【物理】2018届二轮复习“直流电路与交流电路”学案（全国通用）

【物理】2018届二轮复习“直流电路与交流电路”学案（全国通用）

‎“直流电路与交流电路”学前诊断 考点一 交流电的产生及描述 ‎1.[考查正弦交流电的产生及有效值的应用]‎ 间距为 m的无限长光滑金属导轨水平放置，导轨中间分布有磁感应强度为1 T的匀强磁场，磁场边界为正弦曲线，一长为‎2 m的光滑导体棒以‎1 m/s的速度匀速向右滑动，如图所示，导轨电阻不计，导体棒电阻为20 Ω，定值电阻为10 Ω，则下列分析正确的是(　　)‎ A．电流表示数为 A B．电压表的示数是0.5 V C．导体棒运动到图示虚线位置时，导体棒的瞬时电流从C到D D．导体棒上消耗的热功率为0.2 W 解析：选B　当导体棒切割磁感线时，产生的感应电动势为E＝BLv，由于有效切割长度按正弦规律变化，且当磁场反向时，感应电流反向，故这个过程产生正弦式交流电，导体棒有效切割长度最长等于 m，交流电的最大值是：Em＝BLv＝1××1 V＝ V，有效值为E＝＝1 V，由于导体棒接入电路的有效长度为总长度一半，所以接入电路电阻为10 Ω，定值电阻也为10 Ω。则电压表的示数为U＝E＝0.5 V，选项B正确。电流表的示数为I＝＝ A＝‎0.05 A，选项A错误。导体棒运动到图示虚线位置时，磁感应强度等于0，瞬时电流等于0，选项C错误。导体棒上消耗的热功率为Pr＝I2r＝0.052×10 W＝0.025 W，选项D错误。‎ ‎2．[考查交流电的产生及瞬时值、平均值]‎ ‎[多选]小型发电机线圈共N匝，每匝可简化为矩形线圈abcd，bc边长度为L1，磁极间的磁场可视为匀强磁场，方向垂直于线圈中心轴OO′，线圈以角速度ω绕OO′匀速转动，如图所示。矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，不计线圈电阻，下列说法正确的是(　　)‎ A．ab边长度为L＝ B．产生的交变电流的周期是2πω C．若从中性面开始计时，则发电机的感应电动势的瞬时值表达式为e＝2Ne0sin ωt D．发电机线圈从垂直中性面位置转动90°的过程中，产生的感应电动势的平均值是 解析：选AC　由题意可知，线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0，由e0＝BLv＝BL，解得L＝，选项A正确；T＝，选项B错误；对单匝矩形线圈，其感应电动势最大值为2e0，发电机线圈共N匝，所以发电机线圈中总感应电动势最大值为2Ne0，从中性面开始计时，则感应电动势的瞬时值表达式为e＝2Ne0sin ωt，选项C正确；发电机线圈从垂直中性面位置转动90°的过程中，磁通量变化量为ΔΦ＝BLL1＝，时间Δt＝＝，产生的感应电动势平均值是＝N＝，选项D错误。‎ ‎3．[考查交流电的四值及应用]‎ 电动机的内电阻r＝2 Ω，与R＝8 Ω的电阻串联接在线圈上，如图所示。已知线圈面积为 m2，共100匝，线圈的电阻为2 Ω，线圈在B＝ T的匀强磁场中绕OO′以转速n＝600 r/min匀速转动，在合上开关S后电动机正常工作时，电压表的示数为100 V。则下列说法正确的是(　　)‎ A．电路中电流的最大值为‎5 A B．电路中电流的最大值为‎10 A C．电动机正常工作时的输出功率为1 000 W D．电动机正常工作时的输出功率为800 W 解析：选B　线圈的角速度ω＝20π rad/s，电动势的最大值Em＝NBSω＝200 V，有效值E＝＝200 V，电路中的电流I＝＝‎10 A，电流的最大值为Im＝‎10 A，选项A错误，B正确；电动机正常工作时的输出功率为P出＝UI－I2r＝800 W，选项C、D错误。‎ 考点二 直流电路的动态分析 ‎4.