2020江苏高考物理二轮讲义：专题四第1讲　直流电路与交流电路




第1讲　直流电路与交流电路

真题再现
1. (2019·高考江苏卷)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
解析：选D.假设理想变压器原线圈的输入电压为U1，则由变压器的工作原理可知＝，变压器副线圈的输出电压为U2＝10U1；当输入电压增加20 V时，即输入电压为(U1＋20) V，则变压器的输出电压为U′2＝10(U1＋20) V，则输出电压的变化量为ΔU＝U′2－U2＝(10U1＋200－10U1) V＝200 V，即输出电压增加200 V，A、B、C错误，D正确.
2.　 (2019·高考江苏卷)如图所示的电路中，电阻R＝2 Ω.断开S后，电压表的读数为3 V；闭合S后，电压表的读数为2 V，则电源的内阻r为(　　)

A.1 Ω B．2 Ω
C.3 Ω D．4 Ω
解析：选A.当断开S时，电压表的读数等于电源的电动势，即E＝3 V；当闭合S时，有U＝IR，又由闭合电路欧姆定律可知，I＝，联立解得r＝1 Ω，A正确，B、C、D错误.
3.(多选)(2018·高考江苏卷)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
解析：选BCD.充电时，通过R的电流逐渐减小，选项A错误；若R增大，充电的最大电流减小，充电时间变长，选项B正确；若C增大，电容器充满电后带的电荷量增多，则闪光灯闪光一次通过的电荷量增大，选项C正确；若E减小为85 V，电容器充满电后电压仍然大于闪光灯导通需要的电压，所以闪光灯闪光一次通过的电荷量不变，选项D正确.
考情分析



命题研究
　从近几年高考试题可以看出以下特点：应用串并联电路规律、闭合电路欧姆定律及部分电路欧姆定律进行电路动态分析，稳态、动态含电容电路的分析，以及电路故障的判断分析，交变电流的产生及“四值”，多以选择题形式出现．变压器的原理，电压比、电流比及功率关系，变压器的动态分析是考查的重点，题型以选择题为主

　直流电路的动态分析
【高分快攻】
1．闭合电路动态变化的原因
(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，总电阻增大；若开关的通断使并联的支路增多，总电阻减小．
(3)热敏电阻或光敏电阻的阻值变化．
2．直流电路动态分析的三种常用方法
程序法
R局I总＝U内＝I总r
U外＝E－U内确定U支、I支
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)
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
【典题例析】
(2019·徐州三模)在如图所示电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，三个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、U2表示．下列判断正确的是(　　)

A．I减小，U1增大　　　　　 B．I减小，U2增大
C．I增大，U1增大 D．I增大，U2增大
[解析]　闭合开关S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，变阻器接入电路的电阻增大，外电路总电阻R增大，根据闭合电路欧姆定律分析得知，干路电流I总减小，路端电压U增大．R3两端电压等于路端电压，则流过R3的电流I3增大．流过电流表的电流I＝I总－I3，I总减小，I3增大，则I减小，R1两端电压减小，即电压表V1的示数U1减小．电压表V2的示数U2＝U－U1，U增大，U1减小，则U2增大．所以，I减小，U1减小，U2增大．故选B.
[答案]　B
(多选)如图所示，电源内阻不可忽略，R1为电阻箱，R2为半导体热敏电阻，阻值随温度的升高而减小，C为电容器，闭合开关S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动，电压表为理想电表，则下列判断正确的是(　　)

A．若R1不变，当温度降低时电压表的示数减小
B．若R1不变，当温度降低时油滴向上移动
C．若温度不变，当电阻箱R1的阻值增大时，电容器C的电荷量减少
D．若R1不变，温度不变，当电容器C两极板间的距离增大时油滴向下移动
解析：选BCD.当温度降低时R2增大，R总增大，根据闭合电路欧姆定律知I总减小，路端电压U＝E－I总r增大，电压表的读数增大，故选项A错误；电容器的电压UC＝E－I总(r＋R1)增大，场强增大，油滴向上移动，故选项B正确；若环境温度不变，R2阻值不变，当电阻箱R1的阻值增大时，R总增大，根据闭合电路欧姆定律知I总减小，电容器的电压UC＝I总R2，UC减小，电容器C的带电荷量Q＝UCC减少，故选项C正确；若R1不变，温度不变，电容器C两极板间的电压不变，当电容器C两极板间的距离增大时，E＝减小，油滴向下移动，故选项D正确．
　交流电的产生及“四值”的应用
【高分快攻】
1．两个特殊位置的特点
(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变．
(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变．
2．正弦交流电“四值”的应用

