专题4 第15课时　直流电路与交流电路.docx

1、第15课时直流电路与交流电路命题规律1.命题角度：(1)直流电路的分析与计算；(2)交变电流的产生与描述；(3)变压器与远距离输电.2.常考题型：选择题高考题型1直流电路的分析与计算直流电路动态分析的三种常用方法程序法R局I总U内I总rU外EU内U支U外I总R干最后确定I支串联电路注意分析各部分的电压关系，并联电路注意分析各部分的电流关系.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)极限法因滑动变阻器滑片滑动引起电路

2、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考向一电路基本规律例1(多选)(2021广东高三二模)离地面高度5.0104 m以下的大气层可视为电阻率较大的漏电介质，假设由于雷暴对大气层的“电击”，使得离地面高度5.0104 m处的大气层与带负电的地球表面之间形成稳定的电场，其电势差约为3105 V已知雷暴每秒给地球充电的电荷量约为1.8103 C，地球表面积近似为5.01014 m2，则()A该大气层的等效电阻约为600 B该大气层的平均漏电电流约为1.8103 AC该大气层的平均电阻率约为1.71012 mD该大气层的平均电阻率约为1.7108 m答案BC解析

3、该大气层的平均漏电电流约为I A1.8103 A，该大气层的等效电阻为R 167 ，故A错误，B正确；根据R可得，该大气层的平均电阻率约为 m1.71012 m，故C正确，D错误考向二电路动态分析例2(2021山东济宁市高三期末)如图1所示，R1、R2和R3都是定值电阻，R是滑动变阻器，V1和V2是两理想电压表，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片自图示位置向左缓慢滑动时，下列说法中正确的是()图1A电压表V1示数减小B电压表V2示数增大C电阻R2消耗的电功率增大D电压表V1示数的变化量U1的绝对值小于电压表V2示数的变化量U2的绝对值答案D解析当滑动变阻器的滑片自题图所示位置向左缓慢滑动时，R接入

4、电路的阻值减小，总电阻减小，所以总电流变大，则内电压和R1两端的电压增大，所以R2两端的电压减小，通过R2的电流减小，根据并联电路电流的特点，通过R3这部分支路的电流变大，则R3两端的电压变大，电压表V1示数变大，R两端的电压减小，电压表V2示数减小，故A、B错误；由A、B的分析可知，通过R2的电流减小，所以电阻R2消耗的电功率减小，故C错误；通过以上分析可知，R2两端的电压等于R3两端的电压与R两端的电压之和，R2两端的电压减小，即R3两端的电压与R两端的电压之和减小，而R3两端的电压增大，所以R两端的电压减少的值大于R3两端电压增大的值，即电压表V1示数的变化量U1的绝对值小于电压表V2示

5、数的变化量U2的绝对值，故D正确考向三含容电路的分析与计算例3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甲电容器两端电压为U1RE；S闭合时等效电路图如图乙所示乙电容器两端电压为U2RE，由QCU得，故选项C正确高考题型2交变电流的产生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有效值的计算(1)正弦式

6、交变电流：有效值是最大值的，即E，I，U.(2)非正弦式交变电流：计算有效值时，要根据电流的热效应，即“一个周期”内“相同电阻”上产生“相同热量”，然后分段求和列式，求得有效值3正弦式交流电“四值”的应用考向一交变电流的产生及四值例4(多选)(2019天津卷8)单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量与时间t的关系图像如图3所示下列说法正确的是()图3A.时刻线框平面与中性面垂直B线框的感应电动势有效值为C线框转一周外力所做的功为D从t0到t过程中线框的平均感应电动势为答案BC解析由t图像可知，时刻穿过线框的磁通量最大，则线框位于中性面，A错误；线框中

7、产生的感应电动势的最大值应为EmNBS，又，N1，BSm，则整理得Em，因此感应电动势的有效值为E，B正确；由功能关系可知线框转动一周外力所做的功等于线框中产生的焦耳热，有WT，C正确；从t0到t过程中，线框中产生的平均感应电动势为，D错误考向二有效值的计算例5(2018全国卷16)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图4所示则Q方Q正等于()图4A1 B.1C12 D21答案D解析由有效值概念知，一个周期内产生热量Q方T，Q正TTT，故Q方Q正21，选D.高考题型3变压器与远

