【物理】2018届一轮复习人教版直流电路与交流电路学案

【物理】2018届一轮复习人教版直流电路与交流电路学案

专题十　直流电路与交流电路 考点1| 直流电路的分析与计算难度：中档题 题型：选择题 五年1考 ‎　(2016·全国甲卷T17)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图1所示电路．开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2.Q1与Q2的比值为(　　)‎ 图1‎ A. B. C. D. ‎【解题关键】　解此题要分清开关S断开与开关闭合时电路结构的变化，比较两种情况下电容器两端电压．‎ C　[断开S和闭合S后等效电路分别如图甲、乙所示．‎ 根据串联电路的电压与电阻成正比可得甲、乙两图中电容器两极板间的电压U1＝E，U2＝E，C所带的电荷量Q＝CU，则Q1∶Q2＝3∶5，选项C正确．]‎ ‎1．高考考查特点 该考点是高考中的冷考点，五年只考1次，命题点考查了电路的结构、串、并联特点、电容器电容的计算．要熟练掌握串、并联电路电压与电阻关系，电容、电压、电荷量的关系．‎ ‎2．解题的常见误区及提醒 ‎(1)电路结构不会简化，电路的串、并联关系不清．‎ ‎(2)串、并联电路中电压、电流、电阻、电功率关系混淆．‎ ‎(3)电容器的连接方式不清、不明白电容的电路相当于断路．‎ ‎●考向1　直流电路内的电场 ‎1.一根长为L、横截面积为S的金属棒，其材料的电阻率为ρ，棒内单位体积自由电子数为n，电子的质量为m、电荷量为e.在棒两端加上恒定的电压时，棒内产生电流，自由电子定向运动的平均速率为v，则金属棒内的电场强度大小为(　　)‎ 图2‎ A. B. C．ρnev D. C　由电流定义可知：I＝＝＝neSv，由欧姆定律可得：U＝IR＝neSv·ρ＝ρneLv，又E＝，故E＝ρnev，选项C正确．‎ ‎●考向2　直流电路的动态分析 ‎2．(高考改编)在[例1](2016·全国卷甲卷T17)中，若将电路调换为如图3所示，电源的内阻不计，电动势为12 V，R1＝8 Ω，R2＝4 Ω，电容C＝40 μF，则下列说法正确的是(　　)‎ 图3‎ A．开关断开时，电容器不带电 B．将开关闭合，电容器充电 C．将开关闭合后，稳定时电容器的电荷量为4.8×10－14 C D．若现开关处于闭合状态，将开关S断开，到再次稳定后，通过R1的总电荷量为3.2×10－4 C D　[开关断开时，电容器两端电压不为零，电容器带电，A项错误；将开关闭合，电容器两端电压变小，电容器放电，B项错误；将开关闭合后，稳定时电容器的电荷量为Q＝U·C＝4×40×10－6 C＝1.6×10－4 C，C项错误；若开关现处于闭合状态，将开关S断开，再次稳定后，通过R1的总电荷量ΔQ＝|ΔU|·C＝(12－4)×40×10－6 C＝3.2×10－4 C，D项正确．]‎ ‎3．(多选) (2017·南京市盐城市高三二联)如图4所示的火警报警装置，R1为热敏电阻，若温度升高，则R1的阻值会急剧减小，从而引起电铃电压的增加，当电铃电压达到一定值时，电铃会响．下列说法正确的是(　　)‎ 图4‎ A．要使报警的临界温度升高，可以适当增大电源的电动势 B．要使报警的临界温度降低，可以适当增大电源的电动势 C．要使报警的临界温度升高，可以把R2的滑片P适当向下移 D．要使报警的临界温度降低，可以把R2的滑片P适当向下移 BD　[温度升高，热敏电阻R1的阻值急剧减小，因此若要使报警的临界温度升高，由闭合电路欧姆定律知，电铃电压需减小，达到临界电压电铃才会响，故需要减小电源的电动势，或把R2滑片P向下移动，选项A、C错误；若要使报警的临界温度降低，由闭合电路欧姆定律知，电铃电压需增大，达到临界电压电铃才会响，故需增大电源的电动势或把R2滑片P向下移动可使电铃电压增大到一定值，电铃才会响，选项B、D正确．]‎ ‎●考向3　直流电路的计算 ‎4．(多选)(2016·湖北八校二联)在如图5甲所示的电路中，电源电动势为3.0 V，内阻不计，L1、L2为相同规格的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，R为定值电阻，阻值为7.5 Ω.当开关S闭合后(　　) 【导学号：37162058】‎ 图5‎ A．L1的电阻为 Ω B．L1消耗的电功率为7.5 W C．L2的电阻为7.5 Ω D．L2消耗的电功率为0.3 W CD　[S闭合后，L1两端的电压为3.0 V，由乙图可知，I1＝0.25 A，故P1＝0.75 W，R1＝12 Ω，A、B均错；L2与R及电源串联，把R和电源等效成电动势为3 V，内阻为7.5 Ω的新电源，在图乙中作出新电源的IU图线，如图，两图线的交点表示出了此时L2两端的电压与通过的电流的大小，由图知 U2＝1.5 V，I2＝0.2 A，所以R2＝＝ Ω＝7.5 Ω，P2＝U2I2＝1.5×0.2 W＝3 W，C、D正确．]