专题12 恒定电流与交变电流（讲义）（解析版）-2024年高考物理二轮复习讲练测（新教材新高考）

【淘宝店铺：向阳百分百】【淘宝店铺：向阳百分百】专题12恒定电流与交变电流目录【淘宝店铺：向阳百分百】TOC\o"1-4"\h\z\u考点一恒定电流 4 4 71.闭合电路中的功率与效率 72.电路的简化与分析 83.电路的动态分析 94.闭合电路的图像问题 10 11考向一电路中的功率及效率 11考向二电路的动态分析及含电容器电路的分析 11考点二交变电流 14 14 161.交变电流的产生及描述 162.变压器电路的动态分析 173.远距离输电的三个易错点 17 18考向一交变电流的产生及描述 18考向二理想变压关系的应用及动态分析远距离输电 18

考点要求考题统计恒定电流考向一电路中的功率及效率：2022•江苏•高考真题、2022•浙江•高考真题考向二电路的动态分析及含电容器电路的分析：2022•北京•高考真题、2023•海南•高考真题、2023•全国•高考真题交变电流考向一交变电流的产生及描述：2022•河北•高考真题、2022•广东•高考真题、2022•浙江•高考真题、2021•辽宁•高考真题、2021•天津•高考真题、2021•北京•高考真题、2021•浙江•高考真题、2023•湖南•高考真题、2022•湖北•高考真题、2021•浙江•高考真题、2021•江苏•高考真题考向二理想变压关系的应用及动态分析远距离输电：2023•广东•高考真题、2023•天津•高考真题、2023•北京•高考真题、2023•山东•高考真题、2023•浙江•高考真题、2022•重庆•高考真题、2022•北京•高考真题、2022•湖南•高考真题、2022•山东•高考真题、2021•重庆•高考真题、2021•福建•高考真题、2021•湖北•高考真题、2021•广东•高考真题、2021•湖南•高考真题、2023•海南•高考真题、2022•天津•高考真题、2022•福建•高考真题、2021•海南•高考真题、2021•山东•高考真题、2021•河北•高考真题考情分析【命题规律及方法指导】1.命题重点：本专题就是高考的热点，恒定电流主要考察电路中的功率和效率问题（结合电磁感应在计算题中考察），电路的分析（以选择题考察），其他以实验题为主。交流电主要以选择题形式结合图像考查交变电流的描述（熟练掌握交流电的产生过程及“四值”的理解和应用）、理想变压器（掌握变压器的原理，及“三个关系”）及远距离输电（注意输电线上损失电压和电功率的计算问题）。2.常用方法：图像法、等效法。3.常考题型：选择题，实验题，计算题．【命题预测】1.本专题属于热点内容；2.高考命题考察方向①恒定电流：电路中的功率与效率、闭合电路欧姆定律的应用、电路及含容电路动态分析。②交变电流：交变电流的产生及描述，理想变压关系的应用及动态分析，远距离输电。

考点一恒定电流1．（2023·全国·高考真题）（多选）黑箱外有编号为1、2、3、4的四个接线柱，接线柱1和2、2和3、3和4之间各接有一个电阻，在接线柱间还接有另外一个电阻R和一个直流电源。测得接线柱之间的电压U12=3.0V，U23=2.5V，U34=－1.5V。符合上述测量结果的可能接法是（

）

A．电源接在1、4之间，R接在1、3之间B．电源接在1、4之间，R接在2、4之间C．电源接在1、3之间，R接在1、4之间D．电源接在1、3之间，R接在2、4之间【考向】电路的简化与分析【答案】CD【详解】A．根据题意画出电路图，如下

可见U34>0，A错误；B．根据题意画出电路图，如下

可见U34>0，B错误；C．根据题意画出电路图，如下

可见上述接法可符合上述测量结果，C正确；D．根据题意画出电路图，如下

可见上述接法可符合上述测量结果，D正确。故选CD。2．（2023·海南·高考真题）如图所示电路，已知电源电动势为E，内阻不计，电容器电容为C，闭合开关K，待电路稳定后，电容器上电荷量为（

