专题08 直流电路和交流电路高考物理黄金押题原卷版Word文件下载.docx

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【名师点睛】直流电路的分析和计算

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：

U＝E－Ir。

（3）路端电压与负载的关系

U＝IR＝E＝E，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．解决含电容器的直流电路问题的一般方法

（1）通过初、末两个稳定的状态来了解中间不稳定的变化过程。

（2）只有当电容器充、放电时，电容器支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器对电路的作用是断路。

（3）电路稳定时，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用，与电容器串联的电阻为等势体，电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压。

（4）在计算电容器的带电荷量变化时，如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等于始、末状态电容器电荷量之差；

如果变化前后极板带电的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于始、末状态电容器电荷量之和。

【方法技巧】闭合电路欧姆定律中功率的最值问题

（1）定值电阻的功率：

P定＝I2R

R为定值电阻，P定只与电流有关系，当R外最大时，I最小，P定最小，当R外最小时，I最大，P定最大。

（2）电源的输出功率：

P＝＝。

当R外＝r时，P出功率最大。

（3）变化电阻的功率的最大值

利用等效思想，把除变化电阻之外的其他的定值电阻等效成电源的内阻r′，则变化电阻的功率即为等效以后的电源的输出功率，即当R变＝r′时，P变有最大值。

【变式探究】太阳能路灯是采用晶体硅太阳能电池供电，用于代替传统公用电力照明的路灯，白天太阳能电池对蓄电池充电，晚上蓄电池的电能供给路灯照明。

太阳光垂直照射到地面上时，单位面积的辐射功率为P0＝1.0×

103W/m2。

某一太阳能路灯供电系统对一盏LED灯供电，太阳能电池的光电转换效率为15%左右，电池板面积1m2，采用两组12V蓄电池（总容量300Ah），LED路灯规格为“40W,24V”，蓄电池放电预留20%容量。

下列说法正确的是（　　）

A．蓄电池的放电电流约为0.6A

B．一盏LED灯每天消耗的电能约为0.96kW·

h

C．该太阳能电池板把光能转化成电能的功率约为40W

D．把蓄电池完全充满电，太阳照射电池板的时间不少于38.4h

例2、如图所示的电路中，E为电源，其内电阻为r，V为理想电压表，L为阻值恒为2r的小灯泡，定值电阻R1的阻值恒为r，R3为半导体材料制成的光敏电阻，电容器两极板处于水平状态，闭合开关S，电容器中心P点有一带电小球处于静止状态，电源负极接地，则下列说法正确的是（　　）

A．若将R2的滑片上移，则电压表的示数变小

B．若突然将电容器上极板上移，则小球在P点电势能增加

C．若光照变强，则油滴会向上运动

D．若光照变强，则AB间电路的功率变大

【名师点睛】直流电路的动态分析

1．闭合电路动态变化的原因

（1）当外电路的任何一个电阻增大（或减小）时，电路的总电阻一定增大（或减小）。

（2）若电键的通断使串联的用电器增多，总电阻增大；

若电键的通断使并联的支路增多，总电阻减小。

（3）热敏电阻或光敏电阻的阻值变化。

2．闭合电路动态分析的两种常用方法

（1）程序分析法：

流程如下。

RI总U内U外

（2）利用结论法：

即“串反并同”法。

①“串反”——即某一电阻增大（减小）时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都减小（增大）；

②“并同”——即某一电阻增大（减小）时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都增大（减小）。

【变式探究】如图为一电源电动势为E，内阻为r的恒定电路，电压表A的内阻为10kΩ，B为静电计，C1、C2分别是两个电容器，将开关闭合一段时间，下列说法正确的是（　　）

A．若C1＞C2，则电压表两端的电势差大于静电计两端的电势差

B．若将变阻器滑动触头P向右滑动，则电容器C2上带电量增大

C．C1上带电量为零

D．再将电键S打开，然后使电容器C2两极板间距离增大，则静电计张角也增大

例3、　（2018·

全国Ⅲ，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，如图所示。

则Q方∶Q正等于（　　）

A．1∶　　　B．∶1

C．1∶2　　　D．2∶1

【方法技巧】解决交变电流的问题要注意的几点

（1）理解几个特殊位置的磁通量、磁通量的变化率、感应电动势及感应电流方向的特点

①与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。

②与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不变。

（2）区分交变电流的峰值、瞬时值、有效值和平均值。

（3）确定交变电流中电动势、电压、电流的有效值后就可以运用直流电路的规律处理交流电路中的有关问题。

（4）交变电流瞬时值表达式书写的基本思路

①确定正余弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式Em＝nBSω求出相应峰值，其中ω＝＝2πf＝2πn。

