高考物理二轮复习专题四电路与电磁感应第1讲直流电路与交流电路的分析学案.docx

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高考物理二轮复习专题四电路与电磁感应第1讲直流电路与交流电路的分析学案

【2019最新】精选高考物理二轮复习专题四电路与电磁感应第1讲直流电路与交流电路的分析学案

知识必备

1.恒定电流

（1）闭合电路中的电压、电流关系：

E＝U外＋U内，I＝，U＝E－Ir。

（2）闭合电路中的功率关系：

P总＝EI，P内＝I2r，P出＝IU＝I2R＝P总－P内。

（3）直流电路中的能量关系：

电功W＝qU＝UIt，电热Q＝I2Rt。

纯电阻电路中W＝Q，非纯电阻电路中W>Q。

2.交变电流

（1）交变电流的“四值”

①最大值：

Em＝NBSω。

②瞬时值：

反映交变电流各瞬间的值，如e＝Emsinωt。

③有效值：

正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系为E＝、U＝、I＝；非正弦式交变电流的有效值必须根据电流的热效应，用等效的思想来求解。

计算交变电流的电功、电功率和测定交流电路的电压、电流都是指有效值。

④平均值：

反映交变电流的某物理量在t时间内的平均大小，如平均电动势E＝n。

（2）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：

＝。

（3）远距离输电常用关系式（如图1所示）

图1

①功率关系：

P1＝P2，P3＝P4，P2＝P线＋P3。

②输电导线上损耗的电功率：

P损＝I线U损＝IR线＝R线。

备考策略

1.直流电路的分析与计算是高考的不常考点，一般考查串、并联电路、功率计算、动态过程分析等。

2.交流电路部分由于与工农业生产和日常生活紧密结合，在近几年的高考中考查的频率较高（2017年三个全国卷都没出考题，2018年出考题几率很大），重点考查交变电流的“四值”、变压器的有关知识。

题型一般以选择为主，有时也与电磁感应结合在计算题中进行考查，难度不大。

3.复习时要理解串、并联电路的特点，闭合电路欧姆定律的含义，交变电流的“四值”含义和变压器、远距离输电的原理。

4.必须夯实的“4个概念、4个公式及定律”

（1）电功、电热、交流电的有效值、峰值；

（2）电流的计算公式、电阻定律、焦耳定律、闭合电路欧姆定律。

5.必须领会的“2种物理思想和4种方法”

（1）等效思想、守恒思想。

（2）程序法、极限法、分析推理法、守恒法。

　直流电路的计算及动态分析

【真题示例】（2016·全国卷Ⅱ，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2

A.B.

C.D.

解析　S断开时等效电路如图甲所示。

甲

电容器两端电压为U1＝×R×＝E；

S闭合时等效电路如图乙所示。

乙

电容器两端电压为U2＝×R＝E，

由Q＝CU得＝＝，故选项C正确。

答案　C

真题感悟

1.高考考查特点

该考点是高考中的冷考点，五年只考1次，命题点考查了电路的结构、串、并联特点、电容器电容的计算。

要熟练掌握串、并联电路电压与电阻关系，电容、电压、电荷量的关系。

2.解题的常见误区及提醒

（1）电路结构不会简化，电路的串、并联关系不清。

（2）串、并联电路中电压、电流、电阻、电功率关系混淆。

（3）电容器的连接方式不清、不明白含电容器的电路相当于断路。

预测1

电路的分析与计算

预测2

电路的动态分析

预测3

含电容电路的动态分析与计算

1.（2017·河南平顶山模拟）某同学用如图3所示电路研究电流与电压关系，其中电表均为理想电表，定值电阻R＝20Ω，通过滑动变阻器连接到电动势E＝5V、内阻r＝1Ω的电源上。

滑片移动到某位置时，电压表示数为2.5V，电流表示数为0.1A。

则滑动变阻器的总电阻和滑片P的位置在（　　）

图3

A.10Ω，正中间

B.10Ω，距b端的距离为滑动变阻器总长度的

C.15Ω，正中间

D.15Ω，距a端的距离为滑动变阻器总长度的

解析　R两端电压U1＝I1R＝0.1×20V＝2V，路端电压U端＝2.5V＋2V＝4.5V，内电路中U内＝Ir＝E－U端＝5V－4.5V＝0.5V，则干路电流I＝0.5A，通过滑动变阻器Pb部分的电流IPb＝I－I1＝0.5A－0.1A＝0.4A，RPb＝＝5Ω，RaP＝＝5Ω，滑动变阻器总电阻R滑＝10Ω，故滑片P在正中间。

