（全國(guó)通用）2018年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題四 電路與電磁感應(yīng) 第1講 直流電路與交流電路的分析學(xué)案

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1、 第1講　直流電路與交流電路的分析 知識(shí)必備 1.恒定電流 (1)閉合電路中的電壓、電流關(guān)系：E＝U外＋U內(nèi)，I＝，U＝E－Ir。 (2)閉合電路中的功率關(guān)系：P總＝EI，P內(nèi)＝I2r，P出＝IU＝I2R＝P總－P內(nèi)。 (3)直流電路中的能量關(guān)系：電功W＝qU＝UIt，電熱Q＝I2Rt。 純電阻電路中W＝Q，非純電阻電路中W>Q。 2.交變電流 (1)交變電流的“四值” ①最大值：Em＝NBSω。 ②瞬時(shí)值：反映交變電流各瞬間的值，如e＝Emsin ωt。 ③有效值：正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系為E＝、U＝、I＝；非正弦式交變電流的有效值必須根據(jù)電流

2、的熱效應(yīng)，用等效的思想來(lái)求解。計(jì)算交變電流的電功、電功率和測(cè)定交流電路的電壓、電流都是指有效值。 ④平均值：反映交變電流的某物理量在t時(shí)間內(nèi)的平均大小，如平均電動(dòng)勢(shì)E＝n。 (2)理想變壓器的基本關(guān)系式 ①功率關(guān)系：P入＝P出； ②電壓關(guān)系：＝； ③電流關(guān)系：＝。 (3)遠(yuǎn)距離輸電常用關(guān)系式(如圖1所示) 圖1 ①功率關(guān)系：P1＝P2，P3＝P4，P2＝P線＋P3。 ②輸電導(dǎo)線上損耗的電功率：P損＝I線U損＝IR線＝R線。 備考策略 1.直流電路的分析與計(jì)算是高考的不?？键c(diǎn)，一般考查串、并聯(lián)電路、功率計(jì)算、動(dòng)態(tài)過(guò)程分析等。 2.交流電路部分由于與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活

3、緊密結(jié)合，在近幾年的高考中考查的頻率較高(2017年三個(gè)全國(guó)卷都沒(méi)出考題，2018年出考題幾率很大)，重點(diǎn)考查交變電流的“四值”、變壓器的有關(guān)知識(shí)。題型一般以選擇為主，有時(shí)也與電磁感應(yīng)結(jié)合在計(jì)算題中進(jìn)行考查，難度不大。 3.復(fù)習(xí)時(shí)要理解串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，閉合電路歐姆定律的含義，交變電流的“四值”含義和變壓器、遠(yuǎn)距離輸電的原理。 4.必須夯實(shí)的“4個(gè)概念、4個(gè)公式及定律” (1)電功、電熱、交流電的有效值、峰值； (2)電流的計(jì)算公式、電阻定律、焦耳定律、閉合電路歐姆定律。 5.必須領(lǐng)會(huì)的“2種物理思想和4種方法” (1)等效思想、守恒思想。 (2)程序法、極限法、分析推理法、守

4、恒法。 　直流電路的計(jì)算及動(dòng)態(tài)分析 【真題示例】 (2016·全國(guó)卷Ⅱ，17)阻值相等的四個(gè)電阻、電容器C及電池E(內(nèi)阻可忽略)連接成如圖2所示電路。開關(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時(shí)，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2 A. B. C. D. 解析　S斷開時(shí)等效電路如圖甲所示。 甲 電容器兩端電壓為U1＝×R×＝E； S閉合時(shí)等效電路如圖乙所示。 乙 電容器兩端電壓為U2＝×R＝E， 由Q＝CU得＝＝，故選項(xiàng)C正確。 答案　C 真題感悟 1.高考考查特點(diǎn) 該考點(diǎn)是高考中的冷考點(diǎn)，

5、五年只考1次，命題點(diǎn)考查了電路的結(jié)構(gòu)、串、并聯(lián)特點(diǎn)、電容器電容的計(jì)算。要熟練掌握串、并聯(lián)電路電壓與電阻關(guān)系，電容、電壓、電荷量的關(guān)系。 2.解題的常見誤區(qū)及提醒 (1)電路結(jié)構(gòu)不會(huì)簡(jiǎn)化，電路的串、并聯(lián)關(guān)系不清。 (2)串、并聯(lián)電路中電壓、電流、電阻、電功率關(guān)系混淆。 (3)電容器的連接方式不清、不明白含電容器的電路相當(dāng)于斷路。 預(yù)測(cè)1 電路的分析與計(jì)算 預(yù)測(cè)2 電路的動(dòng)態(tài)分析 預(yù)測(cè)3 含電容電路的動(dòng)態(tài)分析與計(jì)算 1.(2017·河南平頂山模擬)某同學(xué)用如圖3所示電路研究電流與電壓關(guān)系，其中電表均為理想電表，定值電阻R＝20 Ω，通過(guò)滑動(dòng)變阻器連接到電動(dòng)勢(shì)E＝5 V、內(nèi)