②明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。

a．若线圈从中性面开始计时，则e－t图象为正弦函数，e＝Emsinωt；

b．若线圈从垂直中性面开始计时，则e－t图象为余弦函数，e＝Emcosωt。

【变式探究】

（2018·

天津，4）教学用发电机能够产生正弦式交变电流。

利用该发电机（内阻可忽略）通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。

若发电机线圈的转速变为原来的，则（　　）

A．R消耗的功率变为PB．电压表V的读数变为U

C．电流表A的读数变为2ID．通过R的交变电流频率不变

例4、（2018·

江苏，2）采用220kV高压向远方的城市输电。

当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的，输电电压应变为（　　）

A．55kV　　　B．110kV

C．440kV　　　D．880kV

【名师点睛】

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：

＝

（3）电流关系：

只有一个副线圈时＝

2．理想变压器的三个制约关系

（1）电压制约：

输出电压U2由输入电压U1决定，即U2＝，可简述为“原制约副”。

（2）电流制约：

原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1＝，可简述为“副制约原”。

（3）功率制约：

变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，原线圈的输入功率P1由副线圈的输出功率P2决定，即P1＝P2。

3．解决远距离输电问题的一般思路

（1）电路分析：

远距离输电线路由升压变压器、输电线、降压变压器和负载四部分组成。

升压变压器输入电压U1是不变的，根据＝可以确定升压变压器的输出电压U2，输电线上有一定的电压损失，ΔU＝I2R。

降压变压器输入端电压U3＝U2－ΔU，降压变压器输出电压由＝确定。

（3）功率关系：

升压变压器输入功率为P1，输电线上损失功率为ΔP＝IR，降压变压器输出功率为P4，则P1＝P4＋ΔP＝P4＋IR。

（4）电流关系：

升压变压器输入电流由I1＝确定，输出电流I2由＝确定，I2通过输电线传到降压变压器，即I3＝I2，而＝。

【变式探究】4．（多选）（2018·

江苏，8）如图所示，电源E对电容器C充电，当C两端电压达到80V时，闪光灯瞬间导通并发光，C放电。

放电后，闪光灯断开并熄灭，电源再次对C充电。

这样不断地充电和放电，闪光灯就周期性地发光。

该电路（　　）

A．充电时，通过R的电流不变

B．若R增大，则充电时间变长

C．若C增大，则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大

D．若E减小为85V，闪光灯闪光一次通过的电荷量不变

北京，23）如图1所示，用电动势为E、内阻为r的电源，向滑动变阻器R供电，改变变阻器R的阻值，路端电压U与电流I均随之变化。

图1图2

（1）以U为纵坐标，I为横坐标，在图2中画出变阻器阻值R变化过程中U－I图象的示意图，并说明U－I图象与两坐标轴交点的物理意义。

（2）a.请在图2画好的U－I关系图线上任取一点，画出带网格的图形，以其面积表示此时电源的输出功率；

b．请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件。

（3）请写出电源电动势定义式，并结合能量守恒定律证明：

电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和。

【黄金押题】

1．如图所示为交流发电机的示意图，从线圈通过如图所示的位置开始计时。

如果发电机产生的交变电流的频率为50Hz，电动势的最大值为400V，则发电机产生的电动势瞬时值表达式为（　　）

A．e＝400sin50t（V）　　　B．e＝400cos50t（V）

C．e＝400sin100t（V）　　　D．e＝400cos100t（V）

2．用理想变压器为一定值电阻R供电，变压器输入有效值恒定的正弦交流电，当副线圈的滑动触头从最高点向下移动到匝数为原来的2/3时，则（　　）

A．副线圈的输出电压变为原来的3/2倍

B．流过原线圈的电流变成原来的3/2倍

C．R消耗的功率变成原来的2/3倍

D．变压器的输入功率变成原来的4/9倍

3．如图所示电路中，理想变压器原副线圈匝数比为1∶2，电阻R1、R2和R3的阻值分别是1Ω、2Ω和3Ω，正弦交流电源的电压恒定。

当开关S断开时，理想电流表的示数为I；

当S闭合时，电流表的示数为（　　）

A．I　　　B．I

C．I　　　D．2I

4．如图所示，平行金属板中带电质点P原处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电路的影响，R1的阻值和电源内阻r相等。

当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时（　　）

A．电压表读数增大

B．电流表读数减小

C．电源的输出功率逐渐增大

D．质点P将向上运动

5．如图所示为原、副线圈的匝数均可调节的理想变压器，原线圈两端接一正弦交变电流，一小灯泡L和滑动变阻器串联接于副线圈两端，滑动头P置于中间，小灯泡正常发光。

为了使小灯泡亮度变暗，可以采取的措施有（　　）

A．仅减少原线圈的匝数n1

B．仅增加副线圈的匝数n2

C．仅改变R的电阻，将滑动头P向B端滑动

D．仅增大原线圈交流电电压

6．如图所示为某同学设计的高压输电模拟电路，升压变压器T1的原、副线圈匝数比n1∶n2＝1∶k，降压变压器T2的原、副线圈匝数比n3∶n4＝k∶1，电阻r＝3Ω。

升压变压器原线圈输入电压为16V的正弦交流电，降压变压器副线圈接额定电压为15V、额定功率为45W的用电器。

两个变压器可视为理想变压器，要使用电器正常工作，则（　　）

A．k＝　　　B．k＝3

C．k＝4　　　D．k＝9

7．某同学学习了欧姆表原理后，想自己设计并改装一个欧姆表。

他手上有如下器材：

量程100μA、内阻500Ω的电流计；

电动势1.5V的一节干电池；

滑动变阻器、电