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2019-2020年高考物理二輪專題突破專題七電磁感應(yīng)和電路2直流電路和交流電路導(dǎo)學(xué)案 一、知識梳理 1.純電阻電路和非純電阻電路的電功、電功率的比較 (1)純電阻電路：電功W＝UIt，電功率P＝UI，且電功全部轉(zhuǎn)化為 ，有W＝Q＝UIt＝t＝I2Rt，P＝UI＝＝I2R. (2)非純電阻電路：電功W＝UIt，電功率P＝UI，電熱Q＝I2Rt，電熱功率P熱＝I2R，電功率 電熱功率，即W>Q，故求電功、電功率只能用W＝UIt、P＝UI，求電熱、電熱功率只能用Q＝ 、P熱＝ . 2.電源的功率和效率 (1)電源的幾個功率 ①電源的總功率：P總＝ ②電源內(nèi)部消耗的功率：P內(nèi)＝I2r ③電源的輸出功率：P出＝ ＝P總－P內(nèi) (2)電源的效率η＝100%＝100% 3.交流電的“四值” (1)最大值Em＝ . (2)瞬時值e＝ . (3)有效值：正弦式交流電的有效值E＝；非正弦式交流電的有效值必須根據(jù)電流的 ，用等效的思想來求解.計算交流電路的電功、電功率和測定交流電路的電壓、電流都是指有效值. (4)平均值：＝n，常用來計算通過電路的電荷量. 4.理想變壓器的基本關(guān)系式 (1)功率關(guān)系：P入＝ . (2)電壓關(guān)系：＝. (3)電流關(guān)系：只有一個副線圈時＝. 規(guī)律方法 直流電路動態(tài)分析方法 (1)程序法：基本思路是“部分→整體→部分”.即從阻值的變化入手，由串、并聯(lián)規(guī)律判定R總的變化情況，再由閉合電路歐姆定律判斷I總和U端的變化情況，最后由部分電路歐姆定律及串聯(lián)分壓、并聯(lián)分流等規(guī)律判斷各部分的變化情況. (2)結(jié)論法——“串反并同”： “串反”：指某一電阻增大(減小)時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(增大). “并同”：指某一電阻增大(減小)時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(減小). 二、題型、技巧歸納 高考題型一 直流電路的動態(tài)分析 【例1】 (xx全國甲卷17)阻值相等的四個電阻、電容器C及電池E(內(nèi)阻可忽略)連接成如圖1所示電路.開關(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時，C所帶的電荷量為Q1；閉合開關(guān)S，電流再次穩(wěn)定后，C所帶的電荷量為Q2.Q1與Q2的比值為(　　) 圖1 A. B. C. D. 高考預(yù)測1 (多選)如圖2所示，直流電源、滑動變阻器、平行板電容器與理想二極管(正向電阻為0，反向電阻為∞)連接，電源負(fù)極接地.開始時電容器不帶電，閉合開關(guān)S，穩(wěn)定后，一帶電油滴恰能靜止在電容器中P點.在開關(guān)S保持接通的狀態(tài)下，下列說法正確的是(　　) 圖2 A.當(dāng)滑動變阻器的滑片向上滑動時，帶電油滴會向上運動 B.當(dāng)電容器的上極板向上移動時，帶電油滴會向下運動 C.當(dāng)電容器的下極板向下移動時，P點的電勢不變 D.當(dāng)電容器的下極板向左移動時，P點的電勢會升高 高考預(yù)測2　(多選)如圖3所示的火警報警裝置，R1為熱敏電阻，若溫度升高，則R1的阻值會急劇減小，從而引起電鈴電壓的增加，當(dāng)電鈴電壓達(dá)到一定值時，電鈴會響.下列說法正確的是(　　) 圖3 A.要使報警的臨界溫度升高，可以適當(dāng)增大電源的電動勢 B.要使報警的臨界溫度降低，可以適當(dāng)增大電源的電動勢 C.要使報警的臨界溫度升高，可以把R2的滑片P適當(dāng)向下移 D.