回歸教材重難點10 恒定電流和交變電流2022年高考物理三輪沖刺過關(guān)（解析版）

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回歸教材重難點10恒定電流和交變電流

在高考試題中恒定電流和交變電流題目具有一定的綜合性，側(cè)重基礎(chǔ)知識的考查，難度偏易。在命題止注重恒定電流、交變電流、遠(yuǎn)距離輸電相結(jié)合的問題，在2022年高考考查的內(nèi)容大概率側(cè)重相關(guān)電流電路的動態(tài)分析。

在復(fù)習(xí)備考時要回歸教材，夯實基礎(chǔ)，重點關(guān)注：閉合電路的歐姆定律、電路中功能的計算、理想變壓器的工作原理及各物理參量之間的制約關(guān)系、遠(yuǎn)距離輸電的工作模式和電壓電能損耗。我國在遠(yuǎn)距離輸電設(shè)備上處在世界領(lǐng)先地位、簡單傳感器的應(yīng)用也越來越廣泛，要多關(guān)注與之相關(guān)的信息題。

知識點一電流、歐姆定律

1．電流

(1)定義：自由電荷的定向移動形成電流．

(2)方向：規(guī)定為正電荷定向移動的方向．

(3)三個公式

①定義式：I＝q/t；②微觀式：I＝nqvS；③I＝

eq\f(U,R)

.

2．歐姆定律

(1)內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟導(dǎo)體的電阻R成反比．

(2)公式：I＝U/R.

(3)適用條件：適用于金屬和電解液導(dǎo)電，適用于純電阻電路．

知識點二電阻、電阻率、電阻定律

1．電阻

(1)定義式：R＝

eq\f(U,I)

.

(2)物理意義：導(dǎo)體的電阻反映了導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小，R越大，阻礙作用越大．

2．電阻定律

(1)內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體，其電阻與它的長度成正比，與它的橫截面積成反比，導(dǎo)體的電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)．

(2)表達式：R＝ρ

eq\f(l,S)

.

3．電阻率

(1)計算式：ρ＝R

eq\f(S,l)

.

(2)物理意義：反映導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，是導(dǎo)體材料本身的屬性．

(3)電阻率與溫度的關(guān)系

①金屬：電阻率隨溫度的升高而增大．

②半導(dǎo)體：電阻率隨溫度的升高而減小．

③超導(dǎo)體：當(dāng)溫度降低到絕對零度附近時，某些材料的電阻率突然減小為零成為超導(dǎo)體．

知識點三電功、電功率、焦耳定律

1．電功

(1)實質(zhì)：電流做功的實質(zhì)是電場力對電荷做正功，電勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程．

(2)公式：W＝qU＝UIt，這是計算電功普遍適用的公式．

2．電功率

(1)定義：單位時間內(nèi)電流做的功叫電功率．

(2)公式：P＝

eq\f(W,t)

＝UI，這是計算電功率普遍適用的公式．

3．焦耳定律

電流通過電阻時產(chǎn)生的熱量Q＝I2Rt，這是計算電熱普遍適用的公式．

4．熱功率

(1)定義：單位時間內(nèi)的發(fā)熱量．

(2)表達式：P＝

eq\f(Q,t)

＝I2R.

知識點四串、并聯(lián)電路的特點

1．特點對比

串聯(lián)

并聯(lián)

電流

I＝I1＝I2＝…＝In

I＝I1＋I2＋…＋In

電壓

U＝U1＋U2＋…＋Un

U＝U1＝U2＝…＝Un

電阻

R＝R1＋R2＋…＋Rn

eq\f(1,R)

＝

eq\f(1,R1)

＋

eq\f(1,R2)

＋…＋

eq\f(1,Rn)

2.幾個常用的推論

(1)串聯(lián)電路的總電阻大于其中任一部分電路的總電阻．

(2)并聯(lián)電路的總電阻小于其中任一支路的總電阻，且小于其中最小的電阻．

(3)無論電阻怎樣連接，每一段電路的總耗電功率P總是等于各個電阻耗電功率之和．

(4)無論電路是串聯(lián)還是并聯(lián)，電路中任意一個電阻變大時，電路的總電阻變大．

知識點五電源的電動勢和內(nèi)阻

1．電動勢

(1)定義：電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內(nèi)從負(fù)極移送到正極所做的功．

(2)表達式：E＝

eq\f(W,q)

.

(3)物理意義：反映電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)大小的物理量．

2．內(nèi)阻

電源內(nèi)部也是由導(dǎo)體組成的，也有電阻，叫做電源的內(nèi)阻，它是電源的另一重要參數(shù)．

知識點六、閉合電路歐姆定律

1．內(nèi)容：閉合電路的電流跟電源的電動勢成正比，跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比．

2．公式

eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(I＝\f(E,R＋r)只適用于純電阻電路,E＝U外＋U內(nèi)適用于任何電路))

3．路端電壓U與電流I的關(guān)系

(1)關(guān)系式：U＝E－Ir.

