新高考物理二輪復(fù)習(xí)講與練專題4.1 直流電路和交變電流（講）（原卷版）

專題四電路和電磁感應(yīng)（講）知識(shí)結(jié)構(gòu)考情分析近3年考情分析考點(diǎn)要求等級(jí)要求考題統(tǒng)計(jì)202220212020直流電路和交變電路Ⅱ2022·北京卷·T132022·北京卷·T92022·浙江6月卷·T122022·浙江1月卷·T122022·江蘇卷·T22022·重慶卷·T32022·北京卷·T42022·海南卷·T52022·山東卷·T42022·湖南卷·T62021·江蘇卷·T22021·重慶卷·T62021·浙江1月卷·T162021·北京卷·T52021·遼寧卷·T52021·天津卷·T32021·浙江省6月卷·T52021·江蘇卷·T122021·北京卷·T192021·浙江1月卷·T192021·廣東卷·T72021·海南卷·T92021·河北卷·T82021·湖北卷·T62021·湖南卷·T62021·山東卷·T92021·福建卷·T32020·全國(guó)=1\*ROMANI卷·T172020·全國(guó)=2\*ROMANII卷·T192020·浙江1月卷·T62020·浙江7月卷·T162020·海南卷·T42020·江蘇卷·T62020·北京卷·T122020·海南卷·T32020·全國(guó)=3\*ROMANIII卷·T202020·山東卷·T52020·天津卷·T62020·浙江1月卷·T102020·江蘇卷·T22020·浙江7月卷·T112020·北京卷·T9電磁感應(yīng)Ⅱ2022·重慶卷·T132022·重慶卷·T72022·江蘇卷·T52022·上海卷·T122022·湖南卷·T102022·廣東卷·T12022·廣東卷·T42022·山東卷·T122022·全國(guó)甲卷·T202022·全國(guó)甲卷·T162022·浙江1月卷·T132022·海南卷·T182022·上海卷·T202022·遼寧卷·T152022·浙江1月卷·T212022·全國(guó)乙卷·T242021·北京卷·T112021·重慶卷·T32021·北京卷·T72021·全國(guó)甲卷·T212021·廣東卷·T102021·河北卷·T72021·河北卷·T52021·湖南卷·T102021·山東卷·T122021·山東卷·T82021·福建卷·T72021·遼寧卷·T92021·浙江省6月卷·T22021·天津卷·T122021·湖北卷·T162021·海南卷·T182021·全國(guó)乙卷·T252021·浙江1月卷·T222020·浙江1月卷·T82020·江蘇卷·T32020·北京卷·T82020·全國(guó)=1\*ROMANI卷·T212020·浙江7月卷·T122020·全國(guó)=3\*ROMANIII卷·T242020·北京卷·T182020·海南卷·T132020·山東卷·T122020·江蘇卷·T212020·天津卷·T112020·浙江7月卷·T222020·北京卷·T20思維導(dǎo)圖4.1直流電路和交變電路一、考情分析近3年考情分析考點(diǎn)要求等級(jí)要求考題統(tǒng)計(jì)202220212020電路的基本概念及規(guī)律Ⅱ2022·北京卷·T132022·北京卷·T92022·浙江6月卷·T122022·浙江1月卷·T122021·江蘇卷·T22020·全國(guó)=1\*ROMANI卷·T172020·全國(guó)=2\*ROMANII卷·T192020·浙江1月卷·T62020·浙江7月卷·T162020·海南卷·T4閉合電路歐姆定律及綜合應(yīng)用Ⅱ2022·江蘇卷·T22020·江蘇卷·T62020·北京卷·T12交流變電流的產(chǎn)生及描述Ⅱ2022·重慶卷·T32022·北京卷·T42022·海南卷·T52022·山東卷·T42021·重慶卷·T62021·浙江1月卷·T162021·北京卷·T52021·遼寧卷·T52021·天津卷·T32021·浙江省6月卷·T52021·江蘇卷·T122021·北京卷·T192020·海南卷·T3理想變壓器遠(yuǎn)距離輸電Ⅱ2022·湖南卷·T62021·浙江1月卷·T192021·廣東卷·T72021·海南卷·T92021·河北卷·T82021·湖北卷·T62021·湖南卷·T62021·山東卷·T92021·福建卷·T32020·全國(guó)=3\*ROMANIII卷·T202020·山東卷·T52020·天津卷·T62020·浙江1月卷·T102020·江蘇卷·T22020·浙江7月卷·T112020·北京卷·T9考情總結(jié)近幾年高考試題主要考查了交變電流的產(chǎn)生及“四值”，變壓器的原理，電壓比、電流比及功率關(guān)系，變壓器的動(dòng)態(tài)分析，題型以選擇題為主．