）

A．CE B． C． D．【考向】含容电路的分析【答案】C【详解】电路稳定后，由于电源内阻不计，则整个回路可看成3R、2R的串联部分与R、4R的串联部分并联，若取电源负极为零电势点，则电容器上极板的电势为，电容器下极板的电势为，则电容两端的电压，则电容器上的电荷量为。故选C。3．（2022·北京·高考真题）某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的和，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器（可等效为可变电阻）。水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于（、为定值）时，控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是（）A．B．为压力传感器C．若定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低D．若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高【考向】电路动态分析【答案】C【详解】AB．题意可知水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。控制开关自动开启低水位预警，此时水位较低，压力传感器的电阻值较大，由于a、b两端此时的电压大于，根据串联电路电压分部特点可知，为压力传感器，故高水位时压力传感器的电阻值越小，压力传感器两端电压变小，，AB错误；CD．根据闭合电路欧姆定律可知，a、b两端的电压为，若定值电阻的阻值越大，当开启低水位预警时a、b两端的电压大于时，压力传感器阻值需要越大，则水位越低；当a、b两端的电压小于时开启高水位预警时，压压力传感器阻值需要越大，则水位越低。C正确，D错误。故选C。4．（2022·浙江·高考真题）某节水喷灌系统如图所示，水以的速度水平喷出，每秒喷出水的质量为2.0kg。喷出的水是从井下抽取的，喷口离水面的高度保持H=3.75m不变。水泵由电动机带动，电动机正常工作时，输入电压为220V，输入电流为2.0A。不计电动机的摩擦损耗，电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率。已知水泵的抽水效率（水泵的输出功率与输入功率之比）为75%，忽略水在管道中运动的机械能损失，则（）A．每秒水泵对水做功为75JB．每秒水泵对水做功为225JC．水泵输入功率为440WD．电动机线圈的电阻为10【考向】电路的功率与效率【答案】D【详解】AB．每秒喷出水的质量为,抽水增加了水的重力势能和动能，则每秒水泵对水做功为，故AB错误；C．水泵的输出能量转化为水的机械能，则，而水泵的抽水效率（水泵的输出功率与输入功率之比）为75%，则，故C错误；D．电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率，则电动机的机械功率为，而电动机的电功率为，由能量守恒可知，联立解得，故D正确；故选D。1.闭合电路中的功率与效率1）电源的总功率:就是电源提供的总功率，即电源将其他形式的能转化为电能的功率，也叫电源消耗的功率.①任意电路：．②纯电阻电路：.2)电源输出功率:整个外电路上消耗的电功率.①任意电路：．②纯电阻电路：由P出与外电阻R的关系图像可以看出:Ⅰ、当R=r时,电源的输出功率最大,为P出m=E24Ⅱ、当R>r时,随着R的增大,输出功率越来越小.Ⅲ、当R<r时,随着R的增大,输出功率越来越大.Ⅳ、当P出<P出m时,每个输出功率对应两个外电阻R1和R2,且R1R2=r2,因此需要注意题目中可能出现双解的情况.3）电源内耗功率:内电路上消耗的电功率

