2023新教材高考物理二輪專題復(fù)習(xí)專題十二直流電路與交流電路教師用書

專題十二直流電路與交流電路命題熱點(diǎn)常考題型(1)直流電路的分析與計(jì)算；(2)交變電流的產(chǎn)生與描述；(3)變壓器與遠(yuǎn)距離輸電；(4)利用變壓器規(guī)律解決實(shí)際問題．選擇題高頻考點(diǎn)·能力突破考點(diǎn)一直流電路的分析與計(jì)算電路動態(tài)分析的兩種方法(1)程序法最常規(guī)的方法(2)極限法最直接的方法即因滑動變阻器滑片滑動引起的電路變化問題，可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩個(gè)極端去討論．例1[2022·陜西渭南市教學(xué)質(zhì)量檢測](多選)如圖所示，電流表示數(shù)為I，電壓表示數(shù)為U，定值電阻R2消耗的功率為P，電容器C所帶的電荷量為Q，電源內(nèi)阻不能忽略．當(dāng)變阻器滑動觸頭向右緩慢滑動時(shí)，下列說法正確的是()A．U增大、I減小 B．U減小、I增大C．P增大、Q減小 D．P、Q均減小[解題心得]預(yù)測1在如圖所示的電路中，電源的電動勢為E，內(nèi)阻為r，燈泡L的電阻小于電源的內(nèi)阻，閉合開關(guān)S，在滑動變阻器的滑片由a向b移動的過程中，下列各物理量的變化情況正確的是()A．電流表的讀數(shù)變大B．燈泡L變亮C．電源輸出功率先減小后增大D．電壓表的讀數(shù)先增大后減小預(yù)測2[2022·四川綿陽模擬]如圖所示，閉合開關(guān)S，將滑動變阻器R的滑片向右滑動的過程中()A．電流表A1的示數(shù)變小B．電流表A2的示數(shù)變小C．電壓表V的示數(shù)變小D．電阻R1的電功率變大考點(diǎn)二交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律解答交變電流問題的三點(diǎn)注意(1)理解兩個(gè)特殊位置的磁通量、磁通量的變化率、感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流方向的特點(diǎn)：線圈與中性面重合時(shí)，S⊥B，Φ最大，ΔΦΔt＝0，e＝0，i＝0，電流方向?qū)l(fā)生改變，線圈與中類比v和aΔvΔt性面垂直時(shí)，S∥B，Φ＝0，ΔΦΔt(2)區(qū)分交變電流的峰值、瞬時(shí)值、有效值和平均值．(3)確定交變電流中電動勢、電壓、電流的有效值后就可以運(yùn)用直流電路的規(guī)律處理交流電路中的有關(guān)問題．例2[2022·浙江1月]如圖所示，甲圖是一種手搖發(fā)電機(jī)及用細(xì)短鐵絲顯示的磁場分布情況，搖動手柄可使對稱固定在轉(zhuǎn)軸上的矩形線圈轉(zhuǎn)動；乙圖是另一種手搖發(fā)電機(jī)及磁場分布情況，皮帶輪帶動固定在轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的兩個(gè)線圈轉(zhuǎn)動．下列說法正確的是()A．甲圖中線圈轉(zhuǎn)動區(qū)域磁場可視為勻強(qiáng)磁場B．乙圖中線圈轉(zhuǎn)動區(qū)域磁場可視為勻強(qiáng)磁場C．甲圖中線圈轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生的電流是正弦交流電D．乙圖中線圈勻速轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生的電流是正弦交流電[解題心得]預(yù)測3[2022·湖北押題卷]一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，產(chǎn)生正弦式交變電流，電動勢隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖線a所示．僅調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速，電動勢隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖線b所示，則圖線b電動勢瞬時(shí)值的表達(dá)式是()A．e＝100sin5πt(V)B．e＝100sin100πt3C．e＝120sin5πt(V)D．e＝120sin100πt3(V預(yù)測4[2022·山東章丘二模]一半徑為a的半圓形單匝閉合線框，其總電阻為r，空間中存有方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場．某時(shí)刻在外力驅(qū)動下，線框開始繞其水平放置的直徑以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(左側(cè)觀察順時(shí)針轉(zhuǎn)動)．t時(shí)刻線框恰好轉(zhuǎn)動至如圖所示的豎直平面，下列說法正確的是()A．線框勻速轉(zhuǎn)動一周的過程中外力做功為W＝πB．從t時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，感應(yīng)電動勢的表達(dá)式為e＝πBωaC．