2025年高考物理二轮复习：直流电路与交变电流

部分电路欧姆定律动态分析

直一欧姆定律故障分析

流闭合电路欧姆定律

电含容电路

路

L焦耳定律一电热、热功率、电功、电功率一电路中的功率分析

,中最大

中性面:i=/rasina>t

L瞬时值一交变电流产生一

与中性面垂直的面：i=4,cos3t

一最大值普最大

四值一「铭牌

一有效值一电表读数

L电热计算

「平均值

「变压原理］

理想变压器功率关系,理想化模型

交

变-电流关系

电

电

路变压器一

流「单个副线圈

与

电-多个副线圈

磁模型一

感-非理想变压器

原线圈与电阻串联

应L

「输电原理

—远距离输电--损失电压、电功率计算

-动态分析

山方七h匈加/楞次定律

电流方向判断1右手定则

感应电动E="Z

—势和感应电动势大小一E-Blv

电流E=^Bl2a)

等效电路

单杆

稳定状态

-动力学分析双杆

运动过程中”及。的变化

电线框

磁—安培力做功

感-功能关系能量观点

应—电热

—安培力的冲量

-动量问题一动量定理的应用"动量观点

一双杆中的动量守恒

图像信息的读取：等

—图像

排除法

■图像的选择

函数法

第10讲直流电路与交变电流

【目标要求】1.会用闭合电路欧姆定律分析电路各部分之间的相互关系。2.能利用能量守恒定律和焦耳定律分析

电学中的能量转化问题。3.掌握交变电流的产生和描述、四值的特点和相关计算。4.理解变压器的原理，会分析

交流电路的动态变化以及远距离输电问题。

考点一直流电路的分析与计算

1.闭合电路欧姆定律的三个公式

（1）E=U外+UM任意电路）；

（2）E=U外+/r（任意电路）；

（3）E=/（R+r）（纯电阻电路）。

2.动态电路分析的三种方法

部分电路阻值变化T电路总电阻R总变化一干

路电流/变化一路端电压。端变化一各支路电

（增大（增大

程序法流、电压变化，即R局［、-R总］一/总

1减小1减小

（减小（增大P支

储大一网减小一层

所谓“串反”，即某一电阻阻值增大（减小）

时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两

串反并端的电压、电功率都减小（增大）。所谓“并

同法同”，即某一电阻阻值增大（减小）时，与它并

联或间接并联的电阻中的电流、两端的电压、

电功率都增大（减小）

因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，

可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端，使

极限法

滑动变阻器接入电路的电阻最大或电阻为零去

讨论

3.电容器的特点

⑴只有当电容器充、放电时，电容器所在支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器所在的支路相当于断

路。

（2）电路稳定时，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，电容器两端的电压等于与之

并联的电阻两端的电压。

例1（2022•江苏卷2）如图所示，电路中灯泡均正常发光，阻值分别为Ri=2C,&=3C,品=2C,

R4=4Q,电源电动势E=12V,内阻不计，四个灯泡中消耗功率最大的是（）

~£=12V

A.RiB.7?2C.7?3D.7?4

答案A

解析由电路图可知，&与尺4串联后与R2并联，再与Ri串联。并联电路部分的等效电阻为R并

=篝/=2C,由闭合电路欧姆定律可知，干路电流即经过Ri的电流为/1=;=—V=3A,并联部分各支

R2+R3+R4并

路电流大小与电阻成反比，则/2=丁写々丁/=勺=2A,/3=/4=。?A,四个灯泡的实际功率分别为

R2+R3+R43R2+R3+R43

222故四个灯泡中消耗功率最大的是故

PI=/JR=18W,P2=/27?2=12W,P3=/3^3=2W,P4=74/?4=4W,R,

A正确，B、C、D错误。

例2（多选）（2024•辽宁辽阳市一模汝口图所示，平行金属板中带电质点P原处于静止状态，不考虑

电流表和电压表对电路的影响，当滑动变阻器品的滑片向a端移动时，贝1］（）

~1=1—T---------------1=1——T~~

E产二匚P（国Q

——~~

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

D.R上消耗的功率逐渐增大

答案BCD

解析由题图可知，&与滑动变阻器&串联后与R3并联，再与R串联接在电源两端；电容器与R3并联；

当值的滑片向。端移动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，则电路中总电阻增大；由闭合电路欧姆定律