直接考查閉合電路歐姆定律的題目較少.應(yīng)考策略2023年高考題會(huì)以部分電路歐姆定律與閉合電路歐姆定律的應(yīng)用為主線，重點(diǎn)考查電路的動(dòng)態(tài)分析與功率的計(jì)算；與日常生活、生產(chǎn)相聯(lián)系的交變電流規(guī)律、遠(yuǎn)距離輸電也可能會(huì)成為新命題點(diǎn)．二、思維導(dǎo)圖三、講知識(shí)1．閉合電路歐姆定律(1)閉合電路的歐姆定律：I＝eq\f(E,R＋r).(2)路端電壓與電流的關(guān)系：U＝E－Ir.(3)路端電壓與負(fù)載的關(guān)系：U＝IR＝eq\f(R,R＋r)E＝eq\f(1,1＋\f(r,R))E，路端電壓隨外電阻的增大而增大，隨外電阻的減小而減?。?．直流電路動(dòng)態(tài)分析方法(1)程序法：基本思路是“部分→整體→部分”。即從阻值的變化入手，由串、并聯(lián)規(guī)律判定R總的變化情況，再由閉合電路歐姆定律判斷I總和U端的變化情況，最后由部分電路歐姆定律及串聯(lián)分壓、并聯(lián)分流等規(guī)律判斷各部分的變化情況。(2)結(jié)論法——“串反并同”“串反”：指某一電阻增大(減小)時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(增大)。“并同”：指某一電阻增大(減小)時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(減小)。(3)極限分析法：因滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)引起電路變化的問(wèn)題，可將滑動(dòng)變阻器的滑片滑到兩端、中間等特殊位置，對(duì)特殊位置進(jìn)行分析討論，從而得到所研究物理量的變化規(guī)律。3.正弦式交變電流的“四值”(1)最大值：Em＝NBSω.(2)瞬時(shí)值：e＝NBSωsinωt(從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí))．(3)有效值：正弦式交變電流的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))；非正弦式交變電流的有效值必須根據(jù)電流的熱效應(yīng)，用等效的思想來(lái)求解．(4)平均值：eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)，常用來(lái)計(jì)算通過(guò)電路的電荷量．3．理想變壓器的基本關(guān)系式(1)功率關(guān)系：P入＝P出．(2)電壓關(guān)系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2).(3)電流關(guān)系：只有一個(gè)副線圈時(shí)，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).(4)頻率關(guān)系：f1＝f2.4．變壓器和遠(yuǎn)距離輸電的分析技巧(1)變壓器的副線圈的電流和功率決定原線圈的電流和功率。(2)遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題分析的關(guān)鍵是求中間回路的電流強(qiáng)度的大小。四、講重點(diǎn)重點(diǎn)1電路的基本概念及規(guī)律一、三個(gè)電流表達(dá)式的比較公式適用范圍公式含義定義式I＝eq\f(q,t)一切電路eq\f(q,t)反映了I的大小，但不能說(shuō)I∝q，I∝eq\f(1,t)微觀式I＝nqSv一切電路從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小決定式I＝eq\f(U,R)金屬、電解液I由U、R決定，I∝U，I∝eq\f(1,R)二、公式R＝eq\f(U,I)、I＝eq\f(U,R)和U＝IR的對(duì)比公式物理意義適用條件R＝eq\f(U,I)導(dǎo)體電阻的定義式，反映導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用R由導(dǎo)體本身決定，與U、I無(wú)關(guān)，適用于所有導(dǎo)體I＝eq\f(U,R)某段導(dǎo)體中電流與兩端電壓和電阻的關(guān)系適用于純電阻電路U＝IR沿電流方向電勢(shì)逐漸降低(外電路)，電壓等于I和R的乘積適用于金屬導(dǎo)體、電解液三、電路中常見(jiàn)的圖像分析類別線性元件非線性元件電源圖象物理意義反映I和U的正比關(guān)系反映I和U的非正比關(guān)系反映電源的輸出特性，縱軸截距為電源電動(dòng)勢(shì)，橫軸截距為短路電流注意問(wèn)題圖線的斜率的倒數(shù)表示導(dǎo)體的電阻，R＝eq\f(U,I)＝eq\f(ΔU,ΔI)，遵從歐姆定律圖線的斜率僅表示電阻的變化趨勢(shì)，某點(diǎn)的電阻值需用點(diǎn)的坐標(biāo)值計(jì)算，即R＝eq\f(U1,I1)圖線斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻(注意縱坐標(biāo)數(shù)值是否從零開(kāi)始)四.