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2022届高三物理二轮复习课件：专题四 第一讲 恒定电流和交变电流
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这是一份2022届高三物理二轮复习课件：专题四 第一讲 恒定电流和交变电流，共60页。PPT课件主要包含了内容索引，体系构建•真题感悟，知识回顾构建网络，感悟高考真题再练，答案B，答案ABD，答案A，答案C，答案BC，高频考点•能力突破等内容，欢迎下载使用。
1.(2020北京卷)图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来(图乙),用这段金属丝做测温探头,把电流表的刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是( )
A.tA应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是线性关系B.tA应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是非线性关系C.tB应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是线性关系D.tB应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是非线性关系
情境剖析本题属于应用性、创新性题目,以“简易温度计改装”为素材创设学习探索问题情境。素养能力本题通过闭合电路欧姆定律的应用很好地考查了考生的科学思维素养,对考生的理解能力、逻辑推理能力和分析综合能力有一定要求。
解析 由题图甲可知,tA点对应的电阻阻值较小,由闭合电路欧姆定律知对应电路中的电流较大,故tA应标在电流较大的刻度上;而tB点对应的电阻阻值较大,由闭合电路欧姆定律知对应电路中的电流较小,故tB应标在电流较小的刻度上;由题图甲得R=R0+kt,其中R0为图线的纵截距,由闭合电路欧姆定
2.(多选)(2020江苏卷)某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时,开关S闭合,电机工作,车灯突然变暗,此时( )A.车灯的电流变小B.路端电压变小C.电路的总电流变小D.电源的总功率变大
情境剖析本题属于应用性题目,以“汽车发动机、车灯电路”为素材创设生活实践问题情境。素养能力本题通过闭合电路欧姆定律动态分析和功率问题,考查考生的模型构建、科学推理等科学思维素养,对考生的理解能力、模型构建能力和逻辑推理能力有一定要求。
解析 开关S闭合,电路中总电阻减小,总电流变大,选项C错误;电源的内电压U内=Ir变大,外电压U=E-U内变小,选项B正确;车灯的电流IL= 变小,选项A正确;电源的总功率P总=EI变大,选项D正确。
3.(2020山东卷)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=22∶3,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω,额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
A.1 ΩB.5 ΩC.6 ΩD.8 Ω
情境剖析本题属于应用性题目,以“理想变压器模型”为素材创设学习探索问题情境。素养能力本题通过变压器原理的应用很好地考查了考生的科学思维素养,对考生的理解能力和逻辑推理能力有一定要求。
4.(2020浙江卷)如图所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100 kW,发电机的电压U1=250 V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V。已知输电线上损失的功率P线=5 kW,假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是( )
A.发电机输出的电流I1=40 AB.输电线上的电流I线=625 AC.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11D.用户得到的电流I4=455 A
