2020高考物理押题系列Ⅰ专题8 直流电路和交流电路

2020高考物理押题系列Ⅰ专题8 直流电路和交流电路

‎2020高考物理押题系列Ⅰ专题8 直流电路和交流电路 一、2020大纲解读 二、重点剖析 本题专题的重点内容有：‎ ‎（1）动态直流电路的分析：电路中某些元件（如滑线变阻器的阻值）的变化，会引起电流、电压、电阻、电功率等相关物理量的变化，解决这类问题涉及到的知识点多，同时还要掌握一定的思维方法。‎ ‎（2）非纯电阻电路的分析与计算。非纯电阻电路是指电路含有电动机、电解槽等装置，这些装置的共同特点是可以将电能转化为机械能、化学能等其他形式的能量。‎ 三、考点透视 考点一：直流电路的分析和计算 例1。一个T型电路如图所示，电路中的电, 。另有一测试电源，电动势为100V，内阻忽略不计。则（ ）‎ A.当cd端短路时，ab之间的等效电阻是40‎ B. 当ab端短路时，cd之间的等效电阻是40‎ C. 当ab两端接通测试电源时， cd两端的电压为80 V[‎ D. 当cd两端接通测试电源时， ab两端的电压为80 V 例2．电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路。当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是( )‎ A.电压表和电流表读数都增大 B.电压表和电流表读数都减小 C.电压表读数增大，电流表读数减小 D.电压表读数减小，电流表读数增大 考点二：交流电路的分析与计算 例3．某理想变压器原、副线圈的匝数比如图8－2所示．负载中每个电阻均为110．若输入电压为220V，则输入电流和功率分别是（ ）‎ A．‎5A，1100W B．‎5A，880W C．‎4A，1100W D．‎4A，880W 属细圆柱与圆环之间连接如图电学元件，不计棒与轴及与细圆柱端面的摩擦，也不计细圆柱、圆环及感应电流产生的磁场，开始时S1断开，S2拔在1位置，R1=R3=4Ω，R2=R4=6Ω，C=30uF，求：‎ ‎（1）S1闭合，问沿垂直于棒的方向以多大的水平外力作用于棒的A端，才能使棒稳定后以角速度10rad/s匀速转动？‎ ‎（2）S1闭合稳定后，S2由1拔到2位置，作用在棒上的外力不变，则至棒又稳定匀速转动的过程中，流经R3的电量是多少？‎ 答案：（1） 0.41N （2） C 点拨：本题解答关键在于正确确定各电键在断开与闭合时对应的电路结构图．‎ 四、热点分析 解析：从图象上可得交流电的电压的最大值为100V，周期为，得频率为25 Hz，‎ 所以得电压瞬时值的表达式为u＝100sin(50t)V；交流电的电压的有效值为50；计算电阻消耗的功率用有效值，由。‎ 答案：BD 反思：正确理解交流电的瞬时值、有效值、最大值是解题的关键，在复习时，特别注意对交流电有效值的理解和计算。‎ 热点四：变压器的动态分析 答案：BC 反思：如果对变压器工作原理理解不透彻，对原副线圈中哪些是变量，哪些是不变量分不清楚，或不能清楚的知道各量间"谁决定谁"的关系，就不能正确解题。‎ 答案：A 反思：本题考查的是闭合电路欧姆定律、电功率，其误区在于B、C选项的判断，正正确电源电动势、闭合电路欧姆定律、电功率，是解决本题的关键。‎ 反思：本题考查了应用闭合电路欧姆定律求解路端电压及功率问题，要求学生处理问题时，能自主探究，排除次要因数影响(灯丝电阻不变)．为考查学生的审题能力，本题设置了“陷阱”选项D，题中求电功率“降低了”，而D项为“降低到”．《物理课程新标准》在课程性质中指出：“高中物理课程有助于学生继续学习基本的物理知识与技能，增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情”, 近年高考中出现了许多考查自主学习能力的探究性试题，这类习题的解题关键是准确地提取有效信息，多角度分析，全方位联想，注意物理知识的综合应用.‎ 所以选（C）正确。‎ 反思：（1）断路故障的判断：用电压表与电源并联，若有电压时，说明电源正常。再逐段与电路并联，若电压表指针偏转，则该段电路中有断点；（2）短路故障的判断：电流表有示数而用电器不工作则该支路短路，用电压表与该部分并联，若有电压时，未短路；若电压则该两点间可能短路，或被短路。‎ 解析 (1) 驱动电机的输入功率P电= U I =1.5×104 W．‎ ‎(2)在匀速行驶时 P机=0.9P电 , P机=F v =f v , 得 f =0.9P电 /v,‎ ‎∴汽车所受阻力与车重之比 f/mg = 0.9P电 /mgv =0.045．