第10讲 直流电路与交流电路-2022年高考物理二轮复习直击高考热点难点

第10讲直流电路与交流电路

含容电路的分析与计算

一、电路的简化

不分析电容器的充、放电过程时，把电容器所在的电路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上．

二、电路稳定时电容器的处理方法

电路稳定后，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，但电容器两端的电压与其并联电器两端电压相等．

三、电压变化带来的电容器变化

电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电．若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电，可由ΔQ＝CΔU计算电容器上电荷量的变化量．

例题1

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(　　)

A.  B.  C.  D.

两类U­I图象的比较与应用

例题2(多选)在如图所示的U­I图象中，直线Ⅰ为某一电源的路端电压与电流的关系图线，直线Ⅱ为某一电阻R的U­I图线．用该电源直接与电阻R相连组成闭合电路，由图象可知(　　)

A．电源的电动势为3 V，内阻为0.5 Ω

B．电阻R的阻值为1 Ω

C．电源的输出功率为4 W

D．电源的效率为50%

电路的动态变化

一、判定总电阻变化情况的规律

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．若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小．

3．在如图所示分压电路中，滑动变阻器可视为由两段电阻构成，其中一段R并与用电器并联，另一段R串与并联部分串联．A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致．

二、电路动态分析的两种方法

1．程序法：电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路→变化支路．

2．极限法：即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论．

例题3如图所示，R1、R2和R3都是定值电阻，R是滑动变阻器，V1和V2是两理想电压表，闭合开关S，当滑动变阻器的滑片自图示位置向左缓慢滑动时，下列说法中正确的是(　　)

A．电压表V1示数减小

B．电压表V2示数增大

C．电阻R2消耗的电功率增大

D．电压表V1示数的变化量ΔU1的绝对值小于电压表V2示数的变化量ΔU2的绝对值

闭合电路的功率及效率问题

由P出与外电阻R的关系图象可以看出：

①当R＝r时，电源的输出功率最大为Pm＝.

②当R＞r时，随着R的增大输出功率越来越小．

③当R＜r时，随着R的增大输出功率越来越大．

④当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个外电阻R1和R2，且R1R2＝r2.

例题4

如图所示，电源电动势E＝12 V，内阻r＝3 Ω，R0＝1 Ω，直流电动机内阻R0′＝1 Ω，当调节滑动变阻器R1时可使甲电路输出功率最大，调节R2时可使乙电路输出功率最大，且此时电动机刚好正常工作(额定输出功率为P0＝2 W)，则R1和R2的值分别为(　　)

A．2 Ω，2 Ω B．2 Ω，1.5 Ω

C．1.5 Ω，1.5 Ω D．1.5 Ω，2 Ω

交变电流的产生

1．线圈通过中性面时的特点

(1)穿过线圈的磁通量最大．

(2)线圈中的感应电动势为零．

(3)线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次．

2．有效值的计算

(1)正弦式交变电流：有效值是最大值的，即E＝，I＝，U＝.

(2)非正弦式交变电流：计算有效值时，要根据电流的热效应，即“一个周期”内“相同电阻”上产生“相同热量”，然后分段求和列式，求得有效值．

3．正弦式交流电“四值”的应用

例题5(多选)单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Ф与时间t的关系图像如图所示．下列说法正确的是(　　)

A.时刻线框平面与中性面垂直

B．线框的感应电动势有效值为

C．线框转一周外力所做的功为

D．从t＝0到t＝过程中线框的平均感应电动势为

变压器与远距离输电

1．变压器中的制约关系

2.远距离输电问题

(1)理清三个回路

(2)抓住两个联系

①理想的升压变压器中线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是＝，＝，P1＝P2.

②理想的降压变压器中线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是＝，＝，P3＝P4.

(3)掌握一个守恒：能量守恒关系式P1＝P损＋P3.

