高考物理二輪復(fù)習(xí)第10課件講恒定電流與交變電流

1、專題五電路與電磁感應(yīng) 第10講恒定電流與交變電流,【主干回顧】,【核心精華】 知識(shí)規(guī)律 (1)閉合電路的歐姆定律。 I= U路=E-Ir。 (2)交變電流的“四值”。 最大值:Em=nBS。 瞬時(shí)值:e=Emsint。 有效值:由電流的熱效應(yīng)定義。 平均值:E=,(3)理想變壓器的四個(gè)基本關(guān)系。 功率關(guān)系:P入=P出。 電壓關(guān)系: 電流關(guān)系: 頻率關(guān)系:f1=f2。,思想方法 (1)物理思想:等效思想、忽略次要因素思想、守恒思想。 (2)物理方法:假設(shè)法、整體法、隔離法、代換法、比值定義法。,熱點(diǎn)考向一 直流電路的動(dòng)態(tài)分析 【典題1師生探究】(2014武漢二模)在如圖所示的電路中, 電源的負(fù)極

2、接地,其電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)電阻為r,R1、R2為定值電阻, R3為滑動(dòng)變阻器,C為電容器, 、 為理想電流表和電壓表。 在滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)頭P自a端向b端滑動(dòng)的過程中,下列說法中正 確的是(),A.電壓表示數(shù)減小 B.電流表示數(shù)減小 C.電容器C所帶電荷量增多 D.a點(diǎn)的電勢(shì)降低,【破題關(guān)鍵】 (1)電路圖中電壓表和電流表的作用: 電壓表直接與電阻R1并聯(lián),測(cè)的是_; 電流表位于支路中,測(cè)的是_。 (2)題干中的“電源的負(fù)極接地”說明_。,R1兩端的電壓,R3所在支路的電流,b點(diǎn)電勢(shì)為零,(3)當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)頭P自a端向b端滑動(dòng)時(shí),分析下列各物理量的變化情況:,減小,減小,增大,減小,【解析】選D

3、?；瑒?dòng)頭P自a端向b端滑動(dòng)的過程中,滑動(dòng)變阻器 的電阻減小,電路總電阻減小,由閉合電路的歐姆定律可得,干 路電流增大,由 =IR1可知R1兩端電壓即電壓表的示數(shù)變大, 選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由U=E-Ir可知路端電壓U減小;由 =U- 可得R2 兩端的電壓減小,又由I2= 可得流過R2的電流變小,在干路 電流增大的情況下,電流表的示數(shù)將變大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電容器 兩端的電壓變小,根據(jù)C= ,電容器所帶電荷量將變少,選項(xiàng)C 錯(cuò)誤;由于R2兩端的電壓變小,所以a點(diǎn)的電勢(shì)變低,選項(xiàng)D正確。,【拓展延伸】 (1)在【典題1】中,若把電路圖中的電壓表改為直接接在電源 兩端,其他條件不變,則在滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)頭P自a端

4、向b端滑動(dòng) 的過程中,電壓表示數(shù)如何變化? 【解析】若把電壓表直接接在電源兩端,則電壓表測(cè)的是路端 電壓,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)頭P自a端向b端滑動(dòng)時(shí),滑動(dòng)變阻器的 電阻減小,電路總電阻減小,由閉合電路的歐姆定律I= 可得, 干路電流增大,又由U=E-Ir可知路端電壓U減小,故電壓表示數(shù) 將減小。,(2)在【典題1】中,電源的總功率、輸出功率各如何變化? 【解析】由于干路電流增大,由P=EI可得電源總功率增大,當(dāng)外電路電阻和內(nèi)電阻相等時(shí),電源輸出功率最大,而題干中外電阻與內(nèi)電阻的大小關(guān)系未知,故滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭移動(dòng)時(shí),輸出功率的變化無法判斷。,【典題2自主探究】如圖所示電路中,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻

5、為r。4個(gè)電阻阻值均為R,開關(guān)S閉合時(shí),有質(zhì)量為m、帶電量為q的小球靜止于水平放置的平行板電容器的正中間?，F(xiàn)斷開開關(guān)S,則下列說法錯(cuò)誤的是() A.小球帶負(fù)電 B.斷開開關(guān)后電容器的帶電量減小 C.斷開開關(guān)后帶電小球向下運(yùn)動(dòng) D.斷開開關(guān)后帶電小球向上運(yùn)動(dòng),【審題流程】 第一步:審題干提取信息 (1)小球靜止 小球受力平衡 電場(chǎng)力方向豎直向上 小球帶負(fù)電 (2)電路連接R1、R2并聯(lián)后與R3串聯(lián) 電容器與R3并聯(lián),第二步:審問題明確目標(biāo) 斷開開關(guān)后R1、R2并聯(lián)部分的電阻增大 電容器兩板間的電壓減小 電容器的帶電量減小, 小球受到的電場(chǎng)力減小 小球向下運(yùn)動(dòng),【解析】選D。帶電量為q的小球靜止于

6、水平放置的平行板電容器的正中間,說明所受電場(chǎng)力向上,小球帶負(fù)電,選項(xiàng)A正確;斷開開關(guān)后,電容器兩端電壓減小,電容器的帶電量減小,選項(xiàng)B正確;斷開開關(guān)后,帶電小球所受電場(chǎng)力減小,帶電小球向下運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)C正確、D錯(cuò)誤。,【解題悟道】 閉合電路動(dòng)態(tài)分析的三種常用方法 (1)程序分析法:流程如下,(2)利用結(jié)論法:即“串反并同”法。 “串反”即某一電阻增大(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、消耗的電功率都減小(增大); “并同”即某一電阻增大(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、消耗的電功率都增大(減小)。 (3)極限法:因變阻器滑片滑動(dòng)引起電路變化的問題,可將變

7、阻器的滑片分別滑至兩個(gè)極端,使電阻最大或電阻為零去討論。,【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練】 1.如圖所示電路中,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)電阻為r,R1、R2為定值電阻,R3為可變電阻,C為電容器。在可變電阻R3由較小逐漸變大的過程中() A.電容器放電 B.流過R2的電流方向是由a到b C.電容器的帶電量在逐漸增大 D.電源內(nèi)部消耗的功率變大,【解析】選C。當(dāng)可變電阻R3逐漸變大時(shí),總電阻增大,干路電流減小,則電容器上電壓U=E-I(R1+r)將增大,電容器的帶電量增大,即電容器充電,A錯(cuò)誤,C正確;因?yàn)殡娙萜魃蠘O板帶正電,所以充電電流方向?yàn)閎R2a,故B錯(cuò)誤;電源內(nèi)部消耗的功率為Pr=I2r變小,D錯(cuò)誤。,2.(20

8、14寧德一模)如圖所示的電路中,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)電阻為r。開關(guān)S閉合后,電燈L1、L2均能發(fā)光。現(xiàn)將滑動(dòng)變阻器R的滑片P稍向上移動(dòng),下列說法正確的是() A.電燈L1、L2均變亮 B.電燈L1變亮,L2變暗 C.電流表的示數(shù)變小 D.電源的總功率變小,【解析】選B。將滑動(dòng)變阻器R的滑片P稍向上移動(dòng),電流表的示數(shù)變大,電燈L1變亮,L2變暗,電源的總功率變大,選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。,【加固訓(xùn)練】(2014長(zhǎng)沙一模)在如圖所示的電路中,開關(guān)S閉合后,由于電阻元件發(fā)生短路或斷路故障,某時(shí)刻電壓表和電流表的讀數(shù)都增大,則可能出現(xiàn)了下列哪種故障() A.R1短路B.R2短路 C.R3短路D.R1

9、斷路,【解析】選A。若電路正常,則電流表測(cè)量流過R1的支路電流,電壓表測(cè)量R3兩端的電壓。若R1短路,則R2被短路,外電路只有電阻R3接在電源兩端,電流表測(cè)量干路電流,電壓表測(cè)量路端電壓,兩表示數(shù)均增大,A正確;若R2短路,則R1被短路,電流表示數(shù)為零,B錯(cuò)誤;若R3短路,則電壓表示數(shù)為零,C錯(cuò)誤;若R1斷路,則電流表示數(shù)為零,D錯(cuò)誤。,熱點(diǎn)考向二交變電流的產(chǎn)生和描述 【典題3師生探究】(2014天津高考改編)如圖甲所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一矩形金屬線圈兩次分別以不同的轉(zhuǎn)速,繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)圖像如圖乙中曲線a、b所示,則(),A.兩次t=0時(shí)刻線圈平面均與中性面垂直 B