電流表和電壓表的改裝改裝為大量程電壓表改裝為大量程電流表原理串聯(lián)電阻分壓并聯(lián)電阻分流圖示R大小由于U=IgR+IgRg,所以R=UIg由于IgRg=(I-Ig)R,所以R=I電表內(nèi)阻RV=R+Rg>RgRA=RRg五.電動(dòng)機(jī)的三個(gè)功率及關(guān)系輸入功率電動(dòng)機(jī)的總功率。由電動(dòng)機(jī)電路中的電流和電壓決定,即P總=P入=UI輸出功率電動(dòng)機(jī)的有用功的功率,也叫機(jī)械功率,即P出熱功率電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)線圈時(shí)的發(fā)熱功率P熱=I2r三者關(guān)系P總=P出+P熱效率η=P出P入×100%=特別說(shuō)明①正常工作的電動(dòng)機(jī)是非純電阻元件②電動(dòng)機(jī)因?yàn)楣收匣蛘咂渌虿晦D(zhuǎn)動(dòng),相當(dāng)于一個(gè)純電阻元件重點(diǎn)2閉合電路歐姆定律及綜合應(yīng)用一、閉合電路歐姆定律電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻電動(dòng)勢(shì)(1)定義：電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功。(2)表達(dá)式：E＝eq\a\vs4\al(\f(W,q))(3)物理意義：反映了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小。內(nèi)阻電源內(nèi)部導(dǎo)體的電阻閉合電路歐姆定律閉合電路歐姆定律(1)內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。(2)表達(dá)式：I＝eq\f(E,R＋r)(3)適用條件：只適用于外電路是純電阻電路。電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)、外電壓的關(guān)系E＝U內(nèi)＋U外_。(適用于任何電路)路端電壓U與電流I的關(guān)系(1)關(guān)系式：U＝E－Ir。(適用于任何電路)(2)電源的U-I圖象(如圖所示)①當(dāng)電路斷路，即I＝0時(shí)，縱軸的截距為電源電動(dòng)勢(shì)。②當(dāng)路端電壓U＝0時(shí)，橫軸的截距為短路電流。③圖線的斜率的絕對(duì)值為電源的內(nèi)阻。閉合電路的動(dòng)態(tài)分析技巧程序法(1)思路“局部電路?整體電路?局部電路”。(2)具體步驟：結(jié)論法“串反并同”(適用條件：電源內(nèi)阻不為零的電路)(1)所謂“串反”，即某一電阻增大(或減小)時(shí)，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(或增大)。(2)所謂“并同”，即某一電阻增大(或減小)時(shí)，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(或減小)。極限法因滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)引起電路變化的問(wèn)題，可將滑動(dòng)變阻器的滑片分別滑至兩個(gè)極端，讓電阻最大或電阻為零，然后再討論有關(guān)問(wèn)題三、閉合電路的功率及效率問(wèn)題電源總功率任意電路：P總＝EI＝P出＋P內(nèi)純電阻電路：P總＝eq\f(E2,R＋r)＝I2(R＋r)內(nèi)部功率P內(nèi)＝I2r＝P總－P出輸出功率任意電路：P出＝UI＝P總－P內(nèi)純電阻電路：P出＝eq\f(U2,R)＝I2R＝eq\f(E2R,（R＋r）2)P出與外電阻R的關(guān)系P出隨R的增大先增大后減小，當(dāng)R＝r時(shí)達(dá)到最大Pm＝eq\f(E2,4r)，P出＜Pm時(shí)對(duì)應(yīng)兩個(gè)外電阻R1和R2，且R1R2＝r2。