专题09 直流电路与交流电路的分析-备战2021届高考物理二轮复习题型专练

这是一份专题09 直流电路与交流电路的分析-备战2021届高考物理二轮复习题型专练，文件包含专题09直流电路与交流电路的分析原卷版doc、专题09直流电路与交流电路的分析解析版doc等2份教案配套教学资源，其中教案共28页， 欢迎下载使用。

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
2.明辨远距离输电过程的3个问题
(1)输电线上的电流：I＝eq \f(P出,U出)＝eq \f(P出,U2)。
(2)电压损耗：输电线路上I2＝IR＝I3，总电阻R导致的电压损耗UR＝U2－U3＝IRR。输送电压一定时，用电器增多，则降压变压器的输出电流变大，输电线上的电流增大，电压损耗增大。
(3)输电线上损失的功率：P损＝I2R线＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(P出,U出)))eq \s\up12(2)R线＝eq \f(Ueq \\al(2,损),R线)＝U损I。输电线上的损失功率必须与输电线上的电流和电压相对应，不要把输电线上的输电电压U和输电导线上损失的电压ΔU相混淆，不能用公式P＝eq \f(U2,R)计算输电线上损失的功率。
【方法指导】
一、两种物理思想
1.等效思想：等效电路、等效电源；
2.守恒思想：理想变压器的输入功率等于输出功率。
二、直流电路动态分析的常用方法
基本思路为“部分→整体→部分”。
命题点一： 直流电路的分析与计算
考向一 直流电路的动态分析
【典例1】如图1所示，电源电动势为E，内阻为r。电路中的R2、R3分别为总阻值一定的滑动变阻器，R0为定值电阻，R1为光敏电阻(其电阻随光照强度增大而减小)。当开关S闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。有关下列说法中正确的是( )
图1
A.在只逐渐增大光照强度的过程中，电阻R0消耗的电功率变大，电阻R3中有向上的电流
B.只调节电阻R3的滑动端P2向上端移动的过程中，电源消耗的功率变大，电阻R3中有向上的电流
C.只调节电阻R2的滑动端P1向下端移动的过程中，电压表示数变大，带电微粒向下运动
D.若断开开关S，电容器所带电荷量变大，带电微粒向上运动
考向二 含电容器电路的分析与计算
【典例2】 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2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( )
图2
A.eq \f(2,5) B.eq \f(1,2) C.eq \f(3,5) D.eq \f(2,3)
考向三 闭合电路中的能量问题
【典例3】 某同学将一闭合电路电源的总功率PE、输出功率PR和电源内部的发热功率Pr随电流I变化的图线画在了同一坐标系中，如图3中的a、b、c所示，则下列判断正确的是( )
图3
A.直线a表示电源内部的发热功率随电流I变化的图线
B.曲线b表示电源的总功率随电流I变化的图线
C.曲线c表示电源的输出功率随电流I变化的图线
D.电源的电动势E＝3 V，内电阻r＝2 Ω
【拓展练习】
1.恒流源是一种特殊的电源，其输出的电流能始终保持不变，如图4所示的电路中电源是恒流源，当滑动变阻器滑动触头P向右移动时，下列说法中正确的是( )
图4
A.R0上的电压变小B.R2上的电压变大
C.R1上的电压变小D.R1上电压变化量大于R0上的电压变化量
2.如图5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( )
图5
A.1 Ω B.2 Ω
C.3 Ω D.4 Ω
3.电动机与小电珠串联接入电路，电动机正常工作时，小电珠的电阻为R1，两端电压为U1，流过的电流为I1；电动机的内电阻为R2，两端电压为U2，流过的电流为I2。则( )
A.I1＜I2 B.eq \f(U1,U2)＞eq \f(R1,R2)
C.eq \f(U1,U2)＝eq \f(R1,R2) D.eq \f(U1,U2)＜eq \f(R1,R2)
命题点二： 交流电路的分析与计算
考向一 有效值的理解与计算
【典例1】 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6所示。则Q方∶Q正等于( )

图6
A.1∶eq \r(2) B.eq \r(2)∶1
C.1∶2 D.2∶1
考向二 理想变压器的原理及动态分析
【典例2】 一含有理想变压器的电路如图7所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，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( )
