2020年高考物理二轮复习 专题四 第一讲 直流电路与交流电路课件

第一讲直流电路与交流电路直流电路的动态变化问题主要是通过调节滑动变阻器的滑片的位置，或者通过开关闭合与断开改变电路结构，或者电路中有光敏电阻、热敏电阻阻值发生变化时，电路中各个部分的电流、电压和电功率都会随之发生相应的变化，解决此类问题时可以应用程序法分析，也可以应用“串反并同”结论进行快速判断；直流电路的分析与计算问题，高考很少单独考查，常结合电学实验题进行有关考查。需要考生学会灵活变通。考点一直流电路的分析与计算释疑4大考点理清直流电路知识体系掌握动态分析四种方法1．程序法程序法的基本思路是“部分→整体→部分”，即从阻值变化的部分入手，由串、并联电路的规律判断R总的变化情况，再由闭合电路欧姆定律判断I总和U外的变化情况，然后由部分电路欧姆定律确定干路上某定值电阻两端的电压如何变化，再由串、并联电路的规律确定相应支路两端的电压如何变化，以及通过相应支路的电流如何变化。即为以下程序图：2．结论法(即串反并同法)U串↓I串↓P串↓←R↑→U并↑I并↑P并↑运用“串反并同”规律分析问题时，能使解题过程更简捷，但在运用时应注意：(1)电路中哪一部分电阻发生了怎样的变化。(2)需要分析的部分与发生变化的部分是怎样的串、并联关系。3．极限法对于因滑动变阻器的滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两端和中间来讨论。此时要注意是否出现极值情况，即变化是否是单调变化。4．特殊值法对于某些电路问题，可以代入特殊值进行判定，从而得出结论。注意两类元件的特性1．对于电容器要注意：(1)只有当电容器充、放电时，电容器支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器所在的支路相当于断路；(2)电路稳定时，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压。如诊断卷第2题，电容器并联在滑动变阻器两端，其电压等于R2两端的电压。如果电容器两端的电压升高，电容器充电，电压降低，电容器放电。2．对于电流表与电压表，要注意是否为“理想电表”：(1)理想电流表的内阻RA＝0，所在位置相当于短路；(2)理想电压表的内阻RV→∞，所在位置相当于断路，则与理想电压表串联的电阻中的电流可认为等于零，电阻两端的电压为零；电路中并联理想电压表时，理想电压表测的是与理想电压表并联的电阻两端的电压。如诊断卷第1题，题图中有两个电压表、两个电流表，电路看上去比较“复杂”，但由于四个表均为理想电表，则电路结构即刻“简化”。[题点全练]1．(2019·江苏高考)如图所示的电路中，电阻R＝2Ω。断开S后，电压表的读数为3V；闭合S后，电压表的读数为2V，则电源的内阻r为()A．1ΩB．2ΩC．3ΩD．4Ω解析：当S断开后，电压表读数为U＝3V，可认为电动势E＝3V。当S闭合后，由闭合电路欧姆定律知E＝U′＋Ir，且I＝U′R，整理得电源内阻r＝E－U′RU′＝1Ω，选项A正确。答案：A2．[多选](2019·潍坊模拟)如图所示，电源电动势为E，内电阻为r，理想电压表V1、V2示数为U1、U2，其变化量的绝对值分别为ΔU1和ΔU2；流过电源的电流为I，其变化量的绝对值为ΔI。在滑动变阻器的触片从右端滑到左端的过程中(灯泡电阻不变化)()A．小灯泡L1、L3变暗，L2变亮B．ΔU1＞ΔU2C．ΔU1ΔI增大D．ΔU2ΔI不变解析：当滑动变阻器的触片P从右端滑到左端时，变阻器接入电路的电阻减小，外电路总电阻减小，总电流增大，路端电压减小，则L2变亮。变阻器的电阻减小，并联部分的电阻减小，则并联部分的电压减小，则L3变暗。总电流增大，而L3的电流减小，则L1的电流增大，则L1变亮。故A错误。由上分析可知，电压表V1的示数减小，电压表V2的示数增大，由于路端电压减小，即两电压表示数之和减小，所以ΔU1＞ΔU2。故B正确。由U1＝E－I(RL2＋r)得：ΔU1ΔI＝RL2＋r，不变，故C错误。根据欧姆定律得ΔU2ΔI＝R2，不变，故D正确。