‎ ‎1．明确1个定律、2个关系 ‎(1)闭合电路的欧姆定律：I＝.‎ ‎(2)路端电压与电流的关系：U＝E－Ir.‎ ‎(3)路端电压与负载的关系 U＝IR＝E＝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．‎ ‎2．明确引起电路动态变化的原因 ‎(1)滑动变阻器、热敏电阻或光敏电阻的阻值变化．‎ ‎(2)某支路开关闭合或断开．‎ ‎3．程序法分析直流电路的动态变化 R局I总＝U内＝I总rU外＝E－U内确定U支、I支 考点2| 交变电流的产生与描述难度：中档题 题型：选择题 五年1考 ‎　 (多选)(2016·全国丙卷T21)如图6所示，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面．现使线框M、N在t＝0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面、且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则(　　)‎ 图6‎ A．两导线框中均会产生正弦交流电 B．两导线框中感应电流的周期都等于T C．在t＝时，两导线框中产生的感应电动势相等 D．两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等 ‎【解题关键】　解此题抓住三点：‎ ‎(1)线框进入磁场过程中哪个边切割磁感线．‎ ‎(2)线框转动过程中产生的感应电流的变化特点．‎ ‎(3)线框转动一周过程中产生的热量．‎ BC　[两导线框匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变，选项A错误；导线框的转动周期为T，则感应电流的周期也为T，选项B正确；在t＝时，切割磁感线的有效长度相同，两导线框中产生的感应电动势相等，选项C正确；M导线框中一直有感应电流，N导线框中只有一半时间内有感应电流，所以两导线框的电阻相等时，感应电流的有效值不相等，选项D错误．]‎ ‎1．高考考查特点 该考点仍为冷考点，借助不同形状的线框切割磁感线考查感应电流产生的条件、变化周期及电动势大小、有效值的概念．要掌握电磁感应现象产生的原因，法拉第电磁感应定律及交变电流中的基本概念和常用物理量．‎ ‎2．解题的常见误区及提醒 ‎(1)感应电动势产生及大小的计算，特别是切割类中的有效长度易错．‎ ‎(2)对周期的理解和有效值的理解及计算易出错．‎ ‎(3)正弦交流电的产生条件及瞬时值表达式不清楚．‎ ‎(4)交变电流“四值”应用不清楚及图象信息把握不准．‎ ‎●考向1　交变电流的产生 ‎5. (高考改编)在[例2](2016·全国丙卷T21‎ ‎)中，若改成如图7所示的情景．单匝矩形闭合导线框abcd一半处于磁感应强度为B的水平有界匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与其中心线重合的竖直固定转轴OO′以角速度ω匀速转动，固定转轴恰好位于匀强磁场的右边界．试写出线框中感应电流的瞬时值表达式并画出it图象．(图中位置为计时位置)‎ 图7‎ ‎【解析】　线框中产生电动势的最大值Em＝BωS，则Im＝＝ 因图中位置为中性面，故电流瞬时值表达式为 i＝Imsin ωt＝sin ωt it图象：‎ ‎【答案】　见解析 ‎●考向2　交变电流的“四值”‎ ‎6．(2016·安阳二模)利用实验室的手摇发电机产生的正弦交流电给灯泡L供电，其电路如图8所示．当线圈以角速度ω匀速转动时，电压表示数为U，灯泡正常发光．已知发电机线圈的电阻为r，灯泡正常发光时的电阻为R，电表均为理想电表，导线电阻可忽略．则(　　) 【导学号：37162059】‎ 图8‎ A．图中电流表示数为 B．灯泡的额定功率为 C．发电机的线圈中产生的电动势的最大值为U(1＋)‎ D．从线圈转到中性面开始计时，灯泡两端电压的瞬时值表达式为u＝Usin ωt D　[由欧姆定律可知，图中电流表示数为I＝，选项A错误．灯泡的额定功率为P＝UI＝，选项B错误．设发电机的线圈中产生的电动势的最大值为Em，有效值为E＝Em/，由闭合电路欧姆定律得E＝U＋Ir，I＝U/R，联立解得Em＝U(1＋)，选项C错误．从线圈转到中性面开始计时，发电机产生的正弦交变电流表达式为i＝Isin ωt，灯泡两端电压的瞬时值表达式为u＝Usin ωt，选项D正确．]‎ ‎7. (2016·山西晋城二模)如图9所示，单匝矩形闭合导线框abcd全部处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中，线框面积为S，电阻为R.