(通用版)高考物理二轮专题复习11 直流电路与交流电路(2份打包，解析版+原卷版，可预览)

秘籍11  直流电路与交流电路

高考频度：★★★★☆      难易程度：★★★☆☆

考向一　直流电路的动态分析

真题演练

【典例1】（2018·江苏卷）如图所示，电源E对电容器C充电，当C两端电压达到80 V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85 V，闪光灯闪光一次通过的电荷量不变

【答案】BCD

【解析】电容器充电时两端电压不断增大，所以电源与电容器极板间的电势差不断减小，因此充电电流变小，选项A错误；当电阻R增大时，充电电流变小，电容器所充电荷量不变的情况下，充电时间变长，选项B正确；若C增大，根据Q=CU，电容器的带电荷量增大，选项C正确；当电源电动势为85 V时，电源给电容器充电仍能达到闪光灯击穿电压80 V时，所以闪光灯仍然发光，闪光一次通过的电荷量不变，选项D正确。

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由U内＝Ir判定内电压的变化；

④据U＝E－U内判断路端电压的变化；

⑤接下来要逐级确定定值电阻的电压或电流的变化，再确定变化电阻的电压或电流的变化．

(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．

模拟精炼

（2019·上海市嘉定区高三下学期质量调研）如图所示电路，在滑动变阻器的滑片P向上端a滑动过程中，电压表、电流表的示数变化情况为

A．两电表示数都增大

B．两电表示数都减少

C．电压表示数减少，电流表示数增大

D．电压表示数增大，电流表示数减少

【答案】D

【解析】当滑动变阻器的滑片P向a端滑动时，接入电路的电阻增大，与R2并联的电阻增大，外电路总电阻R总增大，总电流I减小，则电压表的示数UV=E–I（r+R1），则UV增大；流过R2的电流增大，电流表的读数为，则电流表示数减小；故ABC错误，D正确。

考向二　交变电流的产生及描述

真题演练

【典例2】（2018·全国III卷）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变电源上，在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值为u0，周期为T，如图所示。则Q方:Q正等于

A．

B．

C．1:2

D．2:1

【答案】D

【解析】根据题述，正弦交变电流的电压有效值为，而方波交流电的有效值为u0，根据焦耳定律和欧姆定律，Q=I2RT=T，可知在一个周期T内产生的热量与电压有效值的二次方成正比，Q方∶Q正=u02∶（）2=2∶1，选项D正确。

点睛  此题将正弦交变电流和方波 交变电流、有效值、焦耳定律有机融合。解答此题常见错误是：一是把方波交变电流视为正弦交变电流；二是认为在一个周期T内产生的热量与电压有效值，导致错选B；三是比值颠倒，导致错选C。

解决交变电流问题要注意的几点

(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，根据已知图像或由公式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图像为正弦函数，e＝Emsin ωt；

b．若线圈从垂直中性面开始计时，则et图像为余弦函数，e＝Emcos ωt.

 模拟精炼

（2019·四川省成都市高三三模）一不计电阻的矩形导线框，在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，产生的正弦交流电如图甲所示。把该交流电接在图乙中理想变压器的a、b两端，Rt为热敏电阻（温度升高时，其电阻减小），R为定值电阻，电压表和电流表均为理想电表。下列说法正确的是

A．在t=l.5×10-2 s时刻，线框平面与磁场方向垂直

B．该交流电电压的瞬时值表达式为

C．Rt处温度升高时，Vl表示数与V2表示数的比值增大

D．Rt处温度升高时，V2表示数与A表示数的比值不变

【答案】BC

【解析】A、在t＝l.5×10﹣2s时刻，交变电压最大，穿过线圈的磁通量的变化率最大，穿过该线圈的磁通量为零，线框平面与磁场方向平行，故A错误；B、由图知，最大电压，周期0.02 s，角速度是，则该交流电电压的瞬时值表达式为，故B正确；C、Rt处温度升高时，原副线圈电压比不变，故副线圈两端电压不变，设副线圈两端电压为，Rt温度升高时，阻值减小，则副线圈所在电路的电流，电流变大，根据闭合电流欧姆定律：，故V2示数减小，则电压表V1、V2示数的比值增大，故C正确；D、Rt处温度升高时，阻值减小，V2表示数与A表示数的比值等于电阻Rt，故减小，故D错误。

考向三　有关变压器问题分析

真题演练

【典例3】（2019·江苏卷）某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1：10，当输入电压增加20 V时，输出电压

A．降低2 V  B．增加2 V

C．降低200 V  D．增加200 V

【答案】D

【解析】由理想变压器原、副线圈电压比等于匝数比即，得：，即副线圈两端电压与原线圈两端电压成正比，所以有：，当输入电压增加20V时，输出电压增大200V，故D正确。

变压器动态分析方法

1．变压器动态分析常见的两种情况

(1)负载不变，匝数比变化；

(2)匝数比不变，负载变化．

2．处理此类问题应注意三点

(1)根据题意分清变量和不变量；

(2)要弄清“谁决定谁”的制约关系——电压是输入决定输出，电流和功率是输出决定输入；

(3)动态分析顺序：

①由U1和决定U2；

②由负载电阻R和U2决定I2；

③由P2＝U2I2，确定P1；

④由P1＝U1I1，确定I1.