答案：BD3．[多选](2019·黄冈模拟)如图所示，电源的电动势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一般是由硅或者锗管组成，具有单向导电性，下列判断正确的是()A．开关S1闭合，S2断开时和开关S1、S2均闭合时，电容器两端电压均为4VB．开关S1闭合，S2断开，当合上S2，待电路稳定以后，电容器上电荷量变化了1.8×10－6CC．开关S1、S2闭合，待电路稳定以后断开S1，流过R1的电荷量为9.6×10－6CD．开关S1、S2闭合，待电路稳定以后断开S1，流过R1的电荷量为1.44×10－5C解析：设开关S1闭合，S2断开时，电容器两端的电压为U1，干路电流为I1，根据闭合电路欧姆定律有：I1＝ER1＋r＝63＋1A＝1.5AU1＝I1R1＝1.5×3V＝4.5V设合上开关S2后，电容器两端电压为U2，干路电流为I2，根据闭合电路欧姆定律有I2＝ER1R2R1＋R2＋r＝63×63＋6＋1A＝2AU2＝I2R1R2R1＋R2＝2×3×63＋6V＝4V答案：BC所以电容器上电荷量减少了ΔQ＝(U1－U2)C＝(4.5－4)×3.6×10－6C＝1.8×10－6C，故选项A错误，选项B正确；合上S1、S2后，电容器上的电荷量为：Q＝CU2＝3.6×10－6×4C＝1.44×10－5C再断开S1后，R1和R2的电流与阻值成反比，故流过电阻的电荷量与阻值成反比。故流过电阻R1的电荷量为Q1＝R2R1＋R2Q＝9.6×10－6C，故选项C正确，D错误。本考点是对交变电流的产生及描述交变电流的物理量等知识的考查，常以选择题的形式呈现，四个选项考查多个知识点，考生失分的原因，大多是因知识或概念的混淆。建议考生自学为主。考点二交变电流的产生及描述辨析正弦式交变电流“四值”物理量表达式适用情况及说明瞬时值e＝Emsinωtu＝Umsinωti＝Imsinωt(1)从线圈位于中性面开始计时(2)可用于分析或计算线圈某时刻的受力情况最大值(峰值)Em＝nBSωIm＝EmR＋r(1)此时线圈垂直于中性面(2)电容器的击穿电压指的就是最大值物理量表达式适用情况及说明有效值E＝Em2U＝Um2I＝Im2(1)计算与电流的热效应有关的量(如电功、电功率、电热等)(2)电表的读数为有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)电气设备“铭牌”上所标的工作电压、工作电流一般都是有效值(5)非正弦式交变电流的有效值利用电流的热效应计算平均值E＝BLvE＝nΔΦΔtI＝ER＋r计算通过电路截面的电荷量，q＝nΔΦR＋r谨记涉及交变电流问题要做到“四看”与“四想”(1)看到“电容器的耐压值”时，想到“最大值”，如诊断卷第6题C项。(2)看到“电功、电功率、保险丝的熔断电流、电流表及电压表的读数”等描述时，想到“有效值”，如诊断卷第7题D项。(3)看到“某时刻或某位置”时，想到“瞬时值”，如诊断卷第7题C项。(4)看到“通过某电路(元件)的电荷量”时，想到“平均值”，如诊断卷第7题B项。[题点全练]1．[多选](2019·天津高考)单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间t的关系图像如图所示。下列说法正确的是()A．T2时刻线框平面与中性面垂直B．线框的感应电动势有效值为2πΦmTC．线框转一周外力所做的功为2π2Φm2RTD．从t＝0到t＝T4过程中线框的平均感应电动势为πΦmT解析：中性面的特点是与磁场垂直，穿过的磁通量最大，磁通量变化率最小，则T2时刻线框在中性面上，A错。电动势最大值为Em＝Φmω＝Φm2πT，对正弦交流电，E有＝Em2＝2πΦmT，B对。由功能关系知，线框转一周外力做的功等于产生的电能，W＝E电＝E有2R·T＝2π2Φm2RT，C对。由法拉第电磁感应定律知，E＝ΔΦΔt＝ΦmT4＝4ΦmT，D错。答案：BC2．(2018·全国卷Ⅲ)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示。