重难点10 稳恒电流和交流电流 （教师版含解析）-高考物理专练(新高考专用)

高考物理【热点·重点·难点】专练(新高考专用)重难点10稳恒电流和交流电流【知识梳理】一、直流电路的分析与计算1．直流电路动态分析的3种方法(1)程序法R局eq\o(→,\s\up11(增大),\s\do4(减小))I总＝eq\f(E,R＋r)eq\o(→,\s\up11(减小),\s\do4(增大))U内＝I总req\o(→,\s\up11(减小),\s\do4(增大))U外＝E－U内eq\o(→,\s\up11(增大),\s\do4(减小))确定U支、I支。(2)结论法——“串反并同”(电源内阻不能忽略)“串反”：指某一电阻增大(减小)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(增大)。“并同”：指某一电阻增大(减小)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(减小)。(3)极限法因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端，使电阻最大或电阻为零去讨论。2．求解功率最值问题的2点技巧(1)定值电阻的功率：P定＝I2RR为定值电阻，P定只与电流有关系，当R外最大时，I最小，P定最小，当R外最小时，I最大，P定最大。(2)电源的输出功率：P＝eq\f(E2R外,r＋R外2)＝eq\f(E2,\f(R外－r2,R外)＋4r)。当R外＝r时，P出＝eq\f(E2,4r)最大。.解决最大功率问题的两点注意(1)解决最大功率问题时，要弄清是定值电阻还是可变电阻的最大功率，定值电阻的最大功率用P＝I2R＝eq\f(U2,R)分析，可变电阻的最大功率用等效电源法求解。(2)电源输出功率最大时，效率不是最大，只有50%。3.电路中常见的图像分析类别线性元件非线性元件电源图象物理意义反映I和U的正比关系反映I和U的非正比关系反映电源的输出特性，纵轴截距为电源电动势，横轴截距为短路电流注意问题图线的斜率的倒数表示导体的电阻，R＝eq\f(U,I)＝eq\f(ΔU,ΔI)，遵从欧姆定律图线的斜率仅表示电阻的变化趋势，某点的电阻值需用点的坐标值计算，即R＝eq\f(U1,I1)图线斜率的绝对值表示电源的内阻(注意纵坐标数值是否从零开始)二、交流电的产生及“四值”的应用1．两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，eq\f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变．(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，eq\f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大，电流方向不改变．2．正弦交流电“四值”的应用三、变压器和远距离输电1．理想变压器动态分析的两种情况(1)负载电阻不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、电功率等随匝数比的变化情况．(2)匝数比不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、电功率等随负载电阻的变化情况．2．理想变压器问题分析技巧(1)根据题意分清变量和不变量；(2)弄清“谁决定谁”的制约关系．对电压而言，输入决定输出；对电流、电功(率)而言，输出决定输入．3．远距离输电问题的解题关键(1)整个输电线路由三个回路组成，回路间通过变压器建立联系．(2)关键是通过分析，利用题目条件，首先求出中间回路的电流．四、理想变压器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(如图甲所示)(1)U1不变，根据，输入电压U1决定输出电压U2，不论负载电阻R如何变化，U2不变.(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.(3)I2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(如图乙所示)(1)U1不变，发生变化，故U2变化.(2)R不变，U2变化，故I2发生变化.(3)根据P2=，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.【命题特点】这部分知识主要考查电路动态分析和变压器相结合的问题，一般以选择题的形式出现。【限时检测】(建议用时：30分钟)一、单选题1．(2021·全国高三专题练习)某学校创建绿色校园，如图甲所示为新装的一批节能路灯，该路灯通过光控开关实现自动控制：路灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。如图乙所示为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小)。现增加光照强度，则下列判断错误的是()A．灯都变暗 B．电源的输出功率变小C．电源的效率变小 D．上电流的变化量大于上电流的变化量【答案】B【解析】A．光照强度增加，光敏电阻的阻值减小，电路的总电阻减小，故电路的总电流增大，电源内电压增大，路端电压减小，A灯变暗，流过的电流增大，两端的电压增大，两端电压减小，B灯两端的电压减小，B灯变暗，A正确，不符合题意；B．由电路的输出功率和外电路电阻的关系图因不知内阻和外阻之间的关系，因此无法判断输出功率的变化，B错误，符合题意；C．电源的效率为，路端电压减小，电源的效率变小，C正确，不符合题意；D．