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2023届高考物理二轮复习专题4第1讲恒定电流和交变电流课件
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这是一份2023届高考物理二轮复习专题4第1讲恒定电流和交变电流课件，共55页。PPT课件主要包含了内容索引，核心考点聚焦，微专题•热考命题突破，知识网络建构等内容，欢迎下载使用。
核心归纳命题角度1 闭合电路的动态分析方法1:程序法 最常规的方法
最直接的方法方法2: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)。方法3:极限法 适用于变阻器限流接法因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动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。
命题角度2 直流电路的分析与计算
温馨提示电动机卡住时所在电路为纯电阻电路,此时电动机内阻即为一个普通的发热电阻,欧姆定律仍适用,电能全部转化为内能。
命题角度3 闭合电路的图像问题
典例剖析例1(命题角度1)(2022湖南湘潭模拟)如图所示,电源的电动势为E、内阻为r,定值电阻为R0,将滑动变阻器的滑片从a端向b端移动,在a端时电流表示数为I1,在b端时电流表的示数为I2,电压表示数均为U。两电表均为理想电表,在滑片移动的过程中,下列判断正确的是( )A.电流表的示数先增大后减小B.定值电阻R0消耗的功率先增大后减小C.电压表示数为U时,通过电源的电流等于I1+I2D.电源的效率先减小后增大
对点训练1.(命题角度2)(多选)某电动车总质量为6.75×103 kg,若它匀速前进500 m用时250 s,该过程中驱动电机的输入电流I=10 A,电压为300 V,电动车行驶时所受阻力为车总重力的 ,重力加速度g取10 m/s2,机械效率是输出功率占输入功率的百分比。不考虑其他损耗,下列说法正确的是( )A.驱动电机的输入功率为3 000 WB.电动车的机械功率为2 500 WC.驱动电机的内阻为3 ΩD.驱动电机的机械效率为85%
2.(命题角度3)如图甲所示的电路,其中电源电动势E=6 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R=4 Ω,已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值RP的关系如图乙所示。则下列说法正确的是( )A.图乙中滑动变阻器的最大功率P2=2 WB.图乙中R1=6 Ω,R2=12 ΩC.滑动变阻器消耗的功率P最大时,定值电阻R消耗的功率也最大D.调整滑动变阻器RP的阻值,可以使电源的输出电流达到2 A
核心归纳命题角度1 交变电流的产生及“四值”(1)理解两个特殊位置的磁通量、磁通量的变化率、感应电动势及感应电
(2)区分交变电流的“四值”,即峰值、瞬时值、有效值和平均值。 变交流为直流(3)确定交变电流中电动势、电压、电流的有效值后就可以运用直流电路的规律处理交流电路中的有关问题。
温馨提示原线圈串联或并联负载时的解题策略:原线圈串联分压电阻时,输入端前端电压等于分压电阻电压和变压器输入电压之和;原线圈并联电阻时,输入端总电流等于分流电阻电流与原线圈电流之和。
命题角度3 远距离输电
温馨提示 理想变压器能变电压、电流,但不能变功率、频率;对远距离输电问题要区别输电电压和输电线上损失的电压。
深化拓展 理想变压器动态分析的两种情况
典例剖析例2(命题角度2)(2022湖南卷)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
解析 保持P1位置不变,由题意可知,变压器接入电路中原、副线圈的匝数比为2,若原线圈的电流为I,则副线圈的电流为2I,根据欧姆定律可得副线圈两端的电压有效值为U2=2IR1,则变压器原线圈两端的电压有效值为U1=2U2=4IR1,设输入电压有效值为U0,则U0=4IR1+IR2,可得I= 。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。
对点训练3.(命题角度1)(2022湖北八市二模)如图甲所示,100匝圆形线圈接入理想变压器的原线圈,变压器的副线圈接入阻值为R的电阻,电表都是理想电表。已知每匝线圈的电阻均为R,若在线圈位置加上垂直于线圈平面的磁场,磁感应强度B随时间t按正弦规律变化的图像如图乙所示,得到圆形线圈的电热功率与电阻R的功率相等。下列说法正确的是( )
C.原、副线圈匝数比n1∶n2=10∶1D.对某一段线圈来说,当磁感应强度最大时,受到的安培力最大
4.(命题角度2)(2022山东卷)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
