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    新高考物理二轮复习讲义课件 第1部分 专题4 第10讲 直流电路与交变电流(含解析)
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    新高考物理二轮复习讲义课件 第1部分 专题4 第10讲 直流电路与交变电流(含解析)

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    这是一份新高考物理二轮复习讲义课件 第1部分 专题4 第10讲 直流电路与交变电流(含解析),共60页。PPT课件主要包含了内容索引,高考预测,专题强化练,直流电路的分析与计算,交变电流的产生,变压器与远距离输电等内容,欢迎下载使用。

    第10讲 直流电路与交变电流
    1.命题角度:(1)直流电路的分析与计算;(2)交变电流的产生与描述;(3)变压器与远距离输电.2.常用方法:直流电路和变压器的动态分析法,计算有效值的等效法.3.常考题型:选择题.
    考点一 直流电路的分析与计算
    考点二 交变电流的产生
    考点三 变压器与远距离输电
    1.闭合电路欧姆定律的三个公式(1)E=U外+U内;(任意电路)(2)E=U外+Ir;(任意电路)(3)E=I(R+r).(纯电阻电路)
    2.动态电路分析的三种方法(1)程序法:部分电路阻值变化→电路总电阻R总变化→干路电流I变化→路端电压U变化→各支路电流、电压变化,即(2)串反并同法:所谓“串反”,即某一电阻阻值增大(减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都减小(增大).所谓“并同”,即某一电阻阻值增大(减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都增大(减小).
    (3)极限法:因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端,使滑动变阻器接入电路的电阻最大或电阻为零去讨论.
    3.电容器的特点(1)只有当电容器充、放电时,电容器所在支路中才会有电流,当电路稳定时,电容器所在的支路相当于断路.(2)电路稳定时,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,电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压.
    例1 (2022·上海市松江区一模)如图电路中,电阻R随温度升高均匀增大,用这个电阻做探头测温,把电流表的刻度改为相应的温度刻度.下列说法正确的是
    A.低温对应电流较大的刻度上,且温度刻度均匀B.低温对应电流较大的刻度上,且温度刻度不均匀C.高温对应电流较大的刻度上,且温度刻度均匀D.高温对应电流较大的刻度上,且温度刻度不均匀
    当温度升高时,电阻R增大,电路中总电阻增大,根据闭合电路的欧姆定律,电路中的电流减小,即高温对应电流较小的刻度上;同理分析可知低温对应电流较大的刻度上;由题意知电阻R随温度升高均匀增大,
    所以温度刻度是不均匀的,所以A、C、D错误,B正确.
    例2 (2022·山东济宁市高三期末)如图所示,电源的电动势和内阻分别为E和r,在滑动变阻器的滑片P由a向b缓慢移动的过程中,下列说法正确的是A.电路的总电阻先减小后增大B.电源的总功率先增大后减小C.电容器所带电荷量先减少后增多D.电源的效率先减小后增大
    滑动变阻器Pa段与Pb段并联,然后与R1 和电源串联,滑片P位于a、b中点时并联部分电阻最大,则滑片从a向b缓慢移动的过程中,电路的总电阻先增大后减小,故A错误;
    由闭合电路欧姆定律可知干路中的电流先减小后增大,因此电源总功率P=EI先减小后增大,故B错误;R1两端的电压先减小后增大,它与电容器并联,根据Q=CU可知电容器所带电荷量先减少后增多,故C正确;
    电源的效率η= ×100%= ×100%,滑片从a向b缓慢移动的过程中,路端电压为U=E-Ir,由于I先减小后增大,因此U先增大后减小,可知电源效率先增大后减小,故D错误.
    例3 (2021·湖南省1月适应性考试·4)有四个电源甲、乙、丙、丁,其路端电压U与电流I的关系图像分别如图(a)、(b)、(c)、(d)所示.将一个6 Ω的定值电阻分别与每个电源的两极相接,使定值电阻消耗功率最大的电源是
    A.甲电源 B.乙电源C.丙电源 D.丁电源
    U-I图像的斜率的绝对值表示电源的内阻,由题图知丁电源内阻r最小,再由P=( )2·R知,r越小,定值电阻消耗的功率越大,故选D.
    1.当R一定、r变化(针对不同电源)时,由P出= 知,r越大,P出越小.
    2.当r一定、R变化时,P出随R的变化情况可通过下面两个图像进行分析.
