2020高考物理二轮复习 600分冲刺 专题四 电路和电磁感应 第11讲 直流与交流电路问题课件

专题整合突破第一部分专题四电路和电磁感应[要点解读]1.电磁感应部分：以考查楞次定律和法拉第电磁感应定律的应用为主，多涉及牛顿运动定律、电功和电热等力电综合问题。考查形式为选择题或计算题。2.恒定电流部分：以选择题的形式考查动态电路、电路故障、含电容电路和含电表电路等问题的分析。3.交变电流部分：以选择题的形式考查交变电流有效值与峰值的关系、理想变压器的原理。[备考对策]复习时应理清各个基本概念，熟记各公式及适用条件，掌握交流电“四值”的特点及适用范围，注意训练和掌握闭合电路的动态分析问题、含电容电路的分析问题、变压器电路的动态分析问题及电磁感应与电路相综合问题的分析思路与方法，强化电磁感应图象问题的训练，提高解决与实际生活、生产科技相结合的实际问题的能力。第11讲直流与交流电路问题1体系认知感悟真题2聚焦热点备考通关3复习练案课时跟踪体系认知感悟真题•1．(2019·天津，8)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的关系图象如图所示。下列说法正确的是()BCA．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2π2Φ2mRTD．从t＝0到t＝T4过程中线框的平均感应电动势为πΦmT[解析]A错：中性面的特点是线框平面与磁场垂直，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。B对：电动势最大值为Em＝Φmω＝Φm2πT，对正弦交流电，E有＝Em2＝2πΦmT。C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＝E2有R·T＝2π2Φ2mRT。D错：由法拉第电磁感应定律知，E＝ΔΦΔt＝ΦmT4＝4ΦmT。•2．(2019·江苏，1)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为110，当输入电压增加20V时，输出电压()•A．降低2VB．增加2V•C．降低200VD．增加200VD[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。A3．(2019·江苏，3)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。D4．(2018·全国卷Ⅲ，16)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[解析]由有效值概念知，一个周期内产生热量Q方＝u20R·T2＋u20R·T2＝u20RT，Q正＝U2有效RT＝u022RT＝12·u20RT，故知，Q方∶Q正＝21。聚焦热点备考通关直流电路的分析和计算核心知识1．明确1个定律、2个关系(1)闭合电路的欧姆定律：I＝ER＋r(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＝RR＋rE＝11＋rRE，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．解决含电容器的直流电路问题的一般方法•(1)通过初、末两个稳定的状态来了解中间不稳定的变化过程。•(2)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，电容器对电路的作用是断路。•(3)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，即电阻不起降低电压的作用，与电容器串联的电阻为等势体，电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压。•(4)在计算电容器的带电荷量变化时，如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等于始、末状态电容器电荷量之差；如果变化前后极板带电的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于始、末状态电容器电荷量之和。•【典例1】(多选)(2019·安徽皖西高中联盟期末)如图甲所示，电动势为E、内阻为r的电源与R＝8Ω的定值电阻、滑动变阻器RP、开关S组成串联回路，已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的有效电阻值RP的关系如图乙所示，下列说法正确的是()典例探究•[答案]BDA．电源的电动势E＝2105V，内阻r＝2ΩB．图乙中Rx＝25ΩC．滑动变阻器的滑片向左移动时，R上消耗的功率先增大后减小D．调整滑动变阻器RP的阻值可以得到该电源的最大输出功率为1.28W[解析]把R看作电源的内阻，则滑动变阻器RP的阻值则为外电阻，由图象可知，RP＝R＋r＝10Ω时，滑动变阻器RP消耗的功率最大为0.4W，r＝2Ω，由E24R＋r＝0.4W可得E＝4V，选项A错误；由E2×4R＋r＋42＝E2×RxR＋r＋Rx2解得Rx＝25Ω，选项B正确；滑动变阻器的滑片向左移动时，外电路电阻增大，R中电流减小，R上消耗的功率一直减小，选项C错误；调整滑动变阻器RP的阻值，当滑动变阻器接入电路中的电阻为零时，电源输出电功率最大，可以得到该电源的最大输出功率为P＝E2×RR＋r2＝1.28W，选项D正确。闭合电路欧姆定律中功率的最值问题(1)定值电阻的功率：P定＝I2RR为定值电阻，P定只与电流有关系，当R外最大时，I最小，P定最小，当R外最小时，I最大，P定最大。