要使報警的臨界溫度降低，可以把R2的滑片P適當(dāng)向下移 高考題型二 交流電的產(chǎn)生和描述 【例2】 如圖4甲所示，電阻為1 Ω的矩形線圈繞垂直勻強磁場的轉(zhuǎn)軸OO′勻速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生交流電，現(xiàn)將此電流給阻值為R＝10 Ω的小燈泡L供電，通過電流傳感器得到燈泡中電流的圖象如圖乙，不考慮溫度對燈泡阻值的影響，下列說法正確的是(　　) 圖4 A.在t＝510－3 s時，線圈處于中性面位置 B.在t＝1010－3 s時，穿過線圈的磁通量最大 C.交變電流的瞬時表達(dá)式為i＝5cos 50πt(A) D.線圈產(chǎn)生的交流電的電動勢為55 V 高考預(yù)測3　如圖5所示是某興趣小組用實驗室的手搖發(fā)電機給小燈泡供電的裝置示意圖.在某次勻速轉(zhuǎn)動手柄的過程中，他們發(fā)現(xiàn)小燈泡周期性的閃亮.以下判斷正確的是(　　) 圖5 A.圖示位置線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大 B.若增大手搖發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，燈泡亮度將不變 C.若增大手搖發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，燈泡閃亮的頻率將變大 D.小燈泡周期性閃亮的主要原因是電路接觸不良 高考預(yù)測4　(多選)如圖6所示，圖線a是線圈在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生正弦式電流的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生正弦式電流的圖象如圖線b所示，以下關(guān)于這兩個正弦式電流的說法正確的是(　　) 圖6 A.在圖中t＝0時刻穿過線圈的磁通量均為零 B.線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2 C.正弦式電流a的瞬時值為u＝10sin 5πt V D.正弦式電流b的最大值為 V 規(guī)律總結(jié) 1.線圈通過中性面時的特點 (1)穿過線圈的磁通量最大； (2)線圈中的感應(yīng)電動勢為零； (3)線圈每經(jīng)過中性面一次，感應(yīng)電流的方向改變一次. 2.交流電的“四值” (1)最大值Em＝NBSω.分析電容器的耐壓值. (2)瞬時值e＝NBSωsin ωt.計算閃光電器的閃光時間、線圈某時刻的受力情況. (3)有效值：正弦式交流電的有效值E＝；非正弦式交流電的有效值必須根據(jù)電流的熱效應(yīng)，用等效的思想來求解.計算交流電路的電功、電功率和測定交流電路的電壓、電流都是指有效值. (4)平均值：＝n，常用來計算通過電路的電荷量. 高考題型三 變壓器和遠(yuǎn)距離輸電問題 【例3】 (xx全國乙卷16)一含有理想變壓器的電路如圖7所示，圖中電阻R1、R2和R3的阻值分別為3 Ω、1 Ω和4 Ω，為理想交流電流表，U為正弦交流電壓源，輸出電壓的有效值恒定.當(dāng)開關(guān)S斷開時，電流表的示數(shù)為I；當(dāng)S閉合時，電流表的示數(shù)為4I.該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為(　　) 圖7 A.2 B.3 C.4 D.5 高考預(yù)測5　一理想變壓器的原線圈連接一只交流電流表，副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過滑動觸頭Q調(diào)節(jié)，如圖8所示.在副線圈輸出端連接了定值電阻R0和滑動變阻器R，原線圈上加一電壓為U的交流電，則(　　) 圖8 A.