    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)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4 图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,A为理想交流电流表.线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动,已知发电机线圈电阻为5 Ω,外接一只阻值为5 Ω的电阻R,不计电路的其他电阻,已知电阻R两端的电压随时间变化的图像如图乙所示.则A.线圈的转速为100 r/sB.交流电流表的示数为 s时线圈平面与磁场方向平行D.电阻R在1分钟内产生的热量为4 800 J
    由题图乙可知,交变电流的周期为0.02 s,所以线圈的转速为n==50 r/s,A错误;
    电阻R两端的电压的有效值为20 V,交流电流表的示数为有效值,其值为I= =4 A,B错误;
    0.01 s时电压为零,则感应电动势为零,线圈处于中性面位置,C错误;电阻R在1分钟内产生的热量为Q=I2Rt=4 800 J,D正确.
    例5 (2022·河北省模拟)某周期性变化电流随时间变化的规律如图所示,已知该电流的有效值为 A,则该交流电的周期为
    A.37.5 s B.40 sC.42.5 s D.45 s
    设周期为T,由题可知,根据电流的热效应有I有效2RT=I12Rt1+I22Rt2+I32R(T-t1-t2),把t1=10 s,t2=(20-10) s=10 s,I1=3 A,I2=4 A,I3=2 A,
    代入解得T=42.5 s,故选C.
    1.三个关系搞清变压器问题(1)变与不变的关系:不变的是功率关系、磁通量的变化率和周期频率.理想变压器工作不损失能量,即输入功率等于输出功率;原、副线圈交变电流频率相同;在没有漏磁时,原、副线圈磁通量的变化率相同.(2)高与低,大与小,多与少,粗与细的关系:电压高的线圈电流小,匝数多,导线细;电压低的线圈电流大,匝数少,导线粗.(3)正比与反比的关系:原、副线圈的电压与匝数成正比,单一副线圈的变压器电流与匝数成反比.
    2.远距离输电问题(1)理清三个回路
    3.输电线路功率损失的计算(1)输送功率P、用户得到的功率P′与线路损失功率P损的关系:P损=P-P′.(2)P损=I线2R线= =ΔU·I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线为输电线路的电阻.
    例6 (2022·山东卷·4)如图所示的变压器,输入电压为220 V,可输出12 V、18 V、30 V电压,匝数为n1的原线圈中电压随时间变化为u=Umcs (100πt).单匝线圈绕过铁芯连接交流电压表,电压表的示数为0.1 V.将阻值为12 Ω的电阻R接在BC两端时,功率为12 W.下列说法正确的是A.n1为1 100匝,Um为220 VB.BC间线圈匝数为120匝,流过R的电流为1.4 AC.若将R接在AB两端,R两端的电压为18 V,频率为 100 HzD.若将R接在AC两端,流过R的电流为2.5 A,周期为0.02 s
    变压器的输入电压为220 V,原线圈的交流电的电压与时间成余弦函数关系,
    解得原线圈为2 200匝,A错误;根据题图可知,当原线圈输入电压为220 V时,
    则BC间的线圈匝数为120匝,
    若将R接在AB两端,根据题图可知,当原线圈输入电压为220 V时,AB间的电压应该为18 V.根据交流电原线圈电压的表达式可知,交流电的角速度为100π rad/s,
    若将R接在AC两端,根据题图可知,当原线圈输入电压为220 V时,AC间的电压应该为30 V,
    例7 (多选)(2021·山东卷·9)输电能耗演示电路如图所示.左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3,输入电压为7.5 V的正弦交流电.连接两理想变压器的导线总电阻为r,负载R的阻值为10 Ω.开关S接1时,右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1,R上的功率为10 W;接2时,匝数比为1∶2,R上的功率为P.以下判断正确的是
    A.r=10 Ω B.r=5 ΩC.P=45 W D.P=22.5 W
    当开关S接2时,设输电电流为I,则右侧变压器副线圈中的电流为0.5I;
    解得I=3 A,则R上的功率P=(0.5I)2R=22.5 W,故选B、D.
    1.(多选)(2022·山东省模拟)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大小为车总重力大小的 ,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%
    驱动电机的输入功率为P入=UI=300×10 W=3 000 W,选项A正确;
    设驱动电机的内阻为R,由能量守恒定律得P入t=P机t+I2Rt,解得驱动电机的内阻为R=3 Ω,选项C正确;驱动电机的机械效率为η= ×100%=90%,选项D错误.
