高考物理复习必背知识点归纳总结与汇编专题必背08 直流电路与交流电.docx

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高考物理复习必背知识点归纳总结与汇编专题必背08直流电路与交流电

专题必背08直流电路与交流电

【必背知识点】

一、直流电路

1．电功和电热

电功W＝qU＝UIt；电热Q＝I2Rt.

（1）对纯电阻电路，电功等于电热，即电流流经纯电阻电路，消耗的电能全部转化为内能，所以W＝Q＝UIt＝I2Rt＝

t.

（2）对非纯电阻电路（如电动机和电解槽），电能一部分转化为内能，另一部分转化为其他形式的能（如机械能或化学能等），所以电功必然大于电热，即W>Q，这时电功只能用W＝UIt计算，电热只能用Q＝I2Rt计算，两式不能通用．

2．闭合电路欧姆定律

表达形式：

①E＝U外＋U内；②I＝

（I、R间关系）；③U＝E－Ir（U、I间关系）；④U＝

E（U、R间关系）．

注意：

①当外电路断开时（I＝0），路端电压U等于电动势E.若用理想电压表测量，则读数等于电动势，在进行断路故障分析时，常用此结论进行判断，即何处断路，何处两端电压等于电动势．但用电压表直接测量时，读数却略小于电动势（因为有微弱电流流过电源而产生内压降）．

②当外电路短路时（R＝0，因而U外＝0），电流最大，为Im＝

（不允许出现这种情况，因为这会把电源烧坏）．

3．电源的功率与效率

（1）电源的功率P：

也称电源的总功率，是电源将其他形式的能转化为电能的功率，计算式为：

P＝IE（普遍适用）；P＝

＝I2（R＋r）（只适用于外电路为纯电阻的电路）．

（2）电源内阻消耗功率P内：

是电源内阻的热功率，也称电源的损耗功率，计算式为：

P内＝I2r.

（3）电源的输出功率P外：

是外电路上消耗的功率，计算式为：

P外＝IU外（普遍适用）；P外＝I2R＝

（只适用于外电路为纯电阻的电路）．

（4）电源的效率：

η＝

＝

＝

＝

.

（5）电源的输出功率（P外）与外电阻R的关系：

P外＝

＝

.

P外与R的关系图象如图4－11－1所示．由图可以看出：

图4－11－1

当R＝r时，电源的输出功率最大，Pm＝

，此时电源效率η＝50%.

当R＞r时，随着R的增大输出功率越来越小．

当R＜r时，随着R的增大输出功率越来越大．

当R由小于r增大到大于r时，随着R的增大输出功率先增大后减小（非单调变化）．

4．含容电路的分析技巧

电容器两极板间的电压等于与电容器并联的电阻两端的电压，与电容器串联的电阻两端的电压一定为零（有阻无流，则无电压）．

二、直流电路动态分析

1．引起电路特征发生变化的主要原因有：

①滑动变阻器滑片滑动，使电路的电阻发生变化；②开关的闭合、断开或换向（双掷开关）使电路结构发生变化；③电路发生短路和断路（电路故障）．

2．电路动态变化问题的分析思路

当电路中某处的电阻发生变化时，先由局部电阻的变化推出外电路电阻R外的变化，再由闭合电路的欧姆定律I总＝

和U端＝E－I总r讨论干路电流I总的变化和路端电压U端的变化，最后分析对其他部分电路产生的影响，从而分别确定各元件上其他量的变化情况（使用的公式是部分电路欧姆定律、电路中各元件上的电压关系和电流关系等）．

注意：

①电路的总电阻总是随其中任一电阻的增大而增大，随任一电阻的减小而减小；电阻并联的数目越多，总阻值越小；

②从电路分析角度看，断路可认为是电路中某处电阻增大到无穷大，短路可认为是电路某处电阻减小到零，因此电路故障问题可以视为特殊的动态分析问题；

③对电路进行简化时，电压表和电容器视为断路，电流表视为短路；

④电容器是一个储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充、放电时，其所在电路中有充、放电电流，电路达到稳定状态时，电容器就相当于一个阻值无穷大的电阻，则电容器所在电路处可视为断路．分析计算含有电容器的直流电路时应注意：

电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，在此支路的电阻没有电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压．电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器充（放）电．

三、与电功、电功率、电热相关问题的综合分析

明晰电功、电功率、电热的概念与相互关系．

电功W

电热Q

电功率P

物理意义

电流通过电路做的功，即使电荷定向移动时电场力做的功

电流通过导体所做的功，电阻上所产生的热量

表征电流做功快慢的物理量，用电流所做的功与所用时间的比值来表示

能量转化

消耗的电能转化为其他形式的能量（内能、机械能、化学能等）

消耗的电能转化为内能

说明：

纯电阻电路中，电功率等于热功率；非纯电阻电路中，电功率只有一部分转化成热功率．纯电阻电路中只有电阻元件，如电熨斗、电炉、白炽灯等；非纯电阻电路中常含有电动机、电解槽等．

四、含容电路问题的综合分析

电容器是一个储存电能的元件.在直流电路中,当电容器充放电时,电路里有充放电电流.一旦电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件,电容器所处电路看做是断路,简化电路时可去掉它.简化后若要求电容器所带电荷量时,可在相应的位置补上.在具体方法上要注意以下几点:

（1）根据Q=CU､ΔQ=CΔU可知,要求电容器所带电荷量以及充放电时所带电荷量的变化,关键是求电容器两端的电压.