‎ ‎(3)当阳光垂直P电 入射时, 所需板面积最小, 设其为S , 距太阳中心为r的球面面积 ,‎ 若没有能量损耗, 太阳能电池板接收到的太阳能功率为P', 则,‎ 设太阳能电池板实际接收到的太阳能功率为为P, P =(1-30％)P, ,‎ 由于P电 =15％P，所以电池板的最小面积 =‎101m2‎.‎ 分析可行性并提出合理的改进建议如下：由于所需太阳能电池板面积过大，远超过一般汽车的面积，因此只有大幅度提高电池板的效率, 才可以投入实际应用．‎ 五、能力突破 ‎ 例1.如图8－6所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器，值班室的显示器为电路中的电流表，a、b之间接报警器.当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（ ）‎ A、I变大，U变大 B、I变大，U变小 C、I变小，U变小 D、I变小，U变大 例2.高温超导限流器被公认为目前最好的且唯一行之有效的短路故障电流限制装置。‎ 中国科学院电工研究所完成了一种具有自主知识产权的高温超导限流器样机的研制工作，超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成，如图8－7所示.超导部件有一个超导临界电流Ic，当通过限流器的电流I＞Ic时，将造成超导体失超，从超导态(本题认为电阻为零)转变为正常态(本题认为是一个纯电阻)，以此来限制电力系统的故障电流。已知超导部件的正常态电阻为R1=3Ω，超导临界电流Ic=‎1.2A，限流电阻R2=6Ω，小灯泡L上标有“6V6W”，电源电动势E=8V，内阻r=2Ω.原来电路正常工作，现L突然发生短路，则（ ）‎ 错误；当L突然短路后，则电路中总电阻为R′，R′=2Ω+2Ω=4Ω，总电流I′=E/R′=8V/4Ω=‎2A，则超导部件两端的电压为U′=E-I′r=4V，所以短路后通过R1的电流为I1′=4V/3Ω=4/3A，故C选项正确；‎ 由上述计算可知L突然短路后，超导部件的电流为4/‎3A，超过了临界电流‎1.2A，故短路后超导部件将由超导态转为正常态，B选项正确，D错。‎ C、＝ D、＝‎ 答案：B U/V I/A ‎0‎ ‎2‎ ‎4‎ ‎6‎ ‎8‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ 图8－9‎ 反思：本题的情况多，物理量也多，同学们要能分步进行分析，对于变压器的动态分析问题要注意谁决定谁的问题。‎ 例4.图1中所示为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线，可见两者不成线性关系，这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故.参考这根曲线，回答下列问题(不计电流表和电池的内阻).‎ ‎(1)若把三个这样的电灯串联后，接到电动势为12V的电源上，求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻.‎ ‎(2)如图8－10所示，将两个这样的电灯并联后再与10Ω的定值电阻串联，接在电动势为8V的电源上，求通过电流表的电流值及各灯泡的电阻值.‎ 反思：题中的电阻变化是非线性的，所以其电阻值不能直接求得，只能从图象上得出电流和电压再求之，另外要注意图象中交点的物理意义。‎ 例5.如图8－12所示电路中，电源电动势E=6V，内阻r=1Ω，电阻R1=3Ω，R2=6Ω，电容器的电容C=3.6µF，二极管D具有单向导电性，开始时开头S1闭合，S2断开.‎ ‎(1)合上S2，待电路稳定以后，求电容器C上电量变化了多少？‎ ‎(2)合上S2，待电路稳定以后再断开S1，求断开S1后，流过R2的电量是多少？‎ 断开s1后，R1，R2并联，电阻与电流成反比，又q=It，因此流过的电量与电阻成反比，‎ 流过R2的电量Q2=Q=4.8×10‎‎-6C U/V I/A ‎0‎ ‎2‎ ‎4‎ ‎6‎ ‎8‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ 解析：（1）因三个灯泡的电阻相同，故每个灯泡的电压也相同，都为4V．结合灯泡的伏安特性曲线可知，此时流过灯泡的电流为‎0.4A，每个灯泡的电阻为10Ω．‎ ‎（2）设每盏灯的电压为U，电流为I．则有： ，，作图线如图所示．解得 V，，故通过电流表的电流为‎0.6A，各灯泡的电阻值为6.7Ω．