物理二轮(山东专用)学案:专题4 第1讲 直流电路与交流电路 Word版含解析.doc
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1、- 1 - 第 1 讲 直流电路与交流电路 析考情 明考向_考情分析_透视命题规律 一、构建体系 透析考情 思维导图 考情分析 1.高考在本讲的命题主 要考查了交变电流的产 生及“四值”,变压器 的原理,电压比、电流 比及功率关系,变压器 的动态分析,变压器与 交变电流的综合等,题 型以选择题为主,如 2020 年山东卷第 5 题。 直接考查闭合电路欧姆 定律的题目较少但也要 引起注意。 2.2021 年高考题会以部 分电路欧姆定律与闭合 电路欧姆定律的应用为 主线,重点考查交变电 路和变压器的动态分析 与计算;与日常生活、 生产相联系的交变电流 规律、远距离输电也可 能会成为新命题点。 二、
2、熟记规律 高效突破 1明确“1 个定律、2 个关系” (1)闭合电路的欧姆定律:I E Rr。 (2)路端电压与电流的关系:UEIr。 (3)路端电压与负载的关系 UIR R RrE 1 1r R E,路端电压随外电阻的增大而增大,随外电阻的减小而减小。 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,电容器的电压 为与之并联的电阻两端的电压。 3正弦式交变电流的“四值” (1)最大值:EmnBS。 (2)瞬时值:enBSsin t(从中性面开始计时)。
3、- 2 - (3)有效值:正弦式交变电流的有效值 EEm 2;非正弦式交变电流的有效值必须根据电流的热 效应,用等效的思想来求解。 (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。 (4)频率关系:f1f2。 研考向 提能力_考向研析_掌握应试技能 考向一 直流电路的动态分析 直流电路动态分析的 3 种常用方法 (1)程序法 遵循“局部整体部分”的思路,按以下步骤分析: (2)结论法“串反并同” “串反”:指某一电阻增大(减小)时,
4、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。 典例 1 (多选)在如图所示的电路中,电源电动势为 E,内阻为 r,D 为理想二极管(具有单向 导通作用),R1为定值电阻,C 为电容器,电压表和电流表均为理想电表,S1、S2均断开,则 下列说法正确的是( ) A仅闭合 S1,将滑动变阻器的滑片向右移,电压表、电流表示数均变大 B仅闭合 S1,将滑动
5、变阻器的滑片向右移,电容器的带电荷量不变 C先闭合 S1,将滑动变阻器的滑片向右移,再闭合 S2,电容器有放电现象 D同时闭合 S1、S2,将滑动变阻器的滑片向右移,定值电阻 R1两端的电压增大 解析 仅闭合 S1,回路中只有 R1与 R2串联,当滑动变阻器的滑片向右移时,R2的有效阻值 减小,故总电阻减小,根据闭合电路的欧姆定律得,总电流增大,路端电压减小,即电压表 示数减小,电流表示数增大,因电容器与二极管串联,电容器不能放电,故电容器的带电荷 - 3 - 量不变,故 A 错误,B 正确;先闭合 S1,将滑动变阻器的滑片向右移,路端电压减小,故电 容器所带的电荷量减小,再闭合 S2,电容器
6、与 R2形成闭合回路,电容器对外放电,故 C 正确; 同时闭合 S1、S2,二极管与 R1并联,而二极管的正向导电的电阻为零,故此时 R1被短接,故 D 错误。 答案 BC 规律总结 闭合电路动态分析的三点注意 (1)引起电路变化的原因:电阻变化、电键的通断。 (2)电容器的特点:电路稳定后,电容器所在支路电阻无电压降,因此电容器两极板间的电压 就等于该支路两端的电压。电路中的电流、电压变化时,将会引起电容器的充、放电。 (3)二极管的特点:具有单向导电性。 1. (2020 百校二联)如图所示的电路中,R1和 R2是两个阻值相等的定值电阻,R 是滑动变阻器, 电源电动势为 E、内电阻为 r,