10、.曲線a、b對(duì)應(yīng)的線圈轉(zhuǎn)速之比為23 C.曲線a表示的交變電動(dòng)勢(shì)頻率為25Hz D.曲線b表示的交變電動(dòng)勢(shì)有效值為10V,【破題關(guān)鍵】 分析圖甲和圖乙可得: (1)初始時(shí)刻線圈的位置:_; (2)曲線a、b的周期關(guān)系:_。,線圈平面處于中性面位置,【解析】選C。線圈位于中性面時(shí),磁通量最大,電動(dòng)勢(shì)為零,A 錯(cuò)誤;轉(zhuǎn)速之比等于周期的反比,故該比值為32,B錯(cuò)誤;頻率 為周期的倒數(shù),a的周期為0.04s,頻率為25 Hz,C正確;正弦交 變電流的電動(dòng)勢(shì)的有效值為 已知 且 故可知 D錯(cuò)誤。,【典題4自主探究】(2014漳州模擬)圖甲是小型交流發(fā)電 機(jī)的示意圖,兩磁極N、S間的磁場(chǎng)可視為水平方向的勻

11、強(qiáng)磁場(chǎng), 為交流電流表。線圈繞垂直于磁場(chǎng)方向的水平軸OO沿逆時(shí) 針方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng),從圖示位置開始計(jì)時(shí),產(chǎn)生的交變電流隨時(shí)間 變化的圖像如圖乙所示。以下判斷正確的是() A.電流表的示數(shù)為10 A B.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為50 rad/s C.0.01 s時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直 D.0.02 s時(shí)電阻R中電流的方向自右向左,【審題流程】 第一步:審題干提取信息 (1)題圖乙中0.01s時(shí) 線圈平面垂直于中性面 線圈平面與磁場(chǎng)方向平行 (2)交流電的周期T=0.02s 求得線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,第二步:審問題明確解題思路 (1)求電流表的示數(shù)即交流電路中電流的有效值 電流表的示數(shù)為10A (2)判斷0.

12、02s時(shí)電阻R中電流的方向先判斷此時(shí)線圈所處的 位置 應(yīng)用右手定則判定感應(yīng)電流的方向,【解析】選A。由圖乙知電流最大值是10 A,周期是0.02 s, 故有效值為10 A,線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為100 rad/s,A對(duì),B 錯(cuò);0.01 s時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行,C錯(cuò);據(jù)右手定則知 0.02 s時(shí)電阻R中電流的方向自左向右,D錯(cuò)。,【解題悟道】 (1)兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn): 線圈平面與中性面重合時(shí),SB,最大, =0,e=0,i=0,電流方向?qū)l(fā)生改變。 線圈平面與中性面垂直時(shí),SB,=0, 最大,e最大,i最大,電流方向不改變。,(2)書寫交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的基本思路: 確定正弦式交變電流的峰

13、值,根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em=nBS求出相應(yīng)峰值。 明確線圈的初始位置,找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。 a.若線圈從中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng),則i -t圖像為正弦函數(shù)圖像,函數(shù)式為i=Imsint。 b.若線圈從垂直中性面位置開始轉(zhuǎn)動(dòng),則i -t圖像為余弦函數(shù)圖像,函數(shù)式為i=Imcost。,【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練】 1.如圖所示,圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的正弦 交流電的圖像,當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后,所產(chǎn)生的正弦交流電的圖像 如圖線b所示。以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說法中正確的是 () A.線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為12 B.交流電a的電壓瞬時(shí)值u=10sin0.4t(V) C.交流電b的電壓最大值為 V D.