情境剖析本题属于应用性题目,以“远距离输电”为素材创设生活实践问题情境。素养能力本题通过变压器原理和远距离输电问题,考查了考生模型构建、科学推理等科学思维素养,对考生的理解能力、模型构建能力和逻辑推理能力有一定要求。
5.(多选)(2021河北卷)如图,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ω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( )
情境剖析本题以“发电机和变压器”为素材创设学习探索问题情境。素养能力本题通过交变电流的产生和变压器原理,考查了考生模型构建、科学推理等科学思维素养,对考生的理解能力、模型构建能力和逻辑推理能力有较高要求。
1.闭合电路动态分析的三种常用方法方法1:程序法
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:极限法变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将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。
2.直流电路分析与计算时两种电路的比较
温馨提示电动机卡住时所在电路仍为纯电阻电路,此时电动机内阻即为一个普通的发热电阻,欧姆定律仍适用,电能全部转化为内能。
3.闭合电路的五种常见图象
[典例1](2021四川绵阳模拟,命题点1)如图所示,闭合开关S,将滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中( )
A.电流表A1的示数变小B.电流表A2的示数变小C.电压表V的示数变小D.电阻R1的电功率变大
破题:本题考查闭合电路的动态分析,识别电路结构、明确各电表测量哪部分电路的物理量是解答本题的关键。
解析 程序法:在滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻变大,电路总电阻变大,根据闭合电路的欧姆定律可知,干路电流变小,选项A正确;由于干路电流变小,根据U外=E-Ir可知外电路两端的电压变大,电阻R1两端的电压U1=IR1变小,则并联部分电路两端的电压变大,即电压表V的示数变大,通过电阻R2的电流变大,即电流表A2的示数变大,选项B、C错误;根据P1=I2R1可知,电阻R1不变,通过R1的电流变小,则电阻R1的电功率变小,选项D错误。结论法:根据“串反并同”,滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程,R变大,与之间接串联部分的电流、电压减小,R1的电功率变小,选项A正确、D错误;与之并联部分的电流、电压变大,选项B、C错误。
1.(2021河北高三模拟,命题点1)如图,电源的电动势和内阻分别为E、r,电流表和电压表都是理想电表,在滑动变阻器R的滑片由a向b移动的过程中,下列说法正确的是( )A.电压表V1的示数一直变大B.电流表A的示数先变大后变小C.电压表V1的示数变化量大小和电流表的示数变化量大小的比值不变D.电压表V2的示数变化量大小和电流表的示数变化量大小的比值变大
解析 分析电路图可知,电压表V1测量的是路端电压,电流表A测量的是回路总电流,电压表V2测量的是定值电阻R0两端的电压,滑动变阻器左右两部分并联,在滑片由a向b移动的过程中,并联总电阻先增大后减小,干路总电流先变小后变大,路端电压先增大后减小,A、B错误;根据E=U+Ir,知电压表V1的示数变化量大小和电流表的示数变化量大小的比值的绝对值等于电源的内阻r,所以两表示数变化量大小的比值不变,C正确;电流表测量的是干路总电流,也是流过R0的电流,根据R0= 可知电压表V2的示数变化量大小和电流表的示数变化量大小的比值不变,D错误。
2.(多选)(2021山东高三模拟,命题点2)某电动车总质量为6.75×103 kg,若它匀速前进500 m用时250 s,该过程中驱动电机的输入电流I=10 A,电压为300 V,电动车行驶时所受阻力为车总重力的 ,重力加速度g取10 m/s2,机械效率是输出功率占输入功率的百分比。不考虑其他损耗,下列说法正确的是( )A.驱动电机的输入功率为3 000 WB.电动车的机械功率为2 500 WC.驱动电机的内阻为3 ΩD.驱动电机的机械效率为85%
3.(2021北京西城区高三一模,命题点3)如图所示的U-I图象中,直线A为电源的路端电压与电流的关系,直线B、C分别是电阻R1、R2的电压与电流的关系。若将这两个电阻分别直接与该电源连接成闭合电路,则( )A.两个电阻的电功率相等B.R1接在电源上时,电源的输出功率较大C.R2接在电源上时,电源内阻的热功率较大D.两种情况下,电源中非静电力做功的功率相等