線框從t時(shí)刻轉(zhuǎn)到水平位置的過程中電路中的電荷量為q＝2D．設(shè)N點(diǎn)電勢為零，t時(shí)刻M點(diǎn)電勢為φM＝－Bπω考點(diǎn)三變壓器與遠(yuǎn)距離輸電1．理想變壓器原副線圈中各物理量的三個(gè)制約關(guān)系(1)電壓制約：輸出電壓U2由輸入電壓U1決定，即U2＝n2U1n(2)電流制約：原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1＝n2I2n(3)功率制約：變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定，原線圈的輸入功率P1由副線圈的輸出功率P2決定，即P1＝P2.副制約原2．分清遠(yuǎn)距離輸電的三個(gè)回路和三種關(guān)系(1)理清三個(gè)回路(2)分清三種關(guān)系電壓關(guān)系U1UU2＝ΔU＋U3U3U電流關(guān)系I1II2＝I3＝I線I3I功率關(guān)系P1＝P2P2＝P3＋ΔPΔP＝I線2R線P3＝P4例3[2022·河北卷]張家口市壩上地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場是北京冬奧會綠色電能的主要供應(yīng)地之一，其發(fā)電、輸電簡易模型如圖所示，已知風(fēng)輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)速為每秒z轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)速比為1∶n的升速齒輪箱帶動發(fā)電機(jī)線圈高速轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)線圈面積為S，匝數(shù)為N，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，t＝0時(shí)刻，線圈所在平面與磁場方向垂直，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電流經(jīng)過理想變壓器升壓后，輸出電壓為U.忽略線圈電阻，下列說法正確的是()A．發(fā)電機(jī)輸出的電壓為2πNBSzB．發(fā)電機(jī)輸出交變電流的頻率為2πnzC．變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2πNBSnz∶UD．發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的瞬時(shí)電動勢e＝2πNBSnzsin(2πnz)t[解題心得]預(yù)測5[2022·湖北押題卷]如圖甲所示，100匝圓形線圈接入理想變壓器的原線圈，變壓器的副線圈接入阻值為R的電阻，電表都是理想電表．已知每匝線圈的電阻均為R，若在線圈位置加入垂直于線圈平面的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t按正弦規(guī)律變化的圖像如圖乙所示，得到圓形線圈的電熱功率與電阻R的功率相等．下列說法正確的是()A．T2B．T4C．原、副線圈匝數(shù)比n1∶n2＝10∶1D．對某一段線圈來說，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度最大時(shí)，受到的安培力最大預(yù)測6[2022·湖南卷]如圖，理想變壓器原、副線圈總匝數(shù)相同，滑動觸頭P1初始位置在副線圈正中間，輸入端接入電壓有效值恒定的交變電源．定值電阻R1的阻值為R，滑動變阻器R2的最大阻值為9R，滑片P2初始位置在最右端．理想電壓表的示數(shù)為U，理想電流表的示數(shù)為I.下列說法正確的是()A．保持P1位置不變，P2向左緩慢滑動的過程中，I減小，U不變B．保持P1位置不變，P2向左緩慢滑動的過程中，R1消耗的功率增大C．保持P2位置不變，P1向下緩慢滑動的過程中，I減小，U增大D．保持P2位置不變，P1向下緩慢滑動的過程中，R1消耗的功率減小預(yù)測7[2022·福建押題卷]如圖所示為研究遠(yuǎn)距離輸電的裝置．理想變壓器T1、T2的匝數(shù)比相等(n1∶n2＝n4∶n3)，變壓器T1的輸入電壓u1＝e＝502sin100πt(V)，輸電線的總電阻為r，則()A．閉合開關(guān)后，燈泡兩端的電壓為50VB．閉合開關(guān)后，通過燈泡電流的頻率為100HzC．閉合的開關(guān)數(shù)越多，所有燈泡獲得的總功率越大D．依次閉合開關(guān)S1、S2、S3…，燈泡L1越來越暗素養(yǎng)培優(yōu)·情境命題利用理想變壓器規(guī)律解決實(shí)際問題情境1[2022·江蘇沖刺卷]互感式鉗形電流表內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，電流表與次級線圈相連，用手柄控制鉗形鐵芯上方開口的開合，則()A．該電流表可用來測量直流電B．次級線圈匝數(shù)越少，電流表讀數(shù)越大C．該電流表測電流時(shí)相當(dāng)于降壓變壓器D．測量時(shí)電流表應(yīng)串聯(lián)在被測通電導(dǎo)線中[解題心得]情境2[2022·歷城二中測評]如圖是一個(gè)家庭用的漏電保護(hù)器的簡單原理圖，它由兩個(gè)主要部分組成，圖中左邊虛線框內(nèi)是檢測裝置，右邊虛線框內(nèi)是執(zhí)行裝置．