4)电源的效率:指电源的输出功率与电源的功率之比，即①任意电路：②纯电阻电路：提高纯电阻电路效率的方法：R越大，η越高．2.电路的简化与分析1）含有电容器电路的简化与分析①电路简化：不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所在的电路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上.②电容器的电压 i、电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻两端无电压，相当于导线． ii、电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压．③电容器的电荷量及变化 i、电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电．若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电． ii、如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电荷量为|Q1－Q2|. iii、、如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电荷量为Q1＋Q2.2）理想电表中电流表一般可视为导线,电压表可以视为开关断开.3）等效电源法把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”，其“电动势”、“内阻”如下：①两点间断路时的电压等效为电动势E′.②两点短路时的电流为等效短路电流I短′，等效内电阻r′＝eq\f(E′,I短′).常见电路等效电源如下：4）非纯电阻电路的分析方法①抓住两个关键量:确定非纯电阻电路的电压和电流是解决所有问题的关键.若能求出、,就能确定非纯电阻电路的电功率,根据电流和非纯电阻电路的电阻可求出热功率,最后求出输出功率.②坚持“躲着”求解、:首先,对其他纯电阻电路、电源的内电路等,利用欧姆定律进行分析计算,确定相应的电压或电流.然后,利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压和电流.③应用能量守恒定律分析:要善于从能量转化的角度出发,紧紧围绕能量守恒定律,利用“电功=电热+其他能量”寻找等量关系求解.【技巧点拨】①非纯电阻电路中,既不能表示电功也不能表示电热,因为欧姆定律不再成立.②不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路.当电动机不转动时,仍为纯电阻电路,欧姆定律仍适用,电能全部转化为内能.只有在电动机转动时才为非纯电阻电路,此时欧姆定律不再适用,大部分电能转化为机械能.5）电路的故障分析①电路故障一般是短路或断路.常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯泡短路、电阻内部断路、接触不良等现象.故障的特点如下:i、断路状态的特点：电源电压不为零而电流为零;若外电路某两点之间的电压不为零,则这两点间有断点,而这两点与电源连接部分无断点.ii、短路状态的特点：有电流通过电路而电压为零②利用电流表、电压表判断电路故障的方法i、电流表示数正常而电压表无示数的情况：“电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路,“电压表无示数”表明无电流通过电压表.故障原因可能是:a.电压表损坏;b.电压表接触不良;c.与电压表并联的用电器短路.ii、电压表有示数而电流表无示数的情况：“电压表有示数”表明有电流通过电压表,“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表.故障原因可能是:a.电流表短路;b.和电压表并联的用电器断路.iii、电流表和电压表均无示数的情况：“两表均无示数”表明无电流通过两表,除了两表同时短路外,可能是干路断路导致无电流.iv、欧姆表检测：当测量值很大时，表示该处断路；当测量值很小或为零时，表示该处短路．在用欧姆表检测时，应断开电源．3.电路的动态分析1）程序法:遵循“局部—整体—局部”的思路电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路并联分流I串联分压2）结论法：“串反并同”，应用条件为电源内阻不为零．①所谓“串反”，即某一电阻的阻值增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小，反之则增大．②所谓“并同”，即某一电阻的阻值增大时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大，反之则减小3）极限法: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.4）特殊值法:对于某些特殊电路问题,可以采取代入特殊值的方法去判定.4.闭合电路的图像问题1）导体的伏安特性曲线：由于电阻的导电性能不同,所以不同的电阻有不同的伏安特性曲线.伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应这一状态下的电阻.2）电源的伏安特性曲线：闭合电路中，当外电阻R发生变化时，干路电流I发生变化，路端电压U也随之发生，路端电压U与电流I的关系可表示为，若以U为纵坐标、I为横坐标，可在U-I直角坐标系中作出U-I图线，此图线称为电源的伏安特性曲线由可知函数图像是一条向下倾斜的直线.纵坐标轴上的截距等于电动势的大小;横坐标轴上的截距等于短路电流I短;图线的斜率值等于电源内阻的大小.【技巧点拨】①直线斜率的绝对值表示电源的内阻r,纵轴的截距为电源电动势E.②直线上点A与原点O的连线的斜率表示对应的外电路电阻R.③图线上每一点的横、纵坐标的乘积为对应情况下电源的输出功率,对于图中的A点有PA=UAIA.④图中实线和虚线的交点称为“工作点”,这是求解非线性元件功率的突破口.考向一电路中的功率及效率1．（2024·浙江·模拟预测）我国比亚迪集团采用减小厚度、增加长度的结构创新方案推出了“刀片电池”，可以在同样的空间内装入更多电池。如图所示，一款车型装配了120块“刀片电池”。每块“刀片电池”的容量是200A·h，平均工作电压是3.2V。该车型采用充电电压为600V的快充充电桩时，充电效率为80%，充满电需要的时间为1h。该车型每行驶100km平均能耗是13kW·h。则该车型的汽车充电桩（）

A．充满电后续航里程是640kmB．充满电后储存的电能是640W·hC．单块电池充满电后储存的电荷量是200CD．快充充电桩的平均充电电流是160A【答案】D【详解】C．单块电池充满电后储存的电荷量是q1=200A•h=200×3600C=7.2×105C，故C错误；B．单块电池充满电后储存的电能是E1=U1q1=3.2×200W•h=640W•h，充满电后储存的电能是E=120×640W·h=76800W·h=76.8kW·h，故B错误；A．该车充满电后续航里程是，故A错误；D．由题意可知，解得I=160A，故D正确。故选D。考向二电路的动态分析及含电容器电路的分析2．（2024·广东中山·中山市华侨中学校考模拟预测）（多选）交警使用的某型号酒精测试仪如图甲，其工作原理如图乙所示，传感器电阻R的电阻值随酒精气体浓度的增大而减小，电源的电动势为E、内阻为r，电路中的电表均为理想电表，且．当一位酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，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．电源对外输出功率增大D．电压表示数变化量与电流表示数变化量的绝对值之比减小【答案】BC【详解】AB．当酒驾驾驶员对着测试仪吹气时，传感器电阻减小，电路中电流增大，即电流表的示数增大，内电阻及的分电压增大，则传感器电阻上的电压减小，电压表示数减小，A错误，B正确；C．当内外电阻相等时，电源输出功率最大，当传感器电阻减小时，外电阻阻值接近内电阻，所以电源输出功率变大，C正确；D．根据闭合电路的欧姆定律得，则有，即比值不变，D错误。故选BC。3．（2023·云南·校联考模拟预测）（多选）平行金属板A、B水平放置，构成平行板电容器，下极板B接地，与灵敏电流计G、定值电阻、电源E（内阻为r）、滑动变阻器R组成如图所示电路。滑动变阻器R的滑片置于中间位置，此时两极板间有一带电微粒M处于静止状态。下列说法正确的是（