[考查直流电路中的电流表、电压表示数变化分析]‎ 在如图所示电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，三个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、U2表示。下列判断正确的是(　　)‎ A．I减小，U1增大　　　 　B．I减小，U2增大 C．I增大，U1增大 D．I增大，U2增大 解析：选B　闭合开关S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，变阻器接入电路的电阻增大，外电路总电阻R增大，根据闭合电路欧姆定律分析得知，干路电流I总 减小，路端电压U增大。R3的电压等于路端电压，则流过R3的电流I3增大。流过电流表的电流I＝I总－I3，I总减小，I3增大，I减小，R1的电压减小，即电压表V1的示数U1减小。电压表V2示数U2＝U－U1，U增大，U1减小，则U2增大。所以，I减小，U1减小，U2增大。故B正确。‎ ‎5．[考查含容电路的动态问题分析]‎ 如图所示电路中，电流表A和电压表V均可视为理想电表。现闭合开关S后，将滑动变阻器滑片P向左移动，下列说法正确的是(　　)‎ A．电流表A的示数变小，电压表V的示数变大 B．小灯泡L变亮 C．电容器C上电荷量减少 D．电源的总功率变大 解析：选A　闭合开关S后，将滑动变阻器滑片P向左移动时，变阻器接入电路的电阻增大，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中总电流I减小，则小灯泡L变暗，电流表A的示数变小。电压表的示数U＝E－I(RL＋r)，I减小，其他量不变，则U增大，即电压表V的示数变大。故A正确，B错误。电容器的电压等于变阻器两端的电压，即等于电压表的示数，U增大，由Q＝CU，知电容器C上的电荷量增大，故C错误。电源的总功率P＝EI，I减小，则电源的总功率变小，故D错误。‎ ‎6．[考查电流、电压变化的极值问题]‎ ‎[多选]如图所示的电路中，电源内阻忽略不计，R1＝R2＝R3＝R。闭合开关S，电压表V的示数为U，电流表A的示数为I。在滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端的过程中，电压表V的示数变化大小为ΔU，电流表A的示数变化大小为ΔI，下列说法正确的是(　　)‎ A．U先变小后变大 B．I先变大后变小 C．ΔU与ΔI的比值保持不变 D．U与I的乘积先变小后变大 解析：选CD　将R3等效为电源的内阻，由题图可知电压表测量的是等效电源的路端电压，滑动变阻器R1的滑片P由a端滑到b端的过程中，电路总电阻先增大后减小，根据闭合电路欧姆定律，电路总电流先减小后增大，即电流表示数先变小后变大，则R3两端的电压先减小后增大，所以电压表的读数先变大后变小，故A、B错误；ΔU与ΔI的比值始终等于等效电源的内阻，即R3，故C正确；滑片P在a或b端时，I1＝，U1＝I1R＝，U1I1＝，在a、b正中间时，I2＝，U2＝I2·1.25R＝，U2I2＝，可见U与I的乘积先变小后变大，故D正确。‎ ‎7．[考查电表示数变化量大小的比较]‎ 如图，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r，闭合开关S后，将滑动变阻器R0的滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI，则(　　)‎ A．A的示数减小 B.＞r C．ΔU1＜ΔU2‎ D．电源的输出功率逐渐减小 解析：选B　根据理想电压表内阻无穷大，相当于断路，理想电流表内阻为零，相当于短路，所以R与变阻器R0串联，电压表V1、V2、V3分别测量R、路端电压和滑动变阻器两端的电压。当滑动变阻器滑片向下滑动时，变阻器的阻值变小了，电路的总电阻减小了，电流变大，所以A的示数变大，故A错误；根据欧姆定律，U3＝E－I(R＋r)，则有＝R＋r＞r，故B正确；＝R，＝r，R＞r，所以ΔU1＞ΔU2，故C错误；当内外电阻相等时，电源的输出功率最大。