高三物理二轮复习专题六电磁感应和电路 第2课时 直流电路和交流电路
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1、第第 2 课时课时 直流电路和交流电路直流电路和交流电路 高考命题点 命题轨迹 情境图 闭合电路欧姆 定律的应用 2016 2 卷 17 16(2)17 题 电路中的能量 问题 交流电的产生 和描述 2018 3 卷 16 18(3)16 题 变压器和远距 离输电 2015 1 卷 16 15(1)16 题 16(1)16 题 16(3)19 题 2016 1 卷 16, 3 卷 19 1纯电阻电路和非纯电阻电路的电功、电功率的比较 (1)纯电阻电路:电功 WUIt,电功率 PUI,且电功全部转化为电热,有 WQUItU 2 R t I2Rt,PUIU 2 R I2R. (2)非纯电阻电路:电
2、功 WUIt,电功率 PUI,电热 QI2Rt,电热功率 P热I2R,电功率 大于电热功率,即 WQ,故求电功、电功率只能用 WUIt、PUI,求电热、电热功率只能 用 QI2Rt、P热I2R. 2电源的功率和效率 (1)电源的几个功率 电源的总功率:P总EI. 电源内部消耗的功率:P内I2r. 电源的输出功率:P出UIP总P内 (2)电源的效率 P 出 P总100% U E100%. 3交流电的“四值” (1)最大值 EmNBS,电容器的击穿电压指最大值 (2)瞬时值(从中性面开始计时)eNBSsin_t. (3)有效值: 正弦式交流电的有效值 EEm 2; 非正弦式交流电的有效值必须根据电
3、流的热效应, 用等效的思想来求解计算交流电路的电功、电功率和测定交流电路的电压、电流都是指有 效值 (4)平均值: E n t ,常用来计算通过电路的电荷量 4理想变压器的基本关系式 (1)功率关系:P入P出 (2)电压关系:U1 U2 n1 n2. (3)电流关系:只有一个副线圈时I1 I2 n2 n1. 1直流电路动态分析方法 (1)程序法:基本思路是“部分整体部分”即从阻值的变化入手,由串、并联规律判定 R总的变化情况, 再由闭合电路欧姆定律判断 I总和 U端的变化情况, 最后由部分电路欧姆定律 及串联分压、并联分流等规律判断各部分的变化情况 (2)结论法“串反并同”: “串反”:指某一
4、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) 2变压器和远距离输电的分析技巧 (1)变压器副线圈的电流和功率决定原线圈的电流和功率; (2)远距离输电问题分析的关键是求中间回路电流的大小. 1直流电路动态分析方法 (1)程序法;(2)“串反并同”法;(3)极限法 2电容器的特点 (1)只有当电容器充、放电时,电容器支路中才会有电流,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,
5、电容器的电压 为与之并联的电阻两端的电压 例 1 (2019 江西赣州市上学期期末)如图 1 所示,汽车蓄电池与车灯、启动电动机组成的 电路,蓄电池内阻为 0.05 ,电表可视为理想电表只接通 S1时,电流表示数为 10 A,电压 表示数为 12 V,再接通 S2,启动电动机时,电流表示数变为 8 A,则此时通过启动电动机的 电流是( ) 图 1 A2 A B8 A C50 A D58 A 答案 C 解析 只接通 S1时,由闭合电路欧姆定律得:EUIr12 V100.05 V12.5 V,R灯 12 10 1.2 ,再接通 S2后,流过电动机的电流为:I 电动机12.581.2 0.05 A8
6、 A50 A,故 选 C. 拓展训练 1 (2019 湖北武汉市四月调研)2019 年 3 月 19 日,复旦大学科研团队宣称已成功 制备出具有较高电导率的砷化铌纳米带材料, 据介绍该材料的电导率是石墨烯的 1 000 倍 电 导率 就是电阻率 的倒数,即 1 .下列说法正确的是( ) A材料的电导率越小,其导电性能越强 B材料的电导率与材料的形状有关 C电导率的单位是 1 m D电导率大小与温度无关 答案 C 解析 材料的电导率越小,电阻率越大,则其导电性能越弱,选项 A 错误;材料的电导率与 材料的形状无关,选项 B 错误;根据 RL S,则 1 L RS,则电导率的单位是 m m2 1