可知，电路中总电流减小，路端电压增大；电路中总电流减小，则&两端的电压减小，又路端电压增大，

则并联部分的电压增大，据欧姆定律可知流过合的电流增大；电路中总电流减小，流过合的电流增大,

则流过&的电流减小，电流表读数减小；流过&的电流减小，&的电压减小，又并联部分的电压增大，

则用的电压增大，电压表读数增大，故A错误，B正确；因电容器两端电压增大，板间电场强度增大，质

点受到向上的静电力增大，质点P将向上运动，故C正确；因以两端的电压增大，由「=牛可知，尺3上消

R

耗的功率逐渐增大，故D正确。

例3（2024•山东滨州市期末）如图甲所示电路，电源内阻xl.OC,Rj为一定值电阻，&为一滑动

变阻器，电流表、电压表均为理想电表。闭合开关，将滑动变阻器的滑片从A端逐渐滑到8端的

过程中，得到&的功率随电压表示数的变化规律如图乙，电压表示数与电流表示数的关系图像如

图丙。下列说法正确的是（）

A.电源的电动势大小为4.5V

B.定值电阻Ri的大小为3C

C.图乙中R的值为1.5W

D.图丙中&的值为4.5V

答案D

解析电压表测量滑动变阻器两端的电压，电流表测量干路电流，根据闭合电路欧姆定律

U=E-I(r+Ri)

整理得1=-UE

r+R1r+Rr

4的最大功率对应的电压值为3V,把Ri看成电源内阻的一部分，当内、外电阻相等，即路端电压为电动

势的一半时，R2的功率最大，贝6=3V,所以E=6V,故A错误；

根据/-U的关系式可知，故B错误；

根据/-U的关系式可知

当1=0.5A时，C4=4.5V

则Px=UJ=2.25W,故C错误，D正确。

-提炼•总结•

直流电路的最大功率

1.当R一定时，由「二尸尺知，/越大，尸越大。

2.当厂一定、R变化时，P出随R的变化情况可通过下面两个图像进行分析。

考点二交变电流的产生与描述

1.有效值的计算

⑴正弦式交变电流：E气,鼻,。=等

(2)非正弦式交变电流：计算有效值时，要根据电流的热效应，即“一个周期”内“相同电阻”上产生“相

同热量”，然后分段求和列式，求得有效值。

2.正弦式交流电“四值”的应用

\表达式应用

最大值En^nBSco计算电容器的耐压值

瞬时值e=Emsincot计算某时刻所受安培力

电表的读数及计算电热、电功及

有效值T

保险丝的熔断电流

—

平均值E二---计算通过导体的电荷量

At

例4（2024・山东卷・8）如图甲所示，在-dWxWd,-dWyWd的区域中存在垂直。町平面向里、磁感

应强度大小为B的匀强磁场（用阴影表示磁场的区域），边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。

线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变

化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为（）

答案C

解析根据题意可知，磁场区域变化前线圈产生的感应电动势为e=Esincot,由题图丙可知，磁场区域变化

后，当Esin碗=与时，线圈的侧边开始切割磁感线，即当线圈旋转软寸开始切割磁感线，由几何关系可知

磁场区域平行于x轴的边长变为d，=2dc吟d,C正确。

变式（2024•湖北武汉市校考）如图所示，匀强磁场的左边界为OOI磁场方向垂直于纸面向里、磁感应强

度大小为瓦时刻，面积为S的单匝三角形线圈与磁场垂直，三分之二的面积处于磁场中。当线圈绕

以角速度。匀速转动，产生感应电动势的有效值为（）

x

x

X

X

Ay/SBScu)DVA.OBScu)