‎ 答案：（1）‎0.4A  10Ω   （2）‎0.6A    6.7Ω 反思：不能通过图象的转换，巧妙利用图象交点的物理含义求解．‎ 解析：（1）每半根导体棒产生的感应电动势为：E1=Bl=Bl2ω=×０.4×103×（0.5）2 V=50 V．‎ 六、规律整合：‎ ‎1．等效简化电路：电路等效简化的方法是：无电流的支路除去，电势相等的点合并，理想导线任意长度，可伸可缩；理想的电流表视为短路，理想的电压表和电压稳定时的电容器视为断路。‎ ‎2．电路故障问题的分析：一般若用电压表测量两点间有读数，表明从两测量点到电源部分的电路部分无断路，若读数等于电源的电动势，表明两测量点之间有断路。‎ 七、高考预测 本专题内容主要讨论了恒定电流的产生，电源的作用，电路的组成，电流、电压、功率以及能量转化关系，还有闭合电路欧姆定律、串并联电路等等内容，与实际联系紧密，象超导现象及其在生产、科技方面的应用，该知识点与高科技，日常生活的联系较大，贴近生活．‎ 符合现代高考的对知识应用和能力的考查，本专题的内容在2020年高考中大约占总分的百分之十五左右，以单独命题占多数，也可以与牛顿运动定律、动量和能量、电磁感应相结合，基本题型是以选择题、实验题或计算题出现。如以选择题出现难度一般不大，若以实验题和计算题出现，则属于较难的题。‎ 测试题 ‎2.在生产实际中，有些高压直流电路含有自感系数很大的线圈，当电路中的开关Ｓ由闭合到断开时，线圈会产生很高的自感电动势，使开关Ｓ处产生电弧，危及操作人员的人身安全，为了避免电弧的产生，可在线圈出并联一个元件，下列方案可行的是（　　　）‎ ‎3.设长度为l、横截面积为S，单位体积自由电子数为n的均匀导体中电流的流动，在导体两端加上电压U，于是导体中有匀强电场产生，在导体内移动的自由电子(-e)受匀强电场作用而加速.而和做热运动的阳离子碰撞而减速，这样边反复进行边向前移动，可以认为阻碍电子运动的阻力大小与电子移动的平均速度v成正比，其大小可以表示成kv(k是常数)。‎ 电场力和碰撞的阻力相平衡时，导体中电子的速率v成为一定值，这时v为（ ）‎ A． B． C． D．‎ ‎6.如图4所示，ＭＮ和ＰＱ为两光滑且电阻不计的水平金属导轨，Ｎ、Ｑ接理想变压器，理想变压器的输出端接电阻元件Ｒ、电感元件Ｌ、电容元件Ｃ。今在水平金属杆部分加一竖直向上的匀强磁场，则下列说法正确的是（均为有效值，Ｌ为非纯电感元件）　　（　　　）‎ Ａ.若ａｂ棒匀速运动，则 Ｂ. 若ａｂ棒匀速运动，则 Ｃ.若ａｂ棒在某一中心位置两侧做简谐振动，则 Ｄ.若ａｂ棒匀加速运动，则 C.导体棒ＭＮ运动稳定后，等于不再输出能量[‎ Ｄ.导体棒ＭＮ运动稳定后，电源输出的能量等于导体棒ＭＮ的动能和电阻Ｒ产生的热量之和 ‎8.如图6所示的电路中，闭合电键Ｓ后，灯ａ和灯ｂ都正常发光，后来由于某种故障使灯ｂ突然变亮，电压表读数增加，由此推断，这故障可能是（　　　）‎ Ａ.ａ灯丝烧断 Ｂ.电阻断路 Ｃ.电阻短路 Ｄ.电容器被击穿短路 Ｃ.‎ Ｄ.‎ 二、填空题（共2小题，把答案填在题中的横线上）‎ ‎12.某同学采用如图10所示的电路测定电源电动势和内电阻，已知干电池的电动势为1.5Ｖ，内阻约2，电压表（03Ｖ，3ｋ），电流表（00.6Ａ，1.0），滑动变阻器有（10，2Ａ）和（100，0.1Ａ）各一只。‎ ‎（１）实验中滑动变阻器应选用　　　　　（填“”或“”）‎ 三、计算题（共6小题，解答下列各题时，应写出必要的文字说明、表达式和重要步骤。只写最后答案的不得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）‎ ‎14.如图14所示，电源电动势Ｅ＝4.5Ｖ，内阻ｒ＝1，滑动变阻器总阻值＝12，小灯泡电阻＝12不变，＝2.5。当滑片Ｐ位于中点，Ｓ闭合时，灯泡恰能正常发光，求：‎ ‎（１）流过小灯泡的电流；‎ ‎（２）Ｓ断开时，小灯泡能否正常发光？如果它正常发光，滑片Ｐ应如何移动？‎ 参考答案：‎ ‎1. ＢＤ 2. D 3. B 4. C 5.B ‎6. ＢＣＤ 7. C 8. B 9. A 10.B ‎11. 0 0 BLV 0‎ ‎14. 解：（１）当滑片Ｐ位于中点时，此时，则ＡＢ两端的电阻，则 由闭合电路欧姆定律知，，‎ 由部分电路欧姆定律知，，那么 ‎16.‎ ‎ 解：（1）当导体棒在垂直于磁场中的平面内绕一端点匀速转动时，其产生的电动势为：‎ 所以每半根导体棒产生的感应电动为：（V）‎ ‎ （2）根据题意画出等效电路图如图所示，每个电源的电动势（V），内阻 当S接通时：电流表的示数：（A）‎ 电压表的示数：（V）‎ 当S断开时：电流表的示数：；电压表的示数：（V）‎