答案　A

2.（多选）（2017·××市××市高三二联）如图4所示的火警报警装置，R1为热敏电阻，若温度升高，则R1的阻值会急剧减小，从而引起电铃电压的增加，当电铃电压达到一定值时，电铃会响。

下列说法正确的是（　　）

图4

A.要使报警的临界温度升高，可以适当增大电源的电动势

B.要使报警的临界温度降低，可以适当增大电源的电动势

C.要使报警的临界温度升高，可以把R2的滑片P适当向下移

D.要使报警的临界温度降低，可以把R2的滑片P适当向下移

解析　温度升高，热敏电阻R1的阻值急剧减小，因此若要使报警的临界温度升高，由闭合电路欧姆定律知，电铃电压需减小，达到临界电压电铃才会响，故需要减小电源的电动势，或把R2滑片P向上移动，选项A、C错误；若要使报警的临界温度降低，由闭合电路欧姆定律知，电铃电压需增大，达到临界电压电铃才会响，故需增大电源的电动势或把R2滑片P向下移动可使电铃电压增大到一定值，电铃才会响，选项B、D正确。

答案　BD

3.（高考改编）如图5所示，电源的内阻不计，电动势为12V，R1＝8Ω，R2＝4Ω，电容C＝40μF，则下列说法正确的是（　　）

图5

A.开关断开时，电容器不带电

B.将开关闭合，电容器充电

C.将开关闭合后，稳定时电容器的电荷量为4.8×10－14C

D.若现开关处于闭合状态，将开关S断开，到再次稳定后，通过R1的总电荷量为3.2×10－4C

解析　开关断开时，电容器两端电压不为零，电容器带电，A项错误；将开关闭合，电容器两端电压变小，电容器放电，B项错误；将开关闭合后，稳定时电容器的电荷量为Q＝U·C＝4×40×10－6C＝1.6×10－4C，C项错误；若开关

现处于闭合状态，将开关S断开，再次稳定后，通过R1的总电荷量ΔQ＝|ΔU|·C＝（12－4）×40×10－6C＝3.2×10－4C，D项正确。

答案　D

归纳总结

1.明确引起电路动态变化的原因

（1）滑动变阻器、热敏电阻或光敏电阻的阻值变化。

（2）某支路开关闭合或断开。

2.程序法分析直流电路的动态变化

R局I总＝U内＝I总rU外＝E－U内确定U支、I支

3.确定电容器两端电压的方法

确定电容器与哪个电阻并联，此电阻两端的电压即为电容器两端电压。

　交变电流的产生和描述

【真题示例】（多选）（2017·天津理综，6）在匀强磁场中，一个100匝的闭合矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示6正弦规律变化。

设线圈总电阻为2Ω，则（　　）

图6

A.t＝0时，线圈平面平行于磁感线

B.t＝1s时，线圈中的电流改变方向

C.t＝1.5s时，线圈中的感应电动势最大

D.一个周期内，线圈产生的热量为8π2J

解析　t＝0时，磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，故A正确；每经过一次中性面（线圈平面垂直于磁感线，磁通量有最大值）电流的方向改变一次，t＝1s时，磁通量为零，线圈平面平行于磁感线，故B错误；t＝1.5s时，磁通量有最大值，但磁通量的变化率为零，根据法拉第电磁感应定律可知线圈中的感应电动势为零，故C错误；感应电动势最大值Em＝NBSω＝N·Φm·＝4πV，有效值E＝＝2πV，一个周期内线圈产生的热量Q＝T＝8π2J，故D正确。