電源的效率任意電路：η＝eq\f(P出,P總)×100%＝eq\f(U,E)×100%純電阻電路：η＝eq\f(R,R＋r)×100%重點(diǎn)3交流變電流的產(chǎn)生及描述1．兩個(gè)特殊位置的比較位置中性面位置與中性面垂直的位置圖例特點(diǎn)B⊥SB∥SΦ＝BS，最大Φ＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝nBSω，最大電流為零，方向改變電流最大，方向不變2．交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開(kāi)始計(jì)時(shí))規(guī)律物理量函數(shù)表達(dá)式圖象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動(dòng)勢(shì)e＝Emsinωt＝nBSωsinωt電壓u＝Umsinωt＝eq\f(REm,R＋r)sinωt電流i＝Imsinωt＝eq\f(Em,R＋r)sinωt3.對(duì)交變電流“四值”的比較物理量表達(dá)式適用情況及說(shuō)明瞬時(shí)值e＝Emsinωtu＝Umsinωti＝Imsinωt計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況最大值(峰值)Em＝nBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)討論電容器的擊穿電壓有效值對(duì)正(余)弦交流電有：E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))(1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電動(dòng)率、電熱等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是有效值(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值(4)電表的讀數(shù)為有效值平均值eq\o(E,\s\up6(－))＝BLeq\o(v,\s\up6(－))eq\o(E,\s\up6(－))＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\o(I,\s\up6(－))＝eq\f(\o(E,\s\up6(－)),R＋r)計(jì)算通過(guò)電路截面的電荷量重點(diǎn)4理想變壓器遠(yuǎn)距離輸電1.理想變壓器及基本關(guān)系的理解基本關(guān)系功率關(guān)系能量守恒：原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，即P入＝P出電壓關(guān)系只有一個(gè)副線圈時(shí)：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)有多個(gè)副線圈時(shí)：eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…電流關(guān)系只有一個(gè)副線圈時(shí)：eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)有多個(gè)副線圈時(shí)：I1n1＝I2n2＋I(xiàn)3n3＋…＋I(xiàn)nnn頻率關(guān)系f1＝f2(變壓器不改變交變電流的頻率)2.理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題的解題思路(1)分清不變量和變量。(2)弄清理想變壓器中電壓、電流、功率之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系。(3)利用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點(diǎn)進(jìn)行分析判定。3.理想變壓器中各量的制約關(guān)系電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定：U2＝eq\f(n2,n1)U1功率原線圈的輸入功率P入由副線圈的輸出功率P出決定：P入＝P出電流原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定：I1＝eq\f(n2,n1)I24.