高考物理二轮复习:直流电路和交流电路(含答案解析).pdf
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1、直流电路和交流电路 热点一直流电路的动态分析 命题规律:直流电路的动态分析在高考试题中是以选择题形式考查的,是近年来高考的热 点往往以下列变化方式探究某元件的电流、电压、功率及电源输出功率的变化情况: (1) 某一支路的滑动变阻器的阻值变化; (2) 某一支路电键闭合或断开; (3) 热敏电阻或光敏电阻的阻值变化 1.(2014 咸阳二模) 如图所示电路中,电源电动势为E,内电阻为r, R1、R2为定值电阻,R3为可变电阻,C为电容器在可变电阻R3由较 小逐渐变大的过程中( ) A电容器放电 B流过R2的电流方向是由a到b C电容器的带电量在逐渐增大 D电源内部消耗的功率变大 解析 当可变电阻
2、R3逐渐变大时,总电阻增大,干路电流减小,则电容器上电压UE I(R1r) 将增大,电容器的带电量增大,即电容器充电,A 错误, C 正确;因为电容器上极 板带正电, 所以充电电流方向为bR2a,故 B错误;电源内部消耗的功率为PrI 2r 变小, D错误 答案 C 2.(2014 上海六校联考) 热敏电阻是传感电路中常用的电子元件,其电阻Rt随温度t变化 的图线如图甲所示如图乙所示电路中,热敏电阻Rt与其他电阻构成的闭合电路中,当Rt 所在处温度升高时,两电表读数的变化情况是( ) AA变大, V变大BA变大, V变小 CA变小, V变大DA变小, V变小 解析 由电路图可知,电压表和电流表
3、与热敏电阻是间接并联关系,当Rt所在处温度升 高时,Rt的阻值减小,利用“并同串反”知电流表和电压表的读数都减小 答案 D 3.(2014 山东莘县质检) 如图所示, 两平行金属板间带电质点P原处于静止状态,不考虑电 流表和电压表对电路的影响,当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时,则 ( ) A电压表读数减小 B电流表读数减小 C质点P将向上运动 DR3上消耗的功率逐渐增大 解析 当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时,R4接入电路部分的电阻减小,外电路总电阻 减小,干路电流增大,电源内阻分担的电压增大,则路端电压减小,R1分担电压增大,则平 行金属板两极板间电压减小,带电质点P所受电场力减小, 质
4、点P将向下运动, 选项 C错误; R3两端电压减小,R3中电流减小, 电流表读数增大,选项 B错误;R3上消耗的功率逐渐减小, 选项 D错误;由于R2中的电流增大,R2两端电压增大,故电压表读数减小,选项A正确 答案 A 方法技巧 直流电路动态分析问题的解题方法 程序法:闭合电路中,由于局部电阻变化或开关的通断,引起各部分电压、电流或灯 泡明暗发生变化,分析此类问题的基本步骤:) 分析局部 电阻变化 判断电路总 电阻变化 根据I E Rr 判断总电流变化 根据UEIr判 断路端电压变化 根据串、并联电路特点判断各 部分电路电流、电压的变化 (2) 可直接应用“部分电路中R、I、U的关系”中的两
5、个结论: 任一电阻R阻值增大, 必引起通过该电阻的电流I的减小和该电阻两端电压U的增大 即 R I U 任一电阻R阻值增大,必将引起与之并联的支路中电流I 并的增大和与之串联的各电阻两 端电压U串的减小即R I并 U串 热点二交流电的产生及“四值”应用 命题规律: 交变电流的产生与描述是每年高考的热点,常以选择题形式考查;考题主要考查 交变电流的两种表达方式:函数表示法与图象表示法,以及交流电的有效值、最大值等基本 知识高考命题一般从以下两方面进行考查: (1) 交变电流的产生、图象、公式及相关物理量 (2) 交变电流“四值”的物理意义及其不同方面的应用 1.( 多选)(2014 高考天津卷)