6、阻r＝1 Ω的電源上?；苿?dòng)到某位置時(shí)，電壓表示數(shù)為2.5 V，電流表示數(shù)為0.1 A。則滑動(dòng)變阻器的總電阻和滑片P的位置在(　　) 圖3 A.10 Ω，正中間 B.10 Ω，距b端的距離為滑動(dòng)變阻器總長(zhǎng)度的 C.15 Ω，正中間 D.15 Ω，距a端的距離為滑動(dòng)變阻器總長(zhǎng)度的 解析　R兩端電壓U1＝I1R＝0.1×20 V＝2 V，路端電壓U端＝2.5 V＋2 V＝4.5 V，內(nèi)電路中U內(nèi)＝Ir＝E－U端＝5 V－4.5 V＝0.5 V，則干路電流I＝0.5 A，通過(guò)滑動(dòng)變阻器Pb部分的電流IPb＝I－I1＝0.5 A－0.1 A＝0.4 A，RPb＝＝5 Ω，RaP＝＝5

7、 Ω，滑動(dòng)變阻器總電阻R滑＝10 Ω，故滑片P在正中間。 答案　A 2.(多選)(2017·南京市鹽城市高三二聯(lián))如圖4所示的火警報(bào)警裝置，R1為熱敏電阻，若溫度升高，則R1的阻值會(huì)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(shí)，電鈴會(huì)響。下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖4 A.要使報(bào)警的臨界溫度升高，可以適當(dāng)增大電源的電動(dòng)勢(shì) B.要使報(bào)警的臨界溫度降低，可以適當(dāng)增大電源的電動(dòng)勢(shì) C.要使報(bào)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(bào)警的臨界溫度降低，可以把R2的滑片P適當(dāng)向下移 解析　溫度升高，熱敏電阻R1的阻值急劇減小，因此若要使報(bào)警的臨界溫度升高，

8、由閉合電路歐姆定律知，電鈴電壓需減小，達(dá)到臨界電壓電鈴才會(huì)響，故需要減小電源的電動(dòng)勢(shì)，或把R2滑片P向上移動(dòng)，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；若要使報(bào)警的臨界溫度降低，由閉合電路歐姆定律知，電鈴電壓需增大，達(dá)到臨界電壓電鈴才會(huì)響，故需增大電源的電動(dòng)勢(shì)或把R2滑片P向下移動(dòng)可使電鈴電壓增大到一定值，電鈴才會(huì)響，選項(xiàng)B、D正確。 答案　BD 3.(高考改編)如圖5所示，電源的內(nèi)阻不計(jì)，電動(dòng)勢(shì)為12 V，R1＝8 Ω，R2＝4 Ω，電容C＝40 μF，則下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖5 A.開關(guān)斷開時(shí)，電容器不帶電 B.將開關(guān)閉合，電容器充電 C.將開關(guān)閉合后，穩(wěn)定時(shí)電容器的電荷量為4.8×10－14

9、 C D.若現(xiàn)開關(guān)處于閉合狀態(tài)，將開關(guān)S斷開，到再次穩(wěn)定后，通過(guò)R1的總電荷量為3.2×10－4 C 解析　開關(guān)斷開時(shí)，電容器兩端電壓不為零，電容器帶電，A項(xiàng)錯(cuò)誤；將開關(guān)閉合，電容器兩端電壓變小，電容器放電，B項(xiàng)錯(cuò)誤；將開關(guān)閉合后，穩(wěn)定時(shí)電容器的電荷量為Q＝U·C＝4×40×10－6 C＝1.6×10－4 C，C項(xiàng)錯(cuò)誤；若開關(guān) 現(xiàn)處于閉合狀態(tài)，將開關(guān)S斷開，再次穩(wěn)定后，通過(guò)R1的總電荷量ΔQ＝|ΔU|·C＝(12－4)×40×10－6 C＝3.2×10－4 C，D項(xiàng)正確。 答案　D 歸納總結(jié) 1.明確引起電路動(dòng)態(tài)變化的原因 (1)滑動(dòng)變阻器、熱敏電阻或光敏電阻的阻值變化。 (2

