专题1.6 直流与交流电路问题-2023届高考物理二、三轮复习总攻略

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目录
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc12831" 【专题知识网络构建】 PAGEREF _Tc12831 \h 1
\l "_Tc22113" 【专题高考定位】 PAGEREF _Tc22113 \h 1
\l "_Tc9742" 【突破高考题型】 PAGEREF _Tc9742 \h 2
\l "_Tc10847" 题型一 直流电路的分析与计算 PAGEREF _Tc10847 \h 2
\l "_Tc2385" 题型二 交变电流的产生及描述 PAGEREF _Tc2385 \h 4
\l "_Tc5882" 题型三 变压器与远距离输电 PAGEREF _Tc5882 \h 6
\l "_Tc25588" 【专题突破练】 PAGEREF _Tc25588 \h 10
【专题知识网络构建】
【专题高考定位】
1．考查重点：电路中的能量问题、交流电的产生和描述、变压器和远距离输电问题。
2．考题形式：选择题。
【突破高考题型】
题型一 直流电路的分析与计算
1．电阻定律：R＝ρeq \f(l,S)，此式为电阻的决定式，其中ρ决定于导体的材料，且与温度有关。
2．欧姆定律
(1)部分电路欧姆定律：I＝eq \f(U,R)，此式只适用于纯电阻电路。
(2)闭合电路欧姆定律：I＝eq \f(E,R＋r)，适用于含电源纯电阻电路；U＝E－Ir，适用于任意电路。
(3)路端电压与负载的关系
U＝IR＝eq \f(R,R＋r)E＝eq \f(1,1＋\f(r,R))E，路端电压随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小。
3．焦耳定律：Q＝I2Rt，适用于任意电路求电热。
4．电源的功率和效率
(1)电源的几个功率
①电源的总功率：P总＝EI。
②电源内部消耗的功率：P内＝I2r。
③电源的输出功率：P出＝UI＝P总－P内。
(2)电源的效率η＝eq \f(P出,P总)×100%＝eq \f(U,E)×100%。
【例1】 (2022·浙江名校联盟联考)新冠肺炎患者中有13%的重症患者和6%的危重患者需要给予及时的呼吸机治疗，呼吸机成为生死攸关的战略资源。呼吸机的核心部件之一是呼吸机马达。下表是国内某制造商生产的呼吸机马达的主要参数。下列说明正确的是( )
A.额定电流状态下，马达内阻等消耗功率为13.6 W
B.利用空载状态的参数，计算出马达的内阻是120 Ω
C.利用额定状态的参数，计算出马达的内阻约为9 Ω
D.空载状态下，马达的输出功率为4.8 W
【例3】(2022·浙大附中12月首考)某款扫地机器人如图所示，额定功率24 W，额定电流3 A，正常工作时电机输出的功率为19.5 W，锂电池容量9 A·h，为延长锂电池寿命，当剩余电量为总容量的20%时就需要充电，则( )
A．电机的电阻为eq \f(8,3) Ω
B．额定电压为6.5 V
C．正常工作时，电机产生的热功率为19.5 W
D．充满电的电池可以正常工作时间为2.4 h
【总结提炼】纯电阻电路和非纯电阻电路
(1)纯电阻电路：电功W＝UIt，电功率P＝UI，且电功全部转化为电热，有W＝Q＝UIt＝eq \f(U2,R)t＝I2Rt，P＝UI＝eq \f(U2,R)＝I2R。
(2)非纯电阻电路：电功W＝UIt，电功率P＝UI，电热Q＝I2Rt，电热功率P热＝I2R，电功率大于电热功率，即P>P热，故求电功、电功率只能用W＝UIt、P＝UI，求电热、电热功率只能用Q＝I2Rt、P热＝I2R。
【例2】 (2022·浙江名校联盟联考)如图所示的电路图，电流表、电压表是理想电表，电阻R0是定值电阻，电源的电动势和内阻分别为E、r，电动机的内阻为r0；当合上开关，增大电阻箱R的阻值时，电流表和电压表的数值变化量分别为ΔI、ΔU，下列说法正确的是( )
A．电压表的示数减小
B．电流表的示数增大
C．电动机的电流变化量为eq \f(ΔU,r0)
D．r＋R0＝eq \b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\c1(\f(ΔU,ΔI)))
【提炼总结】直流电路动态分析的三种常用方法
题型二 交变电流的产生及描述
1．正弦交变电流的产生
匀强磁场中线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动。
2．两个特殊位置的特点