6、 如图甲所示, 在匀强磁场中, 一矩形金属线圈两次分别以不同 的转速,绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生的交变电动势图象如图乙中曲线a、b所示, 则( ) A两次t0 时刻线圈平面均与中性面重合 B曲线a、b对应的线圈转速之比为23 C曲线a表示的交变电动势频率为25 Hz D曲线b表示的交变电动势有效值为10 V 解析 从图象可知, 两次转动都是从中性面开始计时的,故 A正确 从图象可知, 曲线a、 b对应的线圈转动的周期之比为23,则转速之比为32,故 B 错误由图象可知曲线a 的周期Ta410 2 s ,则曲线 a表示的交变电动势频率fa 1 Ta 25 Hz,故 C正确交变电 动势的最大
7、值EmnBS ,则曲线a、b表示的交变电动势的峰值之比为Em aEm b ab 32,即Em b 2 3E m a10 V,故曲线b表示的交变电动势的有效值为E有 10 2 V 52 V ,D 错误 答案 AC 2.(2013 高考海南卷) 通过一阻值R 100 的电阻的交变电流如图所示,其周期为1 s 电 阻两端电压的有效值为( ) A12 V B410 V C15 V D8 5 V 解析 由有效值定义可得 U 2 R1 s (0.1 A) 2 R0.4 s 2 (0.2 A) 2R 0.1 s 2,其 中R100 ,可得U410 V,B正确 答案 B 3.(2013 高考福建卷) 如图,实
8、验室一台手摇交流发电机,内阻r1.0 , 外接R 9.0 的电阻闭合开关S,当发电机转子以某一转速匀速转动时, 产生的电动势e102sin 10 t(V) ,则 ( ) A该交变电流的频率为10 Hz B该电动势的有效值为102 V C外接电阻R所消耗的电功率为10 W D电路中理想交流电流表A的示数为1.0 A 解析 据 2f知该交流电的频率为5 Hz, A错;该交流电电动势的最大值为102 V , 有效值E10 V ,B错;I E Rr 1.0 A ,PI 2R 9 W,C错, D对 答案 D 总结提升 正弦交流电的产生及“四值”的应用 (1) 交变电流的产生 磁通量最大? 中性面?电流为
9、零 ? 线圈经过中性面时,电流变向一次 (2) 交流电“四值”的应用 最大值?EmNBS ?计算电容器的耐压值 瞬时值?eEmsin t或Emcos t? 计算闪光电器 的闪光时间等 有效值?EEm/2 ? 电表的读数及计算电热、 电功及保险丝的熔断电流 平均值?EN/ t?计算通过导体的电荷量 热点三变压器与远距离输电 命题规律:本考点为每年高考的热点,常以选择题的形式考查,命题规律有以下两点: (1) 多数题目与交变电流的图象、瞬时值表达式等相结合进行综合考查 (2) 考查变压器原副线圈中的电压、电流及功率关系,变压器的动态变化分析及远距离输电 等问题 1.( 多选)(2014 高考广东卷
10、) 如图所示的电路中,P为滑动变阻 器的滑片,保持理想变压器的输入电压U1不变,闭合电键S, 下列说法正确的是( ) AP向下滑动时,灯L 变亮 BP向下滑动时,变压器的输出电压不变 CP向上滑动时,变压器的输入电流变小 DP向上滑动时,变压器的输出功率变大 解析 由于理想变压器输入电压U1不变,原、副线圈匝数不变,所以输出电压U2也不变, 灯L亮度不随P的滑动改变,故选项A错误,选项B正确P向上滑动时,滑动变阻器接入 电路的电阻减小,负载总电阻R总减小,由I2 U2 R总知,通过副线圈的电流 I2增大,输出功率 P2U2I2增大,再由 I1 I2 n2 n1知输入电流 I1也增大,故选项C错
11、误, D正确 答案 BD 2.( 多选)(2014 武汉模拟) 如图甲所示为一个小型电风扇的电路简图,其中理想变压器的 原、副线圈匝数之比n1n2101,接线柱a、b接上一个正弦交变电源,电压随时间变化 规律如图乙所示,输出端接有额定电压均为12 V 的灯泡和风扇电动机,电动机线圈电阻r 2 . 接通电源后,灯泡正常发光,风扇正常工作,则( ) A电阻R两端的电压是10 V B通过风扇电动机的电流是6 A C通过灯泡的交流电频率是100 Hz D风扇突然卡住的瞬间,灯泡变暗 解析 变压器输入电压220 V,输出电压22 V ,灯泡正常发光,风扇正常工作,电阻R 两端的电压是22 V12 V10
