的升速齿轮箱带动发电机线圈高速转动，发电机线圈面积为S,匝数为M匀强磁场的

磁感应强度为1=0时刻，线圈所在平面与磁场方向垂直，发电机产生的交变电流经过理

想变压器升压后，输出电压为U.忽略线圈电阻，下列说法正确的是()

低速高速线蚪邂用

转轴转轴1*XX；升压变压器

匚

｛ixxBX，

A.发电机输出的电压为&7rNBSz

B.发电机输出交变电流的频率为2mz

C.变压器原、副线圈的匝数比为近兀N8S"z:U

D.发电机产生的瞬时电动势e=gzNBSnzsin（2nnz）t

［斛题心得］....................................................................

预测5［2022•湖北押题卷］如图甲所示，100匝圆形线圈接入理想变压器的原线圈，变

压器的副线圈接入阻值为R的电阻，电表都是理想电表.已知每匝线圈的电阻均为R,若在

线圈位置加入垂直于线圈平面的磁场，磁感应强度B随时间，按正弦规律变化的图像如图乙

所示，得到圆形线圈的电热功率与电阻R的功率相等.下列说法正确的是（）

A.我寸刻两电流表示数均达最大

B.；时刻两电流表示数均为0

C.原、副线圈匝数比切：722=10：1

D.对某一段线圈来说，当磁感应强度最大时，受到的安培力最大

预测612022.湖南卷］如图，理想变压器原、副线圈总匝数相同，滑动触头P初始位置

在副线圈正中间，输入端接入电压有效值恒定的交变电源.定值电阻照的阻值为R,滑动

变阻器R2的最大阻值为9R,滑片P2初始位置在最右端.理想电压表G＞的示数为U,理想

电流表0的示数为/.下列说法正确的是（）

A.保持Pi位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，/减小，U不变

B.保持乃位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，以消耗的功率增大

C.保持2位置不变，P向下缓慢滑动的过程中，/减小，。增大

D.保持P2位置不变，Pi向下缓慢滑动的过程中，以消耗的功率减小

预测7［2022•福建押题卷］如图所示为研究远距离输电的装置.理想变压器7卜T2的匝

数比相等（"1：物="4：”3）,变压器Ti的输入电压M1=e=50V2sin100m（V）,输电线的总电

阻为r,贝U（）

A.闭合开关后，灯泡两端的电压为50V

B.闭合开关后，通过灯泡电流的频率为100Hz

C.闭合的开关数越多，所有灯泡获得的总功率越大

D.依次闭合开关Si、S2、S3…，灯泡L越来越暗

素养培优•情境命题

利用理想变压器规律解决实际问题

情境1［2022•江苏冲刺卷］互感式钳形电流表内部结构如图所示，电流表与次级线圈相

连，用手柄控制钳形铁芯上方开口的开合，则（）

A.该电流表可用来测量直流电

B.次级线圈匝数越少，电流表读数越大

C.该电流表测电流时相当于降压变压器

D.测量时电流表应串联在被测通电导线中

［解题心得］............................................................................

情境2［2022・历城二中测评］如图是一个家庭用的漏电保护器的简单原理图，它由两个

主要部分组成，图中左边虚线框内是检测装置，右边虚线框内是执行装置.检测装置是一个

特殊的变压器，它把即将引入室内的火线和零线并在一起绕在铁芯上作为初级（小匝），另绕

一个次级线圈（〃2匝）.执行装置是一个由电磁铁控制的脱扣开关.当电磁铁的线圈中没有电

流时，开关是闭合的，当电磁铁的线圈中的电流达到或超过一定值时，开关断开，切断电路，

起到自动保护作用.我国规定当漏电流达到或超过30mA时，就要切断电路以保证人身的

安全.至于电磁铁中的电流达到多大时脱扣开关才断开，则与使用的具体器材有关，如果本

题中的脱扣开关要求电磁铁中的电流至少达到80mA才会脱扣，并且其检测装置可以看作

理想变压器，那么，切与"2的比值为（）

接室内

用电器

A.n\:712=5：3B.n\'•如=3:5

C.：〃2=8・3D.小：九2=3：8

［斛题心得］.................................................................................