由于外电阻大于电源内阻，当滑片向下滑动时，外电阻减小，外电阻越来越接近内电阻，电源的输出功率逐渐增大，故D错误。‎ 考点三 交流电路的动态分析 ‎8.[考查变压器负载变化引起的动态变化问题]‎ ‎[多选]每到夜深人静的时候我们就会发现灯泡比睡觉前要亮，其原因在于大家都在用电时，用电器较多，利用如图模拟输电线路，开关的闭合或者断开模拟用户的变化，原线圈输入50 Hz的220 V交流电，则下列分析正确的是(　　)‎ A．定值电阻相当于输电线电阻 B．开关闭合，灯泡L1两端电压升高 C．开关闭合，原线圈输入功率增大 D．开关断开，副线圈电压增大 解析：选AC　原、副线圈匝数和电压成正比，由于匝数比值不变，原线圈输入电压也不变，所以副线圈电压不会变化，选项D错误。家庭电路用电器之间为并联关系，用户较多时，并联支路增多，相当于开关闭合，而与之串联的定值电阻，实际是等效输电线的电阻，选项A正确。开关闭合副线圈总电阻变小，总电流变大，定值电阻分电压增多，并联电压变小，即灯泡L1两端电压减小，选项B错误。副线圈电压不变电流增大，副线圈电功率增大，根据能量守恒，原线圈电功率也增大，选项C正确。‎ ‎9．[考查变压器负载及副线圈匝数变化引起的动态变化]‎ ‎[多选]如图所示，可调理想变压器原线圈接交流电，副线圈通过滑动触头P可改变其匝数。下列说法正确的是(　　)‎ A．仅增大R的阻值，通过灯泡L的电流将变大 B．仅增大R的阻值，通过灯泡L的电流将变小 C．仅将滑动触头P向下滑动，灯泡L两端的电压将变大 D．仅将滑动触头P向下滑动，灯泡L两端的电压将变小 解析：选BD　仅增大电阻R时，由于匝数不变，输出电压不变，则由欧姆定律可知，通过灯泡的电流变小，故A错误，B正确；滑动触头向下滑动时，输出端匝数减小，则输出电压变小，灯泡两端的电压变小，故C错误，D正确。‎ ‎10．[考查变压器原线圈匝数及负载变化引起的动态变化]‎ ‎[多选]一个理想变压器，开始时开关S接1，此时原、副线圈的匝数比为9∶1。一个理想二极管和一个滑动变阻器串联接在副线圈上，此时滑动变阻器接入电路的阻值为10 Ω，如图甲所示。原线圈接入如图乙所示的正弦式交流电。则下列判断正确的是(　　)‎ A．电压表的示数为4 V B．滑动变阻器消耗的功率为0.8 W C．若将开关S由1拨到2，同时滑动变阻器滑片向下滑动，电流表示数将变大 D．若将二极管用导线短接，电流表示数加倍 解析：选BD　原线圈交流电压的有效值为：U1＝ V＝36 V，根据电压与匝数成正比，＝，得：U2＝×U1＝4 V，二极管具有单向导电性，根据电流的热效应有：·＝·T，解得：U2′＝＝ V＝2 V，即电压表示数为2 V，故A错误；滑动变阻器消耗的功率为：P＝＝ W＝0.8 W，故B正确；将开关S由1拨到2，同时滑动变阻器滑片向下滑动，根据电压与匝数成正比，副线圈电压变小，滑动变阻器电阻变大，输出功率变小，输入功率变小，根据P1＝U1I1，电流表示数将变小，故C错误；若将二极管用导线短接，输出功率加倍，输入功率加倍，电流表示数加倍，故D正确。‎ ‎11．[考查变压器动态变化中的极值问题]‎ ‎[多选]如图所示，一理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1∶n2＝55∶1，原线圈接入电压u＝220sin 100πt ‎(V)的交流电源，图中电表均为理想电表，闭合开关后，当滑动变阻器的滑动触头P从最上端滑到最下端的过程中，下列说法正确的是(　　)‎ A．副线圈中交变电流的频率为100 Hz B．t＝0.02 s时，电压表的示数为4 V C．电流表的示数先变小后变大 D．