解析 由两图线的交点读出,R1接在电源上时U1=0.5U0,I1=0.5I0。电源的输出功率P1=U1I1=0.25U0I0,R2接在电源上时电压U2=0.75U0,通过R2的电流I2=0.25I0,则电源的输出功率P2=U2I2= U0I0,所以R1接在电源上时,电源的输出功率较大,A错误,B正确;由题图可知,电源接R1时电路中的电流大,所以电源内阻的热功率较大,C错误;电源非静电力做功的功率为P=IE,所以电流大的,非静电力的功率大,D错误。
(1)理解两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:线圈与中性面重合时,S⊥B,Φ最大, =0,e=0,i=0,电流方向将发生改变;线圈与中性面垂直时,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。
2.理想变压器原副线圈中各物理量的三个制约关系(1)电压制约:输出电压U2由输入电压U1决定,即 。
(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,
(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 。
温馨提示原线圈串联或并联负载时的解题策略:原线圈端串联分压电阻时,输入端前端电压等于分压电阻电压和变压器输入电压之和;原线圈并联电阻时,输入端总电流等于分流电阻电流与原线圈电流之和。
3.理想变压器动态分析的两种情况
4.远距离输电三个关系
温馨提示理想变压器能变电压、电流,但不能变功率、频率;对远距离输电问题要区别输电电压和输电线上损耗的电压。
[典例2](多选)(2021河北保定高三第一次模拟,命题点3)一交流发电机组为某用户区供电的示意图如图所示,发电机组能输出稳定的电压。升压变压器原、副线圈匝数之比为n1∶n2=1∶10。线圈两端的电压分别为U1、U2。输电线的总电阻为r,降压变压器的原、副线圈匝数之比为n3∶n4=10∶1,线圈两端电压分别为U3、U4,L是用户区里一常亮的灯泡,三个回路的干路电流分别为I1、I2、I3,随着用电高峰的到来,用户区开启了大量的用电器,下列说法正确的是( )
A.电压U4不变,始终等于U1B.电流I1始终等于I3C.L变暗D.输电线的电阻消耗的功率减小思维点拨解答这类问题关键要理解“三个回路”:一是发电机与升压变压器原线圈组成一个回路;升压变压器副线圈与降压变压器原线圈组成一个回路;降压变压器副线圈与用电器组成一个回路。
素养提升输电线路功率损失的计算方法
4.(2021辽宁丹东高三一模,命题点1)图甲为一台小型发电机的示意图,单匝线圈绕OO'轴转动,若从某位置开始计时,产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示,已知发电机线圈内阻为r,外接灯泡的电阻为9r,下列说法正确的是( )
A.线圈是从垂直中性面位置开始计时的B.电动势表达式为e=6 sin 50πt(V)C.电流方向每秒改变50次D.理想电压表示数为5.4 V
5.(2020山东卷T5衍生题,命题点2)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈输入的交变电压如图乙所示,电阻R=22 Ω,则( )
A.交变电压的频率为100 HzB.t=0.005 s时电压表的读数为22 VC.t=0.01 s时电流表读数为1 AD.该变压器原线圈的输入功率为22 W
6.(2021山东高三一模,命题点3)“新疆准东—安徽皖南”±1 100 kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程,输电容量1 200万千瓦。输电线路流程可简化为
送端换流站接入550 kV交流→升压变压器→整流成1 100 kV直流输送→逆变成交流→降压变压器→受端换流站接入500 kV交流系统
若直流输电线电阻为10 Ω,不计变压器与整流等造成的能量损失,直流变交流时,有效值不会变大。当输电线路电流为5×103 A时,下列说法正确的是( )
A.输电功率为1.2×1010 WB.输电导线上损失的功率为2.5×108 W,损失的电压为50 kVC.降压变压器匝数比为11∶5D.若保持输送功率不变,用550 kV输电,用户得到的功率比1 100 kV输电时减少1×109 W