模拟精炼

（2019·山东省潍坊市高三模拟训练）如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1:n2=11:5，原线圈接ul=110sin100πt V的交流电，电阻R1=R2=25 Ω，D为理想二极管，则

A．通过电阻R1的电流为2 A

B．二极管的反向耐压值应大于50 V

C．原线圈的输入功率为大于50 W

D．通过原线圈的电流为

【答案】BC

【解析】由表达式知原线圈电压有效值为，根据，得副线圈两端电压为，则通过电阻R1的电流为；故A错误；输出电压最大值为50 V；故要使电路正常工作，反向耐压值应大于50 V，故B正确；根据电流热效应，，所以R2两端的电压为，则通过R2的电流为，输出端的总功率，故输入功率也为75 W，故C正确；原线圈的电流，故D错误。故选BC。

横扫千军

1． (2019·北京大兴期末)某直流电动机，线圈电阻为0.5   Ω，当它两端所加的电压为6 V时，通过电动机的电流为2 A．由此可知(　　)

A．电动机发热的功率为72 W

B．电动机消耗的电功率为72 W

C．电动机输出的机械功率为10 W

D．电动机的工作效率为20%

【答案】C

【解析】该直流电动机的总功率为：P＝UI＝2×6 W＝12 W，发热功率为：P热＝I2R＝22×0.5 W＝2 W，则输出功率为：P出＝P－P热＝12 W－2 W＝10 W，机械的工作效率为×100%≈83.3%，故C正确。

2．(多选)(2019·安徽合肥二模)如图所示，发电机内部线圈处于磁铁和圆柱形铁芯之间的径向磁场中，两半边间的过渡区域宽度很小，可忽略不计．线圈的总匝数为N、总电阻为r，每匝线圈的面积为S，线圈所在位置的磁感应强度大小为B．当线圈以角速度ω匀速转动时，额定电压为U、电阻为R的小灯泡在电路中恰能正常发光，则发电机产生的感应电动势的有效值是(　　)

A．NBSω　　　　　 B．NBSω

C．U D．U

【答案】AD

【解析】线圈切割磁感线的两边在磁场中是垂直切割磁感线且切割线速度及磁场磁感应强度大小不变，因此，该发电机的感应电动势为恒定值ε＝NBωS，因此A正确．根据闭合电路欧姆定律：E＝U＋r＝U，因此D正确。

3．(2019·湖南长沙一模)如图所示的电路中，两个完全相同的灯泡都正常发光，现发现B灯比原来更亮了，则电路可能的故障为(　　)

A．R1短路 B．R2断路

C．R3断路 D．灯A断路

【答案】C

【解析】由两个完全相同的灯泡正常发光可知R2＝R3，且灯A和R2并联后与灯B和R3并联电路串联，若R1短路，A、B两灯都不亮，若R2或灯A断路，则A与R2并联部分电阻变大，由串并联规律可知灯B变暗，故C正确。

4．(多选)(2019·山西晋城一模)如图所示为某山区小型水电站的电能输送示意图，发电机输出的电压和输电线路上的电阻恒定，用电器均为纯电阻元件，当用电高峰来临时，下列判断正确的是(　　)

A．用电器等效电阻R0变大

B．升压变压器T1的输出电压变大

C．降压变压器T2的输出电压变小

D．输电线路总电阻R上消耗的功率变大

【答案】CD

【解析】用电高峰来临时，用电器增多，用电器并联后的总电阻R0减小，选项A错误；由于升压变压器的输入电压一定，则输出电压一定，选项B错误；设输电线的输送电流为I，降压变压器的变压比为k，升压变压器的输出电压为U，则U＝IR＋k2IR0，当R0减小时，I增大，输电线总电阻R消耗的功率PR＝I2R变大，选项D正确；降压变压器T2的输入电压等于U－IR，可以判断此电压减小，则输出电压也减小，选项C正确。

5．(多选)(2019·广东潮州二模)远距离输电线路简化如图所示，电厂输送电功率不变，变压器均为理想变压器，图中标示了电压和电流，其中输电线总电阻为R，则(　　)

A．I2<

B．输电线损失的电功率为

C．仅提高输送电压U2，则输电线电流I2增大

D．电厂输送电功率为U2I2

【答案】AD

【解析】在输电线路上：U2＝I2R＋U3，所以I2<，故A正确；由于U2不是R两端的电压，所以输电线损失的电功率不是，故B错误；因为输送功率不变，根据P2＝U2I2，可知提高输送电压U2，则输电线电流I2减小，故C错误；因变压器为理想变压器，所以有P1＝P2＝U2I2，故D正确。

6．(2019·江西抚州九校联考)如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为2∶3，两端共接有六只相同的小灯泡L1、L2、L3、L4、L5和L6(电阻恒定不变)，变压器的原线圈接有输出电压U恒定的交流电源，六只小灯泡均发光．下列说法正确的是(　　)

A．L1、L2、L3三只灯泡亮度一定相同

B．小灯泡L2一定比L4亮

C．交流电源输出电压U是小灯泡L4两端电压的4.5倍

D．L1消耗的功率是L2消耗功率的2.25倍

【答案】C

【解析】设小灯泡L4两端电压为U′，则有副线圈的输出电压为U2＝3U′，根据电压与匝数成正比，原线圈的输入电压为U1＝2U′，L2、 L3两只灯泡串联后的总电压为2U′；设通过小灯泡L4电流为I，根据电流与匝数成反比，则有原线圈电流为I，根据欧姆定律可得通过L2、L3两只灯泡的电流为I，根据并联分流可得通过L1灯泡的电流为I，小灯泡L1两端电压为U′，根据串联分压可知交流电源输出电压U＝U′＋2U′＝4.5U′，根据电功率公式可知P1＝P2＝P3＝P4，故C正确。