(1)线圈平面与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，eq \f(ΔΦ,Δt)＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次。
(2)线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，eq \f(ΔΦ,Δt)最大，e最大，i最大，感应电流方向不变。
3．交变电流的“四值”及应用
(1)最大值：Em＝nωBS，分析电容器的耐压值。
(2)瞬时值：e＝Emsin ωt(由中性面开始计时)，计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力情况。
(3)有效值：电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝的熔断电流。
(4)平均值：eq \(E,\s\up6(－))＝neq \f(ΔΦ,Δt)，计算通过电路横截面的电荷量。
4．有效值的计算
(1)正弦式交变电流：有效值是最大值的eq \f(1,\r(2))。
(2)非正弦式交变电流：必须根据电流的热效应来求解。
【例1】(2022·辽宁协作体期末)如图甲所示，矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴OO′匀速转动，从某时刻开始计时，产生的感应电动势e随时间t的变化曲线如图乙所示，若外接电阻R＝100 Ω，线圈电阻r＝10 Ω，电压表为理想交流电表，则下列说法正确的是( )
A.线圈的转速为50 r/s
s时线圈平面与磁场方向平行
C.通过电阻R的电流有效值为eq \r(2) A
D.电压表的示数为200 V
【例2】(2022·浙江十校联盟联考)如图甲是小型交流发电机，两磁极间的磁场可视为匀强磁场，一个100匝的矩形线圈(内阻不计)绕垂直于磁场方向的轴OO′匀速转动，某位置开始计时产生的交变电动势图像如图乙所示，已知磁感应强度B＝0.1 T，则( )
A.t＝0时刻，线圈平面与磁感线平行
B.线圈的面积S为eq \f(0.22\r(2),π) m2
C.它可使“220 V，60 W”的灯泡正常发光，也可使击穿电压为220 V的电容器正常工作
D.以此作为电源，每通过1 C的电荷量，消耗的电能为220eq \r(2) J
【提炼总结】正弦式交变电流“四值”的应用
题型三 变压器与远距离输电
1．变压器的基本关系
(1)电压关系：eq \f(U1,U2)＝eq \f(n1,n2)。当有n组线圈时，有eq \f(U1,n1)＝eq \f(U2,n2)＝eq \f(U3,n3)＝…。
(2)功率关系：对于理想变压器，不考虑能量损失，有P入＝P出。
(3)电流关系：由功率关系，当只有一个副线圈时，有I1U1＝I2U2，得eq \f(I1,I2)＝eq \f(U2,U1)＝eq \f(n2,n1)。当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，得I1n1＝I2n2＋I3n3＋…。
2．变压器的制约关系
(1)电压：原决定副
根据变压器的原理可知，输入电压U1决定输出电压U2，U2＝eq \f(n2,n1)U1。当U1不变时，不论负载电阻R的阻值变化与否，U2都不会改变。
(2)电流：副决定原
输出电流I2决定输入电流I1。当负载电阻R的阻值增大时，I2减小，则I1相应减小；当负载电阻R的阻值减小时，I2增大，则I1相应增大。因此，在使用变压器时不能使变压器副线圈短路。
(3)功率：副决定原
输出功率P2决定输入功率P1。理想变压器的输出功率与输入功率相等，即P2＝P1。在输入电压U1一定的情况下，当负载电阻R的阻值增大时，I2减小，则P2＝I2U2减小，P1也将相应减小；当负载电阻R的阻值减小时，I2增大，P2＝I2U2增大，则P1也将增大。
3．变压器的动态分析
(1)原、副线圈匝数比不变，分析各物理量随负载电阻变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是R→I2→P2→P1→I1。
(2)负载电阻不变，分析各物理量随匝数比的变化而变化的情况，进行动态分析的顺序是n1、n2→U2→I2→P2→P1→I1。
4．高压输电关系
【例1】(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
【提炼总结】理想变压器
【例2】(2022·浙江十校联盟联考)如图所示为模拟远距离输电的部分测试电路。a、b端接电压稳定的正弦交流电源，理想变压器的原、副线圈匝数比为k且k