    2.(2022·湖北省九师联盟高三联考)如图所示的电路中,变压器为可调理想自耦式变压器,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,在M、N两端输入恒定的正弦交流电,则下列判断正确的是A.仅将滑片P1向上移,电压表示数变大B.仅将滑片P1向上移,电流表示数变大C.仅将滑片P2向上移,电压表示数变大D.仅将滑片P2向上移,电流表示数变大
    仅将滑片P1向上移,原线圈匝数增大,根据变压比 ,可知U2减小,根据分压原理可知,电压表的示数变小,A错误;
    仅将滑片P1向上移,副线圈电压变小,根据P= 可知电路消耗的功率减小,原线圈输入功率变小,电流表的示数变小,B错误;
    仅将滑片P2向上移,R2接入电路的电阻变大,因此副线圈中的电流减小,R1两端的电压变小,电压表的示数变大,根据变流比,电流表的示数变小,C正确,D错误.
    1.(多选)(2022·北京市朝阳区期末)金属导电是一种典型的导电模型,值得深入研究.一金属直导线的电阻率为ρ,若在其两端加上电压,自由电子将在静电力作用下定向加速,但电子加速运动很短时间就会与晶格碰撞而发生散射,紧接着又定向加速,设每一次加速的时间为Δt,这个周而复始的过程可简化为电子以速度v沿导线方向做匀速运动.我们将导线中电流与导线横截面积的比值定义为电流密度,其大小用j表示,可以“精细”描述导线中各点电流的强弱.设该导线内电场强度大小为E,单位体积内有n个自由电子,电子电荷量为e、质量为m,电子在导线中定向运动时受到的平均阻力为Ff.则下列表达式正确的是
    电子做匀速运动时,有Ff=Ee=ρne2v,故D错误.
    2.(2021·福建省1月适应性考试·1)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.产生的交变电流i随时间t变化关系如图所示,则A.该交变电流频率是0.4 HzB.该交变电流有效值是0.8 AC.t=0.1 s时,穿过线圈平面的磁通量最小D.该交变电流瞬时值表达式是i=0.8 sin (5πt) A
    t=0.1 s时,电流最大,说明线圈与磁场方向平行,穿过线圈的磁通量为零,故C正确;线圈转动的角速度ω= =5π rad/s,该交变电流的瞬时值表达式为i=0.8sin (5πt) A,故D错误.
    3.(多选)(2022·湖北卷·9)近年来,基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用,其简化的充电原理图如图所示.发射线圈的输入电压为220 V、匝数为1 100匝,接收线圈的匝数为50匝.若工作状态下,穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%,忽略其它损耗,下列说法正确的是A.接收线圈的输出电压约为8 VB.接收线圈与发射线圈中电流之比约为22∶1C.发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同D.穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈 的相同
    变压器是不改变其交变电流的频率的,故C正确;由于穿过发射线圈的磁通量与穿过接收线圈的磁通量大小不相同,所以穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的不相同,故D错误.
    4.(多选)(2022·福建莆田市二模)如图所示是一种调压变压器的原理图,线圈AB绕在一个圆形的铁芯上,A、B端加上u=220 sin (100πt) V的交流电压,通过移动滑动触头P来调节C、D端输出电压.当P处于图示位置时,原、副线圈的匝数比n1∶n2=2∶1,现将一个“38 V,19 W”的灯泡接到输出端C、D,下列操作可使灯泡正常发光的是A.仅将P顺时针旋转到合适位置B.仅将P逆时针旋转到合适位置C.仅将灯泡并联一个阻值为144 Ω的电阻D.仅将灯泡串联一个阻值为144 Ω的电阻
    灯泡的额定电压为38 V,可知现想要将一个“38 V,19 W”的灯泡接到输出端C、D,可以仅将P顺时针旋转到合适位置减小副线圈的匝数或串联一个电阻,根据RL∶R=UL∶UR,
    联立解得R=144 Ω,故A、D正确,B、C错误.