）A．滑片向a端移动时，有电流从流过灵敏电流计GB．滑片向a端移动一段距离，电路稳定后，滑动变阻器消耗的电功率增大C．若将上极板A向上移动一段距离，则M会向下运动D．若将下极板B向下移动一段距离，则M在原位置处所具有的电势能增大【答案】AC【详解】A．滑片向a端移动，滑动变阻器电阻减小，分得的电压减小，电容器放电，且上极板为正，所以有电流从流过灵敏电流计；故A正确；B．滑动变阻器消耗的功率，当时，滑动变阻器消耗的功率最大，由于不知此时电阻R和的关系，若滑动前电阻大于二者之和，则有可能增大，也有可能先增大再减小，所以无法判断；故B错误；C．若将A向上移动，两极板间距增大，电场强度减小，重力大于电场力；则M会向下运动，故C正确；D．若将B向下移动，两极板间距增大，电场强度减小，原位置与上极板间电压减小，所以原位置处电势升高，由微粒带负电荷，电势能减小，故D错误。故选AC。考点二交变电流1．（2023·湖南·高考真题）（多选）某同学自制了一个手摇交流发电机，如图所示。大轮与小轮通过皮带传动（皮带不打滑），半径之比为，小轮与线圈固定在同一转轴上。线圈是由漆包线绕制而成的边长为的正方形，共匝，总阻值为。磁体间磁场可视为磁感应强度大小为的匀强磁场。大轮以角速度匀速转动，带动小轮及线圈绕转轴转动，转轴与磁场方向垂直。线圈通过导线、滑环和电刷连接一个阻值恒为的灯泡。假设发电时灯泡能发光且工作在额定电压以内，下列说法正确的是（

）

A．线圈转动的角速度为B．灯泡两端电压有效值为C．若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为的多匝正方形线圈，则灯泡两端电压有效值为D．若仅将小轮半径变为原来的两倍，则灯泡变得更亮【考向】交变电流的产生及描述【答案】AC【详解】A．大轮和小轮通过皮带传动，线速度相等，小轮和线圈同轴转动，角速度相等，根据根据题意可知大轮与小轮半径之比为，则小轮转动的角速度为，线圈转动的角速度为，A正确；B．线圈产生感应电动势的最大值，又，联立可得，则线圈产生感应电动势的有效值，根据串联电路分压原理可知灯泡两端电压有效值为，B错误；C．若用总长为原来两倍的相同漆包线重新绕制成边长仍为的多匝正方形线圈，则线圈的匝数变为原来的2倍，线圈产生感应电动势的最大值，此时线圈产生感应电动势的有效值，根据电阻定律，可知线圈电阻变为原来的2倍，即为，根据串联电路分压原理可得灯泡两端电压有效值，C正确；D．若仅将小轮半径变为原来的两倍，根据可知小轮和线圈的角速度变小，根据，可知线圈产生的感应电动势有效值变小，则灯泡变暗，D错误。2．（2023·海南·高考真题）（多选）下图是工厂利用的交流电给照明灯供电的电路，变压器原线圈匝数为1100匝，下列说法正确的是（

）

A．电源电压有效值为 B．交变电流的周期为C．副线圈匝数为180匝 D．副线圈匝数为240匝【考向】理想变压器的应用及动态分析【答案】BC【详解】A．电源电压的有效值，选项A错误；B．交流电的周期，选项B正确；CD．根据，可得副线圈匝数匝，选项C正确，D错误。故选BC。3．（2023·山东·高考真题）某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1=250V，输出功率500kW。降压变压器的匝数比n3：n4=50：1，输电线总电阻R=62.5Ω。其余线路电阻不计，用户端电压U4=220V，功率88kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是（

）

A．发电机的输出电流为368A B．输电线上损失的功率为4.8kWC．输送给储能站的功率为408kW D．升压变压器的匝数比n1：n2=1：44【考向】理想变压器的应用及动态分析【答案】C【详解】A．由题知，发电机的输出电压U1=250V，输出功率500kW，则有，A错误；BD．由题知，用户端电压U4=220V，功率88kW，则有，P′=U4I4，联立解得I4=400A，I3=8A，U3=11000V，则输电线上损失的功率为P损=I32R=4kW，且U2=U3＋I3R=11500V，再根据，解得，BD错误；C．根据理想变压器无功率损失有P=U2I3＋P储，代入数据有P储=408kW，C正确。故选C。4．（2023·天津·高考真题）下图为输电线为用户输电的情景，电路中升压变压器和降压变压器都认为是理想变压器，中间输电电路电阻为R，下列说法正确的有（）