7、m, 选项 C 正确;导体的电阻率与温度有关,则电导率大小与温度有关,选项 D 错误 拓展训练 2 (多选)(2019 广东珠海市质量监测)如图 2 所示,直流电路中,R1、R2是定值电 阻,R3是光敏电阻,其阻值随光照增强而减小当开关 S 闭合,电容器两板间的 M 点的带电 液滴恰好能保持静止现用强光照射电阻 R3时( ) 图 2 A电源的总功率减小 BA 板的电势降低 C液滴向上运动 D电容器所带电荷量增加 答案 CD 解析 电路稳定时电容器两板间的电压等于 R1两端的电压,当用强光照射光敏电阻 R3时, 光敏电阻的阻值变小,电路中电流增大,电源的总功率 PEI 变大,R1两端间的电压增大
8、, 电容器的电压增大,板间场强增大,带电液滴所受的电场力增大,液滴向上运动,故 A 错误, C 正确;电容器的电压增大,电容不变,由 QCU 知,电容器所带电荷量增加,故 D 正确; 由于电路中的电流增大,R1两端的电势差增大,又因为 R1下端接地,电势为零,所以 R1上 端电势增大,A 板的电势也增大,故 B 错误 例 2 (2019 山东枣庄市上学期期末)如图 3 甲所示,一个简单的闭合电路由内、外两部分电 路构成已知内电路的电源是一个化学电池,电池的正、负极附近分别存在着化学反应层, 反应层中非静电力(化学作用)把正电荷从电势低处移到电势高处,在这两个地方,电势会沿 电流方向“跃升”这样
9、整个闭合电路的电势高低变化情况如图乙所示,图乙中各点位置的 高低表示电路中相应各点电势的高低,D 点的高度略低于 C 点若减小外电路电阻 R,则下 列说法正确的是( ) 图 3 AC、D 两点之间的高度差将变大 BA、D 两点之间的高度差和 C、B 两点之间的高度差之和将变小 CA、B 两点之间的高度差不变 D在电子从 A 点经 D、C 移动至 B 点的过程中,非静电力做功将变大 答案 A 解析 因电动势不变,减小外电路电阻 R, 电路中的电流增大, 内电压变大, 外电压减小, A、 B 两点的高度差为外电压,减小;C、D 两点高度差类似于内电压,变大,故 A 正确,C 错 误;A 与 D,C
10、 与 B 高度差的总和为电动势,故应不变,故 B 错误;电子从 A 处经 D、C 至 B 处,非静电力做功 WEq,不变,故 D 错误 拓展训练 3 (2019 浙江超级全能生 2 月联考)小雷同学家里购买了一款扫地机器人, 如图 4 所示,小雷同学仔细检查了这个新扫地机器人,发现铭牌上标有如表所示数据,则该扫地机 器人( ) 图 4 主机基本参数 产品尺寸 345 mm*345 mm*96 mm 电池 14.4 V/5 200 mA h 锂电池 产品质量 约 3.8 kg 无线连接 WiFi 智能快连 额定电压 14.4 V 额定功率 55 W A.额定工作电流为 0.25 A B充满电后正
11、常工作的时间为 2.5 h C电池充满电后储存的总电荷量为 18 720 C D以额定电流工作时每小时消耗能量为 55 J 答案 C 解析 由铭牌知, 扫地机器人工作的额定电压为14.4 V, 额定功率为55 W, 则额定电流I 55 14.4 A3.82 A,每秒钟消耗能量 WPt55 J,A、D 错误;根据电池容量 5 200 mA h 知,电池 充满电后储存的总电荷量 Q5.2 A3 600 s18 720 C,充满电后正常工作的时间 t 5 20010 3 A h 3.82 A 1.36 h,B 错误,C 正确 例 3 (多选)(2019 山东淄博市 3 月模拟)由法拉第电磁感应定律可
12、知, 若穿过某截面的磁通 量为 msin t,则产生的感应电动势为 emcos t.如图 5 所示,竖直面内有一个闭合 导线框 ACD(由细软弹性电阻丝制成)端点 A、D 固定在以水平线段 AD 为直径的半圆形区 域内,有磁感应强度大小为 B、方向垂直纸面向里的有界匀强磁场设导线框的电阻恒定, 圆的半径为 R,用两种方式使导线框上产生感应电流方式一:将导线上的 C 点以恒定角速 度 1(相对圆心 O)从 A 点沿圆弧移动至 D 点;方式二:以 AD 为轴,保持ADC45 ,将导 线框从竖直位置以恒定的角速度 2转 90 .则下列说法正确的是( ) 图 5 A方式一中,导线框中感应电流的方向先逆