A.--------D.----------

66

CVSBScoD

.3,4

答案A

解析根据题意可知，当三分之二的面积处于磁场中转动时，感应电动势的最大值为Emi=B|se,转动时

间为《，当三分之一的面积处于磁场中转动时，感应电动势的最大值为Em2=B《S。,转动时间为《，线圈中

电流为正弦式交变电流，设产生感应电动势的有效值为E,线圈电阻为R,则有（警）2或+（鬻）2方=等，解

得EJSBS^,故选A。

6

考点三理想变压器及远距离输电问题

1.理想变压器问题

（1）三个不变：功率不变；磁通量的变化率不变；周期和频率不变。

（2）决定关系：输出功率决定输入功率；输入电压决定输出电压；输出电流决定输入电流。

2.远距离输电问题

⑴理清三个回路

（2）抓住两个联系

①理想的升压变压器中线圈1（匝数为%）和线圈2（匝数为物）中各个量间的关系是空=生，理，P=P2。

U2n212葭1

②理想的降压变压器中线圈3（匝数为“3）和线圈4（匝数为〃4）中各个量间的关系是台=3"幺，P3=P4。

u4n4I4n3

（3）掌握一个守恒，能量守恒关系：尸产尸损+尸3。

3.输电线路功率损失的四种计算方法

尸损二尸1-尸4P为输送的功率，尸4为用户得到的功率

/线为输电线路上的电流，R线为输电线路

P损=/线2_7?线

总电阻

P.迦

「抵R△U为输电线路上损失的电压，不要与

R线

。2、5相混

尸损=AU•/线

例5（多选）（2023・海南卷•口）如图是工厂利用a=220&sinl00"V的交流电给36V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220金V