答案　AD

真题感悟

1.高考考查特点

该考点在全国卷中近几年为冷考点，2018年可能与变压器综合出题。

2.常见误区及临考提醒

（1）感应电动势产生及大小的计算，特别是切割类中的有效长度易错。

（2）对周期的理解和有效值的理解及计算易出错。

（3）正弦交流电的产生条件及瞬时值表达式不清楚。

（4）交变电流“四值”应用不清楚及图象信息把握不准。

预测1

交变电流中“有效值”的计算

预测2

交变电流“四值”的应用

预测3

交变电流的图象

1.（2017·唐山模拟）一个U形金属线框在匀强磁场中绕OO′轴以相同的角速度匀速转动，通过导线给同一电阻R供电，如图7甲、乙所示。

其中甲图中OO′轴右侧有磁场，乙图中整个空间均有磁场，两磁场感应强度相同。

则甲、乙两图中交流电流表的示数之比为（　　）

图7

A.1∶B.1∶2

C.1∶4D.1∶1

解析　题图甲中的磁场只在OO′轴的右侧，所以线框只在半周期内有感应电流产生，如图甲，电流表测的是有效值，所以I＝。

题图乙中的磁场布满整个空间，线框中产生的感应电流如图乙，所以I′＝，则I∶I′＝1∶，即A正确。

答案　A

2.（多选）如图8所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形单匝线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2Ω。

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1A，那么（　　）

图8

A.线圈消耗的电功率为4W

B.线圈中感应电流的有效值为2A

C.任意时刻线圈中的感应电动势为e＝4cost

D.任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝sint

解析　从线圈平面平行于磁感线开始计时，交变电流的感应电动势的表达式为e＝Emcosωt，则感应电流i＝＝cosθ，由题给条件有：

1＝×，解得Em＝4V，则Im＝2A，I有效＝A，线圈消耗的电功率P＝IR＝4W，所以A正确，B错误；e＝4cosωt＝4cost，故C正确；由

Em＝BSω＝Φm得Φm＝，故任意时刻Φ＝sint，故D错误。

答案　AC

3.（多选）（2017·河北衡水中学四调）如图9甲所示为一发电机原理图，产生的交变电流接理想变压器的原线圈，原、副线圈匝数比为22∶1，副线圈输出的电动势e随时间t变化的规律如图乙所示，发电机线圈电阻忽略不计，则（　　）

图9

A.在t＝0.01s时刻，穿过发电机线圈的磁通量最大

B.发电机线圈中瞬时电动势的表达式为e′＝132·sin50πt（V）

C.若仅使发电机线圈的转速增大一倍，则变压器副线圈输出电压的频率增大一倍，而电压最大值不变

D.若仅使发电机线圈的转速增大一倍，则变压器副线圈输出电压的频率和最大值都增大一倍

解析　在t＝0.01s时刻，感应电动势为零，穿过线圈的磁通量变化率为零，磁通量最大，故A正确；由题图乙可知T＝0.02s，ω＝＝100πrad/s，副线圈输出的电动势最大值是6V，原、副线圈匝数之比为22∶1，所以原线圈输入的电动势最大值是132V，所以发电机线圈中瞬时电动势的表达式为e′＝132·sin100πt（V），故B错误；发电机线圈转速增大一倍，即ω增大一倍，则变压器副线圈输出电压的频率增大一倍，根据交流发电机产生的感应电动势的最大值Em＝NBSω可知，感应电动势的最大值增大一倍，故C错误，D正确。

答案　AD

　理想变压器和远距离输电

【真题示例】（2017·北京理综，16）如图10所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin100πt（V）的交流电源上，副线圈接有R＝55Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表。

下列说法正确的是（　　）

图10

A.原线圈的输入功率为220W

B.电流表的读数为1A

C.电压表的读数为110V

D.副线圈输出交流电的周期为50s

解析　由u＝220sin100πt（V）可知，原线圈电压最大值为220V，故原线圈电压的有效值为U1＝220V，根据＝可知，U2＝U1＝110V，故电压表的读数为110V，选项C错误；副线圈电流有效值为I2＝＝2A，根据P＝UI可知，输出功率为220W，则原线圈的输入功率为220W，故A错误；原线圈中的电流I1＝＝1A，故B正确；因为ω＝＝100π，所以T＝0.02s，故D错误。

答案　B

真题感悟

1.高考考查特点

（1）该考点是本专题的命题热点（2017年全国卷都没考题，2016年全国卷Ⅰ、Ⅲ都有考题），理想变压器的原理、基本规律的应用、电路结构的变化及分析与计算是主要命题角度。