10、)某支路開關(guān)閉合或斷開。 2.程序法分析直流電路的動(dòng)態(tài)變化 R局I總＝U內(nèi)＝I總rU外＝E－U內(nèi)確定U支、I支 3.確定電容器兩端電壓的方法 確定電容器與哪個(gè)電阻并聯(lián)，此電阻兩端的電壓即為電容器兩端電壓。 　交變電流的產(chǎn)生和描述 【真題示例】 (多選)(2017·天津理綜，6)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過(guò)該線圈的磁通量隨時(shí)間按圖示6正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為 2 Ω，則(　　) 圖6 A.t＝0時(shí)，線圈平面平行于磁感線 B.t＝1 s時(shí)，線圈中的電流改變方向 C.t＝1.5 s時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大 D.一個(gè)

11、周期內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為8π2 J 解析　t＝0時(shí)，磁通量為零，線圈平面平行于磁感線，故A正確；每經(jīng)過(guò)一次中性面(線圈平面垂直于磁感線，磁通量有最大值)電流的方向改變一次，t＝1 s時(shí)，磁通量為零，線圈平面平行于磁感線，故B錯(cuò)誤；t＝1.5 s時(shí)，磁通量有最大值，但磁通量的變化率為零，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，故C錯(cuò)誤；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值Em＝NBSω＝N·Φm·＝4π V，有效值E＝＝2π V，一個(gè)周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量Q＝T＝8π2 J，故D正確。 答案　AD 真題感悟 1.高考考查特點(diǎn) 該考點(diǎn)在全國(guó)卷中近幾年為冷考點(diǎn)，2018年可能與變壓器綜合出題。 2.

12、常見誤區(qū)及臨考提醒 (1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生及大小的計(jì)算，特別是切割類中的有效長(zhǎng)度易錯(cuò)。 (2)對(duì)周期的理解和有效值的理解及計(jì)算易出錯(cuò)。 (3)正弦交流電的產(chǎn)生條件及瞬時(shí)值表達(dá)式不清楚。 (4)交變電流“四值”應(yīng)用不清楚及圖象信息把握不準(zhǔn)。 預(yù)測(cè)1 交變電流中“有效值”的計(jì)算 預(yù)測(cè)2 交變電流“四值”的應(yīng)用 預(yù)測(cè)3 交變電流的圖象 1.(2017·唐山模擬)一個(gè)U形金屬線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞OO′軸以相同的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)導(dǎo)線給同一電阻R供電，如圖7甲、乙所示。其中甲圖中OO′軸右側(cè)有磁場(chǎng)，乙圖中整個(gè)空間均有磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度相同。則甲、乙兩圖中交流電流表的示數(shù)之比為

13、 (　　) 圖7 A.1∶ B.1∶2 C.1∶4 D.1∶1 解析　題圖甲中的磁場(chǎng)只在OO′軸的右側(cè)，所以線框只在半周期內(nèi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，如圖甲，電流表測(cè)的是有效值，所以I＝。題圖乙中的磁場(chǎng)布滿整個(gè)空間，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流如圖乙，所以I′＝，則I∶I′＝1∶，即A正確。 答案　A 2.(多選)如圖8所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的矩形單匝線圈的周期為T，轉(zhuǎn)軸O1O2垂直于磁場(chǎng)方向，線圈電阻為2 Ω。從線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí)，線圈轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)的感應(yīng)電流為1 A，那么(　　) 圖8 A.線圈消耗的電功率為4 W B.線圈中感應(yīng)電流的有效值為2 A

14、C.任意時(shí)刻線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為e＝4cos t D.任意時(shí)刻穿過(guò)線圈的磁通量為Φ＝sint 解析　從線圈平面平行于磁感線開始計(jì)時(shí)，交變電流的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e＝Emcos ωt，則感應(yīng)電流i＝＝cos θ，由題給條件有：1＝×，解得Em＝4 V，則Im＝2 A，I有效＝ A，線圈消耗的電功率P＝IR＝4 W，所以A正確，B錯(cuò)誤；e＝4cos ωt＝4cost，故C正確；由 Em＝BSω＝Φm得Φm＝，故任意時(shí)刻Φ＝sint，故D錯(cuò)誤。 答案　AC 3.(多選)(2017·河北衡水中學(xué)四調(diào))如圖9甲所示為一發(fā)電機(jī)原理圖，產(chǎn)生的交變電流接理想變壓器的原線圈，原、副線圈匝數(shù)比為22∶