1×109 W,则用户得到的功率比1 100 kV输电时减少ΔP'-ΔP<1×109 W,D错误。
7.(2021江苏南京高三二模,命题点2、3)远距离输电原理图如图所示,原线圈输入电压及输电功率恒定,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,当S由2改接为1时,下列说法错误的是( )
A.电压表读数增大B.电流表读数减小C.输电线上损耗的功率减小D.用户的功率减小
等效电源法、等效电阻法的应用
一、等效电源法电源的输出功率与负载的关系如图所示,P出随R的增大先增大后减小,当R=r时达到最大,Pm= ,P出
(2021山东泰安模拟)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为1∶4,正弦交流电源电压为U=100 V,电阻R1=10 Ω,R2=20 Ω,滑动变阻器R3最大阻值为40 Ω,滑片P处于正中间位置,则( )
A.通过R1的电流为8 AB.电压表读数为400 VC.若向上移动P,电压表读数将变大D.若向上移动P,电源输出功率将变小
素养点拨把变压器和副线圈所有电阻看成一个等效电阻,用等效电阻法分析。
1∶4,可知原副线圈的电流之比为4∶1,通过副线圈的电流为2 A,电压表读数为U2=I2(R2+R3)=80 V,B错误;若向上移动P,则R3电阻减小,电路总电阻变小,原线圈中的电流变大,电阻R1分压变大,变压器输入电压变小,输出电压变小,电压表读数变小,电源输出功率随原线圈电流增大而变大,C、D错误。
【拓展】 若典例中其他条件不变,滑动变阻器滑片P上下移动到哪个位置时,变压器消耗的功率最大?思维点拨变压器消耗的功率即为典例中等效电阻消耗的功率,把电阻R1看成电源内阻,用等效电源法计算等效电阻的功率最大值。
看成电源内阻,则R等效最大=3.75 Ω时(与10 Ω最接近),等效电阻消耗的功率最大,即变压器消耗的功率最大。故滑动变阻器滑片P移到最下端时,变压器消耗的功率最大。
1.(2021山东青岛模拟)某实验小组模拟远距离输电的原理图如图所示,A、B为理想变压器,R为输电线路的电阻,灯泡L1、L2规格相同,保持变压器A的输入电压不变,下列说法正确的是( )A.断开S,A的输入功率减小B.断开S,L1不受影响C.将滑片P下移,灯泡L1变暗D.将滑片P上移,A的输入功率增大
的输入电压不变,则变压器A输出电压不变,则A变压器副线圈中电流变小,A变压器原线圈中的电流变小,A的输入功率减小,则等效部分电流减小,即L1变暗,选项A正确,B错误;将滑片P下移,A变压器副线圈匝数变大,副线圈电压变大,等效部分电流变大,则灯泡L1变亮,选项C错误;将滑片P上移,A变压器副线圈匝数变小,副线圈电压变小,等效部分电流变小,原线圈中电流变小,A的输入功率变小,选项D错误。
2.(多选)(2021河北模拟)如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶n,ab两端接恒定交流电压U,原线圈接一电阻为R0(恒定不变)的灯泡L,副线圈接入可变电阻R、理想电压表V,则下列说法正确的是( )A.ab的输出功率等于可变电阻R的功率B.若可变电阻接入电路的阻值变大,电压表示数变大C.可变电阻消耗功率最大时,通过灯泡L的电流为D.当可变电阻接入电路的电阻为n2R0时,可变电阻消耗的功率最大
3.(2021湖南卷)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2,输入端C、D接入电压有效值恒定的交流电源,灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中,两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是( )
A.L1先变暗后变亮,L2一直变亮B.L1先变亮后变暗,L2一直变亮C.L1先变暗后变亮,L2先变亮后变暗D.L1先变亮后变暗,L2先变亮后变暗
解析 本题考查变压器动态分析问题,考查分析推理能力。在滑片从a向b滑动过程中,根据串并联电路特点可知,变压器负载电阻先增大后减小,滑片在中间时,电阻最大;将变压器等效成用电器,等效电阻为R'= R负,根据闭合电路欧姆定律可知,流过L1的电流I1先减小后增大,所以L1先变暗后变亮。滑片从a向b滑动过程中,滑到中点前,由于I1减小,L1两端电压减小,变压器原线圈两端电压U1增大,副线圈两端电压U2增大,对于L2所在支路,电阻减小,所以电流增大,L2变亮。滑片滑到中点后,由于I1增大,U1将减小,U2也减小,R0所在支路电阻在增大,电流减小,而由于I1增大,副线圈中电流也增大,所以流过L2的电流增大,因此L2一直变亮,选项A正确。