B.交变电流的周期为0.02s

C.副线圈匝数为180匝

D.副线圈匝数为240匝

答案BC

解析t/=220V2V,则。有效=午=220V,e=100兀rad/s,由T=空可知周期7M）.O2s,原、副线圈匝数比

mV20）

—=―如"，解得小=180匝，B、C正确。

n2%

例6（2024•四川泸州市二模）一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻用、比和用的阻值分

别为3C、1C和4C,A为理想交流电流表，。为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当

开关S断开时，电流表的示数为/；当S闭合时，电流表的示数为4/。该变压器原、副线圈匝数的

比值为（）

A.2B.3C.4D.5

答案B

解析解法一设原、副线圈的匝数比为k,原线圈的电流为/原，则有副线圈的电流为/副=以原

U副=左/原R副

原线圈的电压。原=//原我副

因为电源电压的有效值恒定，

所以有Z/?,+FZ（7?2+/?3）=47?i/+4Zr/7?2

代入数据，有3/+5FZ=127+4^7

解得:3,故选B。

解法二等效电阻法

开关闭合前后，变压器（含副线圈元件）的等效电阻分别为标（&+尺3）和,

则由题意得—=4iz,pU

HR2+R1k2（R2+7?3）+^1

解得k=3o

-提炼♦总结

等效电阻法

当理想变压器的副线圈接纯电阻元件时，可以把理想变压器（含副线圈中的元件）等效成一个电阻来处理，

设原、副线圈的匝数分别为〃1、“2,原线圈输入电压为5,电流为71,副线圈输出电压为lh,电流为h,

副线圈负载电阻为R,则等效电阻R等效=野=鼾=（在）2器=（在）2七

11n212n2

例7（2024•广西南宁市模拟）如图所示为某小型发电站高压输电示意图。发电机输出功率恒定，变

压器均为理想变压器。在输电线路的起始端接入甲、乙两个互感器（均为理想器材），两互感器原、

副线圈的匝数比分别为200：1和1：20,降压变压器原、副线圈的匝数比为200：1,电压表的示

数为220V,电流表的示数为5A,输电线路总电阻『20C,则下列说法正确的是（）

A.互感器甲是电流互感器，乙是电压互感器

B.输电线路上损耗的功率约占输电总功率的4.5%

C.用户端的电压。4为200V

D.用户使用的用电设备增多，流过电流互感器的电流减小

答案B

解析互感器甲并联接入电路，所以是电压互感器，互感器乙串联接入电路中，是电流互感器，故A错误；

电流表的示数为5A,互感器乙原、副线圈的匝数比1：20,则线路上电流/=100A,线路上损耗的功率P

损=尸片200kW

电压表的示数为220V,互感器甲原、副线圈的匝数比为200：1,所以输送电压［/=44000V,功率

P=UI=4400kW

则输电线路上损耗的功率约占输电总功率的3Sxioo%x4.5%，故B正确；

4400

降压变压器原线圈电压5=44000V-100x20V=42000V

用户端的电压。4=黑=210V,选项C错误；

用户使用的用电设备增多，用户端回路电流变大，则输送电流变大，流过电流互感器的电流变大，故D错

误。

专题强化练［分值：50分］

1~6题每题4分，7~9题每题6分，10题8分，共50分

［保分基础练］

1.（多选）（2024・新课标卷-20）电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带

动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如

图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过90。时，线圈中（）

A.电流最小

B.电流最大

C.电流方向由P指向Q

D.电流方向由。指向P

答案BD

解析题图中线圈处于中性面位置，当磁极再转过90。时，此时穿过线圈的磁通量为0,磁通量变化率最

大，感应电动势最大，故可知电流最大；磁极转过90。时，相当于PQ逆时针转90。向下运动，由右手定则

知，此时感应电流方向由。指向P。故选B、Do

2.（2024・广西卷⑹将横截面相同、材料不同的两段导体Li、L2无缝连接成一段导体，总长度为1.00m,接

入图甲电路。闭合开关S,滑片P从M端滑到N端，理想电压表读数U随滑片P的滑动距离x的变化关系

如图乙，则导体Li、L2的电阻率之比约为（）

5

4

3

2

1

0

A23B21C53D13

答案B

解析根据电阻定律R=M,得AR=*,根据欧姆定律NgNR,整理可得常禁，结合题图可知导体L1、

0.2

L2的电阻率之比”=力邑=；,故选B。

02---------------

1.00-0.251

3.（2024•河北卷4阳、&为两个完全相同的定值电阻，Ri两端的电压随时间周期性变化的规律如图甲所示

（三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的V5倍），R2两端的电压随时间按正弦规律变化如图乙所示，则两电

阻在一个周期T内产生的热量之比：0为（）

A.2：3B.4：3C.2：V3D.5：4

答案B

解析题图甲一个周期T内产生的热量QI=¥X：+铮x：=等T;题图乙一个周期T内产生的热量

2R123R]

