2023届二轮复习通用版 专题4 第1讲 直流电路与交流电路 课件

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专题四　电路与电磁感应
第1讲　直流电路与交流电路
1．(2020·全国Ⅰ卷)图(a)所示的电路中，K与L间接一智能电源，用以控制电容器C两端的电压UC．如果UC随时间t的变化如图(b)所示，
则下列描述电阻R两端电压UR随时间t变化的图象中，正确的是(　　)
2．(多选)(2022·湖北卷)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%，忽略其他损耗，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
3．(2022·山东，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，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
4．(多选)(2021·山东等级考)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 ΩB．r＝5 ΩC．P＝45 WD．P＝22.5 W
〔备考策略〕命题特点：直流电路重点考查电路功率的计算、动态过程分析等；变压器、交流电路部分由于与日常生活、生产紧密结合，常以选择题的形式出现．常用到的思想方法有：程序法、等效法、分析推理法．
一、理清直流电路知识体系
二、正弦交变电流“四值”的理解与应用
三、理想变压器和远距离输电1．明确变压器各物理量间的制约关系
直流电路动态分析的常用方法1．程序法：基本思路为“部分→整体→部分”．2．极限法：因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．
考点一　直流电路的计算与分析
考向1　直流电路的动态分析
1．(2021·广东广州模拟)如图所示的电路中，当变阻器R1的滑动触头向上滑动时，A、B两灯亮度的变化情况为(　　)A．A灯和B灯都变亮B．A灯和B灯都变暗C．A灯变亮，B灯变暗D．A灯变暗，B灯变亮
【解析】　“串反并同”指的是在一个闭合回路中某一个电学元件的阻值发生了变化，则与其并联的电学元件的电学量的变化趋势与其相同，与其串联的电学元件的电学量的变化趋势与其相反，这里的并联是指两电学元件之间没有电流的流进流出关系，串联指的是电流有流进流出关系．当变阻器R1的滑动触头向上滑动时，滑动变阻器的阻值增大，根据“串反并同”规律可知A、B灯泡与之并联，则两灯都变亮，所以A正确，B、C、D错误．故选A．
【解析】　由电路结构可知，滑动变阻器R的滑动触头P两边的电阻并联，则当P从a端向b端滑动时，电路的总电阻先变大后变小，则干路电流先变小后变大，故小灯泡L先变暗后又变亮，选项B正确；由U＝E－Ir可知路端电压先变大后变小，即电压表的示数先变大后变小，选项A错误；
考向2　含电容器电路的分析与计算
3．(多选)(2022·天津二模)如图所示，R1是光敏电阻(光照增强，电阻减小)，C是电容器，R2是定值电阻．闭合开关，当R1受到的光照强度减弱时(　 　)A．电源两端电压减小B．光敏电阻R1两端的电压增大C．通过电阻R2的电流增大D．电容器C所带的电荷量减小
4．(多选)(2022·广东揭阳模拟)阻值相等的三个电阻R、电容为C的平行板电容器、电动势为E且内阻可以忽略的电源与开关S连接成如图所示的电路，其中电源负极接地．开始时，开关S断开，电路稳定后有一带电液滴位于电容器
极板间的P点并处于静止状态，整个装置处于真空中，重力加速度为g，
考向3　直流电路的故障分析
5．(2022·北京顺义区二模)某同学在测量电阻Rx实验时，按图所示连接好实验电路．闭合开关后发现：电流表示数很小、电压表示数接近于电源电压，移动滑动变阻器滑片时两电表示数几乎不变化，电表及其量程的选择均无问题．
请你分析造成上述结果的原因可能是(　　)A．电流表断路B．滑动变阻器滑片接触不良C．开关接触部位由于氧化，使得接触电阻太大D．待测电阻和接线柱接触位置由于氧化，使得接触电阻很大
【解析】　电流表断路或者滑动变阻器滑片接触不良，都会造成整个电路是断路情况，即电表示数为零，A、B错误；开关接触部位由于氧化，使得接触电阻太大，则电路电阻过大，电流很小，流过被测电阻的电流也很小，所以其两端电压很小，不会几乎等于电源电压，C错误；待测电阻和接线柱接触位置由于氧化，使得接触电阻很大，相当于当被测电阻太大，远大于和其串联的其他仪器的电阻，所以电路电流很小，其分压接近电源电压，D正确．
6．(2022·河南九师联盟联考)如图所示的电路中，闭合开关S，灯泡L1、L2均能正常发光，由于电路中某处断路，结果灯泡L1变亮，L2变暗，电压表和电流表(均为理想电表)的示数均变小，则此故障可能是(　　)A．R1断路B．R2断路C．R3断路D．R4断路
