知识点2-直流电路与交流电路

2021/3/3直流电路与交流电路2021/3/3研析考情知识概览考向定位(1)高考对这部分内容的考查题型一般为选择题，针对的考点主要是闭合电路动态变化，交变电流的描述和变压器的应用．(2)直流电路动态分析和变压器与交变电流的综合考查是高考的热点．应考策略(1)熟悉直流电路的组成，会分析闭合电路的动态变化．(2)掌握变压器的工作原理，会分析含变压器交流电路的动态变化.2021/3/3直流电路的动态分析问题1.电路变化原因(1)某支路的滑动变阻器的阻值变化．(2)某支路开关闭合或断开．(3)热敏电阻或光敏电阻的阻值变化．2021/3/32．分析方法——程序法(1)由局部电阻变化判断总电阻的变化．(2)由I＝ER＋r判断总电流的变化．(3)据U＝E－Ir判断路端电压的变化．(4)由欧姆定律及串、并联电路特点判断各部分电流、电压变化．2021/3/3(2013·江苏高考)在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图5－1－1所示．M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端电压U增大，装置发出警报，此时()图5－1－12021/3/3A．RM变大，且R越大，U增大越明显B．RM变大，且R越小，U增大越明显C．RM变小，且R越大，U增大越明显D．RM变小，且R越小，U增大越明显2021/3/3【解析】当RM变大时，回路的总电阻R总变大，根据I总＝ER总，得干路中的电流变小，S两端的电压U＝I总RS变小，故选项A、B错误；当RM变小时，回路的总电阻R总＝11R＋1RM＋RS变小，根据I总＝ER总，得干路中的电流变大，S两端的电压U＝I总RS变大，而且R越大，RM变小时，对回路的总电阻变化的影响越明显，故选项C正确，选项D错误．【答案】C2021/3/3(1)当电路中某一部分发生变化时，将引起电路中各处的电流和电压都随之发生变化，可谓“牵一发而动全身”．判断此类问题时，应先由局部的变化推出总电流的变化、路端电压的变化，再由此分析对其他各部分电路产生的影响，一般是先分析固定电阻支路再分析变化电阻支路．(2)一个闭合电路就是一个整体，在研究电路的动态问题时，一定要弄清电路的串、并联结构，同时要用整体的观点来看问题，还要善于转换思维的角度“电压不行看电流”．2021/3/31．(2013·3月上海市六校联考)热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，其电阻R随温度t变化的图线如图5－1－2甲所示．如图乙所示电路中，热敏电阻Rt与其它电阻构成的闭合电路中，当Rt所在处温度升高时，两电表读数的变化情况是()甲乙图5－1－22021/3/3A．A变大，V变大B．A变大，V变小C．A变小，V变大D．A变小，V变小【解析】当Rt所在处温度升高时，热敏电阻Rt阻值减小，电流表读数减小，电源输出电流增大，电压表读数减小，选项D正确．【答案】D2021/3/32．(多选)(2013·湖南省12校联考)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5－1－3所示的电路，当滑动变阻器的触头由中点滑向a端时，下列说法正确的是()A．定值电阻R1电功率增大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．R中电流变化的绝对值大于电流表读数变化的绝对值图5－1－32021/3/3【解析】当滑动变阻器的触头由中点滑向a端时，电流表读数减小，电源输出电流增大，定值电阻R1电功率增大，电源路端电压减小，电压表读数减小，选项A、B正确，C错误．R中电流变化的绝对值大于电流表读数变化的绝对值，选项D正确．【答案】ABD2021/3/33．(多选)(2012·武汉联考)如图5－1－4所示电路中，开关闭合稳定后，某时刻理想电压表和电流表的读数都突然增大，造成这一现象的原因是电阻元件发生短路或断路故障，则可能出现了下列哪种故障()图5－1－4A．R1断路B．R1短路C．R2断路D．