.0）22

。2=¥—XT=MT,又R、R2为两个完全相同的定值电阻，因此21:02=4：3,故选Bo

*22也

4.（2024•北京卷5）如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压"随时间/变化的图像

如图乙所示，副线圈接规格为“6V,3W”的灯泡。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（）

A.原线圈两端电压的有效值为24V2V

B.副线圈中电流的有效值为0.5A

C.原、副线圈匝数之比为1：4

D.原线圈的输入功率为12W

答案B

解析由题图乙知，理想变压器原线圈电压最大值为Um=24/V,则有效值为。尸器=24V,故A错误；

V2

灯泡正常发光,由P=UI得,副线圈中电流有效值为/=空=誓=0.5A,故B正确；由理想变压器原、副线圈

U26V

电压与匝数关系可知生=*=4，故C错误；理想变压器没有能量损失，原线圈的输入功率等于副线圈的输

n2U2

出功率，则原线圈的输入功率尸尸PL=3W,故D错误。

5.（2024.河北省一模）如图所示电路中，理想自耦变压器接在输出电压有效值恒定的正弦交流电源上，Pi为

变压器上的滑动触头，P2为滑动变阻器R的滑片，电压表和电流表均为理想电表，下列说法正确的是

A.若仅将Pi从“位置逆时针转到N位置，则电压表V\示数增大

B.若仅将Pi从“位置逆时针转到N位置，则电压表V2示数增大

C.若仅将P2向左滑动，定值电阻R）消耗的电功率减小

D.若仅将P2向左滑动，则电流表示数减小

答案B

解析若仅将Pi从“位置逆时针转到N位置，副线圈匝数小变大；原线圈电压5不变，则电压表Vi示

数不变，根据等=丝,可知副线圈电压S增大，则副线圈电流增大，&两端电压增大，电压表V2示数增大,

故A错误，B正确；若仅将P2向左滑动，根据察=理,可知副线圈电压5不变，由于滑动变阻器接入电路

U1九1

2

的阻值变小，则副线圈电流/2增大，电流表示数增大，根据P=I2R0,可知定值电阻R）消耗的电功率增大，

故C、D错误。

6.（多选）（2024.安徽省名校联盟二模）如图所示，电源电动势为E,内阻不计，Ri、4、尺4为阻值相同的定值

电阻，尺为滑动变阻器，电表均为理想电表。现将&的滑片向右滑动，电压表Vl、V2的示数改变量的绝

对值分别为AUi、A5,电流表A的示数改变量的绝对值为A/,下列说法正确的是（）

A.电流表A的示数变大

C.箸变大

D.等不变

△/

答案BD

解析滑动变阻器滑片向右滑动，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，

干路电流减小，而电流表接在干路，则电流表示数减小，故A错误；设Rl=R2=R4=R，可知R与R2并联，

则其等效电阻我并=瞿罟，而Ui=IR并=吟,由此可知警4,其比值大小不变，由于电源内阻不计，则根

据电路图可得U2=E-IR4=E-IR,则可知箸=R,大小不变，知At/i<A［/2，故B、D正确，C错误。

［争分提能练］

7.（2024•广东汕头市一模）如图甲所示为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器。升压变压器原、副线

圈匝数之比为小：“2=1：10，其输入电压如图乙所示，输电功率为200kW,输电线总电阻为R线=80则

下列说法正确的是（）

A.降压变压器副线圈输出的交流电频率为100Hz

B.升压变压器副线圈的电压有效值为5000V

C.高压输电线上电流有效值为40A

D.高压输电线上损失的电压为320V2V

答案D

解析交流电周期T=0.02s,降压变压器副线圈输出的交流电频率为^=50Hz，故A错误；升压变压器

原线圈的电压有效值为^V=250V2V,根据9乳，升压变压器副线圈的电压有效值为J72~xl0V=2

500V2V,故B错误；根据尸=仿/2得高压输电线上电流有效值为Z2=40V2A,故C错误；高压输电线上损

失的电压为AU=/2R线=320&V,故D正确。

8.（2023・海南卷.7）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（）

123

K.CEB.-CEC.-CED.-CE

255

答案C

解析看似是一个电桥，但只需将电源负极接地（就是取电势为零），则电容器上极板电势为号，下极板电

势为系，极板间电势差U胃,由Q=CU，可知C正确。

9.（多选）（2024.河南新乡市二模）如图所示，一理想变压器的原、副线圈的匝数比为6：1,原、副线圈回路

中所接电阻的阻值均为凡原线圈所在回路接有交流电源，电源电压的瞬时值表达式为"=220&sin

100加（V）。下列判断正确的是（）

A.原、副线圈中电流之比为6：1

B.副线圈两端电压的有效值为33V

C.副线圈中电流的频率为100Hz

D.原线圈中电阻R与副线圈中一个电阻R所消耗的功率之比为4：9

答案BD

解析原、副线圈中电流之比为A:I2=n2:"1=1：6,原线圈中电阻R与副线圈中一个电阻R所消耗的功

率之比为P：P'=I^R