8、距离输电1变压器中的制约关系制约关系电压副线圈的电压U2U1，由原线圈的电压U1和匝数比决定功率原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定电流原线圈电流I1I2由副线圈电流I2和匝数比决定2.远距离输电问题(1)理清三个回路(2)抓住两个联系理想的升压变压器中线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是，P1P2.理想的降压变压器中线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是，P3P4.(3)掌握一个守恒：能量守恒关系式P1P损P3.3输电线路功率损失的四个表达式(1)输送功率是指升压变压器输出的功率，损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率两者关系是P损PP

9、(P为输送功率，P为用户所得功率)(2)P损I线2R线，I线为输电线路上的电流，U为输电线路上损失的电压，R线为输电线路电阻(3)P损UI线考向一变压器的分析和计算例6(多选)(2020全国卷20)在图5(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，R1、R2、R3均为固定电阻，R210 ，R320 ，各电表均为理想电表已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示下列说法正确的是()图5A所用交流电的频率为50 Hz B电压表的示数为100 VC电流表的示数为1.0 AD变压器传输的电功率为15.0 W答案AD解析根据i2t图像可知T

10、0.02 s，则所用交流电的频率f50 Hz，故A正确；副线圈两端电压U2I2R210 V10 V，由得原线圈两端电压U1100 V，电压表的示数U220 V100 V120 V，故B错误；电流表的示数I A0.5 A，故C错误；变压器传输的电功率PI22R2I2R315.0 W，故D正确例7如图6所示，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2，且n1n2，定值电阻R1、R2的阻值相等，图中电流表、电压表均为理想电表在a、b端输入交变电流，其电流的有效值不随负载变化当向下调节滑动变阻器R3的滑动端P时，下列说法正确的是()图6A电流表示数一定变小B电压表示数一定变小CR1消耗的功率一定大于R

11、2消耗的功率D电源的输出功率一定减少答案C解析输入端电流不变，根据变压器电流的关系，可知电流表示数不变，故A错误；向下调节滑动变阻器R3的滑动端P时，滑动变阻器的有效电阻增大，在副线圈回路中，副线圈电压UI(R2R3)，可得电压表示数将变大，故B错误；根据，及变压器匝数的关系n1U4I4，选项A错误；由于输电线电阻上要分得一部分电压，故U2U3，若n1n2n4n3，则，U1U4，选项B错误；用户消耗的功率越大，则I4越大，由知I3越大，由P损IR知输电线上消耗的功率越大，选项C错误；如果发电机的输出功率为P，则输电线上消耗的功率为P损IR()2R，选项D正确3(2021山西朔州市怀仁市高三期末

12、)一含有理想变压器的电路如图10甲所示，图中理想变压器原、副线圈匝数之比为21，电阻R1和R2的阻值分别为3 和10 ，电流表、电压表都是理想交流电表，a、b输入端输入的电流如图乙所示(t轴上方的曲线为正弦曲线的一部分)，下列说法正确的是()图10A0.03 s时，通过电阻R1的电流为0B电流表的示数为 AC电压表的示数为 VD00.04 s内，电阻R1产生的焦耳热为0.48 J答案A解析由题图乙可知，在0.03 s的前后，原线圈中的电流不变化，则副线圈中没有感应电流，所以通过电阻R1的瞬时电流为0，故A正确；设电流表的示数为I1，则有I12RT2R2R，求得I1 A，故B错误；原线圈中只有大

13、小变化的那部分电流才能输出到副线圈中，故副线圈中电流的最大值为2 A；设副线圈中电流的有效值为I2，则I22 (R1R2)T2(R1R2)，求得I2 A，因此电压表的示数为UI2R210 V，故C错误；在00.04 s内，电阻R1产生的焦耳热为QI22R1t230.04 J0.24 J，故D错误4(多选)(2021山东济南市高三期末)恒流源是一种特殊的电源，其输出的电流能始终保持不变；恒压源也是一种特殊的电源，其输出的电压能始终保持不变如图11甲所示的电路中电源是恒流源，如图乙所示的电路中电源是恒压源，两图中的滑动变阻器滑动触头P均从最右端向最左端移动时，下列说法中正确的是()图11A图甲中R