(2)U－I圖象如圖所示．

①當(dāng)電路斷路即I＝0時，縱坐標(biāo)的截距為電源電動勢．

②當(dāng)外電路電壓為U＝0時，橫坐標(biāo)的截距為短路電流．

③圖線的斜率的絕對值為電源的內(nèi)阻．

知識點七、交變電流的產(chǎn)生和變化規(guī)律

1．交變電流

大小和方向隨時間做周期性變化的電流．

2．正弦交流電

(1)產(chǎn)生：在勻強磁場里，線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動．

(2)中性面

①定義：與磁場方向垂直的平面．

②特點：線圈位于中性面時，穿過線圈的磁通量最大，磁通量的變化率為零，感應(yīng)電動勢為零．線圈每經(jīng)過中性面一次，電流的方向就改變一次．

(3)圖象：用以描述交變電流隨時間變化的規(guī)律，如果線圈從中性面位置開始計時，其圖象為正弦曲線．

二、描述交變電流的物理量

1．交變電流的周期和頻率的關(guān)系：T＝

eq\f(1,f)

.

2．峰值和有效值

(1)峰值：交變電流的峰值是它能達到的最大值．

(2)有效值：讓交流與恒定電流分別通過大小相同的電阻，如果在交流的一個周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，則這個恒定電流I、恒定電壓U就是這個交變電流的有效值．

(3)正弦式交變電流的有效值與峰值之間的關(guān)系

I＝

eq\f(Im,\r(2))

，U＝

eq\f(Um,\r(2))

，E＝

eq\f(Em,\r(2))

.

3．平均值：

eq\x\to(E)

＝n

eq\f(ΔΦ,Δt)

＝BL

eq\x\to(v)

.

三、交變電流的“四值”的比較

物理含義

重要關(guān)系

適用情況

瞬時值

交變電流某一時刻的值

e＝Emsinωt

計算線圈某一時刻的受力情況

峰值

最大的瞬時值

Em＝nBSω

Im＝

eq\f(Em,R＋r)

確定用電器的耐壓值，電容器的擊穿電壓

有效值

跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流值

E＝

eq\f(Em,\r(2))

U＝

eq\f(Um,\r(2))

I＝

eq\f(Im,\r(2))

(1)計算與電流熱效應(yīng)相關(guān)的量(如功率、熱量)

(2)交流電表的測量值

(3)電器設(shè)備標(biāo)注的額定電壓、額定電流

(4)保險絲的熔斷電流

平均值

交變電流圖象中圖線與時間軸所夾面積與時間的比值

eq\x\to(E)

＝

eq\f(ΔΦ,Δt)

eq\x\to(I)

＝

eq\f(\x\to(E),R＋r)

計算通過電路截面的電荷量

知識點八、變壓器原理

1．工作原理：電磁感應(yīng)的互感現(xiàn)象．

2．理想變壓器的基本關(guān)系式

(1)功率關(guān)系：P入＝P出．

(2)電壓關(guān)系：

eq\f(U1,U2)

＝

eq\f(n1,n2)

，若n1>n2，為降壓變壓器；若n1<n2，為升壓變壓器．

(3)電流關(guān)系：只有一個副線圈時，

eq\f(I1,I2)

＝

eq\f(n2,n1)

；

有多個副線圈時，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn.

電壓互感器和電流互感器，比較如下：

電壓互感器

電流互感器

原理圖

原線圈的連接

并聯(lián)在高壓電路中

串聯(lián)在大電流電路中

副線圈的連接

連接電壓表

連接電流表

互感器的作用

將高電壓變?yōu)榈碗妷?/p>

將大電流變?yōu)樾‰娏?/p>

利用的公式

eq\f(U1,U2)

＝

eq\f(n1,n2)

I1n1＝I2n2

知識點九遠(yuǎn)距離輸電

1．輸電線路(如圖所示)

2．輸送電流

(1)I＝

eq\f(P,U)

.(2)I＝

eq\f(U－U′,R)

.

3．電壓損失

(1)ΔU＝U－U′.(2)ΔU＝IR.

4．功率損失

(1)ΔP＝P－P′.(2)ΔP＝I2R＝

eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(P,U)))

2R＝

eq\f(ΔU2,R)

.

5．平均值：

eq\x\to(E)

＝n

eq\f(ΔΦ,Δt)

＝BL

eq\x\to(v)

.