线框绕与cd边重合的竖直固定转轴以角速度ω从中性面开始匀速转动，下列说法正确的是(　　)‎ 图9‎ A．在该线圈两端接上一电容器，要使电容器不被击穿，电容器的最大承受电压为 B．线框中感应电流的有效值为 C．从中性面开始转过的过程中，通过线框横截面的电荷量为 D．线框转一周的过程中，产生的热量为 C　[要使电容器不被击穿，电容器的最大承受电压即线框中最大的电动势，为BSω，A错误；线框中感应电流的最大值Im＝，由于线框中的感应电流是正弦交流电，其电流有效值I＝＝，B错误；由q＝可知，从中性面开始转过的过程中，通过线框横截面的电荷量q＝，C正确；线框转一周的过程中，产生的热量等于感应电流做的功，因此Q＝W＝I2R·＝，D错误．]‎ ‎●考向3　交变电流的图象 ‎8．(多选)(2016·湖南衡阳联考)如图10甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势如图乙中曲线a、b所示，则下列说法正确的是(　　) 【导学号：37162060】‎ 图10‎ A．曲线a表示的交变电动势瞬时值ea＝36sin 25πt V B．曲线b表示的交变电动势最大值为28.8 V C．t＝5×10－2 s时，曲线a、b对应的感应电动势大小之比为3∶2‎ D．t＝6×10－2 s时，曲线a对应线框的磁通量最大，曲线b对应线框的磁通量为0‎ AC　[由图乙可知，Ema＝36 V，ωa＝＝ rad/s＝25π rad/s，则曲线a表示的交变电动势瞬时值ea＝Emasin ωat＝36sin 25πt V，故A正确；‎ 由图乙知曲线a、b表示的交变电流的周期之比为Ta∶Τb＝(8×10－2)∶(12×10－2)＝2∶3，由ω＝可知ωa∶ωb＝Tb∶Ta＝3∶2，所以曲线a、b表示的交变电动势的最大值之比为Ema∶Emb＝NBSωa∶NBSωb＝ωa∶ωb＝3∶2，又知 Ema＝36 V，则Emb＝24 V，故B错误；曲线a表示的交变电动势瞬时值ea＝36sin 25πt V，曲线b表示的交变电动势瞬时值eb＝24sin t V，将t＝5×10－2 s代入，得ea＝－18 V，eb＝12 V，|ea|∶eb＝3∶2，故C正确；由图乙知t＝6×10－2 s时，a的电动势最大，对应线框的磁通量为0，b的电动势为0，对应线框的磁通量最大，故D错误．]‎ 解决交变电流的产生和描述的基本思路 ‎(1)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，＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变．‎ ‎②线圈平面与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，最大，e最大，i最大，电流方向不改变．‎ ‎(2)书写交变电流瞬时值表达式的基本思路 ‎①确定正弦式交变电流的峰值，根据已知图象读出或由公式Em＝nBSω求出相应峰值．‎ ‎②明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式．‎ a．若线圈从中性面位置开始转动，则it图象为正弦函数图象，函数式为i＝Imsin ωt.‎ b．若线圈从垂直中性面位置开始转动，则it图象为余弦函数图象，函数式为i＝Imcos ωt.‎ 考点3| 变压器问题难度：中档题 题型：选择题 五年5考 ‎　(2016·全国乙卷T16)一含有理想变压器的电路如图11所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 Ω、1 Ω和4 Ω，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定．当开关S断开时，电流表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I.该变压器原、副线圈匝数比为(　　)‎ 图11‎ A．2 B．3‎ C．4 D．5‎ ‎【解题关键】　‎ 关键语句 信息解读 S断开 副线圈R2、R3串联 S闭合 副线圈电阻R3被短路 理想变压器 电源输出功率等于R1与副线圈消耗的功率之和 B　[设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I时，副线圈电流为kI；原线圈电流为4I时，副线圈电流为4kI.根据变压器的输入功率等于输出功率得 UI－I2R1＝(kI)2(R2＋R3)‎ ‎4UI－(4I)2R1＝(4kI)2R2‎ 联立两式代入数据解得k＝3‎ 选项B正确．]‎ ‎　(多选)(2016·全国丙卷T19)如图12所示，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的灯泡a和b.