（2）在电路分析时要注意电容器所在支路的连接情况.电路稳定后,由于电容器所在支路无电流通过,所以此支路中的电阻上无电压降,可以把与电容器串联的电阻看成导线,电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压.

（3）对于较复杂的电路,经常需要将电容器两端的电势与基准点的电势进行比较后才能确定电容器两端的电压.

五、U-I图像的意义

复习时注意电源的伏安特性曲线反映的是电源自身的性质,具有丰富的内涵（如图所示）:

1.图线与纵轴的截距表示电源的电动势;2.与横轴的截距表示短路电流;3.斜率的绝对值表示电源内阻;4.图线上任意一点所对应的电压和电流的比值（或者说任意一点与坐标原点O连线的斜率）表示接在外电路的电阻;5.阴影部分面积表示电流为I时,外电路电阻两端的输出功率,四边形AEOI的面积表示电源的总功率。

导体的伏安特性曲线反映导体的性质.如果是遵循欧姆定律的线性元件,这是一条直线,电阻恒定不变（如图中直线b所示）;如果是不遵循欧姆定律的非线性元件,如气体､半导体等,就是一条曲线.电阻不断变化,其曲线上每一点对应的电压与电流的比值就是此时导体的电阻（或说成此点与坐标原点连线的斜率表示此时导体的电阻）.

六、直流电路的图象问题

1．三种图象的比较

图象

物理意义

注意问题

反映I跟U的正比关系

图象的斜率表示导体的电阻，斜率越大，电阻越大

反映导体的伏安特性，图象是直线表示导体为线性元件，是曲线表示导体为非线性元件

线性元件图象斜率的倒数为导体的电阻

表示电源的输出特性，纵轴截距为电源电动势，横轴截距为短路电流

图象斜率的绝对值表示电源的内阻（注意纵坐标数值在坐标原点是否从零值开始）

2．方法技巧

在某段电路的U－I图象中，图上任意一点的U与I所对应的矩形面积，就是该段电路消耗的功率，如果是电源的U—I图象，则图上任意一点的U与I所对应的矩形面积，就是电源的输出功率，通过图象的面积变化，可以分析功率的变化情况。

解决图象问题应注意

（1）明确图象的研究对象。

根据题目反映的物理规律确定各物理量之间的关系。

（2）识别图象中横坐标、纵坐标所代表的物理量及物理意义，明确图象的截距、斜率、图象交点、峰值、“面积”等的物理意义。

（3）对图象进行分析、比较、判断，找出规律得出结论。

七､交变电流的产生和变化规律

1.交变电流

（1）定义:

大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流.

（2）特例:

随时间按正弦规律变化的电流叫做正弦式电流,正弦式电流的图像是正弦曲线,我国城镇使用的交变电流都是正弦式电流.

2.正弦式电流的产生和规律

（1）产生:

如图所示,将一个平面线圈置于匀强磁场中,并使它绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦式电流.

甲:

线圈中没有电流

乙:

电流从a流向b

丙:

线圈中没有电流

丁:

电流从b流向a

戊:

线圈中没有电流

（2）中性面:

平面线圈在匀强磁场中旋转,当线圈平面垂直于磁感线时,各边都不切割磁感线,线圈中没有感应电动势,这个位置叫做中性面.如图中甲､丙､戊线圈所在平面即是.

中性面的特点是:

①线圈位于中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零.

②线圈经过中性面时,内部的电流方向要发生改变.

3.规律:

n匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,从中性面开始计时,其函数形式为e=nBSωsinωt,用Em表示感应电动势的峰值,图像如图所示,则有感应电动势大小:

e=Emsinωt,

电流大小:

i

sinωt=Imsinωt,电压大小:

u=Umsinωt.

4.表征交变电流的物理量

（1）瞬时值

正弦式交变电流的电动势和电流随时间的变化而变化,不同的时刻有不同的值,叫做交变电流的瞬时值,变化规律为e=Emsinωt,i=Imsinωt,用小写的字母表示.

（2）最大值

交变电流在一个周期内所能达到的最大值,也称峰值,反映的是交变电流大

小的变化范围,当矩形线圈转到与磁感线平行时出现.其表达式用大写字母加脚标表示,瞬时值与最大值的关系为-Em≤e≤Em,-Im≤i≤Im.

（3）有效值

①定义:

如果让交流电流和直流电流分别通过同样的电阻,在同一时间内产生的热量相同,这个直流电流的数值就称为该交流电流的有效值.

②正弦式电流的最大值和有效值的关系为:

（5）周期和频率

①交变电流的周期和频率都是描述交变电流变化快慢的物理量.

②周期T:

交变电流完成一次周期性变化所需的时间,单位是秒（s）.周期越大,交变电流变化越慢,在一个周期内,交变电流的方向变化两次.