13、时针,后顺时针 B方式一中,导线框中的感应电动势为 e1BR21cos 1t C两种方式中,通过导线截面的电荷量相等 D若 12,则两种方式电阻丝上产生的热量相等 答案 AB 解析 方式一中,导线框中磁通量先增大后减小,根据楞次定律可知,感应电流的方向先逆 时针,后顺时针,选项 A 正确;第一种方式穿过回路的磁通量 1BR2sin 1t,所产生的电 动势为 e11BR2cos 1t,选项 B 正确;根据 q R 可知两种方式中,磁通量的变化量不相 同, 则通过导线截面的电荷量不相等, 选项 C 错误; 第二种方式穿过回路的磁通量 2BR2sin 2t,所产生的电动势为 e22BR2cos 2t
14、,则两种方式所产生的正弦交流电动势的有效值之 比为E1 E2 1 2,时间满足 1t1 2t2 180 90 2 1,若 12,根据 Q E2 R t 可知,Q1 Q2 21 2 2 1,故 D 错 误 拓展训练 4 (多选)(2019 河南普通高中高考模拟)一浮桶式波浪发电灯塔的原理如图 6 甲所 示,浮桶内的磁体由支柱固定在暗礁上,内置线圈与 R15 的灯泡相连,随波浪相对磁体 沿竖直方向上下运动且始终处于磁场中,其运动速度 v0.8sin (t) m/s.浮桶下部由内、外两 密封圆筒构成(图中阴影部分),其截面如图乙所示,匝数 N100 的圆形线圈所在处辐射磁场 的磁感应强度大小恒为 B
15、0.2 T,线圈的直径 D0.4 m,总电阻 r1 .取 210.则下列说 法正确的是( ) 图 6 A线圈中产生电动势的瞬时值为 e64sin (t) V B灯泡中电流的瞬时值为 i4sin (t) A C灯泡两端电压的有效值为 30 2 V D灯泡的电功率为 240 W 答案 ABC 解析 线圈在磁场中切割磁感线,产生的电动势为: EmaxNBlvmax lD 联立得:EmaxNBDvmax1000.20.40.8 V64 V 则波浪发电产生电动势 e 的瞬时表达式:eEmaxsin (t)64sin (t)V,故 A 正确; 根据闭合电路欧姆定律得: i e Rr4sin (t) A,故
16、 B 正确; 灯泡电流的有效值为: I 4 2 A2 2 A, 则灯泡电压的有效值为: UIR2 215 V30 2 V,故 C 正确; 灯泡的电功率为:PI2R(2 2)215 W120 W,故 D 错误 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 (
17、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 例 4 (多选)(2019 安徽宣城市第二次模拟)有一种理想自耦变压器的构造如图 7 所示,线圈 a、b 绕在一个圆环形的铁芯上,转动滑动触头 P 就可以调节输出电压图中电阻 R1、R2、 R3和 R4的阻值分别为 10 、5 、10 和 10 ,电压表为理想交流电表,U 为正弦交流电 压源,输出电压的有效值恒定,滑动触头 P 处在线圈 a、b 的中点开关 S 闭合时电压表的 示数是 7 V,则下列说法中正确的是( ) 图 7 A正弦交流电压源 U 的峰值为 35 V B开关
18、S 断开时,理想电压表的示数为 5 V C开关 S 闭合时,通过电阻 R4的电流为 0.7 A D开关 S 闭合时,电阻 R2和 R3消耗的电功率相等 答案 BC 解析 开关 S 闭合时,根据欧姆定律可知通过 R1的电流为 I1UV R10.7 A,根据电流之比等 于匝数的反比可知副线圈的电流为 I21.4 A;R3和 R4并联后与 R2串联的电阻为 10 ,可知 副线圈的电压为 U214 V,根据电压之比等于匝数之比可知原线圈的电压为 U128 V,正 弦交流电压源 UUVU135 V,正弦交流电压源的峰值为 35 2 V;通过电阻 R4的电流为 1 2I20.7 A;电阻 R2 消耗的电功
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