当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光．下列说法正确的是(　　)‎ 图12‎ A．原、副线圈匝数比为9∶1‎ B．原、副线圈匝数比为1∶9‎ C．此时a和b的电功率之比为9∶1‎ D．此时a和b的电功率之比为1∶9‎ ‎【解题关键】　解此题要把握住如下关系：U＝Ua＋U原，＝.‎ AD　[设灯泡的额定电压为U0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数比为9∶1，选项A正确，选项B错误；由9U0Ia＝U0Ib得，流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，根据P＝UI，a、b灯泡的电功率之比为1∶9，选项C错误，选项D正确．]‎ ‎　(多选) (2014·全国卷ⅡT21)如图13所示，一理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2.原线圈通过一理想电流表Ⓐ接正弦交流电源，一个二极管和阻值为R的负载电阻串联后接到副线圈的两端．假设该二极管的正向电阻为零，反向电阻为无穷大．用交流电压表测得a、b端和c、d端的电压分别为Uab和Ucd，则(　　)‎ 图13‎ A．Uab∶Ucd＝n1∶n2‎ B．增大负载电阻的阻值R，电流表的读数变小 C．负载电阻的阻值越小，cd间的电压Ucd越大 D．将二极管短路，电流表的读数加倍 ‎【解题关键】　解此题应注意两点 ‎(1)二极管的作用及对电流造成的影响．‎ ‎(2)负载电阻R阻值改变时副线圈电流如何相应变化．‎ BD　[变压器的变压比＝，其中U1、U2是变压器原、副线圈两端的电压．U1＝Uab，由于二极管的单向导电特性，Ucd≠U2，选项A错误．增大负载电阻R的阻值，负载的电功率减小，由于P入＝P出，且P入＝I1Uab，所以原线圈上的电流I1减小，即电流表的读数变小，选项B正确．c、d端的电压由输入电压Uab决定，负载电阻R的阻值变小时，Ucd不变，选项C错误．根据变压器上的能量关系有E输入＝E输出，在一个周期T的时间内，二极管未短路时有UabI1T＝·＋0(U为副线圈两端的电压)，二极管短路时有UabI2T＝T，由以上两式得I2＝2I1，选项D正确．]‎ ‎1．高考考查特点 ‎(1)该考点是本专题的命题热点，理想变压器的原理、基本规律的应用、电路结构的变化及分析与计算是主要命题角度．‎ ‎(2)熟练掌握理想变压器的“三种关系”，能用直流电路动态分析方法结合变压器制约关系分析动态问题是突破该考点的关键．‎ ‎2．解题的常见误区及提醒 ‎(1)变压器“电压比”中电压是指变压器两端的电压．‎ ‎(2)公式＝仅用于“一原一副”的情况．“一原多副”要结合功率关系求解．‎ ‎(3)变压器动态变化类要看清电路结构，找到变化原因，分清变量、不变量．‎ ‎●考向1　变压器的基本关系 ‎9．(2015·全国卷ⅠT16)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1 ，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，如图14所示．设副线圈回路中电阻两端的电压为U.原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k，则(　　)‎ 图14‎ A．U＝66 V，k＝ B．U＝22 V，k＝ C．U＝66 V，k＝ D．U＝22 V，k＝ A　[设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则＝＝，故k＝＝.设原线圈两端的电压为U1，则＝＝，故U1＝3U，而原线圈上电阻分担的电压为U，故 eq f(U,3)＋3U＝220 V，解得U＝66 V．选项A正确．]‎ ‎●考向2　变压器动态分析 ‎10．(多选)(高考改编)在[例3](2016·全国乙卷T26)改为如下情景)，如图15是自耦变压器的示意图，负载变化时输入电压不会有大的波动，输电线的电阻用R0表示．如果变压器上的能量损失可以忽略，以下说法正确的是(　　) ‎ ‎【导学号：37162061】‎ 图15‎ A．开关S1接a，闭合开关S后，电压表V示数减小，电流表A示数增大 B．开关S1接a，闭合开关S后，原线圈输入功率减小 C．断开开关S，开关S1接a时电流表的示数为I1，开关S1接b时电流表的示数为I2，则I1>I2‎ D．断开开关S，开关S1接a时原线圈输入功率为P1，开关S1接b时原线圈输入功率为P2，则P1U1，由I＝可知，I1

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