檢測裝置是一個(gè)特殊的變壓器，它把即將引入室內(nèi)的火線和零線并在一起繞在鐵芯上作為初級(n1匝)，另繞一個(gè)次級線圈(n2匝)．執(zhí)行裝置是一個(gè)由電磁鐵控制的脫扣開關(guān)．當(dāng)電磁鐵的線圈中沒有電流時(shí)，開關(guān)是閉合的，當(dāng)電磁鐵的線圈中的電流達(dá)到或超過一定值時(shí)，開關(guān)斷開，切斷電路，起到自動保護(hù)作用．我國規(guī)定當(dāng)漏電流達(dá)到或超過30mA時(shí)，就要切斷電路以保證人身的安全．至于電磁鐵中的電流達(dá)到多大時(shí)脫扣開關(guān)才斷開，則與使用的具體器材有關(guān)，如果本題中的脫扣開關(guān)要求電磁鐵中的電流至少達(dá)到80mA才會脫扣，并且其檢測裝置可以看作理想變壓器，那么，n1與n2的比值為()A．n1∶n2＝5∶3 B．n1∶n2＝3∶5C．n1∶n2＝8∶3 D．n1∶n2＝3∶8[解題心得]情境3[2022·廣東沖刺卷]氮化鎵手機(jī)充電器具有體積小、功率大、發(fā)熱量少的特點(diǎn)，圖甲是這種充電器的核心電路．交流電經(jīng)前端電路和氮化鎵開關(guān)管后，在ab端獲得如圖乙所示的高頻脈沖直流電，經(jīng)理想變壓器降壓后在cd端給手機(jī)充電，則正常工作時(shí)，變壓器cd輸出端()A．輸出的電壓也是直流電壓B．輸出電流的頻率為2C．輸出電流的有效值大于ab端輸入電流的有效值D．需將輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，輸出端才會有電壓輸出[解題心得]情境4[2022·山東沖刺卷]近十年來，我國環(huán)形變壓器從無到有，已形成相當(dāng)大的生產(chǎn)規(guī)模，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、家電設(shè)備和燈光照明等方面，如圖甲所示．環(huán)形變壓器與傳統(tǒng)方形變壓器相比，漏磁和能量損耗都很小，可視為理想變壓器．原線圈匝數(shù)n1＝880匝，副線圈接一個(gè)“12V22W”的照明電燈，示意圖如圖乙所示，圖中電壓表與電流表均為理想交流電表．原線圈接交流電源，原線圈兩端的電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像如圖丙所示，最大值Um＝2202V，最大值始終保持不變，照明電燈恰好正常發(fā)光．則()A．原線圈兩端電壓的有效值和t＝2.5×10－3s的電壓瞬時(shí)值相等B．若電壓表為非理想電表，電壓表的讀數(shù)會變小C．照明電燈正常發(fā)光時(shí)，電流表的讀數(shù)為0.05AD．在t＝5×10－3s時(shí)刻，電壓表的示數(shù)為零[解題心得]專題十二直流電路與交流電路高頻考點(diǎn)·能力突破考點(diǎn)一例1解析：當(dāng)變阻器滑動觸頭向右緩慢滑動時(shí)，接入電路中的電阻減小，總電阻變小，總電流變大，內(nèi)電壓變大，由路端電壓U＝E－Ir知U變小，電壓表示數(shù)減小，電流表示數(shù)增大，R2兩端電壓增大，功率P增大，電容器與變阻器并聯(lián)，所以電容器兩端電壓減小，由公式Q＝CU可知，電荷量減小，故B、C正確．答案：BC預(yù)測1解析：滑動變阻器的滑片位于最右端時(shí)，滑動變阻器兩部分并聯(lián)的阻值為零，此時(shí)電路的外電阻最小，干路電流最大，路端電壓最小，電流表示數(shù)最大；滑動變阻器的滑片位于中間時(shí)，滑動變阻器兩部分并聯(lián)的阻值最大，此時(shí)電路的外電阻最大，干路電流最小，路端電壓最大，電流表示數(shù)小于初始位置時(shí)的示數(shù)；滑動變阻器的滑片位于最左端時(shí)，滑動變阻器兩部分并聯(lián)的阻值為零，此時(shí)電路的外電阻最小，干路電流最大，路端電壓最小，電流表示數(shù)為零，所以A、B錯(cuò)誤，D正確．滑動變阻器兩部分并聯(lián)的阻值先增大后減小，但與燈泡L及內(nèi)阻的阻值關(guān)系未知，故輸出功率無法確定，C錯(cuò)誤．答案：D預(yù)測2解析：程序法：在滑動變阻器R的滑片向右滑動的過程中，滑動變阻器接入電路的電阻變大，電路總電阻變大，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知，干路電流變小，選項(xiàng)A正確；由于干路電流變小，根據(jù)U外＝E－Ir可知外電路兩端的電壓變大，電阻R1兩端的電壓U1＝IR1變小，則并聯(lián)部分電路兩端的電壓變大，即電壓表V的示數(shù)變大，通過電阻R2的電流變大，即電流表A2的示數(shù)變大，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；根據(jù)P1＝I2R1可知，電阻R1不變，通過R1的電流變小，則電阻R1的電功率變小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．