12、 V,选项 A正确通过风扇电动机的电流一定小于6 A,通过 灯泡的交流电频率是50 Hz,选项B、C 错误风扇突然卡住的瞬间,电风扇中电流增大, 灯泡中电流减小,灯泡变暗,选项D正确 答案 AD 3.(2014 高考四川卷) 如图所示, 甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时 间变化的图象,则( ) A用户用电器上交流电的频率是100 Hz B发电机输出交流电的电压有效值是500 V C输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定 D当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小 解析 由ut图象可知,交流电的周期T 0.02 s ,故频率f 1 T 50 Hz,选项 A错误
13、; 交流电的最大值Um500 V ,故有效值U Um 2 2502 V,选项 B错误;输电线上的电流由 降压变压器副线圈上的电阻和降压变压器原副线圈的匝数比决定,选项 C错误;当用户用电 器的总电阻增大时,副线圈上的电流减小,根据 I1 I2 n2 n1,原线圈 ( 输电线 ) 上的电流减小,根 据PI 2 1R,得输电线损失的功率减小,选项D正确 答案 D 方法技巧 理想变压器的动态分析技巧 根据题意弄清变量和不变量. 如原线圈电压不变、原副线圈的匝数比不变,其他物理量 可能随电路的变化而发生变化. 弄清动态变化过程中的因果关系. 如U2由U1决定,P1、I1由P2、I2决定 . 分析流程如
14、下: 由 U1 U2 n1 n2分析 U2的情况 . 由I2 U2 R分析 I2的情况 . 由P1P2I2U2判断输入功率的情况. 由P1I1U1分析I1的变化情况 .) 交流电路的综合问题 命题规律: 该综合问题涉及交流电的产生、变化规律、 图象和变压器问题,考查的点多面广, 因此将成为2015 年高考命题热点,题型一般为选择题 范例(2014江西盟校一联) 如图所示,匝数为50 匝的矩形闭 合导线框ABCD处于磁感应强度大小B 2 10 T 的水平匀强磁场 中,线框面积S0.5 m 2,线框电阻不计线框绕垂直于磁场的 轴OO以角速度100 rad/s匀速转动,并与理想变压器原 线圈相连,副
15、线圈接入一只“220 V,60 W ”的灯泡,且灯泡正 常发光,熔断器允许通过的最大电流为10 A,下列说法正确的是( ) A在图示位置线框中产生的感应电动势最大 B线框中产生电动势的有效值为2502 V C变压器原、副线圈匝数之比为2522 D允许变压器输出的最大功率为1 000 W 解析 在图示位置线框和磁感线垂直,磁通量最大, 线框中产生的感应电动势为零,选项 A错误; 线框中产生的感应电动势的最大值EmNBS2502 V , 其有效值E 2 2 Em250 V, 选项 B错误;灯泡能正常发光,则电压U2220 V,由 U1 U2 n1 n2可知变压器原、副线圈匝数之比 为 2522,
16、选项 C正确;熔断器允许通过的最大电流为10 A, 即I110 A,P1U1I125010 W 2 500 W ,因此变压器允许输出的最大功率为2 500 W,故选项D错误 答案 C 总结提升 交变电流的综合问题,涉及交流电路最大值、有效值、平均值、瞬时值和变压 器的计算, 与电磁感应、 安培力、 闭合电路欧姆定律的综合应用等,解答时应注意以下两点: (1) 分清交流电路“四值”的不同计算方法和物理意义 (2) 学会将直流电路、闭合电路欧姆定律的知识应用在交流电路中 最新预测1 (2014辽宁五校联考) 如图所示,有一矩形线圈的面积为S,匝数为N,电阻 不计,绕OO轴在水平方向的磁感应强度为B
17、的匀强磁场中以角速度 做匀速转动,从图 示位置开始计时 矩形线圈通过滑环接一理想变压器,滑动触头P上下移动时可改变输出电 压,副线圈接有可调电阻R,下列判断正确的是( ) A矩形线圈产生的感应电动势的瞬时值表达式为eNBScos t B矩形线圈从图示位置经过 2 时间时,通过电流表的电荷量为0 C当P不动、R增大时,电压表读数也增大 D当P向上移动、R不变时,电流表读数减小 解析:选A.矩形线圈切割磁感线产生的感应电流为正弦式交变电流,图示时刻线圈切割磁 感线产生的感应电动势最大,最大值为EmNBS,则其瞬时值表达式为eNBScos t, 选项 A正确;矩形线圈从图示位置经过 2 时间,刚好为
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