3．输电线路功率损失的四个表达式

(1)输送功率是指升压变压器输出的功率，损失功率是指由于输电线发热而消耗的功率．两者关系是P损＝P－P′(P为输送功率，P′为用户所得功率)．

(2)P损＝I线2R线＝，I线为输电线路上的电流，ΔU为输电线路上损失的电压，R线为输电线路电阻．

(3)P损＝ΔU·I线．

例题6

(多选)在图(a)所示的交流电路中，电源电压的有效值为220 V，理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，R1、R2、R3均为固定电阻，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω，各电表均为理想电表．已知电阻R2中电流i2随时间t变化的正弦曲线如图(b)所示．下列说法正确的是(　　)

A．所用交流电的频率为50 Hz

B．电压表的示数为100 V

C．电流表的示数为1.0 A

D．变压器传输的电功率为15.0 W

有效值的计算

例题7

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

计算通过电路截面的电荷量

例题8

如图所示，N＝50匝的矩形线圈abcd，ab边长l1＝20 cm，ad边长l2＝25 cm，放在磁感应强度B＝0.4 T的匀强磁场中，外力使线圈绕垂直于磁感线且通过线圈中线的OO′轴以n＝3 000 r/min的转速匀速转动，线圈电阻r＝1 Ω，外电路电阻R＝9 Ω，t＝0时，线圈平面与磁感线平行，ab边正转出纸外，cd边转入纸内．

(1)写出感应电动势的瞬时表达式；

(2)线圈转一圈外力做功多少？

(3)从图示位置转过90°的过程中流过电阻R的电荷量是多少？

一、单选题

1．如图所示，某同学设计了一个加速度计：较重的滑块可以在光滑的框架中平移，滑块两侧用两劲度系数相同的轻弹簧与框架连接；R为滑动变阻器，其滑动片与滑块固定联接；两个电池的电动势均恒为E，内阻不计。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，此时两弹簧均为原长，滑动片恰好在变阻器的中间位置。已知滑动片与变阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比，当a端的电势高于b端时电压表的指针向零点右侧偏转。将此加速度计固定在运动的物体上，物体沿弹簧方向运动。下列说法正确的是（　　）

A．当物体向右加速时，电压表的指针将向右偏 B．电压表的示数不变，说明物体做匀速直线运动

C．电压表的示数增大，说明物体的速度一定增大 D．电压表表盘上各刻度对应加速度的值是均匀的

2．在如图所示的U-I图中，直线a为某电源的路端电压与电流的关系，直线b为某电阻R的电压与电流的关系。现用该电源直接与电阻R连接成闭合电路，由图可知（　　）

A．电源的输出功率为6.0W

B．电源的路端电压为4.0V，电源的效率为66.7%

C．该电源的电动势为6.0V，电源内阻因发热损耗功率3.0W

D．用比R阻值大的电阻与该电源组成闭合回路，电源的输出功率可能增大

3．如图所示的电路中，电源内阻一定，电压表和电流表均为理想电表。现使滑动变阻器R滑片向左滑动一小段距离，使其电阻发生变化，测得电压表V1的示数变化大小为ΔU1，电压表V2的示数变化大小为ΔU2，电流表A的示数变化大小为ΔI，对于此过程下列说法正确的是（　　）

A．通过电阻R1的电流变化量大小等于

B．电源的输出功率一定增大，电源的效率也一定增大

C．电源的输出功率变化量大小等于ΔI·ΔU1

D．比值的大小为恒定不变

4．如图，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r，闭合电键K将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为、、，理想电流表示数变化量的绝对值为，则下列结论正确的是（       ）

A．A的示数减小

B．V2的示数增大

C．与的比值等于r

D．与的比值大于与的比值

5．图中光敏电阻没有受到光照射（或光较暗）时，阻值较大；有光照射（或光较强）时，阻值较小。如图所示，现利用该光敏电阻、低压直流电源和电磁继电器设计了自动控制电路，用于公路照明。下列说法正确的是（　　）

A．白天光照越强，电磁铁的磁性越强

B．白天流过的电流大于晚上流过的电流

C．该电路能实现灯泡白天亮，晚上不亮的功能

D．低压直流电源的总功率晚上比白天的大

6．科学家研究发现，磁敏电阻（GMR）的阻值随所处空间磁场的增强而增大，随所处空间磁场的减弱而变小，如图所示电路中GMR为一个磁敏电阻，R为滑动变阻器，E为电源，其内阻为r，L为小灯泡（其灯丝电阻可视为不变），R1、R2为定值电阻，V为理想电压表。闭合开关S1和S，当P1向左端移动时，则（　　）