R3短路2021/3/3【解析】若R1断路，则外电压增大，电压表、电流表的读数均增大；R1短路，则两表读数应为零；若R2断路则电流表读数减小致接近零，电压表读数增大．若R3短路，回路的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律I＝ER＋r得干路的总电流增大，所以U＝E－Ir，电源的外电压减小，通过R1的电流减小；因I＝I1＋I2，所以通过电流表支路的电流增大，故电压表和电流表的读数都突然增大，所以选项A、D正确．【答案】AD2021/3/3交变电流和变压器电路1.对交流电“四值”的理解(1)通常所说的电流值、电压值、电表的示数均为有效值．(2)只有正弦交流电，最大值等于有效值的2倍．(3)计算用电器上消耗的热功率时，必须用电流的有效值，不可应用平均值．(4)电动势的最大值与线圈匝数成正比，但线圈磁通量的最大值与线圈匝数无关．2021/3/32．理想变压器的动态分析(1)根据题意弄清变量和不变量．如原线圈电压不变、原副线圈的匝数比不变，其他物理量可能随电路的变化而发生变化．(2)弄清动态变化过程中的决定关系．如U2由U1决定，P1、I1由P2、I2决定．(3)分析流程如下：①由U1U2＝n1n2分析U2的情况．②由I2＝U2R分析I2的情况．③由P1＝P2＝I2U2判断输入功率的情况．④由P1＝I1U1分析I1的变化情况．2021/3/3(多选)(2013·山东省名校联考)如图5－1－5甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝4∶1，原线圈接图乙所示的正弦交流电，副线圈与理想电压表、理想电流表、热敏电阻RT(阻值随温度的升高而减小)及报警器P组成闭合电路，回路中电流增大到一定值时报警器P将发出警报声．则以下判断正确的是()甲乙图5－1－52021/3/3A．变压器副线圈中交流电压的瞬时表达式u＝92sin100πt(V)B．电压表示数为9VC．RT处温度升高到一定值时，报警器P将会发出警报声D．RT处温度升高时，变压器的输入功率变小2021/3/3【解析】由变压器变压公式，变压器副线圈输出电压为9V，副线圈中交流电压的瞬时表达式u＝92sin100πt(V)，选项A正确．电压表示数小于9V，选项B错误．R处温度升高到一定值时，热敏电阻R减小到一定值，回路中电流增加到一定值时报警器P将会发出警报声，选项C正确．RT处温度升高时，变压器输出电流增大，变压器的输入功率增大，选项D错误．【答案】AC2021/3/3理想变压器模型的动态分析技巧(1)当变压器输入电压一定时，输出电压由变压比决定，若原、副线圈匝数变化，则根据变压比确定副线圈电压的变化情况，从而进一步判断出变压器的输出电流、输出功率及输入电流、输入功率的变化情况．(2)当变压器变压比一定时，输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决定，输入功率由输出功率决定．此时要分析副线圈电路的变化情况，负载增加，即并联的用电器越多，电阻越小，则副线圈的输出功率越大．2021/3/31．普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图5－1－6中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则()图5－1－62021/3/3A．ab接MN、cd接PQ，IabIcdB．ab接MN、cd接PQ，IabIcdC．ab接PQ、cd接MN，IabIcdD．ab接PQ、cd接MN，IabIcd【解析】根据变压器电流比公式I1I2＝n2n1，IabIcd，为了测量高压输电线上的电流，应减小流过电流表的电流，故ab接MN，cd接PQ，故B正确．【答案】B2021/3/32．(多选)(2013·沈阳市二中模拟)用电高峰期，电灯往往会变暗，其原理可简化为如下物理问题．如5－1－7图，理想变压器的副线圈上，通过输电线连接两只相同的灯泡L1和L2，输电线的等效电阻为R，原线圈输入有效值恒定的交流电压，当开关S闭合时，以下说法正确的是()图5－1－72021/3/3A．灯泡L1两端的电压减小B．电阻R两端的电压增大C．副线圈输出电压减小D．