【典题例析】
(多选)(2019·高考天津卷)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Φ与时间t的关系图象如图所示．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
[解析]　由Φ－t图象可知，时穿过线框的磁通量最大，则线框位于中性面，A错误；线框中产生的感应电动势的最大值应为Em＝NBSω，又ω＝，N＝1，BS＝Φm，则整理得Em＝，因此感应电动势的有效值为E＝＝，B正确；由功能关系可知线框转动一周外力所做的功等于线框中产生的焦耳热，有W＝T＝，C正确；0～的过程中，线框中产生的平均感应电动势为＝＝，D错误．
[答案]　BC
(2018·高考全国卷Ⅲ)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
解析：选D.根据焦耳定律知产生的热量与方波中的电流方向的变化无关，故Q方＝T；而正弦交流电电压的有效值等于峰值的，故Q正＝T＝·T，所以＝，D正确．
　理想变压器和远距离输电
【高分快攻】
1．理想变压器问题中的两个“弄清”
(1)弄清变量和不变量．如原线圈电压不变，原、副线圈的匝数比不变，其他物理量可随电路的变化而发生变化．
(2)弄清动态变化过程中的决定关系，如U2由U1决定，P1、I1由P2、I2决定．
2．解决远距离输电问题的一般思路
电路分析
远距离输电线路由升压变压器、输电线、降压变压器和负载四部分组成
电压关系
升压变压器输入电压U1是不变的，根据＝可以确定升压变压器的输出电压U2，输电线上有一定的电压损失，ΔU＝IR.降压变压器输入端电压U3＝U2－ΔU，降压变压器输出电压由＝确定
功率关系
升压变压器输入功率为P1，输电线上损失功率为ΔP＝I2R，降压变压器输出功率为P2，则P1＝P2＋ΔP＝P2＋I2R
电流关系
升压变压器输入电流由I1＝确定，输出电流I2由＝确定，I2通过输电线传到降压变压器，即I3＝I2，而＝
【典题例析】
(2018·高考天津卷)教学用发电机能够产生正弦式交变电流．利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P. 若发电机线圈的转速变为原来的，则(　　)

A．R消耗的功率变为P
B．电压表V的读数变为U
C．电流表A的读数变为2I
D．通过R的交变电流频率不变
[解析]　交流发电机产生的感应电动势最大值Em＝NBSω，且有ω＝2πn，所以当发电机线圈转速减半后，感应电动势最大值减半，有效值减半，又理想变压器原、副线圈电压有效值之比等于原、副线圈匝数比，故电压表示数减为原来的一半，B项正确；由电功率P＝可知，变压器输出功率即R消耗的功率变为原来的，A项错误；由P＝UI可知，原线圈中电流减为原来的一半，C项错误；交流电的频率与发电机线圈转动角速度成正比，故D项错误．
[答案]　B
【题组突破】
角度1　理想变压器的原理
1．(多选)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b，当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是(　　)
A．原、副线圈匝数比为9∶1
B．原、副线圈匝数比为1∶9
C．此时a和b的电功率比为9∶1
D．此时a和b的电功率比为1∶9
解析：选AD.因为两灯泡额定电压相同且均正常发光，且输入电压为灯泡额定电压的10倍，所以理想变压器的输入、输出电压比为9∶1，由理想变压器变压规律可知，原、副线圈的匝数比为9∶1，A项正确，B项错误；由理想变压器变流规律可知，原、副线圈的电流比为1∶9，由电功率P＝UI可知，a和b的电功率之比为1∶9，C项错误，D项正确．
角度2　理想变压器的动态分析问题
2．(2019·苏州二模)如图所示，理想变压器原线圈接在交流电源上，图中各电表均为理想电表．下列说法正确的是(　　)

A．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，R1消耗的功率变大
B．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电压表V示数变大
C．当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，电流表A1示数变大
D．若闭合开关S，则电流表A1示数变大、A2示数变大
解析：选B.当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻增大，变压器副线圈的总负载的等效电阻增大，R1中电流减小，R1两端电压减小，电压表示数变大，R1消耗的电功率变小，选项A错误，B正确；当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，变压器副线圈输出电流减小，输出功率减小，根据变压器输入功率等于输出功率，变压器输入功率减小，电流表A1示数变小，选项C错误；若闭合开关S，变压器副线圈的总负载的等效电阻减小，则R1中电流增大，R1两端电压增大，电压表示数减小，电流表A2示数减小，电流表A1示数变大，选项D错误．
角度3　远距离输电
3．(2018·高考江苏卷)采用220 kV高压向远方的城市输电．当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的，输电电压应变为(　　)
A．55 kV　　　　　　　　 B．110 kV
C．440 kV D．880 kV
解析：选C.设输送功率为P，则有P＝UI，其中U为输电电压，I为输电电流．为使输电线上损耗的功率减小为原来的四分之一，由P损＝I2R(R为输电线的电阻，恒定不变)可知应使I变为原来的二分之一，又输送功率不变，则输电电压应变为原来的2倍，即440 kV，选项C正确．