（2）熟练掌握理想变压器的“三种关系”，能用直流电路动态分析方法结合变压器制约关系分析动态问题是突破该考点的关键。

2.常见误区及临考提醒

（1）变压器“电压比”中电压是指变压器原副线圈两端的电压。

（2）公式＝仅适用于“一原一副”的情况。

“一原多副”要结合功率关系求解。

（3）变压器动态变化类要看清电路结构，找到变化原因，分清变量、不变量。

预测1

变压器原理及动态分析

预测2

变压器原线圈接负载问题

预测3

远距离输电

1.（多选）（2017·湖北省襄阳市高三第一次调研测试）如图11甲所示，理想变压器原线圈输入图乙所示的正弦交变电流，副线圈中的R0、R1为定值电阻，滑动变阻器的最大阻值为R，且R1

理想交流电压表V1、V2的示数分别为U1、U2；理想交流电流表A1、A2的示数分别为I1、I2；理想交流电压表V2和理想交流电流表A2示数变化的绝对值分别为ΔU2、ΔI2。

下列说法正确的是（　　）

图11

A.t＝0.01s时，理想交流电压表V1的示数为零

B.滑动变阻器滑片从最下端向上滑动，I1增大，U2减小

C.滑动变阻器滑片从最下端向上滑动，不变

D.滑动变阻器滑片从最下端向上滑动，I2U2减小

解析　电压表示数为有效值，而不是瞬时值，选项A错误；根据＝可知副线圈两端电压U20不变，滑片上滑，副线圈电路电阻减小，副线圈中电流I2增大，由变压器原理可知I1增大，原线圈两端电压U1不变，则副线圈两端电压U20不变，由U2＝U20－I2R0知U2减小，则I2U2乘积不能确定，选项B正确，D错误；U20＝U2＋I2R0，U20不变，则U2变化的绝对值和定值电阻R0两端电压变化的绝对值相等，则＝R0不变，选项C正确。

答案　BC

2.（2017·山东省实验中学一诊）在如图12所示的电路中，理想变压器的匝数比为2∶1，四个标有“6V，6W”的完全相同的灯泡L1、L2、L3、L4，按如图的方式接入电路，其中L1恰能正常发光。

忽略灯泡电阻随电压的变化。

电路中的电表均为理想交流电表，则下列选项中正确的是（　　）

图12

A.L2、L3、L4均正常发光

B.电流表示数为0.5A

C.m、n两点间所加的电压为14V

D.整个电路消耗的总功率为18W

解析　理想变压器的匝数比为2∶1，则原、副线圈中的电流比为1∶2，四个灯泡的额定电流都为I0＝1A，L1恰能正常发光，则原线圈中电流为I1＝1A，根据＝，可知副线圈中电流为I2＝2A，流过L2、L3、L4的电流均为A，不能正常发光，选项A、B错误；L2、L3、L4的电阻值为R＝6Ω，则副线圈两端电压为U2＝×6V＝4V，根据＝，可知原线圈两端电压为U1＝8V，由于L1正常发光，其两端电压UL1＝6V，故m、n两端所加电压为Umn＝U1＋UL1＝14V，选项C正确；整个电路消耗的总功率P＝UmnI1＝14W，选项D错误。

答案　C

3.（2017·福建厦门三模）图13甲为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，降压变压器原、副线圈匝数比为100∶1，远距离输电线的总电阻为100Ω。

若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为750kW。

下列说法中正确的有（　　）

图13

A.用户端交流电的频率为100Hz

B.用户端电压为250V

C.输电线中的电流为30A

D.输电线路损耗功率为180kW

解析　由题图乙知交流电的周期为0.02s，所以频率为50Hz，A错误；升压变压器输入端电压有效值为250V，根据电压与匝数成正比知副线圈电压为25000V，所以输电线中的电流为I＝＝A＝30A，输电线路损失的电压为ΔU＝IR＝30×100V＝3000V，降压变压器输入端电压为22000V，所以用户端电压为220V，B错误，C正确；输电线路损耗功率为ΔP＝I2R＝90kW，D错误。

答案　C

归纳总结

1.分析变压器动态变化问题的关键

（1）弄清变量和不变量，确定是负载电阻不变还是匝数比不变；

（2）弄清变压器动态变化中的决定关系，即P2决定P1，I2决定I1，U1决定U2。

2.处理理想变压器原线圈串联或并联负载时应注意

（1）变压器原、副线圈间的电压关系、电流关系与匝数关系仍然满足变压器原理，原线圈的输入功率仍然等于副线圈的输出功率。

（2）首先需要确定原线圈所连接负载与原线圈的连接关系，若串联，则应以电流关系作为突破口确定匝数比和电压关系；若并联，则应从电压关系作为突破口确定匝数比和电流关系。