7、当滑动变阻器的滑动触头从右向左移动的过程中,下列说法正 确的是( ) AR1、R2消耗的电功率均逐渐变小 BR1消耗的功率逐渐变小,R2消耗的功率逐渐变大 C电源内阻 r 消耗的热功率逐渐减小 DR 和 R1消耗的总功率逐渐增大 解析:在滑动触头从右向左移动的过程中,滑动变阻器接入电路的阻值减小,所以电路的总 电阻减小,总电流 I 增大,根据 P2I2R2,可知 R2消耗的功率逐渐变大;由 UEIr,可知 路端电压减小,R2两端的电压增大,则 R1两端的电压减小,根据 P1U 2 R1,可知 R1 消耗的功 率逐渐变小,故 A 错误,B 正确。总电流增大,由 PI2r,知电源内电阻消耗热功率逐
8、渐增 大, 故 C 错误。 将 R2看成电源内电路的一部分, R 和 R1消耗的总功率是等效电源的输出功率, 由于等效电源的内阻大于外电阻,所以当外电阻减小时,输出功率减小,则电阻 R 和 R1消耗 的总功率逐渐减小,故 D 错误。 答案:B 2(2020 河北石家庄模拟)在如图所示的电路中,电源的负极接地,其电动势为 E、内电阻为 r,R1、R2为定值电阻,R3为滑动变阻器,C 为电容器,A、V 为理想电流表和电压表。在滑 动变阻器滑动头 P 自 a 端向 b 端滑动的过程中,下列说法正确的是( ) A电压表示数变小 - 4 - B电流表示数变小 C电容器 C 所带电荷量增多 Da 点的电势
9、降低 解析:在滑动变阻器滑动头 P 自 a 端向 b 端滑动的过程中,变阻器接入电路的电阻减小,外 电路总电阻减小,干路电流 I 增大,电阻 R1两端电压增大,则电压表示数变大。电阻 R2两端 的电压 U2EI(R1r),I 增大,则 U2变小,电容器两板间电压变小,其带电荷量减小。根 据外电路中顺着电流方向,电势降低,可知 a 点的电势大于零,a 点的电势等于 R2两端的电 压,U2变小,则 a 点的电势降低。通过 R2的电流 I2减小,通过电流表的电流 IAII2,I 增 大,I2减小,则 IA增大,即电流表示数变大。综上所述,A、B、C 错误,D 正确。 答案:D 3(多选)(2020
10、河南开封高三 5 月调研)如图所示,R0为热敏电阻(温度降低电阻增大),D 为理 想二极管(正向电阻为零,反向电阻无穷大),C 为平行板电容器,M 点接地,在开关 S 闭合后, C 中央有一带电液滴刚好静止。下列各项单独操作可能使带电液滴向上运动的是( ) A将热敏电阻 R0加热 B滑动变阻器 R 的滑片 P 向上移动 C开关 S 断开 D电容器 C 的上极板向上移动 解析:要使液滴向上运动,则应增大液滴受到的电场力,即应增大两板间的电势差。热敏电 阻加热时,热敏电阻阻值减小,由闭合电路欧姆定律可知,滑动变阻器两端的电压增大,故 电容器两端的电压增大,液滴向上运动,A 正确;当滑动变阻器的滑片
11、 P 向上移动时,滑动 变阻器接入电路的电阻减小,则总电流增大,电源的内电压及 R0两端的电压增大,则滑动变 阻器两端的电压减小,但由于二极管具有单向导电性,电容器两极板所带电荷量不变,故电 容器两端的电势差不变,B 错误;开关 S 断开时,电容器直接接在电源两端,电容器两端电压 增大,则液滴向上运动,C 正确;电容器 C 的上极板向上移动,d 增大,则电容器的电容 C 减小, 由于二极管具有单向导电性, 所以电容器两极板所带电荷量不变, 由于 UQ C, C rS 4kd, EU d,所以 E 4kQ rS ,由于极板上的电荷量不变,而场强 E 与极板之间的距离无关,所以电 场强度 E 不变
12、,液滴仍然静止,D 错误。 答案:AC 4(2020 高考全国卷)图(a)所示的电路中,K 与 L 间接一智能电源,用以控制电容器 C 两端 的电压 UC。如果 UC随时间 t 的变化如图(b)所示,则下列描述电阻 R 两端电压 UR随时间 t 变 化的图像中,正确的是( ) - 5 - 解析:电阻 R 两端的电压 URIR,其中 I 为线路上的充电电流或放电电流。 对电容器,QCUC,而 IQ t CUC t 由 UC- t 图像知, 12 s 内,电容器充电,令 I充I; 23 s 内,电容器电压不变,则 I0; 35 s 内,电容器放电,则 I放I 2。 联系 URIR 可知,电阻 R