1.(2020北京卷)图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来(图乙),用这段金属丝做测温探头,把电流表的刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是( )
A.tA应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是线性关系B.tA应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是非线性关系C.tB应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是线性关系D.tB应标在电流较大的刻度上,且温度与电流是非线性关系
情境剖析本题属于应用性、创新性题目,以“简易温度计改装”为素材创设学习探索问题情境。素养能力本题通过闭合电路欧姆定律的应用很好地考查了考生的科学思维素养,对考生的理解能力、逻辑推理能力和分析综合能力有一定要求。
解析 由题图甲可知,tA点对应的电阻阻值较小,由闭合电路欧姆定律知对应电路中的电流较大,故tA应标在电流较大的刻度上;而tB点对应的电阻阻值较大,由闭合电路欧姆定律知对应电路中的电流较小,故tB应标在电流较小的刻度上;由题图甲得R=R0+kt,其中R0为图线的纵截距,由闭合电路欧姆定
2.(多选)(2020江苏卷)某汽车的电源与启动电机、车灯连接的简化电路如图所示。当汽车启动时,开关S闭合,电机工作,车灯突然变暗,此时( )A.车灯的电流变小B.路端电压变小C.电路的总电流变小D.电源的总功率变大
情境剖析本题属于应用性题目,以“汽车发动机、车灯电路”为素材创设生活实践问题情境。素养能力本题通过闭合电路欧姆定律动态分析和功率问题,考查考生的模型构建、科学推理等科学思维素养,对考生的理解能力、模型构建能力和逻辑推理能力有一定要求。
解析 开关S闭合,电路中总电阻减小,总电流变大,选项C错误;电源的内电压U内=Ir变大,外电压U=E-U内变小,选项B正确;车灯的电流IL= 变小,选项A正确;电源的总功率P总=EI变大,选项D正确。
3.(2020山东卷)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=22∶3,输入端a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。灯泡L的电阻恒为15 Ω,额定电压为24 V。定值电阻R1=10 Ω、R2=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为( )
A.1 ΩB.5 ΩC.6 ΩD.8 Ω
情境剖析本题属于应用性题目,以“理想变压器模型”为素材创设学习探索问题情境。素养能力本题通过变压器原理的应用很好地考查了考生的科学思维素养,对考生的理解能力和逻辑推理能力有一定要求。
4.(2020浙江卷)如图所示,某小型水电站发电机的输出功率P=100 kW,发电机的电压U1=250 V,经变压器升压后向远处输电,输电线总电阻R线=8 Ω,在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V。已知输电线上损失的功率P线=5 kW,假设两个变压器均是理想变压器,下列说法正确的是( )
A.发电机输出的电流I1=40 AB.输电线上的电流I线=625 AC.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11D.用户得到的电流I4=455 A
情境剖析本题属于应用性题目,以“远距离输电”为素材创设生活实践问题情境。素养能力本题通过变压器原理和远距离输电问题,考查了考生模型构建、科学推理等科学思维素养,对考生的理解能力、模型构建能力和逻辑推理能力有一定要求。
5.(多选)(2021河北卷)如图,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ω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( )