5.(命题角度1、3)(多选)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,输入电压有效值为7.5 V的正弦式交变电流。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
情境解读直流电路与交流电路知识和生产、生活实践联系非常密切,比如电动牙刷、电吹风电路、无线充电、燃气灶点火装置等,此类问题一般涉及直流、交流电路的基本知识,以闭合电路欧姆定律、变压器规律为主要考查点。
考向分析高考单独考查直流电路的题目不多,考查点一般有闭合电路欧姆定律、电阻定律、电阻的串并联及电容器等知识;高考对交流电路的考查频率相对较高,主要考查理想变压器的工作原理及电压、电流、功率之间的关系,有时也综合考查远距离输电、交变电流的产生与变化规律,以及电路与电磁感应等知识点。这部分题目经常以生产、生活中的实际问题情境为背景,考查考生的理解能力和推理论证能力,试题通常以选择题形式出现,难度中等。
案例探究例1(2022河北承德一中模拟)哈密50 MW熔盐塔式光热发电项目共安装了14 500面五边形定日镜,定日镜在伺服系统的控制下能自动地把接收到的太阳光反射到集热塔的热靶上,建成后预计每年可提供1.98亿千瓦时的清洁电力。伺服系统是两套结构相同的装置,一套控制水平轴负责俯仰(点头)、一套控制竖直轴负责方位(摇头),伺服系统主要耗电设备是电动机,虽然驱动的角速度很小,但是要对抗风吹,所以要带阻尼运行。设每个电动机功率为30 W,内阻为3 Ω,工作电压为15 V,伺服系统每天工作10 h。
根据以上数据判断下列选项最接近真实状况的是( )A.单个伺服电动机的工作电流是5 AB.单个伺服电动机克服阻尼的功率是18 WC.伺服系统每日耗电约5 000 kW·hD.单个定日镜日均发电31 kW·h
角度拓展1 (2022四川成都二模)风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变化的图像,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,则下列图像可能正确的是( )
解析 线圈在磁场中转动会产生交变电流,根据相对运动可知,磁场相对线圈转动也会产生交变电流,转动的周期即为交变电流的周期,转动的转速与交变电流的最大值有关。由于永磁铁的转动,线圈垂直于磁场方向切割磁感线,线圈中将产生正弦式交变电流,故电流i随时间t变化的图像可能正确的是D。
角度拓展2 (多选)(2022广东江门一模)如图甲所示为家用燃气灶点火装置的电路原理图,转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦式交变电压,并加在理想变压器的原线圈上,电压表为理想交流电表,设变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。当变压器副线圈输出电压的瞬时值大于5 000 V时,就会在点火针两端间引发电火花进而点燃燃气。下列说法正确的是( )A.闭合开关S,加在变压器原线圈上的正弦式交变电压的有效值为50 VB.某交流发电机要产生与图乙相同频率的交变电流,其线圈在磁场中的转速为100 r/sC.闭合开关S,电压表的示数为25 VD.变压器原、副线圈的匝数n1、n2满足n2>100n1时,才能实现点火
主题概述一、等效电源法电源的输出功率与负载的关系如图所示,P出随R的增大先增大后减小,当R=r时达到最大,Pm= 。P出
考向分析等效思维法在分析物理问题时经常用到,等效法是在保证某一方面效果相同的前提下,用理想的、熟悉的、简单的、形象的物理对象、物理过程或物理现象替代实际的、陌生的、复杂的、抽象的物理对象、物理过程或物理现象的一种处理方法,解决问题时可达到事半功倍的效果。
案例探究例2(多选)(2022河北石家庄一模)如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2,且n1>n2,定值电阻r的阻值与滑动变阻器R的最大阻值相等,电流表、电压表均为理想电表。在a、b端接入交变电源,当滑动变阻器R的滑片由Q端向P端滑动时,下列说法正确的是( )A.电流表示数变大B.电压表示数不变C.定值电阻r消耗的电功率逐渐变大D.变压器副线圈的输出功率逐渐变小
角度拓展3 (多选)如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶n,a、b两端接恒定交流电压U,原线圈接一电阻为R0(恒定不变)的灯泡L,副线圈接入可变电阻R、理想电压表V。下列说法正确的是( )A.ab的输出功率等于可变电阻R的功率B.若可变电阻接入电路的阻值变大,电压表示数变大C.可变电阻消耗功率最大时,通过灯泡L的电流为D.当可变电阻接入电路的电阻为n2R0时,可变电阻消耗的功率最大