【解析】　若R1断路，相当于R1电阻变为无穷大，根据“串反并同”可知，灯泡L1变亮，L2变暗，电压表和电流表的示数均变小，故A符合题意；若R2断路，相当于R2电阻变为无穷大，根据“串反并同”可知，灯泡L1变暗，L2变暗，电压表的示数变大，电流表的示数变小，故B不符合题意；若R3断路，相当于R3电阻变为无穷大，根据“串反并同”可知，灯泡L1变暗，L2变暗，电压表的示数变大，电流表的示数变大，故C不符合题意；
若R4断路，相当于R4电阻变为无穷大，根据“串反并同”可知，灯泡L1变暗，L2变亮，电流表无示数；同理得R2两端的电压减小，R3两端电压增大，而电压表是测两个电阻的总电压，由于不知电路中电阻的具体阻值，故无法判断电压表示数的变化，故D不符合题意．故选A．
考向4　闭合电路中的功率分析
7．(2022·四川成都二诊)摩托车电动机启动时车灯会瞬时变暗，如图，在打开车灯、电动机未启动时电流表读数为5 A，电动机启动时电流表读数为15 A，若电源电动势12 V，内阻0.4 Ω，电流表内阻不计，则因电动机启动导致车灯的电功率降低了(　　)A．30 WB．32 WC．20 WD．18 W
8．(2022·浙江1月高考)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，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
〔方法技巧〕动态电路问题的处理方法：(1)
发生断路，电路表现为断路部分电压不为零，而电流为零
考点二　交流电路的分析与计算
考向1　交变电流的产生及“四值”的计算
1．(2022·浙江1月高考)如图所示，甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况，摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动；乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况，皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动．
下列说法正确的是(　　)A．甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场B．乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场C．甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电D．乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
【解析】　甲图中细短铁丝显示的磁场分布均匀，则线圈转动区域磁场可视为匀强磁场，故A正确；乙图中细短铁丝显示的磁场分布不均匀，则线圈转动区域磁场不能看成匀强磁场，故B错误；根据发电机原理可知甲图中线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的转轴匀速转动时才能产生正弦交流电，故C错误；乙图中是非匀强磁场，则线圈匀速转动时不能产生正弦交流电，故D错误，故选A．
2．(2022·黑龙江大庆联考)如图甲乙分别是两种交流电的i2-t、i-t关系图象，则甲、乙两种交流电的有效值之比为(　　)
考向2　理想变压器的原理及动态分析
4．(2022·山西大同联考)如图为模拟市区用户供电的示意图．U0是电网电压，可视为不变．R1为电网至变压器的电缆电阻，R2是变压器至用户间电缆电阻，R是用电器的等效电阻．变压器为理想变压器．当用户端的用电器增加时，则下列说法正确的是(　　)A．R1电功率减小B．R2电功率减小C．电压表示数不变D．电流表示数增大
5．(2022·湖南，6)如图所示，理想变压器原、副线圈总匝数相同，滑动触头P1初始位置在副线圈正中间，输入端接入电压有效值恒定的交流电源．定值电阻R1的阻值为R，滑动变阻器R2的最大阻值为9R，滑片P2初始位置在最右端．理想电压表V的示数为U，理想电流表A的示数为I．
下列说法正确的是(　　)A．保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，I减小，U不变B．保持P1位置不变，P2向左缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率增大C．保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，I减小，U增大D．保持P2位置不变，P1向下缓慢滑动的过程中，R1消耗的功率减小