原线圈输入功率减小【解析】当开关S闭合时，输电线上电流增大，电阻R两端的电压增大，灯泡L1两端的电压减小，选项A、B正确．副线圈输出电压不变，原线圈输入功率增大，选项C、D错误．【答案】AB2021/3/33．(多选)(2013·江苏省扬州质检)如图5－1－8所示，理想变压器的原副线圈的匝数比为4∶1，原线圈接有u＝311sin100πtV的交变电压，副线圈上接有定值电阻R、线圈L、灯泡L1及理想电压表V，以下说法正确的是()图5－1－82021/3/3A．副线圈中电流的变化频率为50HzB．灯泡L1两端电压为55VC．若交变电压u的有效值不变，频率增大，则灯泡L1的亮度将变暗D．若交变电压u的有效值不变，频率增大，则电压表V的示数将减小2021/3/3【解析】由原线圈电压表达式u＝311sin100πtV可知，副线圈中电流的变化频率为50Hz，选项A正确；根据变压公式，副线圈两端电压为55V，线圈有感抗，灯泡L2两端电压一定小于55V，选项B错误；若交变电压u的有效值不变，频率增大，则线圈L感抗增大，灯泡L1两端电压减小，灯泡L2的亮度将变暗，选项C正确；若交变电压u的有效值不变，频率增大，线圈L感抗增大，R中电流减小，则电压表V的示数将增大，选项D错误．【答案】AC2021/3/3交变电流的综合计算问题(15分)(2012·江苏高考)某兴趣小组设计了一种发电装置，如图5－1－9所示．在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角α均为49π，磁场均沿半径方向．匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab＝cd＝l、bc＝ad＝2l.线圈以角速度ω绕中心轴匀速转动，bc和ad边同时进入磁场．在磁场中，两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直．线圈的总电阻为r，外接电阻为R.求：2021/3/3图5－1－9(1)线圈切割磁感线时，感应电动势的大小Em；(2)线圈切割磁感线时，bc边所受安培力的大小F；(3)外接电阻上电流的有效值I.2021/3/3【解题指导】1．信息提取(1)线圈转动过程中，有两个边切割磁感线，相当于两个电源串联．(2)线圈切割磁感线运动的速度v＝ω·L2，一个周期内通电时间t＝49T.2021/3/32．破题技巧2021/3/3【解析】(1)bc、ad边的运动速度v＝ωl2①(2分)感应电动势Em＝4NBlv，②(2分)解得Em＝2NBl2ω.③(1分)(2)电流Im＝Emr＋R，④(2分)安培力F＝2NBIml⑤(2分)解得F＝4N2B2l3ωr＋R.⑥(1分)2021/3/3(3)一个周期内，通电时间t＝49T⑦(2分)R上产生的热量Q＝I2mRt且Q＝I2RT，⑧(2分)解得I＝4NBl2ω3r＋R.⑨(1分)【答案】(1)2NBl2ω(2)4N2B2l3ωr＋R(3)4NBl2ω3r＋R2021/3/31．(2012·北京海淀区高三模拟)如图5－1－10所示，50匝矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B＝210T的水平匀强磁场中，线框面积S＝0.5m2，线框电阻不计．线框绕垂直于磁场的轴OO′以ω＝200rad/s的角速度逆时针匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220V,60W”的灯泡，且灯泡正常发光，熔断器允许通过的最大电流为10A，则(1)变压器原、副线圈的匝数之比是多少？(2)允许变压器输出的最大功率为多大？2021/3/3图5－1－102021/3/3【解析】(1)线框中产生的交变电压的有效值为：E＝Em2＝nBSω2＝50×210×0.5×2002V＝500V，故变压器原、副线圈的匝数之比为n1n2＝500220＝2511.(2)原线圈中的电流为10A时，变压器输出的功率最大，Pm＝500×10W＝5000W.【答案】(1)25∶11(2)5000W2021/3/32．(2012·沈阳一中质检)某小型实验水电站输出功率是20kW，输电线总电阻是6Ω.(1)