15、1，副線圈輸出的電動(dòng)勢(shì)e隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示，發(fā)電機(jī)線圈電阻忽略不計(jì)，則(　　) 圖9 A.在t＝0.01 s時(shí)刻，穿過(guò)發(fā)電機(jī)線圈的磁通量最大 B.發(fā)電機(jī)線圈中瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e ′＝132·sin 50πt(V) C.若僅使發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速增大一倍，則變壓器副線圈輸出電壓的頻率增大一倍，而電壓最大值不變 D.若僅使發(fā)電機(jī)線圈的轉(zhuǎn)速增大一倍，則變壓器副線圈輸出電壓的頻率和最大值都增大一倍 解析　在t＝0.01 s時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，穿過(guò)線圈的磁通量變化率為零，磁通量最大，故A正確；由題圖乙可知T＝0.02 s，ω＝＝100π rad/s，副線圈輸出的電動(dòng)勢(shì)最大值是

16、6 V，原、副線圈匝數(shù)之比為22∶1，所以原線圈輸入的電動(dòng)勢(shì)最大值是132 V，所以發(fā)電機(jī)線圈中瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e′＝132·sin 100πt(V)，故B錯(cuò)誤；發(fā)電機(jī)線圈轉(zhuǎn)速增大一倍，即ω增大一倍，則變壓器副線圈輸出電壓的頻率增大一倍，根據(jù)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值Em＝NBSω可知，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值增大一倍，故C錯(cuò)誤，D正確。 答案　AD 　理想變壓器和遠(yuǎn)距離輸電 【真題示例】 (2017·北京理綜，16)如圖10所示，理想變壓器的原線圈接在u＝220sin 100πt(V)的交流電源上，副線圈接有R＝55 Ω 的負(fù)載電阻，原、副線圈匝數(shù)之比為2∶1，電流表、電壓表均為

17、理想電表。下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖10 A.原線圈的輸入功率為220 W B.電流表的讀數(shù)為1 A C.電壓表的讀數(shù)為110 V D.副線圈輸出交流電的周期為50 s 解析　由u＝220sin 100πt(V)可知，原線圈電壓最大值為220 V，故原線圈電壓的有效值為U1＝220 V ，根據(jù)＝可知，U2＝U1＝110 V，故電壓表的讀數(shù)為110 V，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；副線圈電流有效值為I2＝＝2 A，根據(jù)P＝UI可知，輸出功率為220 W，則原線圈的輸入功率為220 W，故A錯(cuò)誤；原線圈中的電流I1＝＝1 A，故B正確；因?yàn)棣兀剑?00π，所以T＝0.02 s，故D錯(cuò)誤。 答案

18、　B 真題感悟 1.高考考查特點(diǎn) (1)該考點(diǎn)是本專題的命題熱點(diǎn)(2017年全國(guó)卷都沒(méi)考題，2016年全國(guó)卷Ⅰ、Ⅲ都有考題)，理想變壓器的原理、基本規(guī)律的應(yīng)用、電路結(jié)構(gòu)的變化及分析與計(jì)算是主要命題角度。 (2)熟練掌握理想變壓器的“三種關(guān)系”，能用直流電路動(dòng)態(tài)分析方法結(jié)合變壓器制約關(guān)系分析動(dòng)態(tài)問(wèn)題是突破該考點(diǎn)的關(guān)鍵。 2.常見誤區(qū)及臨考提醒 (1)變壓器“電壓比”中電壓是指變壓器原副線圈兩端的電壓。 (2)公式＝僅適用于“一原一副”的情況?！耙辉喔薄币Y(jié)合功率關(guān)系求解。 (3)變壓器動(dòng)態(tài)變化類要看清電路結(jié)構(gòu)，找到變化原因，分清變量、不變量。 預(yù)測(cè)1 變壓器原理及動(dòng)態(tài)分

19、析 預(yù)測(cè)2 變壓器原線圈接負(fù)載問(wèn)題 預(yù)測(cè)3 遠(yuǎn)距離輸電 1.(多選)(2017·湖北省襄陽(yáng)市高三第一次調(diào)研測(cè)試)如圖11甲所示，理想變壓器原線圈輸入圖乙所示的正弦交變電流，副線圈中的R0、R1為定值電阻，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為R，且R1