情境剖析本题以“发电机和变压器”为素材创设学习探索问题情境。素养能力本题通过交变电流的产生和变压器原理,考查了考生模型构建、科学推理等科学思维素养,对考生的理解能力、模型构建能力和逻辑推理能力有较高要求。
1.闭合电路动态分析的三种常用方法方法1:程序法
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:极限法变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将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。
2.直流电路分析与计算时两种电路的比较
温馨提示电动机卡住时所在电路仍为纯电阻电路,此时电动机内阻即为一个普通的发热电阻,欧姆定律仍适用,电能全部转化为内能。
3.闭合电路的五种常见图象
[典例1](2021四川绵阳模拟,命题点1)如图所示,闭合开关S,将滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中( )
A.电流表A1的示数变小B.电流表A2的示数变小C.电压表V的示数变小D.电阻R1的电功率变大
破题:本题考查闭合电路的动态分析,识别电路结构、明确各电表测量哪部分电路的物理量是解答本题的关键。
解析 程序法:在滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻变大,电路总电阻变大,根据闭合电路的欧姆定律可知,干路电流变小,选项A正确;由于干路电流变小,根据U外=E-Ir可知外电路两端的电压变大,电阻R1两端的电压U1=IR1变小,则并联部分电路两端的电压变大,即电压表V的示数变大,通过电阻R2的电流变大,即电流表A2的示数变大,选项B、C错误;根据P1=I2R1可知,电阻R1不变,通过R1的电流变小,则电阻R1的电功率变小,选项D错误。结论法:根据“串反并同”,滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程,R变大,与之间接串联部分的电流、电压减小,R1的电功率变小,选项A正确、D错误;与之并联部分的电流、电压变大,选项B、C错误。
1.(2021河北高三模拟,命题点1)如图,电源的电动势和内阻分别为E、r,电流表和电压表都是理想电表,在滑动变阻器R的滑片由a向b移动的过程中,下列说法正确的是( )A.电压表V1的示数一直变大B.电流表A的示数先变大后变小C.电压表V1的示数变化量大小和电流表的示数变化量大小的比值不变D.电压表V2的示数变化量大小和电流表的示数变化量大小的比值变大
解析 分析电路图可知,电压表V1测量的是路端电压,电流表A测量的是回路总电流,电压表V2测量的是定值电阻R0两端的电压,滑动变阻器左右两部分并联,在滑片由a向b移动的过程中,并联总电阻先增大后减小,干路总电流先变小后变大,路端电压先增大后减小,A、B错误;根据E=U+Ir,知电压表V1的示数变化量大小和电流表的示数变化量大小的比值的绝对值等于电源的内阻r,所以两表示数变化量大小的比值不变,C正确;电流表测量的是干路总电流,也是流过R0的电流,根据R0= 可知电压表V2的示数变化量大小和电流表的示数变化量大小的比值不变,D错误。
2.(多选)(2021山东高三模拟,命题点2)某电动车总质量为6.75×103 kg,若它匀速前进500 m用时250 s,该过程中驱动电机的输入电流I=10 A,电压为300 V,电动车行驶时所受阻力为车总重力的 ,重力加速度g取10 m/s2,机械效率是输出功率占输入功率的百分比。不考虑其他损耗,下列说法正确的是( )A.驱动电机的输入功率为3 000 WB.电动车的机械功率为2 500 WC.驱动电机的内阻为3 ΩD.驱动电机的机械效率为85%
3.(2021北京西城区高三一模,命题点3)如图所示的U-I图象中,直线A为电源的路端电压与电流的关系,直线B、C分别是电阻R1、R2的电压与电流的关系。若将这两个电阻分别直接与该电源连接成闭合电路,则( )A.两个电阻的电功率相等B.R1接在电源上时,电源的输出功率较大C.R2接在电源上时,电源内阻的热功率较大D.两种情况下,电源中非静电力做功的功率相等