    5.(2022·广东惠州市第三次调研)如图甲所示的电路中,S为单刀双掷开关,电表均为理想电表,Rt为热敏电阻(阻值随温度的升高而减小),理想变压器原线圈接如图乙所示的正弦交流电,则A.变压器原线圈中交流电压的表达式 为u=110 ·sin (50πt) VB.开关S接在a端,Rt温度升高时, 变压器的输入功率变小C.开关S接在a端,Rt温度升高时,电压表和电流表的示数均变大D.开关S由a切换到b,Rt消耗的功率变小
    由题图乙可知,变压器原线圈中交流电压的表达式为u=110 sin (100πt) V,A错误;
    6.(2022·陕西咸阳市一模)如图所示,电源电动势为E,内阻为r,R1是光敏电阻(阻值随光照强度的增大而减小),R2是定值电阻,C是平行板电容器,V1、V2都是理想电压表.闭合开关S后,电容器中的带电小球处于静止状态.在光照强度增大的过程中,分别用ΔU1、ΔU2表示电压表V1和电压表V2示数变化的绝对值,且ΔU1<ΔU2,则下列说法正确的是A.V1的示数增大,V2的示数减小B.V1的示数减小,V2的示数增大C.带电小球仍处于静止状态D.带电小球向上运动
    在光照强度增大的过程中,R1的阻值减小,电路总电阻减小,总电流增大,则R2的电压增大,V2的示数增大.内电压和R2的电压增大,则路端电压减小,V1的示数减小,R1的电压减小,故A错误,B正确;
    R1的电压减小,则电容器板间电压减小,板间场强减小,带电小球受到的静电力减小,则带电小球向下运动,故C、D错误.
    7.(2022·北京八十中三模)利用某半导体的电阻随温度升高而减小的特征可以制作电子温度计.图甲表示该半导体的电阻R随温度t变化的情况.把该半导体与电动势为E、内阻为r的电源,理想电压表和保护电阻R0连成如图乙所示的电路.用该半导体作测温探头,把电压表的电压刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简易的电子温度计.下列说法正确的是A.温度升高后,电源的效率将升高B.该电子温度计表盘上温度的刻度是均匀的C.tA和tB相比,tA应标在电压较小的刻度上D.若电池用久后内阻r变大,用该温度计测量的温度要比真实值偏高
    温度升高后,R阻值减小,外电阻减小,则电源的效率将降低,选项A错误;
    则该电子温度计表盘上温度的刻度是不均匀的,温度越高,U越小,即tA应标在电压较大的刻度上,tB应标在电压较小的刻度上,选项B、C错误;
    若电池用久后内阻r变大,根据U= 可知相同的R值时U值偏小,则对应的温度偏高,即用该温度计测量的温度要比真实值偏高,选项D正确.
    8.(2022·江苏南京市模拟 )某温度检测、光电控制加热装置原理图如图所示.图中RT为热敏电阻(随温度升高阻值减小),用来探测加热电阻丝R的温度,RG为光敏电阻(随光照强度增大阻值减小),接收小灯泡L的光照,除RT、RG外,其他电阻均为定值电阻.当R处温度降低时A.L变亮B.通过R3的电流减小C.E2的路端电压减小D.R消耗的功率减小
    当R处温度降低时,热敏电阻RT阻值增大,由闭合电路欧姆定律可知,左侧电路中的电流减小,即通过小灯泡L的电流减小,小灯泡L的光照强度减小,所以光敏电阻
    RG的阻值增大,则右侧电路中总电阻增大,由闭合电路欧姆定律可知,干路电流减小,电源E2的路端电压增大,R两端电压增大,通过R的电流也增大,R消耗的功率增大,根据并联电路分流规律可知通过R3的电流减小,综上所述可知B正确,A、C、D错误.
    9.(2022·浙江1月选考·12)某节水喷灌系统如图所示,水以v0=15 m/s的速度水平喷出,每秒喷出水的质量为2.0 kg.喷出的水是从井下抽取的,喷口离水面的高度保持H=3.75 m不变.水泵由电动机带动,电动机正常工作时,输入电压为220 V,输入电流为2.0 A.不计电动机的摩擦损耗,电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率.已知水泵的抽水效率(水泵的输出功率与输入功率之比)为75%,忽略水在管道中运动的机械能损失,重力加速度g取10 m/s2,则A.每秒水泵对水做功为75 JB.每秒水泵对水做功为225 JC.水泵输入功率为440 WD.电动机线圈的电阻为10 Ω
    每秒喷出水的质量为m0=2.0 kg,抽水增加了水的重力势能和动能,则每秒水泵对水做功为W=m0gH+ m0v02=300 J,故A、B错误;
    而水泵的抽水效率(水泵的输出功率与输入功率之比)为75%,
    电动机的输出功率等于水泵所需要的输入功率,则电动机的机械功率为P机=P入=400 W,而电动机的电功率为P电=UI=440 W,由能量守恒定律可知P电=I2R+P机,联立解得R=10 Ω,故D正确.