14、在圖中t=0時(shí)刻穿過線圈的磁通量為零,【解析】選C。產(chǎn)生的正弦交流電的周期之比為23,線圈先后 兩次轉(zhuǎn)速之比為32,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;交流電a的周期為0.4s,交流 電a的電壓瞬時(shí)值u=10sin5t(V),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由最大值nBS 可知,二者最大值之比為32,交流電b的電壓最大值為 V,選 項(xiàng)C正確;在圖中t=0時(shí)刻感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零,穿過線圈的磁通量最 大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,2.(2014錦州二模)如圖所示,一個(gè)單匝矩形導(dǎo) 線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁感線的軸OO勻 速轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)周期為T0。線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最 大值為Em,則() A.線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的有效值為 Em B.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過線圈的磁通量

15、的最大值為 C.線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磁通量變化率的最大值為 Em D.經(jīng)過2T0的時(shí)間,通過線圈電流的方向改變2次,【解析】選B。由交變電流有效值和最大值的關(guān)系可知線圈產(chǎn) 生的電動(dòng)勢(shì)的有效值為 Em,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由題意知線圈產(chǎn)生的 電動(dòng)勢(shì)的最大值為Em=BS=BS 故線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過線圈 的磁通量的最大值BS= ,選項(xiàng)B正確;線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中磁通 量變化率的大小等于產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;正 弦式交變電流一個(gè)周期內(nèi)電流方向變化兩次,經(jīng)過2T0的時(shí)間, 通過線圈電流的方向改變4次,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,熱點(diǎn)考向三理想變壓器和遠(yuǎn)距離輸電問題 【典題5師生探究】如圖所示,匝數(shù) 為100匝的矩形線圈ab

16、cd位于磁感應(yīng) 強(qiáng)度B= 的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,線圈 面積S=0.5m2,內(nèi)阻不計(jì)。線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸以角速度 =10rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。線圈通過金屬滑環(huán)與理想變壓器原 線圈相連,變壓器的副線圈接入一只“12V12 W”燈泡,燈泡 正常發(fā)光,下列說法中正確的是(),A.通過燈泡的交變電流的頻率是50Hz B.變壓器原、副線圈匝數(shù)之比為101 C.矩形線圈中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值為120V D.若將燈泡更換為“12V24 W”且保證其正常發(fā)光,需要增大矩形線圈的轉(zhuǎn)速,【破題關(guān)鍵】 (1)線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸以角速度=10rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)可 得:_。 (2)題干中“燈泡正常發(fā)光”說明:_ _。 (3

17、)“將燈泡更換為“12V24 W”且保證其正常發(fā)光”說明: 輸出電壓_,那么,線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)應(yīng)該_,故線圈的 轉(zhuǎn)速_。,交變電流的頻率,副線圈的電壓的有效值為,12V,變壓器的輸出功率為12W,不變,不變,不變,【解析】選B。由=2f可得通過燈泡的交變電流的頻率是 5Hz,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;矩形線圈在水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng) 勢(shì)最大值為Em=NBS=100 0.510V=120 V,變壓器 輸入電壓為120 V,由變壓器變壓公式可知,變壓器原、副線圈 匝數(shù)之比為101,選項(xiàng)B正確,C錯(cuò)誤;因副線圈電壓仍為12 V, 故將燈泡更換為“12 V24 W”能保證其正常發(fā)光,不需要增 大矩形線圈的轉(zhuǎn)

18、速,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,【拓展延伸】 (1)在【典題5】中,若將變壓器的副線圈接入一只“12V24 W” 的燈泡,且保證其正常發(fā)光,則原線圈的輸入功率為多少? 【解析】因更換燈泡后,燈泡仍能正常發(fā)光,消耗的電功率為 24W,根據(jù)理想變壓器規(guī)律P入=P出,可知原線圈的輸入功率也為 24W。 (2)若將燈泡更換為耐壓值為12V的電容器,能否正常工作? 【解析】副線圈的電壓U=12V為有效值,其最大值為12 V,大于 電容器的耐壓值,電容器將被擊穿,故電容器不能正常工作。,【解題悟道】 (1)抓住理想變壓器問題中的兩個(gè)“弄清”: 弄清變量和不變量。如原線圈電壓不變,原、副線圈的匝數(shù)比不變,其他物理量可隨電

19、路的變化而發(fā)生變化。 弄清動(dòng)態(tài)變化過程中的決定關(guān)系,如U2由U1決定,P1、I1由P2、I2決定。,(2)理想變壓器問題的分析流程: 由 分析U2的情況。 由I2= 分析I2的情況。 由P1=P2=I2U2判斷輸入功率的情況。 由P1=I1U1分析I1的變化情況。,【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練】 1.(2014黃岡一模)如圖所示,電路中理想變壓器原、副線圈 接入電路的匝數(shù)可通過單刀雙擲開關(guān)改變, 為交流電流表。 在變壓器原線圈a、b兩端加上一峰值不變的正弦交變電壓。 下列分析正確的是() A.只將S1從1撥向2時(shí),電流表示數(shù)變小 B.只將S2從3撥向4時(shí),電流表示數(shù)變大 C.只將R的滑片上移,R2的電功率變大