14、1的电压减小B图乙中R1的电压减小C图甲中流过R2的电流保持不变D图乙中流过R2的电流保持不变答案ABD解析题图甲中两个支路的电压始终相等，所以支路电流与电阻成反比，即I2R2I1(R1R0)且I1I2I是定值，滑动变阻器滑动触头P从最右端向最左端移动时，R0增大，可知I1减小，I2增大，R1的电压U1I1R1减小，故A正确，C错误；题图乙中两个支路的电压始终相等且为定值，支路电流与电阻成反比，即I2R2I1(R1R0)U(定值)，滑动变阻器滑动触头P从最右端向最左端移动时，R0增大，可知I1减小，I2不变，R1的电压U1I1R1减小，故B、D正确专题强化练 保分基础练1(多选)(2020全国

15、卷19)特高压输电可使输送中的电能损耗和电压损失大幅降低我国已成功掌握并实际应用了特高压输电技术假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电，输电线上损耗的电功率为P，到达B处时电压下降了U.在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下，改用1 100 kV特高压输电输电线上损耗的电功率变为P，到达B处时电压下降了U.不考虑其他因素的影响，则()APP BPPCUU DUU答案AD解析由输电电流I知，输送的电功率不变，输电电压加倍，输电电流变为原来的，损耗的电功率PI2r，故输电电压加倍，损耗的电功率变为原来的，即PP；输电线上损失电压为UIr，即输电电压加倍，损失电压变为原来的，即UU.

16、故A、D正确2.(多选)(2021山西吕梁市高三一模)如图1所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r.闭合开关S，将滑动变阻器R的滑片P稍向下移动，下列说法正确的是()图1A电压表的示数一定变大B电流表的示数一定变大CR2消耗的电功率一定变大D电源的输出功率一定变小答案AC解析将滑动变阻器R的滑片P稍向下移动，则R接入电路的电阻阻值变大，总电阻变大，总电流减小，路端电压变大，即电压表示数变大；R1及内阻r上的电压减小，则并联支路的电压变大，通过R2的电流变大，则通过R支路的电流减小，即电流表示数减小，根据PI22R2可知，R2消耗的电功率一定变大；因不知道外电阻和内阻的大小关系，不能确定电源的输

17、出功率的变化情况，故选项A、C正确，B、D错误3. (2021广西桂林市秀峰区高三第一次联合调研)某交流发电机的线圈在匀强磁场中匀速转动时，磁通量随时间t变化的关系如图2所示，则下列说法正确的是()图2At0时刻，线圈平面与中性面平行B1 s内线圈中感应电流方向改变50次Ct0.015 s时刻，线圈中的感应电流最大Dt0.01 s时刻，图像的切线斜率为40 Wb/s答案D解析t0时刻，磁通量为0，则线圈平面与中性面垂直，所以A错误；由题图可得周期为0.02 s，一个周期内感应电流方向改变两次，则1 s内线圈中感应电流方向改变100次，所以B错误；t0.015 s时刻，线圈中的磁通量最大，感应电

18、流为0，所以C错误；t0.01 s时刻，感应电动势最大，EmNBSNmN，因此此时图像的切线斜率为m40 Wb/s，所以D正确4(2021山东德州市高三期末)如图3所示，L1和L2是不计电阻的输电线，电压互感器原、副线圈匝数比为k1，电流互感器原、副线圈匝数比为k2，电压表V的示数为U，电流表A的示数为I，则输电线的输送功率为()图3AUI Bk1k2UIC.UI D.UI答案D解析已知电压与匝数成正比，所以变压比为k1，电压表示数为U，故传输电压为U传Uk1，已知电流与匝数成反比，所以变流比为，电流表示数为I，故传输电流为I传I，故输电线的输送功率为PU传I传UI，故选D.5(2020福建福

