全国通用2019届高考物理二轮复习专题10直流电路与交流电路学.doc

专题10 直流电路与交流电路考题一直流电路的分析1.明确1个定律、2个关系(1)闭合电路的欧姆定律：I.(2)路端电压与电流的关系：UEIr.(3)路端电压与负载的关系UIREE，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.直流电路动态分析的3种常用方法方法1：程序法R局I总U内I总rU外EU内确定U支、I支方法2：结论法“串反并同”“串反”：指某一电阻增大(减小)时，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).方法3：极限法因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动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.例1如图1所示，图甲中M为一电动机，当滑动变阻器R的触头从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图乙所示.已知电流表读数在0.2 A以下时，电动机没有发生转动.不考虑电表对电路的影响，以下判断正确的是()图1A.电路中电源电动势为3.4 VB.变阻器的触头向右滑动时，V2读数逐渐减小C.此电路中，电动机的最大输出功率为0.9 WD.变阻器的最大阻值为30 解析由题图甲知，电压表V2测量路端电压，电流增大时，内电压增大，路端电压减小，所以最上面的图线表示V2的电压与电流的关系，此图线斜率的绝对值大小等于电源的内阻，为r 2 .当电流I0.1 A时，U3.4 V，则电源的电动势EUIr3.4 V0.1×2 V3.6 V，故A错误；变阻器的触头向右滑动时，R阻值变大，总电流减小，内电压减小，路端电压即为V2读数逐渐增大，故B错误；由题图乙可知，电动机的电阻rM 4 .当I0.3 A时，U3 V，电动机的输入功率最大，最大输入功率为PUI3×0.3 W0.9 W，则最大输出功率一定小于0.9 W，故C错误；当I0.1 A时，电路中电流最小，变阻器的电阻为最大值，所以RrrM(24) 30 ，故D正确.答案D变式训练1.(2016·全国甲卷·17)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图2所示电路.开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为()图2A. B. C. D.答案C解析S断开时等效电路图如图甲所示.电容器两端电压为U1×R×E；S闭合时等效电路图如图乙所示.电容器两端电压为U2×RE，由QCU得，故选项C正确.甲乙2.(2016·江苏·8)如图3所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 ，四个电阻的阻值已在图中标出，闭合开关S，下列说法正确的有()图3A.路端电压为10 VB.电源的总功率为10 WC.a、b间电压的大小为5 VD.a、b间用导线连接后，电路的总电流为1 A答案AC解析外电路的总电阻R 10 ，总电流I1 A，则路端电压UIR10 V，A对；电源的总功率P总EI12 W，B错；a、b间电压大小为Uab0.5×15 V0.5×5 V 5 V，C对；a、b间用导线连接后，外电路的总电阻为R2× 7.5 ，电路中的总电流I1.26 A，D错误.考题二交变电流的产生及描述1.线圈通过中性面时的特点(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.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)，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：En，计算通过电路截面的电荷量.例2图4甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO(OO沿水平方向)匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与电阻R10 连接，与电阻R并联的交流电压表为理想电压表，示数为10 V.图乙是矩形线圈中磁通量随时间t变化的图象.则()图4A.此交流发电机的电动势平均值为10 VB.t0.02 s时R两端的电压瞬时值为零C.R两端的电压u随时间t变化的规律是u10cos (100t) VD.当ab边速度方向向上时，它所受安培力的方向也向上解析矩形线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动，产生正弦交流电，外电阻R10 ，电压表示数10 V，说明10 V即Em10 V.根据题图乙t0时磁通量等于0可判断t0时R两端的电压最大，所以R两端的电压随时间变化的规律为u10cos t10cos(100t) V，选项C对.t0.02 s代入电动势的表达式，此刻u10 V，选项B错.根据楞次定律，感应电流总是阻碍线圈的转动，所以当ab边速度方向向上时，它所受安培力的方向向下，选项D错.电动势平均值为磁通量和时间的比值，而该比值最大为Em10 V，所以平均值一定比Em10 V小，选项A错.