解析 由两图线的交点读出,R1接在电源上时U1=0.5U0,I1=0.5I0。电源的输出功率P1=U1I1=0.25U0I0,R2接在电源上时电压U2=0.75U0,通过R2的电流I2=0.25I0,则电源的输出功率P2=U2I2= U0I0,所以R1接在电源上时,电源的输出功率较大,A错误,B正确;由题图可知,电源接R1时电路中的电流大,所以电源内阻的热功率较大,C错误;电源非静电力做功的功率为P=IE,所以电流大的,非静电力的功率大,D错误。
(1)理解两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:线圈与中性面重合时,S⊥B,Φ最大, =0,e=0,i=0,电流方向将发生改变;线圈与中性面垂直时,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。
2.理想变压器原副线圈中各物理量的三个制约关系(1)电压制约:输出电压U2由输入电压U1决定,即 。
(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,
(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 。
温馨提示原线圈串联或并联负载时的解题策略:原线圈端串联分压电阻时,输入端前端电压等于分压电阻电压和变压器输入电压之和;原线圈并联电阻时,输入端总电流等于分流电阻电流与原线圈电流之和。
3.理想变压器动态分析的两种情况
4.远距离输电三个关系
温馨提示理想变压器能变电压、电流,但不能变功率、频率;对远距离输电问题要区别输电电压和输电线上损耗的电压。
[典例2](多选)(2021河北保定高三第一次模拟,命题点3)一交流发电机组为某用户区供电的示意图如图所示,发电机组能输出稳定的电压。升压变压器原、副线圈匝数之比为n1∶n2=1∶10。线圈两端的电压分别为U1、U2。输电线的总电阻为r,降压变压器的原、副线圈匝数之比为n3∶n4=10∶1,线圈两端电压分别为U3、U4,L是用户区里一常亮的灯泡,三个回路的干路电流分别为I1、I2、I3,随着用电高峰的到来,用户区开启了大量的用电器,下列说法正确的是( )
A.电压U4不变,始终等于U1B.电流I1始终等于I3C.L变暗D.输电线的电阻消耗的功率减小思维点拨解答这类问题关键要理解“三个回路”:一是发电机与升压变压器原线圈组成一个回路;升压变压器副线圈与降压变压器原线圈组成一个回路;降压变压器副线圈与用电器组成一个回路。
素养提升输电线路功率损失的计算方法
4.(2021辽宁丹东高三一模,命题点1)图甲为一台小型发电机的示意图,单匝线圈绕OO'轴转动,若从某位置开始计时,产生的电动势随时间的变化规律如图乙所示,已知发电机线圈内阻为r,外接灯泡的电阻为9r,下列说法正确的是( )
A.线圈是从垂直中性面位置开始计时的B.电动势表达式为e=6 sin 50πt(V)C.电流方向每秒改变50次D.理想电压表示数为5.4 V
5.(2020山东卷T5衍生题,命题点2)如图甲所示,理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈输入的交变电压如图乙所示,电阻R=22 Ω,则( )
A.交变电压的频率为100 HzB.t=0.005 s时电压表的读数为22 VC.t=0.01 s时电流表读数为1 AD.该变压器原线圈的输入功率为22 W
6.(2021山东高三一模,命题点3)“新疆准东—安徽皖南”±1 100 kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高、输送容量最大、输送距离最远、技术水平最先进的输电工程,输电容量1 200万千瓦。输电线路流程可简化为
送端换流站接入550 kV交流→升压变压器→整流成1 100 kV直流输送→逆变成交流→降压变压器→受端换流站接入500 kV交流系统
若直流输电线电阻为10 Ω,不计变压器与整流等造成的能量损失,直流变交流时,有效值不会变大。当输电线路电流为5×103 A时,下列说法正确的是( )
A.输电功率为1.2×1010 WB.输电导线上损失的功率为2.5×108 W,损失的电压为50 kVC.降压变压器匝数比为11∶5D.若保持输送功率不变,用550 kV输电,用户得到的功率比1 100 kV输电时减少1×109 W
1×109 W,则用户得到的功率比1 100 kV输电时减少ΔP'-ΔP<1×109 W,D错误。
7.(2021江苏南京高三二模,命题点2、3)远距离输电原理图如图所示,原线圈输入电压及输电功率恒定,升压变压器和降压变压器均为理想变压器,当S由2改接为1时,下列说法错误的是( )