結(jié)論法：根據(jù)“串反并同”，滑動變阻器R的滑片向右滑動的過程，R變大，與之間接串聯(lián)部分的電流、電壓減小，R1的電功率變小，選項(xiàng)A正確、D錯(cuò)誤；與之并聯(lián)部分的電流、電壓變大，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤．答案：A考點(diǎn)二例2解析：圖中細(xì)短鐵絲被磁化之后，其作用相當(dāng)于小磁針，根據(jù)其分布特點(diǎn)可判斷出甲圖中線圈轉(zhuǎn)動區(qū)域磁場可視為勻強(qiáng)磁場，故選項(xiàng)A正確；而乙圖中，磁針分布的方向并不相同，則線圈轉(zhuǎn)動區(qū)域磁場不能看成勻強(qiáng)磁場，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)發(fā)電機(jī)原理可知，甲圖中線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動時(shí)才能產(chǎn)生正弦交流電，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；乙圖中線圈勻速轉(zhuǎn)動時(shí)，由于線圈切割磁感線的速度方向始終與磁場垂直且所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變，所以勻速轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生的是大小恒定的電流，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案：A預(yù)測3解析：由圖可知，調(diào)整轉(zhuǎn)速前后周期之比TaTb＝由ω＝2πT可知角速度與周期成反比，得調(diào)整轉(zhuǎn)速前后角速度之比為ωaωb調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速之后，交流電的角速度ωb＝2πTb＝2π0.06s感應(yīng)電動勢最大值Em＝NBSω轉(zhuǎn)速調(diào)整前后，NBS相同，Em與ω成正比EmaE由圖可知，調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速之前交流電的最大電動勢Ema＝150V所以調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速之后交流電的最大電動勢Emb＝ωbωaEma線圈從中性面開始轉(zhuǎn)動計(jì)時(shí)，所以圖線b電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式e＝100sin100πt3答案：B預(yù)測4解析：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有，線框中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的有效值為E有＝Em2＝22NBSω＝24πa2Bω，則線框勻速轉(zhuǎn)動一周的過程中線框中產(chǎn)生的焦耳熱為Q＝E有2rT，T＝2πω，聯(lián)立解得Q＝π3B2a4ω4r，線框勻速轉(zhuǎn)動一周的過程中外力做功等于線框中產(chǎn)生的焦耳熱，即W＝Q＝π3B2a4ω4r，故A正確；t時(shí)刻開始計(jì)時(shí)，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的表達(dá)式為e＝Emcosωt＝πBωa22cos(ωt)V，B錯(cuò)誤；線框從t時(shí)刻轉(zhuǎn)到水平位置的過程中電路中的電荷量為q＝答案：A考點(diǎn)三例3解析：發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速為nz，輸出交變電流的頻率為f＝ω2π＝nz，B錯(cuò)誤；線圈繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的為正弦交流電，最大值為Em＝NBS·2π·nz，輸出電壓的有效值為E＝Em2＝2πNBSnz，A錯(cuò)誤；變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為n1n2＝EU＝2πNBSnzU，C正確；發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的瞬時(shí)電動勢為e＝Emsin答案：C預(yù)測5解析：電表測量的是有效值，不是瞬時(shí)值，兩電流表的示數(shù)不變，A、B錯(cuò)誤；根據(jù)題意得I12×100R＝I22×R，I1I2答案：C預(yù)測6解析：設(shè)原線圈兩端電壓為U1，副線圈兩端電壓為U2，通過原線圈的電流為I1，通過副線圈的電流為I2，由理想變壓器變壓規(guī)律和變流規(guī)律可得，原、副線圈及定值電阻R1的等效電阻為R′＝U1I1＝n1n2U2n2n1I2＝n1n22U2I2＝n1n22R1；保持P1位置不變，將原、副線圈及電阻R1等效為一定值電阻，P2向左緩慢滑動過程中，R2接入電路的電阻減小，則整個(gè)電路的總電阻減小，由歐姆定律可知，回路中電流I增大