通过的电流等于通过光敏电阻的电流与通过B灯的电流之和，根据前面的分析，通过B灯的电流减小，而通过的电流增大，故上电流的变化量大于上电流的变化量，D正确，不符合题意。故选B。2．(2021·全国高三专题练习)如图所示为远距离输电示意图，发电机的输出电压U1、输电线的电阻及理想变压器的匝数均不变，当用户开启的用电器越来越多时，下列表述正确的是()A．升压变压器副线圈电压U2降低 B．降压变压器原线圈电压U3升高C．输电线消耗的功率增大 D．发电机的输出功率不变【答案】C【解析】A．发电机的输出电压U1不变，升压变压器匝数比不变，则副线圈电压U2不变，A错误；BC．当用电器增多时，功率增大，降压变压器的输出电流增大，则降压变压器原线圈电流增大，输电线上的电流增大，可知输电线上的功率损失增大、输电线上的电压损失增大，进一步导致降压变压器的输入电压U3减小，B错误，C正确；D．用户开启的用电器增多，消耗的功率增大，发电机输出功率随之增大，D错误。故选C。3．(2021·湖北鄂州市·高三期末)含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为81Ω、1Ω、80Ω，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。开关S断开时变压器输出功率与S闭合时变压器输出功率相等，该变压器原、副线圈匝数比为()A．5﹕2 B．4﹕3 C．3﹕1 D．2﹕1【答案】C【解析】由于开关S断开时变压器输出功率与S闭合时变压器输出功率相等，设开关S断开时副线圈的电流强度为I1、S闭合时副线圈的电流强度为I2，则有解得设变压器原副线圈的匝数比为k，开关断开时，原线圈的电流强度为，电压为，根据闭合电路的欧姆定律可得开关闭合时，原线圈的电流强度为，电压为，根据闭合电路的欧姆定律可得解得故选C。4．(2020·宁夏银川市·银川一中高三月考)小明坐在汽车的副驾驶位上看到一个现象：当汽车的电动机启动时，汽车的车灯会瞬时变暗。汽车的电源、电流表、车灯、电动机连接的简化电路如图所示，已知汽车电源电动势为15V，内阻为0.1Ω。车灯接通电动机未启动时，电流表示数为15A(车灯可看作不变的电阻)；电动机启动的瞬间，电流表示数达到60A，电动机的线圈电阻为0.1Ω。下列论述正确的是()A．车灯接通电动机未启动时，车灯的功率为225WB．电动机启动时，车灯的功率为54WC．电动机启动时输出的机械功率为195WD．电动机启动时，电源输出的功率为540W【答案】D【解析】A．根据闭合电路的欧姆定律得灯泡电阻为车灯的功率为A错误；B．电动机启动时，路端电压为车灯的功率为B错误；C．电动机启动时，电动机的电流为电动机启动时输出的机械功率为C错误；D．电动机启动时，电源输出的功率为D正确。故选D。二、多选题5．(2021·贵州省思南中学高三月考)如图所示，理想变压器原副线圈的匝数分别为n1、n2，b是原线圈的中心抽头，副线圈两端接有理想交流电压表和电流表、开关S、以及定值电阻、，在原线圈c、d两端加上正弦交变电压。则下列说法正确的是()A．单刀双掷开关置于a，当闭合开关S时，电流表示数变大，电压表示数变大B．单刀双掷开关置于a，当闭合开关S时，电流表示数变大，电压表示数不变C．保持开关S闭合，当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈电流的频率变小D．保持开关S闭合，当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率变大【答案】BD【解析】AB．当单刀双掷开关置于a，闭合开关S，总电阻变小，电压不变，电压表示数不变，则电流表示数变大，故A错误，B正确；C．变压器不改变交流电源的频率，将单刀双掷开关由a拨向b时，其他部分不变，副线圈的频率不变，故C错误；D．当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的匝数变小，所以副线圈的输出的电压要变大，副线圈的功率变大，则原线圈的输入功率也要变大，故D正确；故选BD。6．(2021·全国高三专题练习)如图所示，图线1表示电阻为R1的导体A的伏安特性曲线，图线2表示电阻为R2的导体B的伏安特性曲线，则下列说法正确的是()A．R1：R2=1：3B．把A拉长为原来的3倍后其电阻等于B的电阻R2C．将A与B串联后接在电源上，二者消耗的功率之比P1：P2=1：3D．将A与B并联后接在电源上，通过二者的电流之比I1：I2=1：3【答案】AC【解析】A．根据I­-U图像知，图线的斜率表示电阻的倒数，所以R1∶R2＝1∶3，故A正确；B．根据公式可得，把A拉长为原来的3倍后，横截面积减小为原来的，所以电阻变为原来的9倍，故B错误；C．串联电路电流相等，将A与B串联后接在电源上，根据公式P＝I2R可得消耗的功率之比P1∶P2＝1∶3，故C正确；D．并联电路电压相等，电流之比等于电阻之反比，所以将A与B并联后接在电源上，通过二者的电流之比I1∶I2＝3∶1，故D错误。故选AC。三、解答题7．(2021·江苏高三专题练习)如图所示，电源电动势为12V，内阻为1，电阻R1为1，R2为6。开关闭合后，电动机恰好正常工作。已知电动机额定电压U为6V，线圈电阻RM为0.5，问：电动机正常工作时产生的机械功率是多大？【答案】10W【解析】设流过干路的电流为I，根据闭合电路的欧姆定律有解得I=3A设流过R2的电流为I2，则有设流过电动机的电流为IM=I-I2电动机的输入功率为P1=UIM电动机的热功率为电动机的机械功率为P3=P1-P2=10W8．(2020·全国高三专题练习)一个小型水力发电站发电机输出交流电压为500V，输出电功率为50kW，用总电阻为3.0Ω的输电线向远处居民区供电。求：(1)若直接采用500V电压输电，这时居民获得的电功率P1。(2)若采用高压输电，先将电