2023版高考物理步步高大二轮复习讲义第一篇 专题四 第10讲　直流电路与交变电流【学生版】

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第10讲 直流电路与交变电流
命题规律 1.命题角度：(1)直流电路的分析与计算；(2)交变电流的产生与描述；(3)变压器与远距离输电.2.常用方法：直流电路和变压器的动态分析法，计算有效值的等效法.3.常考题型：选择题．
考点一 直流电路的分析与计算
1．闭合电路欧姆定律的三个公式
(1)E＝U外＋U内；(任意电路)
(2)E＝U外＋Ir；(任意电路)
(3)E＝I(R＋r)．(纯电阻电路)
2．动态电路分析的三种方法
(1)程序法：部分电路阻值变化→电路总电阻R总变化→干路电流I变化→路端电压U变化→各支路电流、电压变化，即R局eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(增大,减小))→R总eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(增大,减小))→I总eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(减小,增大))→U端eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(增大,减小))→eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(I分,U分)).
(2)串反并同法：所谓“串反”，即某一电阻阻值增大(减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都减小(增大)．所谓“并同”，即某一电阻阻值增大(减小)时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都增大(减小)．
(3)极限法：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，使滑动变阻器接入电路的电阻最大或电阻为零去讨论．
3．电容器的特点
(1)只有当电容器充、放电时，电容器所在支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器所在的支路相当于断路．
(2)电路稳定时，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压．
例1 (2022·上海市松江区一模)如图电路中，电阻R随温度升高均匀增大，用这个电阻做探头测温，把电流表的刻度改为相应的温度刻度．下列说法正确的是( )
A．低温对应电流较大的刻度上，且温度刻度均匀
B．低温对应电流较大的刻度上，且温度刻度不均匀
C．高温对应电流较大的刻度上，且温度刻度均匀
D．高温对应电流较大的刻度上，且温度刻度不均匀
学习笔记：__________________________________________________________________
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例2 (2022·山东济宁市高三期末)如图所示，电源的电动势和内阻分别为E和r，在滑动变阻器的滑片P由a向b缓慢移动的过程中，下列说法正确的是( )
A．电路的总电阻先减小后增大
B．电源的总功率先增大后减小
C．电容器所带电荷量先减少后增多
D．电源的效率先减小后增大
学习笔记：__________________________________________________________________
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例3 (2021·湖南省1月适应性考试·4)有四个电源甲、乙、丙、丁，其路端电压U与电流I的关系图像分别如图(a)、(b)、(c)、(d)所示．将一个6 Ω的定值电阻分别与每个电源的两极相接，使定值电阻消耗功率最大的电源是( )
A．甲电源 B．乙电源
C．丙电源 D．丁电源
学习笔记：__________________________________________________________________
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1.当R一定、r变化(针对不同电源)时，由P出＝eq \f(E2,R＋r)知，r越大，P出越小．
2．当r一定、R变化时，P出随R的变化情况可通过下面两个图像进行分析．
考点二 交变电流的产生
1．线圈通过中性面时的特点
(1)穿过线圈的磁通量最大．
(2)线圈中的感应电动势为零．
(3)线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次．
2．有效值的计算
(1)正弦式交变电流：E＝eq \f(Em,\r(2))，I＝eq \f(Im,\r(2))，U＝eq \f(Um,\r(2)).