命题角度
解决方法
易错辨析
理想变压器的原理考查
能量守恒法、互感原理、自感原理
通过互感现象得出原、副线圈的电压关系，而电流关系要根据原、副线圈功率相等来求解
变压器原线圈接负载问题
原、副线圈功率相等，原、副线圈两端的电压比为匝数比
原线圈电压是用供电电压减去原线圈的负载电压后得到的
理想变压器的动态分析问题
程序法，原、副线圈电流、电压的决定关系
弄清变化量和不变量，确定是负载电阻不变还是匝数比不变，从而明确研究问题的方向是从原线圈到副线圈，还是从副线圈到原线圈
远距离输电问题
损失只在线路上，求解损失电压是关键
用损失功率来计算损失电压是联系原、副线圈的纽带


(建议用时：25分钟)
一、单项选择题
1．(2019·南京二模)如图所示的电路中，当滑动变阻器R2的滑动触头P向下滑动时，下列说法正确的是(　　)
A．电压表的读数减小
B．R1消耗的功率增大
C．电源的输出功率增大
D．电容器C所带电荷量增多
解析：选D.根据电路图可知，R1、R2串联后接在电源两端，电容器C并联在R2两端，电压表V测路端电压．当滑动触头P向下滑动时，R2连入电路的电阻变大，则外电路总电阻R变大，由I＝知电流I减小，由U＝E－Ir知路端电压增大，则电压表示数变大，电源的输出功率P出＝UI无法判断．由PR1＝I2R1知，R1消耗的功率变小．由UR2＝E－(R1＋r)I知电容器两端电压变大，则电容器所带电荷量增多．综上所述，A、B、C错误，D正确．
2．一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，A为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定．当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比值为(　　)

A．2 B．3
C．4 D．5
解析：选B.设理想变压器原、副线圈匝数比值为k，根据题述，当开关S断开时，电流表示数为I，则由闭合电路欧姆定律得，U＝IR1＋U1.由变压公式U1/U2＝k及功率关系U1I＝U2I2，可得I2/I＝k，即副线圈输出电流为I2＝kI，U2＝I2(R2＋R3)＝kI(R2＋R3)．当开关S闭合时，电流表示数为4I，则有U＝4IR1＋U′1.由变压器公式U′1/U′2＝k及功率关系U′1·4I＝U′2I′2，可得I′2/(4I)＝k，即副线圈输出电流为I′2＝4kI，U′2＝I′2R2＝4kIR2；联立解得k＝3，选项B正确．
3．(2017·高考北京卷)如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220sin 100πt(V)的交流电源上，副线圈接有R＝55 Ω的负载电阻，原、副线圈匝数之比为2∶1，电流表、电压表均为理想电表．下列说法正确的是(　　)

A．原线圈的输入功率为220 W
B．电流表的读数为1 A
C．电压表的读数为110 V
D．副线圈输出交流电的周期为50 s
解析：选B.由交流电压的表达式可知，原线圈两端所加的电压最大值为220 V，故有效值为U1＝220 V，由＝，故副线圈电压的有效值为U2＝110 V，故输出功率P2＝＝220 W，再由输入功率等于输出功率知，P1＝P2＝220 W，A项错误；根据欧姆定律知，I2＝＝2 A，＝，得I1＝1 A，故电流表读数为1 A，所以B项正确；电压表的读数为有效值，即U2＝110 V，C项错误；由交流电压的表达式可知，ω＝100π(rad/s)，又T＝，解得T＝0.02 s，所以D项错误．
4．一自耦变压器如图所示，环形铁芯上只绕有一个线圈，将其接在a、b间作为原线圈．通过滑动触头取该线圈的一部分，接在c、d间作为副线圈．在a、b间输入电压为U1的交变电流时，c、d间的输出电压为U2.在将滑动触头从M点顺时针旋转到N点的过程中(　　)
A．U2>U1，U2降低 B．U2>U1，U2升高
C．U2