情境3［2022•广东冲刺卷］氮化镜手机充电器具有体积小、功率大、发热量少的特点,

图甲是这种充电器的核心电路.交流电经前端电路和氮化钱开关管后，在时端获得如图乙

所示的高频脉冲直流电，经理想变压器降压后在cd端给手机充电，则正常工作时，变压器

cd输出端（）

“/V

JUIR

°iTnT3Tn2T.

氮化铁开关管

A.轴出的电压也是直流电压

B.输出电流的频率为手

C.输出电流的有效值大于外端输入电流的有效值

D.需将输入电压转变为交流电，输出端才会有电压输出

［解题心得］.................................................................................

情境4［2022・山东冲刺卷］近十年来，我国环形变压器从无到有，已形成相当大的生产

规模，广泛应用于计算机、医疗设备、家电设备和灯光照明等方面，如图甲所示.环形变压

器与传统方形变压器相比，漏磁和能量损耗都很小，可视为理想变压器.原线圈匝数川=

880匝，副线圈接一个“I2V22W”的照明电灯，示意图如图乙所示，图中电压表与电流

表均为理想交流电表.原线圈接交流电源，原线圈两端的电压随时间变化的关系图像如图丙

所示，最大值Um=220&V,最大值始终保持不变，照明电灯恰好正常发光.则（）

A.原线圈两端电压的有效值和Z=2.5X10-3s的电压瞬时值相等

B.若电压表为非理想电表，电压表的读数会变小

C.照明电灯正常发光时，电流表的读数为0.05A

D.在t=5X103s时刻，电压表的示数为零

［解题心得］....................................................................

专题十二直流电路与交流电路

高频考点•能力突破

考点一

例1解析：当变阻器滑动触头向右缓慢滑动时，接入电路中的电阻减小，总电阻变小，

总电流变大，内电压变大，由路端电压。=E一/厂知。变小，电压表示数减小，电流表示数

增大，R2两端电压增大，功率P增大，电容器与变阻器并联，所以电容器两端电压减小，

由公式Q=CU可知，电荷量减小，故B、C正确.

答案：BC

预测1解析：滑动变阻器的滑片位于最右端时，滑动变阻器两部分并联的限值为零，

此时电路的外电阻最小，干路电流最大，路端电压最小，电流表示数最大；滑动变阻器的滑

片位于中间时，滑动变阻器两部分并联的阻值最大，此时电路的外电阻最大，干路电流最小，

路端电压最大，电流表示数小于初始位置时的示数；滑动变阻器的滑片位于最左端时，滑动

变阻器两部分并联的限值为零，此时电路的外电阻最小，干路电流最大，路端电压最小，电

流表示数为零，所以A、B错误，D正确.滑动变阻器两部分并联的阻值先增大后减小，但

与灯泡L及内阻的阻值关系未知，故输出功率无法确定，C错误.

答案：D

预测2解析：程序法：在滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中，滑动变阻器接入电

路的电阻变大，电路总电阻变大，根据闭合电路的欧姆定律可知，干路电流变小，选项A

正确；由于干路电流变小，根据U»=E—〃可知外电路两端的电压变大，电阻Ri两端的电

压U=/体变小，则并联部分电路两端的电压变大，即电压表V的示数变大，通过电阻&

的电流变大，即电流表A2的示数变大，选项B、C错误；根据可知，电阻均不变，

通过品的电流变小，则电阻Ri的电功率变小，选项D错误.

结论法：根据“串反并同”，滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程，R变大，与之间接

串联部分的电流、电压减小，R的电功率变小，选项A正确、D错误；与之并联部分的电

流、电压变大，选项B、C错误.

答案：A

考点二

例2解析：图中细短铁丝被磁化之后，其作用相当于小磁针，根据其分布特点可判断

出甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故选项A正确；而乙图中，磁针分布的方向

并不相同，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故选项B错误；根据发电机原理可知，

甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故选项C错

误；乙图中线圈匀速转动时，由于线圈切割磁感线的速度方向始终与磁场垂直且所在位置的

磁感应强度大小不变，所以匀速转动时产生的是大小恒定的电流，故选项D错误.