20、D.只將R的滑片上移,R2的電功率變小,【解析】選D。只將S1從1撥向2時(shí),輸出電壓增大,輸出功率變大,輸入功率也變大,輸入電流變大,電流表示數(shù)變大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;只將S2從3撥向4時(shí),輸出電壓變小,輸出功率變小,輸入功率也變小,輸入電流變小,電流表示數(shù)變小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;只將R的滑片上移,副線圈總電阻變大,輸出電流減小,R2的電功率變小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。,2.(2014福建高考)如圖為模擬遠(yuǎn)距離輸電實(shí)驗(yàn)電路圖,兩理想變壓器的匝數(shù)n1=n42R,忽略燈絲電阻隨溫度的變化。當(dāng)A、B端接入低壓交流電源時(shí)() A.A1、A2兩表的示數(shù)相同 B.L1、L2兩燈泡的亮度相同 C.R1消耗的功率大于R3消

21、耗的功率 D.R2兩端的電壓小于R4兩端的電壓,【解析】選D。據(jù)遠(yuǎn)距離輸電的原理可知,電源輸送相同功率時(shí)通過A1的電流小于通過A2的電流,R1、R2損失的功率小于R3、R4損失的功率,燈泡L1較亮,A、B、C錯(cuò)誤;據(jù)U=IR可知D正確。,3.(2014四川高考)如圖所示,甲是遠(yuǎn)距離輸電線路的示意圖,乙是發(fā)電機(jī)輸出電壓隨時(shí)間變化的圖像,則() A.用戶用電器上交流電的頻率是100 Hz B.發(fā)電機(jī)輸出交流電的電壓有效值是500 V C.輸電線的電流只由降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比決定 D.當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時(shí),輸電線上損失的功率減小,【解析】選D。由圖乙可知交流電的周期為0.02s,頻率為5

22、0 Hz, 則A錯(cuò)誤;發(fā)電機(jī)輸出電壓的有效值是 V,則B錯(cuò)誤;輸電線上 的電流由用戶消耗的功率及降壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比共同 決定,則C錯(cuò)誤;當(dāng)用戶用電器的總電阻增大時(shí),設(shè)降壓變壓器副 線圈兩端的電壓為U4,則U4沒變,由P= 知,用戶消耗功率變小, 降壓變壓器輸入功率變小,設(shè)降壓變壓器原線圈電壓為U3,又P入 =I線U3,U3沒變,I線變小,P線= R線,R線未變,則輸電線上損失的 功率減少,故D正確。,交變電流的“四值”的應(yīng)用類問題 【典例】如圖所示,矩形線圈abcd在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO 以角速度=10rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng),線圈共10匝,ab=0.3m,bc

23、=0.6m,負(fù)載電阻R=45,線圈內(nèi)阻r=5。求:,(1)電阻R在0.05s內(nèi)所發(fā)出的熱量; (2)0.05s內(nèi)流過電阻R的電量(設(shè)線圈從垂直中性面開始轉(zhuǎn)動(dòng))。,【規(guī)范解答】(1)電動(dòng)勢(shì)的最大值為: Em=nBS=1020.30.610V=113.04V 電流的有效值 所以0.05s內(nèi)電阻R上發(fā)出的熱量Q=I2Rt=5.76J (2)由題意得t=0.05s內(nèi)線圈轉(zhuǎn)過的角度為=t= 10rad/s0.05s= ,穿過線圈的磁通量的變化量=BS 代入數(shù)據(jù)解得q=0.072C 答案:(1)5.76J(2)0.072C,【常見誤區(qū)】,【防范措施】 規(guī)范解題流程: 1.判斷產(chǎn)生的交流電的特點(diǎn)、規(guī)律。 2.根據(jù)題目要求求出相應(yīng)的有效值、平均值或瞬時(shí)值。 3.若為正弦交流電,則其有效值直接代入關(guān)系式;若