P2向左缓慢滑动的过程中，R2减小，I变大，而U1＝4IR1，可知变压器原线圈两端的电压有效值变大，输入电压有效值不变，则R2两端的电压不断变小，即电压表示数U变小，原线圈两端的电压、输入的电流都变大，则变压器输入功率变大，根据原、副线圈的功率相等，可知R1消耗的功率增大，故B正确，A错误；
考向3　原线圈中含有负载的变压器问题
6．(多选)(2020·全国Ⅲ卷)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 HzB．电压表的示数为100 VC．电流表的示数为1.0 AD．变压器传输的电功率为15 W
7．(2022·内蒙古鄂尔多斯二模)如图所示，一理想变压器，左右两边共接有额定电压均为U的6盏完全相同的灯泡(额定功率均为P)，左端接在一电压恒为U0的交流电源两端．此时6盏灯刚好正常发光．下列说法中不正确的是(　　)A．该变压器的原、副线圈匝数比为1∶2B．此时交流电源输出的功率为6PC．U0＝6UD．如果灯L6突然烧断，灯L1和L2将变暗，而其余3盏灯将变得更亮
【解析】　由于各盏灯相同且均正常发光，所以流过每盏灯的电流均相同，原线圈中的电流I1等于灯泡的额定电流I，而副线圈中的总电流为I2＝4I，故n1∶n2＝I2∶I1＝4∶1，A错误；由于理想变压器本身不消耗能量，所以交流电源输出功率为6盏灯的总功率6P，B正确；设原、副线圈两端的电压分别为U1、U2，则U2＝U，U0＝U1＋2U，而U1∶U2＝n1∶n2＝4∶1，代入得U0＝6U，C正确；当灯L6突然烧断，变压器输出的功率将减小，所以输入功率也将减小，由P1＝U1I1得I1减小，所以灯L1和L2将变暗，同时因L1和L2分得的电压减小，变压器输入端的电压U1将增大，所以变压器输出的电压也将增大，使其余3盏灯变得更亮，D正确．故选A．
考向4　远距离输电问题
9．(多选)(2022·山东烟台模拟)如图所示，某小型电站通过升压变压器T1、高压输电线路和降压变压器T2将产生的电能输送给5 km外的用户，水电站输出电压为400 V，高压输电线路的阻值为1 Ω/km，用户端用电总功率为19 kW，用户端电压为220 V．两变压器均为理想变压器，T1的匝数比为1∶5，下列说法正确的是(　 　)A．T1的输电电压为2 000 VB．T2的匝数比n3∶n4＝105∶11C．高压输电线上的电流为5 AD．高压输电线上损失的电功率为1 kW
〔方法技巧〕1．理想变压器动态分析的两种情况(1)负载电阻不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、电功率等随匝数比的变化情况．(2)匝数比不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、电功率等随负载电阻的变化情况．
2．理想变压器问题分析技巧(1)根据题意分清变量和不变量．(2)弄清“谁决定谁”的制约关系．对电压而言，输入决定输出；对电流、电功(率)而言，输出决定输入．3．远距离输电问题的解题关键(1)整个输电线路由三个回路组成，回路间通过变压器建立联系．(2)关键是通过分析，利用题目条件，首先求出中间回路的电流．
应用创新　电路问题中的STSE问题1．(2022·四川成都二诊)风速测速仪的简易装置如图所示，其工作原理是：风吹动风杯，风杯通过转轴带动永磁铁转动，电流测量装置则可显示感应线圈产生的电流i随时间t变化的图象，从而实现测量实时风速．
若风速一定时，风杯的转动周期为T，则下列图象可能正确的是(　　)
【解析】　线圈在磁场中转动会产生交流电，根据相对运动可知，磁体即磁体产生的磁场相对线圈转动也会产生交流电，转动的周期即为交流电的周期，转动的转速与交流电的最大值有关．由于永磁铁的转动，线圈绕垂直于磁场方向的轴转动切割磁感线，线圈中将产生正弦或余弦的交流电，故电流i随时间t变化的图象可能正确的是D项．
2．(多选)(2022·山西吕梁一模)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，R0是定值电阻．在潜水器下潜过程中，下列说法正确的是(　　　)A．R0两端的电压增大B．压力传感器两端的电压减小C．电源的总功率增大D．电源内部消耗的功率减小
3．(多选)(2022·广东中山模拟)图甲是小明学习完电磁感应知识后设计的电动公交车无线充电装置，其工作原理如图乙所示，其中供电线圈埋在地下，受电线圈和电池系统置于车内，供电线路中接电阻R＝3 Ω，小明经资料查询，得知电动公交车常规充电时输入电压范围一般是220 V～400 V，流过电池系统电流范围一般是10 A～30 A．
当输入端ab接上380 V正弦交流电后，这时电池系统cd两端的电压为600 V，电池系统的电流为20 A．若不计线圈及导线电阻，忽略线圈中的磁场损失，则下列说法正确的是(　　　)A．无线充电技术与变压器的工作原理相同B．若输入端ab接上380 V直流电压，也能进行充电C．供电线圈和受电线圈匝数比小于19∶30D．ab端的输入功率一定大于12 kW