电流表的示数先变大后变小 解析：选BC　由电压公式知交流电的ω＝100π，则频率f＝＝ Hz＝50 Hz，故A错误；原线圈两端的输入电压有效值为220 V，由电压与匝数成正比知，＝，所以副线圈两端电压为：U2＝·U1＝×220 V＝4 V(即为电压表的示数)，故B正确；由题图可知，滑动变阻器的上下两部分并联后与R串联，根据串并联电路的电阻可知，当滑片P位于中间位置时，并联电阻的电阻值最大，所以当滑动变阻器的滑动触头P从最上端滑到最下端的过程中，电路中的总电阻先增大后减小，根据欧姆定律可知，电路中的电流值将先减小后增大。变压器的输出电流先减小后增大，则输入的电流也是先减小后增大，即电流表的示数先变小后变大，故C正确，D错误。‎ 考点四 变压器与远距离输电问题 ‎12.[考查变压器的工作原理与感抗、容抗]‎ 如图甲所示电路中，A1、A2、A3为相同的电流表，C为电容器，电阻R1、R2、R3的阻值相同，线圈L的电阻不计。在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示，则在t1～t2时间内(　　)‎ A．电流表A1的示数比A2的小 B．电流表A2的示数比A1的小 C．电流表A1和A2的示数相同 D．电流表的示数都不为零 解析：‎ 选C　原线圈中磁场如题图乙所示变化，则原线圈中的磁通量均匀变化，故副线圈中产生恒定的电流，因线圈电阻不计，故线圈L对恒定电流没有阻碍作用，所以电流表A1和A2的示数相同，而电容器“通交流、隔直流”，所以电流表A3的示数为0。只有C正确。‎ ‎13．[考查远距离输电的构造、原理]‎ ‎[多选]某同学在实验室中研究远距离输电。由于输电线太长，他将每‎100米导线卷成一卷，共卷成8卷来代替输电线路(忽略输电线路的自感作用)。第一次直接将输电线与学生电源及用电器相连，测得输电线上损失的功率为P1。第二次采用如图所示的电路输电，其中理想变压器T1与学生电源相连，其原、副线圈的匝数比为n1∶n2，理想变压器T2与用电器相连，测得输电线上损失的功率为P2。下列说法正确的是(　　)‎ A．前后两次实验都可用于研究远距离直流输电 B．实验可以证明，减小输电电流能减小远距离输电的能量损失 C．若输送功率一定，则P2∶P1＝n12∶n22‎ D．若输送功率一定，则P2∶P1＝n1∶n2‎ 解析：选BC　变压器只能改变交变电流的电压，所以第二次实验只能研究远距离交流输电，A错误；实验可以证明，减小输电电流可以减小远距离输电的能量损失，B正确；第一次输电时，P1＝I12R＝2R，第二次输电 时，P2＝I22R，又I2＝，U2＝U1可得：P2＝·R，故＝，C正确，D错误。‎ ‎14．[考查远距离输电的相关计算]‎ ‎[多选]如图所示，(a)是远距离输电线路的示意图，变压器均为理想变压器。(b)是用户内部电路图，由1 000个完全相同的电阻并联。(c)是某个电阻的电流随时间变化的图像。已知升压变压器原、副线圈的匝数比为1∶100，降压变压器原、副线圈的匝数比为10∶1，远距离输电线的总电阻为r＝20 Ω，在输电线上损失的电功率等于输电功率的5%，不考虑降压变压器与用户间导线的电阻。则(　　)‎ A．发电机的输出功率是4×106 W B．升压变压器的输入电压是400 V C．降压变压器的输入电压是40 000 V D．用户电路中每个电阻的阻值是3 800 Ω 解析：选ABD　用户电路中通过每个电阻的电流有效值I＝‎1 A，降压变压器的输出电流I4＝nI＝1 ‎000 A，升压变压器的输出电流I2、输电线上的电流I线、降压变压器的输入电流I3相等，输电线上的电流I线＝I2＝I3＝I4＝‎100 A，输电线上损失的电功率ΔP＝I线2r＝2×105 W，发电机的输出功率也就是输电功率P1＝＝4×106 W，A正确；升压变压器的输入电流I1＝I2＝10 ‎000 A，升压变压器的输入电压U1＝＝400 V，B正确；升压变压器的输出电压U2＝U1＝40 000 V，降压变压器的输入电压U3＝U2－I线r＝38 000 V，C错误；降压变压器的输出电压U4＝U3＝3 800 V，每个电阻的阻值是R＝＝3 800 Ω，D正确。‎