    10.(2022·山东德州市高三期末)海浪机械能是未来可使用的绿色能源之一,利用海浪发电可加速地球上碳中和的实现.某科技小组设计的海浪发电装置的俯视图如图所示,圆柱体磁芯和外壳之间有辐射状磁场,它们可随着海浪上下浮动,磁芯和外壳之间的间隙中有固定的环形导电线圈,线圈的半径为L,电阻为r,所在处磁场的磁感应强度大小始终为B,磁芯和外壳随海浪上下浮动的速度为v,v随时间t的变化关系为v=v0sin  t,其中的T为海浪上下浮动的周期.现使该发电装置与阻值为R的电阻形成回路,则该发电装置在一个周期内产生的电能为
    环形导电线圈随着磁芯和外壳随海浪上下浮动而切割磁感线,由法拉第电磁感应定律E=Blv,环形线圈各部分产生的电动势对回路来说是同向的(实际指感应电流方向),
    11.(2022·山东济南市、聊城市等高三学情检测)如图所示,理想变压器原线圈与副线圈的匝数比为2∶1,ab端接交流电源,此时电路消耗的总功率为P.若将电阻R0与电阻R互换位置,电路消耗的总功率为2P,则R0与R的比值为
    A.2∶7 B.7∶2C.1∶4 D.4∶1
    设ab端输入的总电压为U,原线圈两端电压为U1,电流为I1,副线圈两端电压为U2,电流为I2,
    当电阻R0与电阻R互换位置后U=I1′R+U1′,
    所以U=I1′R+2U2′=I1′R+2I2′R0,
    则U=I1′R+4I1′R0,
    则联立可得I1R0+4I1R=2I1R+8I1R0,即R0∶R=2∶7,故A正确,B、C、D错误.
    12.(多选)(2022·黑龙江省八校高三期末)某同学通过实验正确作出标有“5 V,2.5 W”的小灯泡的U-I图线如图甲所示,现把实验中使用的小灯泡接到如图乙所示的电路中,其中电源电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,定值电阻R=9 Ω,则
    A.由图甲可知,小灯泡的电阻值随电压的升高而增大B.由图甲可知,小灯泡的电阻值随电压的升高而减小C.闭合图乙开关,小灯泡的实际功率约为2.7 WD.闭合图乙开关,小灯泡的实际功率约为0.84 W
    由题图甲可知,随电压的升高各点与原点连线的斜率变大,则小灯泡的电阻值增大,选项A正确,B错误;将电阻R看作电源的内阻,则U=E-I(R+r)=6-10I (V),将此函数关系的图像画在灯泡的U-I
    图像上,如图所示两图像的交点为电路的工作点,则I=0.38 A,U=2.2 V,则小灯泡的实际功率约为P=IU=0.38×2.2 W≈0.84 W,选项C错误,D正确.
    13.(2022·贵州毕节市4月第二次诊断)如图甲为利用理想变压器进行远距离输电的示意图,升压变压器原、副线圈匝数比为1∶50,降压变压器原、副线圈匝数比为n3∶n4,发电机到升压变压器间两条输电线的总电阻为0.2 Ω,两条远距离输电线的总电阻为200 Ω.若发电机的输出电压如图乙所示,发电机的输出功率为78 kW,用户端获得的电压有效值为220 V.下列说法中正确的是
    A.降压变压器原、副线圈匝数比为n3∶n4=40∶1B.用户端交流电的频率为100 HzC.远距离输电线中的电流为300 AD.远距离输电线路损耗功率为1.2 kW
    发电机的输出功率为P=78 kW,由题图乙知发电机的输出电压有效值为U=260 V,
    发电机到升压变压器间两条输电线的总电阻为r=0.2 Ω,升压变压器原线圈上的电压U1=U-I1r=260 V-300×0.2 V=200 V,根据变压器原理,升压变压器副线圈上的电压U2=50U1=10 kV,
    远距离输电线的总电阻R=200 Ω,远距离输电线中损失的电压ΔU=I2R=6×200 V=1 200 V,
    则降压变压器原线圈上的电压U3=U2-ΔU=8 800 V,用户端获得的电压有效值U4=220 V,
    变压器不改变交流电的频率,由题图乙知交流电的周期T=0.02 s,所以频率f=50 Hz,故B错误;
    远距离输电线中的电流为I2=6 A,故C错误;远距离输电线路损耗功率ΔP=I22R=62×200 W=7.2 kW,故D错误.
    14.(多选)(2021·河北卷·8)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
    由题知理想电流表读数为I,则根据欧姆定律有U1=IR1根据变压器原、副线圈电压与匝数的关系有
    再由欧姆定律有U2=I2R2
    故A错误,B正确;由于矩形线圈产生的交变电流直接输入原线圈,则有Emax=2NBL2ω,
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