角度拓展4 (2021湖南卷)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2,输入端C、D接入电压有效值恒定的交流电源,灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中,两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是( )A.L1先变暗后变亮,L2一直变亮B.L1先变亮后变暗,L2一直变亮C.L1先变暗后变亮,L2先变亮后变暗D.L1先变亮后变暗,L2先变亮后变暗
核心归纳命题角度1 闭合电路的动态分析方法1:程序法 最常规的方法
最直接的方法方法2: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)。方法3:极限法 适用于变阻器限流接法因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动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。
命题角度2 直流电路的分析与计算
温馨提示电动机卡住时所在电路为纯电阻电路,此时电动机内阻即为一个普通的发热电阻,欧姆定律仍适用,电能全部转化为内能。
命题角度3 闭合电路的图像问题
典例剖析例1(命题角度1)(2022湖南湘潭模拟)如图所示,电源的电动势为E、内阻为r,定值电阻为R0,将滑动变阻器的滑片从a端向b端移动,在a端时电流表示数为I1,在b端时电流表的示数为I2,电压表示数均为U。两电表均为理想电表,在滑片移动的过程中,下列判断正确的是( )A.电流表的示数先增大后减小B.定值电阻R0消耗的功率先增大后减小C.电压表示数为U时,通过电源的电流等于I1+I2D.电源的效率先减小后增大
对点训练1.(命题角度2)(多选)某电动车总质量为6.75×103 kg,若它匀速前进500 m用时250 s,该过程中驱动电机的输入电流I=10 A,电压为300 V,电动车行驶时所受阻力为车总重力的 ,重力加速度g取10 m/s2,机械效率是输出功率占输入功率的百分比。不考虑其他损耗,下列说法正确的是( )A.驱动电机的输入功率为3 000 WB.电动车的机械功率为2 500 WC.驱动电机的内阻为3 ΩD.驱动电机的机械效率为85%
2.(命题角度3)如图甲所示的电路,其中电源电动势E=6 V,内阻r=2 Ω,定值电阻R=4 Ω,已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效阻值RP的关系如图乙所示。则下列说法正确的是( )A.图乙中滑动变阻器的最大功率P2=2 WB.图乙中R1=6 Ω,R2=12 ΩC.滑动变阻器消耗的功率P最大时,定值电阻R消耗的功率也最大D.调整滑动变阻器RP的阻值,可以使电源的输出电流达到2 A
核心归纳命题角度1 交变电流的产生及“四值”(1)理解两个特殊位置的磁通量、磁通量的变化率、感应电动势及感应电
(2)区分交变电流的“四值”,即峰值、瞬时值、有效值和平均值。 变交流为直流(3)确定交变电流中电动势、电压、电流的有效值后就可以运用直流电路的规律处理交流电路中的有关问题。
温馨提示原线圈串联或并联负载时的解题策略:原线圈串联分压电阻时,输入端前端电压等于分压电阻电压和变压器输入电压之和;原线圈并联电阻时,输入端总电流等于分流电阻电流与原线圈电流之和。
命题角度3 远距离输电
温馨提示 理想变压器能变电压、电流,但不能变功率、频率;对远距离输电问题要区别输电电压和输电线上损失的电压。
深化拓展 理想变压器动态分析的两种情况
典例剖析例2(命题角度2)(2022湖南卷)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
解析 保持P1位置不变,由题意可知,变压器接入电路中原、副线圈的匝数比为2,若原线圈的电流为I,则副线圈的电流为2I,根据欧姆定律可得副线圈两端的电压有效值为U2=2IR1,则变压器原线圈两端的电压有效值为U1=2U2=4IR1,设输入电压有效值为U0,则U0=4IR1+IR2,可得I= 。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。
对点训练3.(命题角度1)(2022湖北八市二模)如图甲所示,100匝圆形线圈接入理想变压器的原线圈,变压器的副线圈接入阻值为R的电阻,电表都是理想电表。已知每匝线圈的电阻均为R,若在线圈位置加上垂直于线圈平面的磁场,磁感应强度B随时间t按正弦规律变化的图像如图乙所示,得到圆形线圈的电热功率与电阻R的功率相等。下列说法正确的是( )
C.原、副线圈匝数比n1∶n2=10∶1D.对某一段线圈来说,当磁感应强度最大时,受到的安培力最大
4.(命题角度2)(2022山东卷)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
5.(命题角度1、3)(多选)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,输入电压有效值为7.5 V的正弦式交变电流。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