A．电压表的示数变大

B．小灯泡消耗的功率变小

C．通过R2的电流变小

D．电源内阻消耗的电压变大

7．如图所示，边长为L、匝数为N，电阻不计的正方形线圈abcd在磁感应强度为B的匀强磁场中绕转轴OO′转动，轴OO′垂直于磁感线，在线圈外接一含有理想变压器的电路，变压器原、副线圈的匝数分别为n1和n2，保持线圈以恒定角速度ω转动，下列判断正确的是（　　）

A．在图示位置时线框中磁通量为零，感应电动势也为零

B．当可变电阻R的滑片P向上滑动时，电压表V2的示数变大

C．电压表V2示数

D．若可变电阻接入的阻值为R0，则在矩形线圈转一周的过程中，可变电阻产生的焦耳热为

8．交流发电机的示意图如图所示，当线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动时，电路中产生的最大电流为，已知线圈转动的周期为T，下列说法正确的是（　　）

A．图示位置磁通量最大，磁通量的变化率最大

B．图示位置电流最大，方向为A→B

C．从图示位置开始经过，电流方向将发生改变

D．从图示位置计时，线圈中电流i随时间t变化的关系式为

9．如图所示，边长为L的正方形线框在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中，以周期T绕OO′轴匀速转动，从图示位置开始计时，下列说法正确的是（　　）

A．图示位置为中性面 B．回路中产生稳恒直流电

C．时，电流方向将发生改变 D．时刻穿过线框的磁通量为

10．一手摇交流发电机线圈在匀强磁场中匀速转动。转轴位于线圈平面内并与磁场方向垂直，产生的交变电压u随时间t变化关系如图所示，则（　　）

A．时，线圈处于中性面位置

B．该交变电压有效值是

C．该交流电经过电子电路处理可以变为直流电

D．该交流电频率是

11．图1是手机无线充电器的示意图，其原理如图2所示：当送电线圈接上220V的正弦交变电流后，会产生一个变化的磁场从而使手机中的受电线圈中产生交变电流，该电流经过其他装置转化为直流电给手机充电，该装置实际上可等效为一个无漏磁的理想变压器：送电线圈的匝数为N1，受电线圈匝数为N2，且。若手机电阻为5Ω，当该装置给手机充电时，则（     ）

A．流过原、副线圈的电流之比为5：1

B．受电线圈两端cd的输出电压为5V

C．充电时流过手机的电流为44A

D．保持ab端输入电压不变，若在充电时玩大型游戏（即增大手机用电功率），则受电线圈的输出电压将变大

12．如图所示为远距离输电示意图，发电机输出正弦式交变电压瞬时值表达式为，则（　　）

A．当用户用电器的总电阻增大时，输电线上损失的功率减小

B．发电机输出交流电的电压有效值是

C．输电线的电流只由降压变压器原、副线圈的匝数比决定

D．用户用电器上交流电的频率是

13．为做好疫情防控供电准备，防控指挥中心为医院设计的备用供电系统输电电路简图如图甲所示，交流发电机的矩形线圈匝数为，在匀强磁场中以为轴匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间t的变化图像如图乙所示，矩形线圈与变压器的原线圈相连，变压器的副线圈接入到医院为医疗设备供电，线圈、导线的电阻均不计，变压器为理想变压器，额定电压为220V的医疗设备恰能正常工作，下列说法正确的是（       ）

A．电压表的示数为

B．从开始计时，变压器原线圈两端的电压

C．变压器的原、副线圈匝数比为5：11

D．假如给变压器输入端接入电压的直流电，医疗设备也能正常工作

14．如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数分别为、和，两个副线圈分别接有电阻、和。当原线圈中接入正弦交流电源时，理想电压表的示数为。不计线圈电阻，理想电流表的读数为（　　）

A． B． C． D．

15．如图所示，理想变压器输入电压u = Umsinωt。电压表V、电流表A均为理想电表。接通开关S，则（     ）

A．灯泡L变亮 B．A、V示数均减小

C．V示数不变，A示数减小 D．原线圈输入功率增大

二、多选题

16．如图是进行变压器演示实验的示意图，在铁环上用刷有绝缘漆的铜丝绕制了匝数分别为n1、n2的两个线圈。线圈n1与开关S1、干电池E1、交流电源E2构成电路，交流电源E2的电动势（V），线圈n2与开关S2、灵敏电流表G、交流电压表V构成电路。则（　　）