保持Q位置不動，將P向上滑動時，電流表的讀數(shù)變大 B.保持Q位置不動，將P向上滑動時，電流表的讀數(shù)不變 C.保持P位置不動，將Q向上滑動時，電流表的讀數(shù)變小 D.保持P位置不動，將Q向上滑動時，電流表的讀數(shù)變大 高考預(yù)測6　(多選)某同學(xué)模擬“遠(yuǎn)距離輸電”，將實驗室提供的器材連接成如圖9所示電路，A、B為理想變壓器，燈L1、L2相同且阻值不變.保持A的輸入電壓不變，開關(guān)S斷開時，燈L1正常發(fā)光.則(　　) 圖9 A.如果只閉合開關(guān)S，L1變暗 B.如果只閉合開關(guān)S，A的輸入功率變大 C.僅將滑片P上移，L1變亮 D.僅將滑片P上移，A的輸入功率不變 規(guī)律總結(jié) 理想變壓器動態(tài)分析的兩種情況 (1)負(fù)載電阻不變，討論變壓器原、副線圈兩端的電壓、電流、電功率等隨匝數(shù)比的變化情況. (2)匝數(shù)比不變，討論變壓器原、副線圈兩端的電壓、電流、電功率等隨負(fù)載電阻的變化情況. 不論哪種情況，要注意兩點：一、根據(jù)題意分清變量和不變量；二、弄清“誰決定誰”的制約關(guān)系.對電壓而言，輸入決定輸出；對電流、電功(率)而言，輸出決定輸入. 高考題型四 交變電流的綜合問題分析 【例4】 (多選)如圖10所示，導(dǎo)體棒ab兩個端點分別搭接在兩個豎直放置、電阻不計、半徑相等的金屬圓環(huán)上，圓環(huán)通過電刷與導(dǎo)線c、d相接.c、d兩個端點接在匝數(shù)比n1∶n2＝10∶1的變壓器原線圈兩端，變壓器副線圈接一滑動變阻器R0，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向豎直向下，導(dǎo)體棒ab長為L(電阻不計)，繞與ab平行的水平軸(也是兩圓環(huán)的中心軸)OO′以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動.如果滑動變阻器的阻值為R時，通過電流表的電流為I，則(　　) 圖10 A.滑動變阻器上消耗的功率為P＝100I2R B.變壓器原線圈兩端的電壓U1＝10IR C.取ab在環(huán)的最低端時t＝0，則導(dǎo)體棒ab中感應(yīng)電流的表達(dá)式是i＝Isin ωt D.ab沿環(huán)轉(zhuǎn)動過程中受到的最大安培力F＝BIL 高考預(yù)測7　在如圖11甲所示的電路中，理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比為5∶1，原線圈接入圖乙所示的電壓，副線圈接火災(zāi)報警系統(tǒng)(報警器未畫出)，圖中電壓表和電流表均為理想電表，R0為定值電阻，RT為熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小.下列說法中正確的是(　　) 圖11 A.電壓表的示數(shù)為44 V B.圖乙中電壓的有效值為220 V C.RT處出現(xiàn)火災(zāi)時，電流表示數(shù)減小 D.RT處出現(xiàn)火災(zāi)時，電阻R0消耗的電功率增大 高考預(yù)測8　(多選)如圖12所示，單匝矩形導(dǎo)線框abcd與勻強磁場垂直，線框電阻不計，線框繞與cd邊重合的固定轉(zhuǎn)軸以恒定角速度從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動，理想變壓器匝數(shù)比為n1∶n2.開關(guān)S斷開時，額定功率為P的燈泡L1正常發(fā)光，電流表示數(shù)為I，電流表內(nèi)阻不計，下列說法正確的是(　　) 圖12 A.線框中產(chǎn)生的電流為正弦式交變電流 B.線框從圖中位置轉(zhuǎn)過時，感應(yīng)電動勢瞬時值為 C.燈泡L1的額定電壓等于 D.