分析遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題的三個(gè)“要點(diǎn)”理清三個(gè)回路抓住兩個(gè)聯(lián)系回路1和回路2的聯(lián)系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，P1＝P2回路2和回路3的聯(lián)系：eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3)，P3＝P4明確三個(gè)關(guān)聯(lián)式功率關(guān)聯(lián)式：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔUI線＝I線2R線＝eq\f(ΔU2,R線)電壓關(guān)聯(lián)式：U2＝ΔU＋U3電流關(guān)聯(lián)式：I2＝I線＝I3重點(diǎn)1電路的基本概念及規(guī)律例題1：（2023屆·浙江浙里卷天下高三上學(xué)期開(kāi)學(xué)考試）如圖所示的安全出口指示燈，該燈配備有兩個(gè)電源——正常電源和緊急備用電源，其中正常亮燈狀態(tài)下，指示燈功率為3W，緊急指示燈亮起時(shí)，指示燈功率為6W。假設(shè)在某次消防安全演練中，某商場(chǎng)的200個(gè)緊急指示燈全部正常開(kāi)啟，持續(xù)時(shí)間為60min。在這次演練中，所有指示燈消耗的電能約為（）A.3.6×105J B.7.2×105JC.2.2×106J D.4.3×106J訓(xùn)練2：（2023屆·北京交大附中高三上學(xué)期開(kāi)學(xué)考試）下表列出了某品牌電動(dòng)自行車及所用電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，不計(jì)自身機(jī)械損耗，若該車在額定狀態(tài)下以最大速度行駛，則下列選項(xiàng)正確的是（）自重40kg額定電壓48V載重75kg額定電流12A最大行駛速度20km/h額定輸出功率400WA.電動(dòng)機(jī)的輸入功率為576WB.電動(dòng)機(jī)的線圈電阻為4ΩC.該車獲得的牽引力為104ND.該車受到的阻力為20N重點(diǎn)2閉合電路歐姆定律及綜合應(yīng)用例題2：（2023屆·人大附中高三上學(xué)期開(kāi)學(xué)考試）某學(xué)習(xí)小組用如下電路研究小電動(dòng)機(jī)的電流與電壓關(guān)系。通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R接入電路的阻值，測(cè)量得到下表記錄的信息。若認(rèn)為小電動(dòng)機(jī)的電阻是不變的，則（）序號(hào)電壓SKIPIF1<0電流SKIPIF1<0電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)11.250.50卡住未轉(zhuǎn)動(dòng)22.000.20穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)33.50.30穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)A.小電動(dòng)機(jī)的電阻大約為SKIPIF1<0B.當(dāng)小電動(dòng)機(jī)的電壓為SKIPIF1<0時(shí)，其發(fā)熱功率為SKIPIF1<0C.當(dāng)小電動(dòng)機(jī)的電壓為SKIPIF1<0時(shí)，其電功率為SKIPIF1<0D.當(dāng)小電動(dòng)機(jī)的電壓為SKIPIF1<0時(shí)，其對(duì)外做功的功率為SKIPIF1<0訓(xùn)練2：（2023·黑龍江肇東市四中高三上學(xué)期期末）某次實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)畫(huà)出的U—I圖像如圖丙所示，下列關(guān)于這個(gè)圖像的說(shuō)法正確的是（）A.縱軸截距表示待測(cè)干電池的電動(dòng)勢(shì)，即E=1.45VB.橫軸截距表示短路電流，即I短=0.5AC.電源的內(nèi)阻為2.9ΩD.電源的內(nèi)阻為0.5Ω重點(diǎn)3交流變電流的產(chǎn)生及描述例題3：（2023屆·浙江浙里卷天下高三上學(xué)期開(kāi)學(xué)考試）如圖所示是輸入電壓為220V，輸出電壓為27V的變壓器，相應(yīng)的線圈匝數(shù)分別為n1和n2，則（）A.n1<n2B.輸入的電流大于輸出的電流C.繞制輸入端線圈的導(dǎo)線比輸出端細(xì)D.輸出端連接的用電器數(shù)量增加，輸入端功率不變訓(xùn)練3：（2023屆·西南匯高三上學(xué)期開(kāi)學(xué)考試）如圖所示為輸電能耗演示電路。左側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1：4，輸入電壓為7.5V