19、州市3月质检)如图4甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，b是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻R10 ，其余电阻均不计从某时刻开始在c、d两端加上如图乙所示的正弦交变电压则下列说法中正确的是()图4A当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为31.1 VB当单刀双掷开关与b连接时，在t0.01 s时刻，电流表示数为4.4 AC当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率变为25 HzD当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率变小答案B解析当单刀双掷开关与a连接时，变压器原、副线圈匝数比为101，输入电压的有效值为U1 V220 V，根据变压比公式，可得输出电

20、压为22 V，即电压表的示数为22 V，故A错误；当单刀双掷开关与b连接时，变压器原、副线圈的匝数比为51，输入电压的有效值不变，为U1，根据变压比公式，可得输出电压为44 V，根据欧姆定律，电流表的示数即为输出电流的有效值I2 A4.4 A，故B正确；由题图乙可知，电压的最大值为311 V，交流电的周期为2102 s，所以交流电的频率为f50 Hz，当单刀双掷开关由a拨向b时，变压器不会改变交流电的频率，所以副线圈输出电压的频率为50 Hz，故C错误；当单刀双掷开关由a拨向b时，根据变压比公式，输出电压增加，输出电流增加，故输入电流也增加，则原线圈的输入功率变大，故D错误6(2020湖北宜昌

21、市高三年级3月统一调研测试)两个完全相同的电热器，分别通以如图5甲、乙所示的交变电流(甲图曲线为正弦曲线的一部分)，在一段相同且较长时间内，它们的发热量之比为Q1Q241，则I1I2等于()图5A41 B21C12 D11答案A解析题图甲中，由电流有效值的定义可知()2RI2RT，解得II1 ，则其功率P1I2RI12R；题图乙中正、反向电流大小相等，电流的有效值为I2，故功率P2I22R；因Q1Q241，Q1P1t，Q2P2t，故I1I241.故选A.7(2020全国卷17)图6(a)所示的电路中，K与L间接一智能电源，用以控制电容器C两端的电压UC.如果UC随时间t的变化如图(b)所示，则

22、下列描述电阻R两端电压UR随时间t变化的图像中，正确的是()图6答案A解析电阻R两端的电压URIR，其中I为线路上的充电电流或放电电流对电容器，QCUC，则IC，由UCt图像知：12 s内，电容器充电，令I充I；23 s内，电容器电压不变，则电路中电流为0；35 s内，电容器放电，则I放，方向与I充相反，结合URIR可知，电阻R两端的电压随时间变化的图像与A对应争分提能练8(多选)如图7甲所示，电动势为E、内阻为r的电源与R8 的定值电阻、滑动变阻器RP、开关S组成闭合电路，已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值RP的关系如图乙所示下列说法正确的是()图7A电源的电动势E V，内阻r

23、2 B图乙中Rx25 C当滑动变阻器的滑片向左移动时，R上消耗的功率先增大后减小D调整滑动变阻器RP的阻值可以得到该电源的最大输出功率为1.28 W答案BD解析RP消耗的功率P2RP，当RPRr时，P有最大值，把Rr等效为电源的内阻，由题图乙可知Rr10 时，P0.4 W，则E4 V、r2 ，A项错误；滑动变阻器的阻值为4 和阻值为Rx时消耗的功率相等，则有Rx，代入数据解得Rx25 ，B项正确；当滑动变阻器的滑片向左滑动时，其接入电路的电阻增大，则电路中电流减小，R上消耗的功率减小，C项错误；由于负载电阻大于内阻r，故当RP0时，电源的输出功率最大，为2R1.28 W，D项正确9.(多选)(

24、2021辽宁葫芦岛市高三期末)如图8，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r.将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为U1、U2、U3，理想电流表A示数变化量的绝对值为I，则()图8AA的示数增大BV2的示数增大CU3与I的比值大于rDU1大于U2答案ACD解析滑动变阻器的滑片向下滑动，导致滑动变阻器阻值变小，由于电压表断路，定值电阻和滑动变阻器为串联，滑动变阻器阻值变小，总电阻变小，电源电动势不变，总电流变大，即电流表示数变大，选项A对电压表V1测量定值电阻R的电压，电阻R阻值不变，总电流变大，所以电压变大即V1的示数增大；电压表V2测量定值电阻和滑动变阻