如果閉合開關(guān)S，則電流表示數(shù)變大 規(guī)律總結(jié) 交變電流的綜合問題，涉及交流電路最大值、有效值、平均值、瞬時值的計算，與電磁感應(yīng)、安培力、閉合電路歐姆定律的綜合應(yīng)用等，解答時應(yīng)注意以下兩點： (1)分清交流電路“四值”的不同計算方法和物理意義. (2)學(xué)會將直流電路、閉合電路歐姆定律的知識應(yīng)用在交流電路的綜合問題中. 參考答案 一、知識梳理 1. (1) 電熱 (2) 大于 I2Rt I2R. 2. (1)① EI ③ UI 3.(1) NBSω (2) NBSωsin_ωt (3)熱效應(yīng) 4. (1) P出. 二、題型、技巧歸納 【例1】 答案　C 解析　S斷開時等效電路圖如圖甲所示. 甲 電容器兩端電壓為U1＝R＝E； S閉合時等效電路圖如圖乙所示. 乙 電容器兩端電壓為U2＝R＝E， 由Q＝CU得＝＝，故選項C正確. 高考預(yù)測1 答案　AD 解析　當(dāng)滑動變阻器的滑片向上滑動時，變阻器有效阻值增大，R的電壓增大，則電容器板間電壓增大，場強增大，油滴所受的電場力增大，所以帶電油滴會向上運動.故A正確；當(dāng)電容器的上極板向上移動時，由電容的決定式C＝知，電容減小，而電容器的電壓不變，由C＝知，Q要減小，電容器要放電，由于二極管的單向?qū)щ娦?，所以電容器不能放電，則電容器的帶電量不變，根據(jù)推論可知電容器板間場強不變，油滴所受的電場力不變，所以帶電油滴仍靜止不動，故B錯誤；當(dāng)電容器的下極板向下移動時，電容器所帶的電量Q不變，由E＝知電容器板間場強不變，由U＝Ed知，P與下極板間的電勢差變大，P點的電勢會升高.故C錯誤；當(dāng)電容器的下極板向左移動時，C＝，電容器的電容減小，由C＝知，Q要減小，電容器要放電，由于二極管的單向?qū)щ娦裕噪娙萜鞑荒芊烹?，則電容器的帶電量不變，那么只能是極板間U增大，由E＝知電容器板間場強變大，則P與下極板間的電勢差變大，P點的電勢升高.故D正確. 高考預(yù)測2　答案　BD 解析　要使報警的臨界溫度升高，R1對應(yīng)的阻值減小，電路中電流會增大，電鈴兩端的電壓會增大，而電鈴電壓達(dá)到一定值時，電鈴會響，要使電鈴的電壓仍為原來的值，必須適當(dāng)減小電源的電動勢，相反，要使報警的臨界溫度降低，可以適當(dāng)增大電源的電動勢.故A錯誤，B正確.要使報警的臨界溫度升高，R1對應(yīng)的阻值減小，根據(jù)串聯(lián)電路的特點可知，將使電鈴的電壓增大，要使電鈴的電壓仍為原來的值，可以把R2的滑片P適當(dāng)向上移，以減小R2，相反，要使報警的臨界溫度降低，可以把R2的滑片P適當(dāng)向下移，故C錯誤，D正確.故選B、D. 【例2】 答案　A 解析　由圖乙可知t＝510－3 s時刻感應(yīng)電流最小為零，此時線圈所在平面處于中性面位置，故A正確；t＝1010－3 s時刻感應(yīng)電流最大，此時線圈所在平面與中性面位置垂直，所以穿過線圈回路的磁通量最小，故B錯誤；周期T＝0.02 s，角速度ω＝＝100π rad/s，故電流的瞬時表達(dá)式為i＝5cos 100πt(A)，故C錯誤；線圈產(chǎn)生的交流電的電動勢最大值為Em＝Im(R＋r)＝55 V，D錯誤. 高考預(yù)測3　答案　C 解析　圖示位置線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最小，故A錯誤；若增大手搖發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，角速度將增大，頻率將增大，產(chǎn)生的最大感應(yīng)電動勢Em＝NBSω，故燈泡的亮度增大，故B錯誤，C正確；小燈泡周期性閃亮的主要原因是產(chǎn)生的電流為交流電，故D錯誤. 