答案：A

预测3解析：由图可知，调整转速前后周期之比黑=嬲=|

Tb0.063

由3=冬可知角速度与周期成反比，得调整转速前后角速度之比为处=?=：

T3bTa2

调整线圈转速之后，交流电的角速度rad/s

Tb0.06s3

感应电动势最大值Em=NBSs

转速调整前后，NBS相同，Em与0成正比牌=出

Emb3b

由图可知，调整线圈转速之前交流电的最大电动势Em“=150V

所以调整线圈转速之后交流电的最大电动势&V产怒品《=弊150V=100V

线圈从中性面开始转动计时，所以图线b电动势的瞬时值表达式e=100sin誓(V),

故选B.

答案：B

预测4解析：根据法拉第电磁感应定律有，线框中产生感应电动势的有效值为£育=粤

V2

=刍的3=鸟皿2反。，则线框匀速转动一周的过程中线框中产生的焦耳热为。-ZT,7=空,

24r3

联立解得Q=H箸，线框匀速转动一周的过程中外力做功等于线框中产生的焦耳热，即W

=00,故A正确；/时刻开始计时，线框中产生的感应电动势的表达式为e=EmCos

4r

3=卓:竺cos(而)V,B错误；线框从/时刻转到水平位置的过程中电路中的电荷量为4=竽

=吧=型土=号±,C错误；设N点电势为零，r时刻M点电势为＜pM=-(-^-\-e=—

rr2rT\na+2a/

(4)则叱—噤耳故错误

\Tra+2a/22(n+2)

答案：A

考点三

例3解析：发电机线圈的转速为〃z,输出交变电流的频率为六？=〃z,B错误；线

圈绕垂直于磁场的轴匀速转动，产生的为正弦交流电，最大值为Em=NBS-2n-〃z,输出电压

的有效值为E=与=&7tNBS〃z,A错误；变压器原、副线圈的匝数比为也=[="呼，C

V2n2UU

正确；发电机产生的瞬时电动势为e=EmSin0f=2?iNBS"zsin(27r〃z)f,D错误.

答案：C

预测5解析：电表测量的是有效值，不是瞬时值，两电流表的示数不变，A、B错误；

根据题意得片XIOOR=MXR,户寻解得葛=泽C正确；由图乙可知当磁感应强度最大

时，磁感应强度的变化率为零，感应电流等于零，线圈受到的安培力等于零，D错误.

答案：C

预测6解析：设原线圈两端电压为U|,副线圈两端电压为U2,通过原线圈的电流为

/1,通过副线圈的电流为/2,由理想变压器变压规律和变流规律可得，原、副线圈及定值电

阻治的等效电阻为尺=,=第=⑶。=(兼当；保持外位置不变，将原、副线圈及电

nl

阻凡等效为一定值电阻，P2向左缓慢滑动过程中，&接入电路的电阻减小，则整个电路的

总电阻减小，由欧姆定律可知，回路中电流/增大，原线圈两端电压增大，又电源电压不变，

故电压表示数U减小，A项错误；由于原线圈两端电压增大，由理想变压器变压规律可知，

副线圈两端电压增大，故凡消耗的功率增大，B项正确；当匕位置不变，P向下滑动时,

“2减小，等效电阻R'增大，由欧姆定律可知，回路中电流减小，/?2两端电压减小，c项错

误；由于生两端电压减小，则原线圈两端电压增大，由变压规律可知，副线圈两端电压增

大，R的功率增大，D项错误.

答案：B

预测7解析：闭合开关后，灯泡两端的电压为U4=4/3=NS—AU)=U(^U1-AU)

n3n3n3\ni/

=口一工AU,A错误；变压器不改变频率，交变电流的频率为f=?=50Hz,B错误；设升

n32n

压变压器的输出电压为S,输送电流为/2,所有灯泡获得的总功率为P=U212—1〉=

闭合的开关数越多，灯泡总电阻越小，所以灯泡总功率有可能先增大后减小，也有可能

一直减小，C