A.电压表读数增大B.电流表读数减小C.输电线上损耗的功率减小D.用户的功率减小
等效电源法、等效电阻法的应用
一、等效电源法电源的输出功率与负载的关系如图所示,P出随R的增大先增大后减小,当R=r时达到最大,Pm= ,P出
(2021山东泰安模拟)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数之比为1∶4,正弦交流电源电压为U=100 V,电阻R1=10 Ω,R2=20 Ω,滑动变阻器R3最大阻值为40 Ω,滑片P处于正中间位置,则( )
A.通过R1的电流为8 AB.电压表读数为400 VC.若向上移动P,电压表读数将变大D.若向上移动P,电源输出功率将变小
素养点拨把变压器和副线圈所有电阻看成一个等效电阻,用等效电阻法分析。
1∶4,可知原副线圈的电流之比为4∶1,通过副线圈的电流为2 A,电压表读数为U2=I2(R2+R3)=80 V,B错误;若向上移动P,则R3电阻减小,电路总电阻变小,原线圈中的电流变大,电阻R1分压变大,变压器输入电压变小,输出电压变小,电压表读数变小,电源输出功率随原线圈电流增大而变大,C、D错误。
【拓展】 若典例中其他条件不变,滑动变阻器滑片P上下移动到哪个位置时,变压器消耗的功率最大?思维点拨变压器消耗的功率即为典例中等效电阻消耗的功率,把电阻R1看成电源内阻,用等效电源法计算等效电阻的功率最大值。
看成电源内阻,则R等效最大=3.75 Ω时(与10 Ω最接近),等效电阻消耗的功率最大,即变压器消耗的功率最大。故滑动变阻器滑片P移到最下端时,变压器消耗的功率最大。
1.(2021山东青岛模拟)某实验小组模拟远距离输电的原理图如图所示,A、B为理想变压器,R为输电线路的电阻,灯泡L1、L2规格相同,保持变压器A的输入电压不变,下列说法正确的是( )A.断开S,A的输入功率减小B.断开S,L1不受影响C.将滑片P下移,灯泡L1变暗D.将滑片P上移,A的输入功率增大
的输入电压不变,则变压器A输出电压不变,则A变压器副线圈中电流变小,A变压器原线圈中的电流变小,A的输入功率减小,则等效部分电流减小,即L1变暗,选项A正确,B错误;将滑片P下移,A变压器副线圈匝数变大,副线圈电压变大,等效部分电流变大,则灯泡L1变亮,选项C错误;将滑片P上移,A变压器副线圈匝数变小,副线圈电压变小,等效部分电流变小,原线圈中电流变小,A的输入功率变小,选项D错误。
2.(多选)(2021河北模拟)如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶n,ab两端接恒定交流电压U,原线圈接一电阻为R0(恒定不变)的灯泡L,副线圈接入可变电阻R、理想电压表V,则下列说法正确的是( )A.ab的输出功率等于可变电阻R的功率B.若可变电阻接入电路的阻值变大,电压表示数变大C.可变电阻消耗功率最大时,通过灯泡L的电流为D.当可变电阻接入电路的电阻为n2R0时,可变电阻消耗的功率最大
3.(2021湖南卷)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2,输入端C、D接入电压有效值恒定的交流电源,灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中,两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是( )
A.L1先变暗后变亮,L2一直变亮B.L1先变亮后变暗,L2一直变亮C.L1先变暗后变亮,L2先变亮后变暗D.L1先变亮后变暗,L2先变亮后变暗
解析 本题考查变压器动态分析问题,考查分析推理能力。在滑片从a向b滑动过程中,根据串并联电路特点可知,变压器负载电阻先增大后减小,滑片在中间时,电阻最大;将变压器等效成用电器,等效电阻为R'= R负,根据闭合电路欧姆定律可知,流过L1的电流I1先减小后增大,所以L1先变暗后变亮。滑片从a向b滑动过程中,滑到中点前,由于I1减小,L1两端电压减小,变压器原线圈两端电压U1增大,副线圈两端电压U2增大,对于L2所在支路,电阻减小,所以电流增大,L2变亮。滑片滑到中点后,由于I1增大,U1将减小,U2也减小,R0所在支路电阻在增大,电流减小,而由于I1增大,副线圈中电流也增大,所以流过L2的电流增大,因此L2一直变亮,选项A正确。
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