2025届高考物理二轮复习讲义：专题四 电路和电磁感应 第9讲 恒定电流和交变电流 【含答案】

2025届高考物理二轮复习讲义专题四电路和电磁感应第9讲恒定电流和交变电流【网络构建】【关键能力】理清各个基本概念,熟记各公式及适用条件,掌握交流电“四值”的特点及适用范围,注意训练和掌握闭合电路的动态分析问题、含电容器电路的分析问题、变压器电路的动态分析问题的分析思路与方法,提高解决与实际生活、生产、科技相结合问题的能力.题型1直流电路的分析与计算闭合电路两个重要图像的应用(1)闭合电路的U-I图像如图甲所示.当外电路短路时(R=0,因而U=0),电路中电流最大,为I短=Er(不允许出现这种情况,因为会把电源烧坏)(2)电源的输出功率(P外)与外电阻R的关系为P外=IU=E2R(R+r)2=E2(R例1(不定项)如图所示的电路中,定值电阻R的阻值为1.0Ω,电源的电动势为E=3V,电源的内阻r未知.单刀双掷开关接到1时,电流表的示数为2A;单刀双掷开关接到2时,电动机正常工作.若电动机的内阻rM与定值电阻R的阻值相同,不计电流表的内阻,则下列说法正确的是 ()A.电源的内阻为r=1.0ΩB.单刀双掷开关接到1时,电源的输出功率为4WC.单刀双掷开关接到2时,电流表的示数小于2AD.单刀双掷开关接到2时,电流表的示数大于2A【技法点拨】1.电源的总功率包括输出功率与热功率两部分.2.对电动机类非纯电阻元件,输入功率等于输出功率与热功率之和.输入功率用P入=UI计算,热功率用P热=I2R计算,输出功率用P出=P入-P热或者P出=Fv计算.例2[2024·丽水模拟]在如图所示的电路中,灯L1、L2的电阻分别为R1、R2,滑动变阻器的最大电阻为R0,且R0>R2,电容器的电容为C.只要有电流通过,灯就能发光.假设灯的电阻不变,当变阻器的滑片P由a端向b端移动时,以下说法中正确的是 ()A.L1先变暗后变亮,L2一直变亮B.L1先变亮后变暗,L2先变暗后变亮C.电容器极板所带的电荷量先减小后增大D.电源的效率先减小后增大

【技法点拨】本题主要考查分析直流动态电路中灯的亮暗变化、电容器极板所带电荷量的变化、电源效率的变化的方法.滑动变阻器与灯L2的连接为混联电路,该部分电路的总电阻非单调变化.含电容器的支路在稳定状态下无电流通过,该支路中的电阻R不分压,分析电源的效率时无须考虑含电容器的支路.【迁移拓展】1.锂离子电池主要依靠锂离子Li+在正极和负极之间移动来工作.如图所示为锂电池的内部结构,该过程中Li+从负极通过隔膜返回正极.已知该锂电池的电动势为3.7V,则 (A.该过程中电池处于充电状态B.电池内部每移动一个锂离子,需要消耗电能3.7eVC.“毫安·时”(mA·h)是电池储存能量的单位D.锂离子电池放电时,电池内部非静电力做功,化学能转化为电能2.如图甲所示电路中,R为电阻箱,电源的电动势为E,内阻为r.图乙为电源的输出功率P与电流表示数I的关系图像,其中功率P0分别对应电流I1、I2和外电阻R1、R2,电表为理想电表.下列说法中正确的是 ()A.I1+I2>Er B.I1+I2=C.R1r>rR2 D题型2交变电流的分析与计算交变电流的产生与描述书写交变电流瞬时值表达式的基本思路(1)确定正弦式交变电流的峰值,根据已知图像读出或由公式Em=nBSω求出相应峰值.(2)明确计时起点时线圈的位置,找出对应的函数关系式.①若从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i=Imsinωt.②若从线圈在垂直于中性面位置开始计时,则i-t图像为余弦函数图像,函数表达式为i=Imcosωt.例3如图甲所示,单匝闭合矩形线框电阻为R,在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动,穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图乙所示.下列说法正确的是()A.T2B.线框产生的感应电动势的最大值为2C.从t=0到t=T4过程中线框产生的感应电动势的平均值为D.线框转动一周,外力所做的功为2变压器和远距离输电1.理解理想变压器的相关量的关系(1)功率关系:输出功率决定输入功率,P入=P出.(2)电压关系:输入电压决定输出电压,U1U2(3)电流关系:只有一个副线圈时,I1I2=n2n1;有多个副线圈时,从能量守恒角度考虑,I1n1=I2n2+I(4)频率关系:f入=f出.2.理解远距离输电的三个回路,特别是第2个回路的电压、功率关系.例4[2024·浙江1月选考]如图所示为某燃气灶点火装置的原理图.直流电经转换器输出u=5sin100πt(V)的交流电,经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10kV,就会在打火针和金属板间引发电火花,实现点火.下列说法正确的是 ()A.n2nB.n1nC.用电压表测原线圈两端电压,示数为5VD.副线圈输出交流电压的频率是100Hz

例5[2020·浙江7月选考]如图所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100kW,发电机的电压U1=250V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220V.已知输电线上损失的功率P线=5kW,假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是 ()A.发电机输出的电流I1=40AB.输电线上的电流I线=625AC.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11D.用户得到的电流I4=455A