答案C变式训练3.如图5所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于水平方向的匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度从中性面开始匀速转动，线框转过时的感应电流为I，下列说法正确的是()图5A.线框中感应电流的有效值为2IB.线框转动过程中穿过线框的磁通量的最大值为C.从中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量为D.线框转一周的过程中，产生的热量为答案BC解析由EmnBS，中性面开始计时，则电流isin t，当t时电流为I，则I，则2I；由2I为电流的最大值，则线框中感应电流的有效值为I，故A错误；转动过程中穿过线框的磁通量的最大值为BS.因n1，则B正确；中性面开始转过的过程中，通过导线横截面的电荷量为t，则C正确；电流的有效值为I，则Q(I)2R·，则D错误.4.如图6甲为风力发电的简易模型，在风力的作用下，风叶带动与其固定在一起的永磁铁转动，转速与风速成正比.某一风速时，线圈中产生的正弦式电流如图乙所示，则()图6A.电流的表达式为i0.6sin (10t) AB.磁铁的转速为10 r/sC.风速加倍时电流的表达式为i1.2sin (10t) AD.风速加倍时线圈中电流的有效值为1.2 A答案A解析通过题图乙可知电流的最大值为0.6 A，周期T0.2 s，故10 rad/s，故电流的表达式为i0.6sin (10t) A，故A正确；电流的周期为T0.2 s，故磁体的转速为n5 r/s，故B错误；风速加倍时，角速度加倍，根据EmnBS可知产生的感应电动势加倍，形成的感应电流加倍，故风速加倍时电流的表达式为i1.2sin (20t) A，故C错误；根据分析，形成的感应电流Im1.2 A，故有效值为I A，故D错误.考题三变压器及远距离输电1.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：.若n1n2，为降压变压器；若n1n2，为升压变压器.(3)电流关系：只有一个副线圈时，；有多个副线圈时，U1I1U2I2U3I3UnIn.2.原、副线圈中各量的因果关系(1)电压关系：U1决定U2.(2)电流关系：I2决定I1.(3)功率关系：P出决定P入.3.输电过程的电压关系4.输电过程功率的关系例3(2016·全国乙卷·16)一含有理想变压器的电路如图7所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 、1 和4 ，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定.当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为()图7A.2 B.3 C.4 D.5思维规范流程设变压器原、副线圈匝数比为kS断开S闭合Uk2·5I3IUk2·4I12I即：k2·5I3Ik2·4I12I得k3变式训练5.(2016·天津·5)如图8所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表.下列说法正确的是()图8A.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大C.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大D.若闭合开关S，则电流表A1示数变大，A2示数变大答案B解析当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，接入电路的阻值变大，变压器副线圈两端电压不变，副线圈中的电流减小，则R1消耗的功率及其两端电压均变小，故电压表的示数变大，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，副线圈中的电流减小，则原线圈中的电流也减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，副线圈电路中总电阻减小，副线圈中的电流变大，R1两端电压变大，R2两端电压减小，电流表A2示数减小；原线圈中的电流也变大，电流表A1示数变大，选项D错误.6.如图9所示，理想变压器副线圈1、2之间的匝数是总匝数的一半，二极管D具有单向导电性(正向电阻为零，反向电阻为无穷大)，R是可变电阻，K是单刀双掷开关，原线圈接在电压不变的正弦交流电源上.下列说法正确的是()图9A.若R阻值不变，当K分别接1和2时，电压表读数之比为21B.若R阻值不变，当K分别接1和2时，电压表读数之比为1C.若K分别接1和2时，R消耗功率相等，则R阻值之比为21D.若K分别接1和2时，R消耗功率相等，则R阻值之比为1答案BC解析设原线圈与副线圈的匝数分别为n1、n2，原线圈输入电压为U1，副线圈两端电压为U2，当K接2时：，此时电压表示数与副线圈两端的电压相等，即U2U22U1，功率为P2；若K与1相连，则，此时电压表的示数为U2，则··T，得U2，此时的功率为：P1.由上分析知：电压表的示数之比为1，电阻值之比为21，B、C对.7.