③频率f:

交变电流在1s内完成周期性变化的次数,单位是赫兹,符号为Hz.频率越大,交变电流变化越快.

八､变压器､远距离输电

1.电压关系:

（输出电压由输入电压和匝数比决定,与用电器的电阻大小以及有无其他副线圈无关）.

2.功率关系:

P入=P出或I1U1=I2U2+I3U3+…+InUn.

3.电流关系:

I1n1=I2n2+I3n3+…+Innn,当只有一个副线圈时I1n1=I2n2.

4.远距离输电

（1）问题:

电能的损失和电压的损失.

（2）关键:

减少输电线上电能的损失,P损=I2R线.

（3）方法:

①减小输电导线的电阻,如

采用电阻率小的材料,加大导线的横截面积;②提高输电电压,减小输电电流.

【特别提醒】

1．中性面：

当线圈平面转动至垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线，感应电动势为零，即线圈中没有感应电流，这个特定位置叫做中性面．

注意：

①线圈通过中性面时，磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零．

②线圈平面通过跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线，所以磁通量为零，磁通量的变化率最大，感应电动势、感应电流均最大．

③线圈平面每次通过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周则线圈两次通过中性面，故一个周期内线圈中电流方向改变两次．

2．交变电流的描述

（1）峰值：

反映交变电流大小的变化范围，线圈平面跟磁感线平行时，交变电动势最大，Em＝NBSω.电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值．

（2）有效值：

交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的．让交变电流和恒定电流通过同样阻值的电阻，如果它们在一个周期内产生的热量相等，而这个恒定电流是I、电压是U，我们就把I、U叫做交变电流的有效值．

注意：

①交变电流的有效值反映的是交变电流产生热效应的平均效果．

②正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是E＝

Em，U＝

Um，I＝

Im.

3．变压器

（1）原理：

法拉第电磁感应定律．

（2）电压关系：

＝

，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压与匝数成正比．

（3）功率关系：

无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和．

①当只有一个副线圈工作时，有U1I1＝U2I2，

＝

.

②若有两个以上的副线圈，则有：

P1＝P2＋P3＋…，

＝

、

＝

…，n1I1＝n2I2＋n3I3＋….

（4）决定关系：

在匝数比一定的情况下，理想变压器的输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决定，输入功率由输出功率决定．

【必背方法技巧】

一、闭合电路的动态分析方法

（1）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是：

①由局部电阻变化判断总电阻的变化；

②由I＝

判断总电流的变化；,③据U＝E－Ir判断路端电压的变化；

④由欧姆定律及串并联电路特点判断各部分电流、电压变化。

（2）极限法：

即因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。

（3）特殊值法：

对于某些电路问题，可以采取代入特殊值法判定，从而得出结论。

（4）结论法：

“串反”“并同”即某一电阻阻值变化，则与该电阻相串联的用电器，两端电压、通过的电流、消耗的功率都将与该电阻阻值变化情况相反；与该电阻相并联的用电器，两端电压、通过的电流、消耗的功率都将与该电阻阻值变化情况相同。

2、含容电路分析技巧

（1）电容器在直流电路中，相当于一个阻值无限大（只考虑电容器是理想的不漏电的情况）的电阻，在电容器处电路可视为断路，分析时可以等效于拆去电容器，从而简化电路；简化后若求电容器所带电荷量，可接在相应的位置上。

（2）电路稳定后，电容器两极的电压等于与它并联电路的电压值。

（3）当电容器与电阻串联时，电阻两端不分电压。

（4）电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器的充放电。

如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。

（5）电容器带电荷量或带电荷量变化的求解方法：

电容器所带电荷量用Q＝CU计算，电容器所带电荷量变化用ΔQ＝C·ΔU计算。

三、电源的伏安特性曲线反映的是电源自身的性质,具有丰富的内涵:

1.图线与纵轴的截距表示电源的电动势；

2.与横轴的截距表示短路电流；

3.斜率的绝对值表示电源内阻；

4.图线上任意一点所对应的电压和电流的比值（或者说任意一点与坐标原点O连线的斜率）表示接在外电路的电阻；

四、变压器和远距离输电问题

1．理想变压器三个基本关系（只有一个副线圈）

（1）功率关系：

P入＝P出

（2）电压关系：

＝

（3）电流关系：

＝

2．几个制约关系

（1）输入功率由输出功率决定，即P入＝P出（副制约原）；

（2

）输出电压由输入电压和匝数比决定，即U2＝

U1（原制约副）；

（3）输入电流由输出电流和匝数比决定，即I1＝

I2（副制约原）；

（4）输出功率由用户负载决定，即P出＝P负总＝P负1＋P负2…

（5）输出电流由输出电压和用户负载决定：

I2＝

.

3．原线圈连接有电阻的变压器问题的处理

变压器的原理是电磁感应中的互感现象，变压器不能改变恒定电流，当原线圈接有电阻时，变压器的原线圈输出电压不是电源的电压，所以求解的关键是先求出原线圈中的电流，再由电压关系列式．