图7
A.2 B.3
C.4 D.5
【典例3】 (多选)如图8所示，理想变压器原线圈接有交流电源，保持输入电压不变。开始时单刀双掷开关K接a；S断开时，小灯泡A发光较暗，要使小灯泡A亮度增加，下列操作可行的是( )
图8
A.闭合开关S
B.开关K接b
C.把滑动变阻器滑片向左移动
D.把滑动变阻器滑片向右移动
考向三 交变电流的产生及变压器的工作原理
【典例4】 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9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eq \f(1,2)，则( )
图9
A.R消耗的功率变为eq \f(1,2)P
B.电压表V的读数变为eq \f(1,2)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
考向四 远距离输电的分析与计算
【典例5】 (多选)如图10所示为某小型电站高压输电示意图，变压器均为理想变压器，发电机输出功率为20 kW。在输电线路上接入一个电流互感器，其原、副线圈的匝数比为1∶10，电流表的示数为1 A，输电线的总电阻为10 Ω，则下列说法中正确的是( )
图10
A.采用高压输电可以增大输电线中的电流
B.升压变压器的输出电压U2＝2 000 V
C.用户获得的功率为19 kW
D.将P下移，用户获得的电压将增大
【拓展练习】
1.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
2.(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Φ与时间t的关系图象如图11所示。下列说法正确的是( )
图11
A.eq \f(T,2)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eq \f(\r(2)πΦm,T)
C.线框转一周外力所做的功为eq \f(2π2Φeq \\al(2,m),RT)
D.从t＝0到t＝eq \f(T,4)过程中线框的平均感应电动势为eq \f(πΦm,T)
3.(多选)如图12甲所示为一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n1：n2＝2∶1，且分别接有电阻R1和R2，R1＝R2＝400 Ω。U为电压有效值不变的正弦交流电源，闭合开关K时，通过电阻R2的电流如图乙所示，则此时( )
图12
A.用电压表测量交流电源电压约为424 V
B.交流电源的输出功率90 W
C.断开开关K后，通过电阻R1的电流变成原来的一半
D.R1和R2消耗的功率之比为1∶2
4.(多选)如图13所示，由于理想变压器原线圈的输入电压降低，电灯L的亮度变暗了，下列哪些措施可以使电灯L重新变亮( )
图13
A.其他条件不变，P1上移，同时P2下移
B.其他条件不变，P1下移，同时P2上移
C.其他条件不变，断开开关S
D.其他条件不变，将滑动变阻器的滑片P向下移动
【专题训练】
选择题(1～8题为单项选择题，9～14题为多项选择题)
1.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eq \f(1,4)，输电电压应变为( )
A.55 kV B.110 kV
C.440 kV D.880 kV
2.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1所示。理想交流电流表A和交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。若将发电机线圈的匝数变为原来的4倍，其他条件均不变，下列说法正确的是( )
图1
A.R消耗的功率变为2P
B.电压表的读数为4U
C.电流表的读数为2I
D.通过R的交变电流频率变大
3.如图2甲为远距离输电示意图，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，降压变压器原、副线圈匝数比为100∶1，远距离输电线的总电阻为100 Ω。若升压变压器的输入电压如图乙所示，输入功率为750 kW。下列说法中正确的是( )
图2
A.用户端交流电的频率为100 Hz
B.输电线中的电流为30 A
C.用户端电压为250 V
D.输电线路损耗功率为180 kW
4.在如图3所示的理想变压器的电路中，变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，电阻R1＝R2，电流表和电压表均为理想电表，若电流表的示数为0.5 A，电压表的示数为5 V，则电阻R1的大小为( )