【迁移拓展】1.(不定项)[2021·浙江1月选考]发电机的示意图如图甲所示,边长为L的正方形金属框在磁感应强度为B的匀强磁场中以恒定角速度绕OO'轴转动,阻值为R的电阻两端的电压如图乙所示.其他电阻不计,图乙中的Um为已知量,则金属框转动一周()A.框内电流方向不变B.电动势的最大值为UmC.流过电阻的电荷量q=2D.电阻产生的焦耳热Q=π2.[2024·学军中学模拟]如图甲所示为某同学设计的充电装置示意图,线圈ab的匝数n=200匝,面积S=10-3m2,空间中存在磁场,方向垂直于线圈平面,磁感应强度随时间按正弦规律变化,如图乙所示,理想变压器副线圈接充电器.已知额定电压为5V的充电器恰能正常工作,不计线圈电阻,则下列说法正确的是 ()A.t=0.1s时,线圈ab中的感应电动势为0B.若B变化的周期变长,则变压器原线圈两端的电压变大C.变压器原线圈输入电压的有效值为2VD.变压器原、副线圈的匝数比为1∶5参考答案与详细解析题型1例1BC[解析]单刀双掷开关接到1时,由闭合电路欧姆定律有E=I1(R+r),解得r=0.5Ω,故A错误;单刀双掷开关接到1时,电源的输出功率为P出=I12R=4W,故B正确;由于电动机是非纯电阻,其消耗的电能大于产生的内能,有UI2>I22R,可得U>I2R,则E=U+I2r>I2R+I2r,可得I2<2A,故D例2A[解析]当滑动变阻器的滑片P由a向b端移动时,由于R0>R2,故灯L2与滑动变阻器的左部分串联后再与右部分并联的电阻先增大后减小,电路的总电阻先增大后减小,电路中的总电流先减小后增大,即通过灯L1的电流先减小后增大,所以L1先变暗后变亮;当并联部分阻值增大时,其两端电压增大,而灯L2支路的电阻减小,故L2所在支路的电流增大,当并联部分阻值减小时,其两端电压减小,而变阻器的右部分所在支路的电阻增大,则该支路的电流减小,由于总电流增大,故L2所在支路的电流继续增大,所以L2一直变亮,A正确,B错误.电容器C上的电压UC=E-I(r+R1),由于总电流先减小后增大,所以电容器C上的电压先增大后减小,则电容器极板所带的电荷量先增大后减小,C错误.电源的效率η=P外P总×100%=UIEI×100%=UE=E-IrE=1-【迁移拓展】1.D[解析]锂离子电池放电时,Li+从负极通过隔膜返回正极,电池内部非静电力做功,化学能转化为电能,A错误,D正确;根据公式E=Wq可知,电池内部将一个锂离子由电源负极移动到正极,需要消耗化学能3.7eV,B错误;根据q=It可知,“毫安·时”(mA·h)是电池储存电荷量的单位,C错误2.B[解析]由闭合电路欧姆定律得U=E-Ir,电源的输出功率为P=UI=EI-I2r,由于P0=EI1-I12r=EI2-I22r,整理得I1+I2=Er,A错误,B正确;又知P0=I12R1=I22R2,由闭合电路欧姆定律得I=ER+r,则P0=E2(R1题型2例3D[解析]由图像可知,T2时刻穿过线框的磁通量最大,所以线框处于中性面,故A错误;线框产生的感应电动势的最大值为Em=BSω=2πΦmT,故B错误;从t=0到t=T4过程中线框产生的感应电动势的平均值为E=ΔΦΔt=ΦmT4=4ΦmT,故C错误;线框产生的感应电动势的有效值为E=Em2=2π例4B[解析]根据题意,输出的交流电电压有效值为U1=522V,频率为50Hz,所以用电压表测原线圈两端电压时,示数为522V,选项C错误;变压器不改变交流电的频率,所以副线圈输出交流电压的频率也为50Hz,选项D错误;理想变压器原、副线圈的匝数与电压关系为U1U2=n1n2,由于Um2>10000V,故U2>50002V,则例5C[解析]发电机的输出电流I1=PU1=100×103250A=400A,选项A错误.输电线上的电流I线=P线R线=5×1038A=25A,选项B错误.升压变压器的输出电压U2=PI线=100×10325V=4×103V,输电线损耗电压ΔU=I线R线=25×8V=200V,降压变压器的原线圈电压U3=U2-ΔU=3800V,故降压变压器的匝数比n3n4=U3U4=3800220=19011,选项C正确.降压变压器的功率P4=P3=P-P线=【迁移拓展】1.BD[解析]根据图甲可知,在金属框转动产生交流电时,通过电阻R两端的电流方向会周期性变化,图乙仅仅是显示了R两端电压大小,选项A错误;根据图乙可知,交流电产生的电动势最大值为Um,选项B正确;根据q=It=ERt=ΔΦR可知,旋转半周,磁通量的改变量为ΔΦ=2BL2,因此旋转一周,通过金属框的电荷量为q=4BL2R,选项C错误;本题图乙等价为余弦式交流电,根据焦耳定律Q=I2RT,I=UR,U=Um2,Um=BSω,ω=2πT,Q=Um22RT=Um2R2.C[解析]t=0.1s时,穿过线圈ab的磁通量等于0,但磁通量的变化率最大,因此线圈中的感应电动势最大,故A错误;若B变化的周期变长,则磁通量的变化率将减小,因此线圈中的感应电动势将减小,与线圈相连的原线圈两端的电压将减小,故B错误;线圈ab中产生的感应电动势的最大值为Em=