(2)电源的输出功率：P＝E2R外r＋R外2＝E2R外－r2R外＋4r。当R外＝r时，P出功率最大。(3)变化电阻的功率的最大值利用等效思想，把除变化电阻之外的其他的定值电阻等效成电源的内阻r′，则变化电阻的功率即为等效以后的电源的输出功率，即当R变＝r′时，P变有最大值。•1．(2019·湖南长沙一模)阻值相等的四个电阻、电容为C的电容器及电动势为E、内阻可以忽略的电池连接成如图所示电路。开始时，开关S断开且电流稳定，然后闭合开关S，电流再次稳定。闭合开关前后电容器所带的电荷量()类题演练BA．增加CE5B．增加2CE15C．增加CE3D．减少2CE15[解析]由已知条件及电容定义式C＝QU可得：Q1＝U1C，Q2＝U2CS断开时等效电路如左图所示U1＝RR＋RR＋R＋RR＋RR＋RR＋R＋R·E×12＝15ES闭合时等效电路如右图所示，U2＝R·RR＋RR＋R·RR＋R·E＝13E∴Q1＝CE5，Q2＝CE3ΔQ＝Q2－Q1＝2CE15，故选项B正确。•1．闭合电路动态变化的原因•(1)当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时，电路的总电阻一定增大(或减小)。•(2)若电键的通断使串联的用电器增多，总电阻增大；若电键的通断使并联的支路增多，总电阻减小。•(3)热敏电阻或光敏电阻的阻值变化。直流电路的动态分析核心知识2．闭合电路动态分析的两种常用方法(1)程序分析法：流程如下。(2)利用结论法：即“串反并同”法。①“串反”——即某一电阻增大(减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都减小(增大)；②“并同”——即某一电阻增大(减小)时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都增大(减小)。•【典例2】(2019·上海黄浦区模拟)如图所示电路中，R1为滑动变阻器，R2为定值电阻，A1、A2为理想电流表。闭合电键，A1、A2的示数分别为I1、I2，将R1的滑动头从左向右滑动，则()•A．I1一直增大，I2先减小后增大•B．I1一直增大，I2一直增大•C．I1先减小后增大，I2先减小后增大•D．I1先减小后增大，I2一直增大D典例探究[解析]将R1的滑动头从左向右滑动的过程中，设R1两侧并联总电阻为R，左侧电阻为x，则右侧电阻为R－x，则外电路的总电阻：R外＝R2＋xR－xR，则当x＝R－x时，即x＝0.5R时R外最大，此时总电流最小，可知I1先减小后增大，根据欧姆定律得I2＝Ex＋R2＋xR－xR·xR＝ERr＋R2x＋R－x，则随x的增加，I2一直增大；故A、B、C错误，D正确。•2．(多选)(2019·甘肃庆阳模拟)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)()类题演练BDA．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。•理清概念别混淆交变电流的产生和描述核心知识•【典例3】(多选)(2019·安徽省六安市模拟)如图所示，边长为L＝0.2m的正方形线圈abcd，其匝数为n＝100、总电阻为r＝2Ω，外电路的电阻为R＝8Ω，ab的中点和cd的中点的连线OO′恰好位于匀强磁场的边界线上，磁场的磁感应强度B＝1T，若线圈从图示位置开始，以角速度ω＝2rad/s绕OO′轴匀速转动，则以下判断中正确的是()典例探究A．在t＝π4时刻，磁场穿过线圈的磁通量为0，故此时磁通量变化率为0B．闭合电路中感应电动势的瞬时表达式e＝4sin2t(V)C．从t＝0时刻到t＝π4时刻，电阻R上产生的热量为Q＝0.16πJD．从t＝0时刻到t＝π4时刻，通过R的电荷量q＝0.2C•[答案]BCD[解析]在t＝π4时刻，线圈从图示位置转过90°，磁场穿过线圈的磁通量为0，线圈中磁通量变化率最大，故A项错误；线圈中产生感应电动势的最大值Em＝nB·L22ω＝100×1×0.222×2V＝4V，开始计时时，线圈中磁通量最大，感应电动势为0，则闭合电路中感应电动势的瞬时表达式e＝Emsinωt＝4sin2t(V)，故B项正确；线圈转动的周期T＝2πω＝2π2s＝πs，回路中感应电流的最大值Im＝Emr＋R＝0.4A，回路中电流的有效值I＝Im2＝0.22A，从t＝0时刻到t＝π4时刻，电阻R上产生的热量Q＝I2R·T4＝(0.22)2×8×π4J＝0.16πJ，故C项正确；从t＝0时刻到t＝π4时刻，电路中的平均感应电动势E＝nΔΦΔt，电路中的平均电流I＝Er＋R，线框中磁通量的变化量ΔΦ＝B·L22，通过R的电荷量q＝IΔt，解得：q＝nBL22r＋R＝100×1×0.222×10C＝0.2C，故D项正确。解决交变电流的问题要注意的几点(1)理解几个特殊位置的磁通量、磁通量的变化率、感应电动势及感应电流方向的特点①与中性面重合时，S⊥B，Φ最大，ΔΦΔt＝0，e＝0，i＝0，电流方向将发生改变。②与中性面垂直时，S∥B，Φ＝0，ΔΦΔt最大，e最大，i最大，电流方向不变。(2)区分交变电流的峰值、瞬时值、有效值和平均值。(3)确定交变电流中电动势、电压、电流的有效值后就可以运用直流电路的规律处理交流电路中的有关问题。(4)交变电流瞬时值表达式书写的基本思路①确定正余弦交变电流的峰值，根据已知图象或由公式Em＝nBSω求出相应峰值，其中ω＝2πT＝2πf＝2πn。②明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。a．若线圈从中性面开始计时，则e－t图象为正弦函数，e＝Emsinωt；b．若线圈从垂直中性面开始计时，则e－t图象为余弦函数，e＝Emcosωt。类题演练3．(2019·四川省安市模拟)如图所示，在同一水平