20、從最下端向上滑動(dòng)，不變 D.滑動(dòng)變阻器滑片從最下端向上滑動(dòng)，I2U2減小 解析　電壓表示數(shù)為有效值，而不是瞬時(shí)值，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)＝可知副線圈兩端電壓U20不變，滑片上滑，副線圈電路電阻減小，副線圈中電流I2增大，由變壓器原理可知I1增大，原線圈兩端電壓U1不變，則副線圈兩端電壓U20不變，由U2＝U20－I2R0知U2減小，則I2U2乘積不能確定，選項(xiàng)B正確，D錯(cuò)誤；U20＝U2＋I(xiàn)2R0，U20不變，則U2變化的絕對(duì)值和定值電阻R0兩端電壓變化的絕對(duì)值相等，則＝R0不變，選項(xiàng)C正確。 答案　BC 2.(2017·山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)一診)在如圖12所示的電路中，理想變壓器的匝數(shù)比為2∶1

21、，四個(gè)標(biāo)有“6 V，6 W”的完全相同的燈泡L1、L2、L3、L4，按如圖的方式接入電路，其中L1恰能正常發(fā)光。忽略燈泡電阻隨電壓的變化。電路中的電表均為理想交流電表，則下列選項(xiàng)中正確的是(　　) 圖12 A.L2、L3、L4均正常發(fā)光 B.電流表示數(shù)為0.5 A C.m、n兩點(diǎn)間所加的電壓為14 V D.整個(gè)電路消耗的總功率為18 W 解析　理想變壓器的匝數(shù)比為2∶1，則原、副線圈中的電流比為1∶2，四個(gè)燈泡的額定電流都為I0＝1 A，L1恰能正常發(fā)光，則原線圈中電流為I1＝1 A，根據(jù)＝，可知副線圈中電流為I2＝2 A，流過(guò)L2、L3、L4的電流均為 A，不能正常發(fā)光，選項(xiàng)

22、A、B錯(cuò)誤；L2、L3、L4的電阻值為R＝6 Ω，則副線圈兩端電壓為U2＝×6 V＝4 V，根據(jù)＝，可知原線圈兩端電壓為U1＝8 V，由于L1正常發(fā)光，其兩端電壓UL1＝6 V，故m、n兩端所加電壓為Umn＝U1＋UL1＝14 V，選項(xiàng)C正確；整個(gè)電路消耗的總功率P＝UmnI1＝14 W，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　C 3.(2017·福建廈門三模)圖13甲為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶100，降壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為100∶1，遠(yuǎn)距離輸電線的總電阻為100 Ω。若升壓變壓器的輸入電壓如圖乙所示，輸入功率為750 kW。下列說(shuō)法中正確的有(　　) 圖13 A.用戶

23、端交流電的頻率為100 Hz B.用戶端電壓為250 V C.輸電線中的電流為30 A D.輸電線路損耗功率為180 kW 解析　由題圖乙知交流電的周期為0.02 s，所以頻率為50 Hz，A錯(cuò)誤；升壓變壓器輸入端電壓有效值為250 V，根據(jù)電壓與匝數(shù)成正比知副線圈電壓為25 000 V，所以輸電線中的電流為I＝＝ A＝30 A，輸電線路損失的電壓為ΔU＝IR＝30×100 V＝3 000 V，降壓變壓器輸入端電壓為22 000 V，所以用戶端電壓為220 V，B錯(cuò)誤，C正確；輸電線路損耗功率為ΔP＝I2R＝90 kW，D錯(cuò)誤。 答案　C 歸納總結(jié) 1.分析變壓器動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題的關(guān)鍵 (1)弄清變量和不變量，確定是負(fù)載電阻不變還是匝數(shù)比不變； (2)弄清變壓器動(dòng)態(tài)變化中的決定關(guān)系，即P2決定P1，I2決定I1，U1決定U2。 2.處理理想變壓器原線圈串聯(lián)或并聯(lián)負(fù)載時(shí)應(yīng)注意 (1)變壓器原、副線圈間的電壓關(guān)系、電流關(guān)系與匝數(shù)關(guān)系仍然滿足變壓器原理，原線圈的輸入功率仍然等于副線圈的輸出功率。 (2)首先需要確定原線圈所連接負(fù)載與原線圈的連接關(guān)系，若串聯(lián)，則應(yīng)以電流關(guān)系作為突破口確定匝數(shù)比和電壓關(guān)系；若并聯(lián)，則應(yīng)從電壓關(guān)系作為突破口確定匝數(shù)比和電流關(guān)系。 - 12 -