高考預(yù)測4　答案　BCD 解析　t＝0時刻兩個正弦式電流的感應(yīng)電動勢瞬時值均為零，線圈都與磁場垂直，穿過線圈的磁通量都最大.故A錯誤.由圖讀出兩電流周期之比為Ta∶Tb＝0.4 s∶0.6 s＝2∶3，而T＝，則線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為3∶2.故B正確.正弦式電流a的瞬時值為u＝Umsin t＝10sin t V＝10sin 5πt V.故C正確.根據(jù)電動勢最大值公式Em＝nBSω＝nBS得到，兩電動勢最大值之比為Ema：Emb＝Tb∶Ta＝3∶2，Ema＝10 V，則得到正弦式電流b的最大值為Emb＝ V.故D正確. 【例3】 答案　B 解析　開關(guān)斷開時，電路如圖甲所示，原、副線圈的電流比＝，通過R2的電流I2＝，副線圈的輸出電壓U2＝I2(R2＋R3)＝，由＝可得原線圈兩端的電壓U1＝5I2，則U＝U1＋I(xiàn)R1＝5I2＋3I；開關(guān)閉合時，電路如圖乙所示，原、副線圈的電流比＝，通過R2的電流I2′＝，副線圈的輸出電壓U2′＝I2′R2＝，由＝可得原線圈兩端的電壓U1′＝4I2，則U＝U1′＋4IR1＝4I2＋12I，聯(lián)立解得＝3，選項B正確. 　 甲　　　　　　　　　　乙 高考預(yù)測5　答案　D 解析　在原、副線圈匝數(shù)比一定的情況下，變壓器的輸出電壓由輸入電壓決定.因此，當(dāng)Q位置不動時，輸出電壓U′不變，此時P向上滑動，負(fù)載電阻值R′增大，則輸出電流I′減小.根據(jù)輸入功率P1等于輸出功率P2，電流表的讀數(shù)I變小，故A、B錯誤；P位置不動，將Q向上滑動，則輸出電壓U′變大，I′變大，電流表的讀數(shù)變大，則選項C錯誤，D正確；故選D. 高考預(yù)測6　答案　AB 解析　閉合S，副線圈電阻減小，則消耗功率增大，B副線圈中電流增大，B原線圈電流也增大，則R上損失的電壓和功率增大，則B輸入電壓減小，燈泡兩端電壓減小，故燈泡會變暗，故A正確；根據(jù)A分析知消耗和損失功率都增大，根據(jù)能量守恒知A的輸入功率變大，故B正確；僅將滑片P上移，A副線圈匝數(shù)減小，則輸出電壓減小，B的輸入電壓減小，燈泡電壓也減小，故L1變暗，消耗功率減小，則A輸入功率減小，故C、D錯誤. 【例4】 答案　AD 解析　由＝得I2＝10I，變阻器上消耗的功率為P＝IR＝(10I)2R＝100I2R，故A正確；副線圈的電壓為U＝I2R＝10IR，根據(jù)理想變壓器的電壓與匝數(shù)成正比可知，變壓器原線圈兩端的電壓U1＝100IR，故B錯誤；ab在最低點時，ab棒與磁場垂直，此時的感應(yīng)電動勢最大，感應(yīng)電流最大，所以棒ab中感應(yīng)電流的表達(dá)式應(yīng)為i＝Icos ωt，故C錯誤；ab在最低點時，ab棒與磁場垂直，此時的感應(yīng)電動勢最大，感應(yīng)電流最大，最大值為I，此時的安培力也是最大的，最大安培力為F＝BIL，故D正確. 高考預(yù)測7　答案　D 解析　設(shè)將此電流加在阻值為R的電阻上，電壓的最大值為Um，電壓的有效值為U.則＝T，代入數(shù)據(jù)得圖乙中電壓的有效值為110 V；變壓器原、副線圈中的電壓與匝數(shù)成正比，所以變壓器原、副線圈中的電壓之比是5∶1，所以電壓表的示數(shù)為22 V，故A、B錯誤；RT處溫度升高時，阻值減小，副線圈電流增大，電阻R0消耗的電功率增大，而輸出功率和輸入功率相等，所以原線圈電流增大，即電流表示數(shù)增大，故C錯誤，D正確. 高考預(yù)測8　答案　ABD 解析　根據(jù)產(chǎn)生交變電流的條件，A正確；轉(zhuǎn)過時，感應(yīng)電動勢的瞬時值應(yīng)為Em，正好是有效值的大小，B正確；C中燈泡L1的額定電壓應(yīng)為，C錯誤；開關(guān)S閉合，并聯(lián)L2后負(fù)載總電阻減小，U2不變，I2增大，I1也增大，D正確.