情境解读直流电路与交流电路知识和生产、生活实践联系非常密切,比如电动牙刷、电吹风电路、无线充电、燃气灶点火装置等,此类问题一般涉及直流、交流电路的基本知识,以闭合电路欧姆定律、变压器规律为主要考查点。
考向分析高考单独考查直流电路的题目不多,考查点一般有闭合电路欧姆定律、电阻定律、电阻的串并联及电容器等知识;高考对交流电路的考查频率相对较高,主要考查理想变压器的工作原理及电压、电流、功率之间的关系,有时也综合考查远距离输电、交变电流的产生与变化规律,以及电路与电磁感应等知识点。这部分题目经常以生产、生活中的实际问题情境为背景,考查考生的理解能力和推理论证能力,试题通常以选择题形式出现,难度中等。
案例探究例1(2022河北承德一中模拟)哈密50 MW熔盐塔式光热发电项目共安装了14 500面五边形定日镜,定日镜在伺服系统的控制下能自动地把接收到的太阳光反射到集热塔的热靶上,建成后预计每年可提供1.98亿千瓦时的清洁电力。伺服系统是两套结构相同的装置,一套控制水平轴负责俯仰(点头)、一套控制竖直轴负责方位(摇头),伺服系统主要耗电设备是电动机,虽然驱动的角速度很小,但是要对抗风吹,所以要带阻尼运行。设每个电动机功率为30 W,内阻为3 Ω,工作电压为15 V,伺服系统每天工作10 h。
根据以上数据判断下列选项最接近真实状况的是( )A.单个伺服电动机的工作电流是5 AB.单个伺服电动机克服阻尼的功率是18 WC.伺服系统每日耗电约5 000 kW·hD.单个定日镜日均发电31 kW·h
角度拓展1 (2022四川成都二模)风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变化的图像,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,则下列图像可能正确的是( )
解析 线圈在磁场中转动会产生交变电流,根据相对运动可知,磁场相对线圈转动也会产生交变电流,转动的周期即为交变电流的周期,转动的转速与交变电流的最大值有关。由于永磁铁的转动,线圈垂直于磁场方向切割磁感线,线圈中将产生正弦式交变电流,故电流i随时间t变化的图像可能正确的是D。
角度拓展2 (多选)(2022广东江门一模)如图甲所示为家用燃气灶点火装置的电路原理图,转换器将直流电压转换为图乙所示的正弦式交变电压,并加在理想变压器的原线圈上,电压表为理想交流电表,设变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2。当变压器副线圈输出电压的瞬时值大于5 000 V时,就会在点火针两端间引发电火花进而点燃燃气。下列说法正确的是( )A.闭合开关S,加在变压器原线圈上的正弦式交变电压的有效值为50 VB.某交流发电机要产生与图乙相同频率的交变电流,其线圈在磁场中的转速为100 r/sC.闭合开关S,电压表的示数为25 VD.变压器原、副线圈的匝数n1、n2满足n2>100n1时,才能实现点火
主题概述一、等效电源法电源的输出功率与负载的关系如图所示,P出随R的增大先增大后减小,当R=r时达到最大,Pm= 。P出
考向分析等效思维法在分析物理问题时经常用到,等效法是在保证某一方面效果相同的前提下,用理想的、熟悉的、简单的、形象的物理对象、物理过程或物理现象替代实际的、陌生的、复杂的、抽象的物理对象、物理过程或物理现象的一种处理方法,解决问题时可达到事半功倍的效果。
案例探究例2(多选)(2022河北石家庄一模)如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2,且n1>n2,定值电阻r的阻值与滑动变阻器R的最大阻值相等,电流表、电压表均为理想电表。在a、b端接入交变电源,当滑动变阻器R的滑片由Q端向P端滑动时,下列说法正确的是( )A.电流表示数变大B.电压表示数不变C.定值电阻r消耗的电功率逐渐变大D.变压器副线圈的输出功率逐渐变小
角度拓展3 (多选)如图所示,理想变压器的原、副线圈匝数比为1∶n,a、b两端接恒定交流电压U,原线圈接一电阻为R0(恒定不变)的灯泡L,副线圈接入可变电阻R、理想电压表V。下列说法正确的是( )A.ab的输出功率等于可变电阻R的功率B.若可变电阻接入电路的阻值变大,电压表示数变大C.可变电阻消耗功率最大时,通过灯泡L的电流为D.当可变电阻接入电路的电阻为n2R0时,可变电阻消耗的功率最大
角度拓展4 (2021湖南卷)如图所示,理想变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2,输入端C、D接入电压有效值恒定的交流电源,灯泡L1、L2的阻值始终与定值电阻R0的阻值相同。在滑动变阻器R的滑片从a端滑动到b端的过程中,两个灯泡始终发光且工作在额定电压以内,下列说法正确的是( )A.L1先变暗后变亮,L2一直变亮B.L1先变亮后变暗,L2一直变亮C.L1先变暗后变亮,L2先变亮后变暗D.L1先变亮后变暗,L2先变亮后变暗
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