A．若S1接“1”，在将S2接“3”的瞬间灵敏电流表指针将发生偏转

B．若S2接“3”，在将S1接“1”的瞬间灵敏电流表指针将发生偏转

C．若S1接“2”，在S2接“4”后，电压表指针的摆动频率为

D．若S1接“2”，S2接“4”，稳定后电压表的读数为（V）

17．如图所示，交流发电机的矩形线圈在匀强磁场中以角速度绕垂直磁场的轴匀速转动，与理想变压器原线圈相连，则（       ）

A．在图示位置时，矩形线圈中磁通量变化率最小

B．若仅增加副线圈的匝数，则原线圈中的电流增大

C．若仅将变为原来的2倍，则电路的总功率变为原来的2倍

D．若仅将滑动变阻器滑片向下滑动，可使L1变亮，L2变暗

18．如图甲所示电路中，、、为相同的电流表，C为电容器，电阻R1、R2、R3的阻值相同，线圈L的电阻不计．在某段时间内，理想变压器T原线圈内磁场的磁感应强度B的变化情况如图乙所示，则在t1～t2时间内（　　）

A．电流表A1和A2的示数相同 B．电流表A2的示数比A3的小

C．电流表A1的示数比A2的小 D．电流表A3的示数都为零

19．如图所示，在同一坐标纸上画出了灯泡L1和灯泡L2的U－I图象，现将这两个灯泡并联，然后接在电动势E＝10 V、内电阻r＝2 Ω的电源上，则下列结论正确的是（　　）

A．此时灯泡L1的电阻较大

B．此时灯泡L2的电阻较大

C．此时灯泡L1的功率约为4 W

D．此时灯泡两端的电压约为6 V

20．锂电池因能量密度高、绿色环保而广泛使用在手机等电子产品中。现用充电器为一手机锂电池充电，等效电路如图所示，充电器电源的输出电压为U，输出电流为I，手机电池的内阻为r，下列说法正确的是（　　）

A．电能转化为化学能的功率为

B．充电器输出的电功率为

C．电池产生的热功率为

D．充电器的充电效率为

21．如图所示，一台电动机提着质量为m的物体，以速度v匀速上升，已知电动机线圈的电阻为R，电源电动势为E，通过电源的电流为I，当地重力加速度为g，忽略一切阻力及导线电阻，则（　　）

A．电源内阻

B．电源内阻

C．如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变大

D．如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内电源消耗的功率将变小

22．如图所示，E为电源，其内阻不可忽略，RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R为定值电阻，C为平行板电容器，G为灵敏电流计。闭合开关S，当环境温度明显升高且稳定后，下列说法正确的是（　　）

A．R两端电压变大

B．RT两端电压变大

C．C所带电荷量增大

D．温度升高的过程中，G中电流方向由a到b

23．进入2022年3月，防疫形势越发严峻，额温枪供不应求，学校要求严格实行体温每日三检制度，体温检测员小张同学仔细研究了班里的额温枪及其技术参数（如图所示），发现它以两节干电池（内阻不可忽略）为电源，工作电流为5mA，能通过传感器检测人体向外辐射的红外线，根据红外线能量的强弱，快速、准确且无接触地测量体温，那么关于该额温枪的说法中正确的是（　　）

A．额温枪工作时，电池组两极间的电压为3V

B．额温枪工作时，电源的输出功率小于15mW

C．额温枪工作时，电路中每通过1C电荷，每节电池都能把1.5J化学能转化为电能

D．若换用两节充满电的800mA·h充电电池，则可测温5.76×104次

24．如图所示电路中，电源内阻不能忽略，电表均为理想电表。闭合开关后，电路处于稳定状态，下列说法正确的是（　　）

A．灯泡突然变亮，可能因为电阻R发生了短路

B．灯泡突然变亮，可能因为电阻R发生了短路

C．电流表的示数突然变大，可能因为电容器被击穿

D．电压表的示数突然变小，可能因为灯泡的灯丝烧断

25．如图所示，这是安装在潜水器上的深度表的电路原理图，显示器由电流表改装而成，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，电源的电动势和内阻均为定值，定值电阻阻值大于电源内阻，在潜水器下潜的过程中，下列说法正确的是（　　）

A．通过显示器的电流增大 B．压力传感器两端的电压变大

C．电源内阻的功率一定减小 D．电源的输出功率变大