25、器的总电压即路端电压，示数变小，选项B错因理想电流表A示数变化量的绝对值为I，则U1IR，U2Ir，又Rr，所以U1U2，选项D对电压表V3测量滑动变阻器电压，电压表V3的变化量U3I(rR)，所以rRr，选项C对10(多选)(2021山东卷9)输电能耗演示电路如图9所示左侧变压器原、副线圈匝数比为13，输入电压为7.5 V的正弦交流电连接两理想变压器的导线总电阻为r，负载R的阻值为10 .开关S接1时，右侧变压器原、副线圈匝数比为21，R上的功率为10 W；接2时，匝数比为12，R上的功率为P.以下判断正确的是()图9Ar10 Br5 CP45 W DP22.5 W答案BD解析当开关S接1时

26、，左侧变压器副线圈两端电压U237.5 V22.5 V电阻R上的电压，即右侧变压器副线圈两端的电压U4 V10 V电流I41 A则右侧变压器原线圈两端的电压U32U4210 V20 V电流I3I41 A0.5 A则r5 ；当开关S接2时，设右侧变压器的输电电流为I，则右侧变压器副线圈中的电流为0.5I；根据右侧变压器两边电压与匝数的关系可知解得I3 A则R上的功率P(0.5I)2R22.5 W故选B、D.11(多选)(2021山东德州市高三期末)如图10所示，水平向左的匀强磁场的磁感应强度大小为B，磁场中固定着两个水平放置的相同金属圆环，两金属圆环通过导线与阻值为R的电阻和理想电压表相连，两金

27、属圆环的圆心在同一竖直线上现有一导体棒在外力作用下以大小为的角速度沿金属圆环内侧逆时针(俯视)匀速转动，转动过程中导体棒始终处于竖直状态并且上下两端始终与金属圆环接触良好，导体棒的长度为L，电阻为r，金属圆环的半径为，金属圆环与导线的电阻不计，初始时导体棒在图示位置，速度与磁感线垂直以下说法正确的是()图10A导体棒每转动一周电流方向改变一次B导体棒转过30时产生的电动势为C电压表的示数为D导体棒转动一周外力做功为答案CD解析导体棒在金属圆环上转动时切割磁感线产生的瞬时感应电动势为eBL2cos t，则一个周期电流方向改变两次，所以A错误；导体棒转过30时产生的电动势为EBL2cos 30BL

28、2，所以B错误；电压表的示数为电压的有效值，UmR，则U，所以C正确；由功能关系可知导体棒转动一周外力做的功等于电路在一个周期内产生的热量，则有WQ，QT，T，解得W，所以D正确12(多选)(2021河北卷8)如图11，发电机的矩形线圈长为2L、宽为L，匝数为N，放置在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，理想变压器的原、副线圈匝数分别为n0、n1和n2，两个副线圈分别接有电阻R1和R2，当发电机线圈以角速度匀速转动时，理想电流表读数为I，不计线圈电阻，下列说法正确的是()图11A通过电阻R2的电流为B电阻R2两端的电压为Cn0与n1的比值为D发电机的功率为答案BC解析由题知理想电流表读数为I，则根

29、据欧姆定律有U1IR1根据变压器原、副线圈电压与匝数的关系有，则有U0IR1，U2IR1再由欧姆定律有U2I2R2可计算出I2I故A错误，B正确；由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则有Emax2NBL2，U0NBL2又U0IR1，则，C正确；由于变压器为理想变压器，则有P0P1P2U1IU2I2I2R1U2I2联立解得P0由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈，则发电机的功率为P0，D错误尖子生选练13如图12所示理想变压器原、副线圈匝数比为12，两端分别接有四个相同的灯泡(其电阻不随温度变化)，已知4盏灯均能发光，则L1灯实际消耗功率与其他三盏灯实际消耗功率之和的比值为()图12A11 B13 C91 D31答案D解析由于，可得U22U1，而灯L3和L4串联，因此加在L3和L4上的电压均为，而加在L2两端的电压为U1，因此L2、L3和L4亮度相同，设流过这三盏灯的电流均为I，由于可知流过原线圈的电流为2I，因此流过灯L1的电流为3I，根据PI2R可知L1灯实际消耗功率与其他三盏灯实际消耗功率之和的比值为，故选D.