(2)非正弦式交变电流：计算有效值时，要根据电流的热效应，即“一个周期”内“相同电阻”上产生“相同热量”，然后分段求和列式，求得有效值．
3．正弦式交流电“四值”的应用
例4 图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，A为理想交流电流表．线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，已知发电机线圈电阻为5 Ω，外接一只阻值为5 Ω的电阻R，不计电路的其他电阻，已知电阻R两端的电压随时间变化的图像如图乙所示．则( )
A．线圈的转速为100 r/s
B．交流电流表的示数为2eq \r(2) A
C．0.01 s时线圈平面与磁场方向平行
D．电阻R在1分钟内产生的热量为4 800 J
学习笔记：__________________________________________________________________
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例5 (2022·河北省模拟)某周期性变化电流随时间变化的规律如图所示，已知该电流的有效值为2eq \r(2) A，则该交流电的周期为( )
A．37.5 s B．40 s
C．42.5 s D．45 s
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考点三 变压器与远距离输电
1．三个关系搞清变压器问题
(1)变与不变的关系：不变的是功率关系、磁通量的变化率和周期频率．理想变压器工作不损失能量，即输入功率等于输出功率；原、副线圈交变电流频率相同；在没有漏磁时，原、副线圈磁通量的变化率相同．
(2)高与低，大与小，多与少，粗与细的关系：电压高的线圈电流小，匝数多，导线细；电压低的线圈电流大，匝数少，导线粗．
(3)正比与反比的关系：原、副线圈的电压与匝数成正比，单一副线圈的变压器电流与匝数成反比．
2．远距离输电问题
(1)理清三个回路
(2)抓住两个联系
①理想的升压变压器中线圈1(匝数为n1)和线圈2(匝数为n2)中各个量间的关系是eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)，eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，P1＝P2.
②理想的降压变压器中线圈3(匝数为n3)和线圈4(匝数为n4)中各个量间的关系是eq \f(U3,U4)＝eq \f(n3,n4)，eq \f(I3,I4)＝eq \f(n4,n3)，P3＝P4.
(3)掌握一个守恒：能量守恒关系式P1＝P损＋P3.
3．输电线路功率损失的计算
(1)输送功率P、用户得到的功率P′与线路损失功率P损的关系：P损＝P－P′.
(2)P损＝I线2R线＝eq \f(ΔU2,R线)＝ΔU·I线，I线为输电线路上的电流，ΔU为输电线路上损失的电压，
R线为输电线路的电阻．
例6 (2022·山东卷·4)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匝，Um为220 V
B．BC间线圈匝数为120匝，流过R的电流为1.4 A
C．若将R接在AB两端，R两端的电压为18 V，频率为100 Hz
D．若将R接在AC两端，流过R的电流为2.5 A，周期为0.02 s
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例7 (多选)(2021·山东卷·9)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，输入电压为7.5 V的正弦交流电．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 Ω B．r＝5 Ω
C．P＝45 W D．P＝22.5 W
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1．(多选)(2022·山东省模拟)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大小为车总重力大小的eq \f(1,50)，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 W
B．电动车的机械功率为2 500 W
C．驱动电机的内阻为3 Ω
D．驱动电机的机械效率为85%
2.(2022·湖北省九师联盟高三联考)如图所示的电路中，变压器为可调理想自耦式变压器，R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，在M、N两端输入恒定的正弦交流电，则下列判断正确的是( )
A．仅将滑片P1向上移，电压表示数变大
B．仅将滑片P1向上移，电流表示数变大
C．仅将滑片P2向上移，电压表示数变大
D．仅将滑片P2向上移，电流表示数变大P出－R图像
P出＝eq \f(E2,r＋R2)R
短路I＝eq \f(E,r)，P出＝0
断路I＝0，P出＝0
当R＝r时，P出最大，P出＝eq \f(E2,4r)
P出－I图像
P出＝EI－I2r
短路I＝eq \f(E,r)，P出＝0
断路I＝0，P出＝0
当I＝eq \f(E,2r)时，P出最大，P出＝eq \f(E2,4r)
表达式
应用
最大值
Em＝nBSω
计算电容器的耐压值
瞬时值
e＝Emsin ωt
计算某时刻所受安培力
有效值
E＝eq \f(Em,\r(2))
电表的读数及计算电热、电功及保险丝的熔断电流
平均值
eq \x\t(E)＝eq \f(nΔΦ,Δt)
计算通过导体的电荷量