如图10所示是发电厂通过升压变压器进行高压输电，接近用户端时再通过降压变压器降压给用户供电的示意图(图中变压器均可视为理想变压器，图中电表均为理想交流电表).设发电厂输出的电压一定，两条输电线总电阻用R0表示，变阻器R相当于用户用电器的总电阻.当用电器增加时，相当于R变小，则当用电进入高峰时()图10A.电压表V1、V2的读数均不变，电流表A1、A2的读数均增大B.电压表V3、V4的读数均减小，电流表A3的读数也减小C.电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变D.发电厂的输出功率增大答案ACD解析电压表V1、V2的读数均不变，因为输入电压和匝数都不变，用电高峰期，电阻减小，电流增大，根据电流与匝数成反比知电流都增大，故A正确；输电线上的电压损失增大，故电压表V3、V4的读数均减小，电流表A2的读数增大，电流表A3的读数增大，故B错误；电压表V2、V3的读数之差与电流表A2的读数的比值不变，等于输电线的电阻值，变压器的输入功率等于输出功率，都增大，故C、D正确.专题规范练1.(多选)(2016·全国丙卷·19)如图1，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光.下列说法正确的是()图1A.原、副线圈匝数比为91B.原、副线圈匝数比为19C.此时a和b的电功率之比为91D.此时a和b的电功率之比为19答案AD解析设灯泡的额定电压为U0，两灯泡均能正常发光，所以原线圈输出端电压为U19U0，副线圈两端电压为U2U0，故，A正确，B错误；根据公式可得，由于灯泡两端的电压相等，所以根据公式PUI可得，灯泡a和b的电功率之比为19，C错误，D正确.2.(多选)如图2所示，A为巨磁电阻，当它周围的磁场增强时，其阻值增大；C为电容器.当有磁铁靠近A时，下列说法正确的有()图2A.电流表的示数减小B.电容器C的电荷量增大C.电压表的示数变小D.电源内部消耗的功率变大答案AB解析当有磁铁靠近A时，它周围的磁场增强，其阻值增大，则外电路电阻变大，干路电流减小，电流表的示数减小，选项A正确；电源内阻上的电压减小，故路端电压变大，则电压表的示数变大，选项C错误；根据QCU可知，电容器C的电荷量增大，选项B正确；根据P内I2r可知，I减小，则电源内部消耗的功率变小，选项D错误，故选A、B.3.(2016·江苏·4)一自耦变压器如图3所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈.通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈，在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2，在将滑动触头从M点顺时针转到N点的过程中()图3A.U2>U1，U2降低 B.U2>U1，U2升高C.U2<U1，U2降低 D.U2<U1，U2升高答案C解析由，n1>n2知U2<U1；滑动触头从M点顺时针旋转至N点过程，n2减小，则U2降低，C项正确.4.图4为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2.在T的原线圈两端接入一电压uUmsin t的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为()图4A.() B.()C.4()2()2r D.4()2()2r答案C解析输入电压为：U1，由得：U2，又由PI2U2，输电线上损失的电功率为：PrI·2r4()2()2r，C对.5.(多选)(2016·海南·9)如图5(a)中，理想变压器的原、副线圈的匝数比为41，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表.原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图(b)所示.下列说法正确的是()图5A.变压器输入、输出功率之比为41B.变压器原、副线圈中的电流之比为14C.u随t变化的规律为u51sin (50t) VD.若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大答案BD解析由题意知，变压器是理想变压器，故变压器输入、输出功率之比为11，故选项A错误；变压器原、副线圈中的电流之比与匝数成反比，即，故选项B正确；由题图(b)可知交流电压最大值Um51 V，周期T0.02 s，可由周期求出角速度的值为100 rad/s，则可得交流电压u的表达式u51sin (100t) V，故选项C错误；RT处温度升高时，阻值减小，电流表的示数变大，电压表示数不变，故选项D正确.6.(多选)在如图6所示的电路中，电表均为理想电表，闭合开关S，将滑动变阻器滑片P向左移动一段距离后，下列结论正确的是()图6A.灯泡L变亮B.电压表读数变大C.电容器C上电荷量减少D.电流表读数变小答案BD解析滑动变阻器的滑片P向左移动，变阻器R接入回路的电阻增加，回路中的总阻值增大.由I知，回路中的电流减小，灯泡L变暗，电流表的示数变小，A错，D对；由UEIr知，电流减小，路端电压增大，电压表的示数增大，B对；由UREI(rrL)，知R两端的电压增大，电容器C上的电荷量增加，C错.7.