则Q方∶Q正等于()A．1∶2B．2∶1C．1∶2D．2∶1答案：D解析：由焦耳定律和有效值概念知，一个周期内产生热量Q方＝u02R·T2＋u02R·T2＝u02RT，Q正＝U有效2RT＝u022RT＝12·u02RT，故Q方∶Q正＝2∶1。3．(2019·雄安模拟)图甲为风力发电的简易模型。在风力作用下，风叶带动与杆固连的永磁铁转动，磁铁下方的线圈与电压传感器相连。在某一风速时，传感器显示的电压按图乙正弦规律变化，则()A．磁铁的转速为10r/sB．线圈两端电压的有效值为6VC．交变电流的电压表达式为u＝12sin5πtVD．该交变电流可以直接加在击穿电压为9V的电容器上解析：电流的周期为T＝0.4s，故磁体的转速为n＝1T＝10.4＝2.5r/s，故A错误；通过乙图可知电压的最大值为12V，故有效值U＝Um2＝122V＝62V，故B错误；周期T＝0.4s，故ω＝2πT＝2π0.4rad/s＝5πrad/s，故电压的表达式为u＝12sin5πt(V)，故C正确；交流电电压的最大值不能超过电容器的击穿电压，故D错误。答案：C高考对本考点进行考查时，常与交变电流的性质和电路动态变化的规律相结合。对于这类问题，需通过原、副线圈电路，综合分析变压器与电路的关系。需要考生学会迁移应用。考点三理想变压器的规律及应用明确变压器各物理量间的制约关系谨记交流电路动态分析的注意事项1．变压器匝数不变时，变压器的输入、输出电压均不变，但变压器原、副线圈中的电流均随负载的变化而变化。如诊断卷第9题，当传感器R2所在处出现火情时，R2的电阻减小，导致副线圈电路的总电阻减小，从而引起各电表示数的变化。2．变压器匝数变化时，要注意区分是原线圈还是副线圈匝数变化。如诊断卷第10题，原线圈匝数n1、副线圈匝数n2都可以变化。3．分析变压器原线圈接有负载时应注意：①变压器原、副线圈间的电压关系、电流关系与匝数关系仍然满足变压器原理，原线圈的输入功率仍然等于副线圈的输出功率；②首先需要确定原线圈所连接负载与原线圈的连接关系，若串联，则应从电流关系作为突破口确定匝数比和电压关系；若并联，则应从电压关系作为突破口确定匝数比和电流关系。如诊断卷第11题，灯泡L1与原线圈串联，二者的电流相等。[题点全练]1．(2019·江苏高考)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10，当输入电压增加20V时，输出电压()A．降低2VB．增加2VC．降低200VD．增加200V解析：理想变压器的电压与匝数关系为U1U2＝n1n2＝U1＋ΔU1U2＋ΔU2，整理可得ΔU1ΔU2＝n1n2，即原副线圈匝数比等于电压变化量之比，当ΔU1＝20V时，ΔU2＝200V，选项D正确。答案：D2．(2018·天津高考)教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机(内阻可忽略)通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P。若发电机线圈的转速变为原来的12，则()A．R消耗的功率变为12PB．电压表V的读数变为12UC．电流表A的读数变为2ID．通过R的交变电流频率不变解析：发电机产生的感应电动势最大值Em＝NBSω，其中ω＝2πn，理想变压器的输入电压(有效值)U1＝Em2，若线圈的转速n变为原来的12，根据U1U2＝n1n2，则电压表V的读数变为12U，通过R的电流变为原来的12，R消耗的功率变为14P，根据I1I2＝n2n1，电流表A的读数变为12I，故B正确，A、C错误；交变电流的频率f等于线圈的转速n，故D错误。答案：B3．(2019·江淮十校联考)在如图所示的理想变压器的电路中，变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，电阻R1＝R2，电流表和电压表均为理想电表，若电流表的示数为0.5A，电压表的示数为5V，则电阻R1的大小为()A．10ΩB．15ΩC．20ΩD．25Ω解析：设电阻