13、两端的电压随时间的变化图像与 A 对应。 答案:A 考向二 交变电流的产生和描述 1中性面的特点 (1)穿过线圈的磁通量最大。 (2)线圈中的感应电动势为零。 (3)线圈每经过中性面一次,感应电流的方向改变一次。 2计算有效值的三点注意 (1)计算有效值时,要根据串联电路中“相同时间”内“相同电阻”上产生“相同热量”列式 求解。 (2)分段计算电热,求和得出一个周期内产生的总热量。 (3)利用两个公式 QI2Rt 和 QU 2 R t 可分别求得电流有效值和电压有效值。 3交变电流“四值”的应用 (1)最大值:EmnBS,分析电容器的耐压值。 (2)瞬时值:EEmsin t(由中性面开始计时)
14、,计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力 情况。 (3)有效值:电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝的熔断电流。 (4)平均值:E n t ,计算通过电路截面的电荷量。 典例 2 (2020 山东滨州二模)如图所示为线圈匝数为 n 的小型旋转电枢式交流发电机的原理 图,其矩形线圈面积为 S,在磁感应强度为 B 的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴 OO 匀速转动。矩形线圈电阻为 r,矩形线圈通过两刷环接电阻 R,伏特表接在 R 两端。当线圈以 角速度 匀速转动时,下列说法正确的是( ) - 6 - A从线圈与磁场平行位置开始计时,瞬时电动势为 enBSsin t B当线圈平面转到与磁场
15、垂直时,电压表示数为零 C线圈从与磁场平行位置开始转过 90 的过程中,通过电阻 R 的电荷量为nBS R D线圈转一周的过程中回路产生的焦耳热为n 2B2S2 Rr 解析 交流发电机产生电动势的最大值为 EmnBS,从线圈与磁场平行位置开始计时,瞬 时电动势为 enBScos t,故 A 错误;交流电压表测量的是电阻 R 两端电压的有效值,电动 势的有效值为 EEm 2 nBS 2 ,电流为 I E Rr nBS 2(Rr),交流电压表的示数为 UIR nBSR 2(Rr) 2nRBS 2(Rr),故 B 错误;线圈从与磁场平行位置开始转过 90 的过程中,线圈转 动T 4,E n t ,平
16、均电流I E Rr,电荷量 qI tn Rr nBS Rr,故 C 错误;线圈转一周的 过程中回路产生的焦耳热为 QI2(Rr)T nBS 2(Rr) 2(Rr)2 n2B2S2 Rr ,故 D 正确。 答案 D 易错警示 理解交变电流的三点注意 (1)注意区分交变电流的最大值、瞬时值、有效值和平均值,其中最大值是瞬时值中的最大值, 有效值是以电流的热效应来定义的。 (2)交变电流瞬时值表达式书写的基本思路(如典例中的 A 选项) 确定正弦式交变电流的峰值, 根据已知图像或由公式 EmNBS 求出相应峰值, 其中 2 T 2f2n。 明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式。 a若线圈从中性面
17、开始计时,则 e- t 图像为正弦函数,eEmsin t; b若线圈从垂直中性面开始计时,则 e- t 图像为余弦函数,eEmcos t。 (3)与电磁感应问题一样,求解与电能、电热相关的问题时,要用有效值,如典例中的 D 选项; 而求解通过导体某横截面的电荷量时,要用平均值,如典例中的 C 选项。 5若一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为 Q方;若该电阻接到正弦交流 电源上,在一个周期内产生的热量为 Q正。该电阻上电压的峰值均为 u0,周期均为 T,如图所 示,则 Q方Q正等于( ) - 7 - A1 2 B 21 C12 D21 解析:根据焦耳定律知产生的热量与方波中的电流方
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