A．输出电压与输入电压相等B．输出功率大于输入功率C．若用户接入的用电器增多，则R功率降低D．若用户接入的用电器增多，则输出功率降低【考向】理想变压器的应用及动态分析远距离输电【答案】B【详解】AB．由于输电过程中电阻R要产生热量，会损失功率，故输出功率大于输入功率；输出电压大于输入电压，故A错误，B正确；C．由于输入电压不变，所以变压器的输出变压不变，随着用户接入的用电器增多，导致用户端的等效电阻变小，则电流变大，根据，可知R功率增大；故C错误；D．用户接入电路的用电器越多，用电器消耗功率增大，即输出功率增大，故D错误。故选B。1.交变电流的产生及描述1）瞬时值:交流电某一时刻的值，常用e、u、i表示，用于计算线圈某时刻的受力情况.【技巧点拨】交变电流瞬时值表达式的书写①确定正弦交变电流的峰值,根据已知图像读出或由公式,求出相应峰值.②明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式.如:Ⅰ、线圈在中性面位置开始计时,则i-t图像为正弦函数图像,函数表达式为.Ⅱ、线圈在垂直于中性面的位置开始计时,则i-t图像为余弦函数图像,函数表达式为.2）最大值:，最大值（，）与线圈的形状，以及转动轴处于线圈平面内哪个位置无关.在考虑电容器的耐压值时，则应根据交流电的最大值.3）有效值:交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的.即在同一时间内，跟某一交流电能使同一电阻产生相等热量的直流电的数值，叫做该交流电的有效值.

【技巧点拨】计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)以及确定保险丝的熔断电流等物理量时，要用有效值计算.在正弦交流电中，各种交流电器设备上“铭牌”上所标的一般是有效值，及交流电表上的测量值都指有效值.4）平均值：,,用于计算通过电路截面的电荷量5）周期和频率①周期:交流电完成一次周期性变化所需的时间.在一个周期内，交流电的方向变化两次.

②频率f:交流电在1s内完成周期性变化的次数.角频率:.2.变压器电路的动态分析常见的理想变压器的动态分析一般分匝数比不变和负载电阻不变两种情况:1）匝数比不变的情况(如图所示)①U1不变,根据U1U2=n1n2,输入电压U1决定输出电压U2,不论负载电阻②当负载电阻发生变化时,I2变化,输出电流I2决定输入电流I1,故I1发生变化.③I2变化引起P2变化,P1=P2,故P1发生变化.2）负载电阻不变的情况(如图所示)①U1不变,发生变化,故U2变化.②R不变,U2变化,故I2发生变化.③根据,P2发生变化,再根据P1=P2,故P1变化,P1=U1I1,U1不变,故I1发生变化.3.远距离输电的三个易错点1）输电线上损失的功率,U应为输电线上损耗的电压,而不是输电电压;2）输电导线损耗的电功率:，因此，当输送功率一定时,输电电压增大到原来的n倍,输电线上损耗的功率就减小到原来的;3）电网送电遵循“用多少送多少”的原则,而不是“送多少用多少”,说明原线圈电流由副线圈电流决定.考向一交变电流的产生及描述1．（2024·河南·校联考模拟预测）如图甲所示为一台小型发电机的结构示意图，内阻为0.7Ω的单匝线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的电动势随时间变化的正弦图线如图乙所示，电压表、电流表均为理想交流电表，定值电阻的阻值R=10.3Ω，则下列说法正确的是（）A．发电机产生的电动势最大值为，线圈的转速n=50r/minB．电流表的示数为10A，电压表的示数为110VC．0~0.01s的时间内，通过定值电阻的电荷量为D．t=0.02s时，穿过线圈的磁通量变化率最大【答案】C【详解】A．由题图乙可知，发电机产生的电动势最大值为，电动势的有效值为，周期为，则转速为，故A错误；B．电流表的示数为，电压表测量的是定值电阻两端的电压，电压表的示数为，故B错误；C．线圈的角速度为，根据线圈最大感应电动势为，可得，则电荷量，故C正确；D．在时，由题图乙可知此时的电动势为零，感应电动势与磁通量的变化率成正比，故该时刻穿过线圈的磁通量变化率