图3
A.10 Ω B.15 Ω
C.20 Ω D.25 Ω
5.如图4所示电路，电阻R1与电阻R2阻值相同，都为R，和电阻R1并联的D为理想二极管(正向电阻可看成零，反向电阻可看成无穷大)，在A、B间加一正弦交流电，该正弦交流电电压的瞬时值表达式为u＝20eq \r(2)sin (100πt) V，则加在R2上的电压有效值为( )
图4
A.10 V B.20 V
C.15 V D.5eq \r(10) V
6.如图5甲所示，一自耦变压器的原线圈与电压有效值不变的正弦交流电源相连接，副线圈上通过输电线接有1个灯泡L1，输电线等效电阻为R；如图乙所示，一最大阻值为R的滑动变阻器与电压有效值不变的正弦交流电源相连接，通过输电线接有1个与L1相同的灯泡L2，输电线等效电阻为R，电表均为理想电表，下列分析判断正确的是( )
图5
A.当滑动触头P1向上匀速移动时，灯泡L1变亮
B.当滑动触头P2向上匀速移动时，灯泡L2变暗
C.当滑动触头P2向上匀速移动时，电流表A2的示数减小
D.当滑动触头P1向上匀速移动时，电流表A1的示数增大
7.电动机的内电阻r＝2 Ω，与R＝8 Ω 的电阻串联接在发电机线圈上，如图6所示，已知线圈面积为eq \f(\r(2),20) m2，共100匝，线圈的电阻为2 Ω，线圈在磁感应强度B＝eq \f(2,π) T的匀强磁场中绕垂直磁感线的轴OO′以转速n＝600 r/min匀速转动时，在合上开关S后电动机正常工作，电压表的示数为100 V，下列说法正确的是( )
图6
A.电路中电流的最大值为5eq \r(2) A
B.电路中电流的最大值为10eq \r(2) A
C.电动机正常工作时的输出功率为1 000 W
D.电动机正常工作时的输出功率为800eq \r(2) W
8.如图7所示为一理想变压器，原、副线圈的匝数比为n1：n2＝5∶1，分别接有定值电阻R1和R2，且R1∶R2＝5∶1。原线圈接正弦交流电。电压表为理想交流电压表。则( )
图7
A.电阻R1和R2消耗功率之比为1∶1
B.电压表V1和V2的示数之比为5∶1
C.电压表V1和V2的示数之比为6∶1
D.原、副线圈磁通量变化率之比为5∶1
9.如图8所示，可调理想变压器原线圈接交流电，副线圈通过滑动触头P可改变其匝数。下列说法正确的是( )
图8
A.仅增大R的阻值，通过灯泡L的电流将变大
B.仅增大R的阻值，通过灯泡L的电流将变小
C.仅将滑动触头P向下滑动，灯泡L两端的电压将变大
D.仅将滑动触头P向下滑动，灯泡L两端的电压将变小
10.节能的LED灯越来越普及，而驱动LED发光需要恒流源。如图9所示，电路中的电压表、电流表都是理想电表，电源是一个恒流源(该恒流源输出的电流大小和方向都不变)，在改变R2阻值的过程中，电压表的读数为U，电流表A的读数为I，电流表A1的读数为I1，电流表A2的读数为I2，它们的变化量的绝对值分别为ΔU、ΔI、ΔI1、ΔI2。以下说法正确的是( )
图9
A.eq \f(U,I1)＝R1，eq \f(U,I2)＝R2
B.eq \f(ΔU,ΔI1)＝eq \f(ΔU,ΔI2)
C.eq \f(ΔU,ΔI)＝eq \f(ΔU,ΔI2)
D.当R2＝R1时，滑动变阻器R2消耗的电功率最大
11.如图10所示，边长为L的正方形单匝线圈abcd，电阻为r，外电路的电阻为R，过ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度为B，若线圈从图示位置开始，以角速度ω绕轴OO′匀速转动，以下判断正确的是( )
图10
A.图示位置线圈中的感应电动势最大，其值为Em＝BL2ω
B.闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e＝BL2ωsin ωt
C.线圈从图示位置转过180°的过程中，流过电阻R的电荷量为q＝eq \f(BL2,R＋r)
D.线圈转动一周的过程中，电阻R上产生的热量为Q＝eq \f(πB2ωL4R,4（R＋r）2)
12.如图11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( )
图11
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
13.某种小灯泡的伏安特性曲线如图12甲所示，三个完全相同的这种小灯泡连接成如图乙所示的电路，四个电表均为理想电表。现闭合开关S，电压表V1的示数为4.0 V，以下说法正确的是( )
图12
A.电压表V2的示数为1.0 V
B.电源的输出功率为3 W
C.电流表A2的示数为0.6 A
D.电源的电动势一定为8 V，内阻为5 Ω