(多选)(2016·上海·18)如图7所示电路中，电源内阻忽略不计.闭合开关，电压表示数为U，电流表示数为I；在滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端的过程中()图7A.U先变大后变小B.I先变小后变大C.U与I比值先变大后变小D.U变化量与I变化量比值等于R3答案BC解析据题意，由于电源内阻不计，电压表的示数总是不变，故选项A错误；滑片滑动过程中，电阻R1的阻值先增大后减小，电压不变，所以电流表示数先减小后增大，故选项B、C正确；由于电压表示数没有变化，故选项D错误.8.(多选)汽车电动机启动时车灯会瞬时变暗，如图8为汽车启动原理图，在打开车灯的情况下，电动机未启动时电流表读数为10 A；电动机启动时电流表读数为58 A.若电源电动势为12.5 V，内阻为0.05 ，电动机内阻为0.02 ，电流表内阻不计，则电动机启动时()图8A.车灯的电压为9.6 VB.通过电动机的电流为48 AC.电动机的功率为50 WD.电动机输出的机械功率为430 W答案AD解析当电动机未启动时，此时U外1EI1r12.5 V10×0.05 V12 V则车灯的电阻为：R 1.2 当电动机启动后：U外2EI2r12.5 V58×0.05 V9.6 V，由于电动机和车灯并联，故车灯的电压为9.6 V，即选项A正确；则此时通过车灯的电流为I灯18 A，故通过电动机的电流为I机58 A8 A50 A，故选项B错误；此时电动机的功率为：PI机U外250×9.6 W480 W，故选项C错误；此时电动机输出的机械功率为：P出PIr机430 W，故选项D正确.9.如图9所示，在匀强磁场中匀速转动的单匝纯电阻矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 .从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60°时的感应电流为1 A.下列说法正确的是()图9A.线圈消耗的电功率为1 WB.线圈中感应电流的有效值为2 AC.任意时刻线圈中的感应电动势为e2costD.任意时刻穿过线圈的磁通量为sint答案D解析从垂直中性面开始其瞬时表达式为iImcos ，则电流的最大值为：Im2 A；线圈消耗的电功率为：PI2r(Im)2r4 W，故A错误；有效值为：I A，故B错误；感应电动势的最大值为：EmImr2×2 V4 V；任意时刻线圈中的感应电动势为：eEmcost4cos t.故C错误；任意时刻穿过线圈的磁通量为：msin t；根据公式EmNBSNm可得：m，故sin t，故D正确.10.如图10所示，矩形闭合导线框ABCD处于可视为水平方向的匀强磁场中，线框绕垂直于磁场的轴OO匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接有一只“11 V,33 W”的灯泡.当灯泡正常发光时，变压器输入电压u33cos (10t) V.下列说法正确的是()图10A.图示位置可能是计时起点B.图示位置线框中产生的磁通量变化率最小C.变压器原、副线圈匝数之比为31D.通过电流表A的电流为 A答案B解析根据瞬时值表达式可知，线框转动的计时起点是线框平面与磁感线平行的位置，不是图示的位置，选项A错误；图示位置线框中的磁通量最大，磁通量的变化率最小，选项B正确；变压器原线圈的电压有效值为33 V，副线圈电压为11 V，根据，则变压器原、副线圈匝数之比为31，选项C错误；根据输出功率与输入功率相等可知，通过电流表A的电流为I A1 A，选项D错误.11.(多选)如图11所示，图线表示某电池组的输出电压电流关系，图线表示其输出功率电流关系.根据图线可以求出()图11A.电源电动势B.电源内阻C.电池组的输出电压为45 V时输出功率为100 WD.电池组的输出功率为120 W时，电路消耗的总功率为200 W答案ABD解析UI图线与U轴交点表示电路处于断路状态，则电源的电动势EU50 V.电源的内阻等于图线斜率绝对值大小，则有r| 5 ，故A、B正确；电池组的输出电压为45 V时，内电压为5 V，故电流为1 A，故输出功率为：PUI45 V×1 A45 W，故C错误；电池组的输出功率为120 W时，由PI图线读出电流I4 A，故电路消耗的总功率为PEI50 V×4 A200 W，故D正确.12.如图12所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1n215，原线圈接u1110sin (100t) V的交流电，电阻R1R225 ，D为理想二极管，则()图12A.通过电阻R1的电流为2 AB.二极管的反向耐压值应大于550 VC.原线圈的输入功率为200 WD.通过原线圈的电流为 A答案B解析由原线圈接u1110sin 100t V与原、副线圈的匝数比n1n215，根据可知，副线圈的电压为U2× V275 V，通过电阻R1的电流为IR111 A，故A错误；变压器副线圈电压最大值为U2mU2550 V，故二极管的反向耐压值应大于550 V，选项B正确；R1消耗的功率为PR1U2IR16 050 W，故原线圈消耗的功率大于6 050 W，选项C错误；通过电阻R1的电流为IR111 A，则通过原线圈的电流应该大于IIR155 A，选项D错误.