1．（2021·天津卷）如圖所示，閉合開關(guān)后，的電阻兩端的交流電壓為，電壓表和電流表均為理想交流電表，則（）

A．該交流電周期為 B．電壓表的讀數(shù)為

C．電流表的讀數(shù)為 D．電阻的電功率為

【答案】C

【解析】

A．該交流電的周期

B．電壓表的讀數(shù)為交流電的有效值，即

選項B錯誤；

C．電流表的讀數(shù)為

選項C正確；

D．電阻的電功率為

選項D錯誤。

故選C。

2.（2021·湖北卷）如圖所示，理想變壓器原線圈接入電壓恒定的正弦交流電，副線圈接入最大阻值為2R的滑動變阻器和阻值為R的定值電阻。在變阻器滑片從a端向b端緩慢移動的過程中（）

A．電流表A1示數(shù)減小 B．電流表A2示數(shù)增大

C．原線圈輸入功率先增大后減小 D．定值電阻R消耗的功率先減小后增大

【答案】A

【解析】本題考查含理想變壓器電路的動態(tài)分析。

AB．由于原線圈所接電壓恒定，匝數(shù)比恒定，故變壓器副線圈的輸出電壓恒定，變阻器的滑片從a端向b端緩慢移動的過程中，由數(shù)學(xué)知識可知，變壓器副線圈所接的電阻值逐漸增大，則由歐姆定律得

可知副線圈的電流逐漸減小，由

可知變壓器原線圈的電流I1也逐漸減小，故A正確，B錯誤；

C．原線圈的輸入功率為

由于I1逐漸減小，則原線圈的輸入功率逐漸減小，故C錯誤；

D．由于副線圈的電流逐漸減小，則定值電阻與變阻器右半部分并聯(lián)的總電流減小，又與定值電阻并聯(lián)的變阻器右半部分的電阻值減小，則由并聯(lián)分流規(guī)律可知，流過定值電阻的電流逐漸減小，則由公式

可知，定值電阻R消耗的電功率逐漸減小，故D錯誤。

故選A。

3.（2021·廣東卷）某同學(xué)設(shè)計了一個充電裝置，如圖所示，假設(shè)永磁鐵的往復(fù)運動在螺線管中產(chǎn)生近似正弦式交流電，周期為0.2s，電壓最大值為0.05V，理想變壓器原線圈接螺線管，副線圈接充電電路，原、副線圈匝數(shù)比為1∶60，下列說法正確的是（）

A．交流電的頻率為10Hz

B．副線圈兩端電壓最大值為3V

C．變壓器輸入電壓與永磁鐵磁場強弱無關(guān)

D．充電電路的輸入功率大于變壓器的輸入功率

【答案】B

【解析】

A．周期是T=0.2s，頻率是

故A錯誤；

B．由理想變壓器原理可知

解得，副線兩端的最大電壓為

故B正確；

C．根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，永磁鐵磁場強，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢越大，變壓器的輸入電壓會越大，故C錯誤；

D．由理想變壓器原理可知，充電電路的輸入功率等于變壓器的輸入功率，故D錯誤。

故選B。

4．（2021·海南卷）如圖，理想變壓器原線圈接在的交流電源上，副線圈匝數(shù)可通過滑片P來調(diào)節(jié)。當(dāng)滑片P處于圖示位置時，原、副線圈的匝數(shù)比，為了使圖中“，”的燈泡能夠正常發(fā)光，下列操作可行的是（）

A．僅將滑片P向上滑動

B．僅將滑片P向下滑動

C．僅在副線圈電路中并聯(lián)一個阻值為的電阻

D．僅在副線圈電路中串聯(lián)一個阻值為的電阻

【答案】BD

【解析】

原線圈電壓有效值

則次級電壓有效值

則為了使圖中“，”的燈泡能夠正常發(fā)光，則需要減小次級電壓，即僅將滑片P向下滑動；或者僅在副線圈電路中串聯(lián)一個電阻，阻值為

故選BD。

5．（2021·浙江卷）發(fā)電機的示意圖如圖甲所示，邊長為L的正方形金屬框，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中以恒定角速度繞OO’軸轉(zhuǎn)動，阻值為R的電阻兩端的電壓如圖乙所示。其它電阻不計，圖乙中的Um為已知量。則金屬框轉(zhuǎn)動一周（）

A．框內(nèi)電流方向不變 B．電動勢的最大值為Um

C．流過電阻的電荷 D．電阻產(chǎn)生的焦耳熱

【答案】ABD

【解析】

A．當(dāng)線框轉(zhuǎn)動時，框內(nèi)電流方向每經(jīng)過中性面一次都要變化一次，而線圈和外電路接點處通過換向器，保證電流的方向不發(fā)生變化，從而使加在電阻兩端的電壓方向保持不變，A正確；

B．由圖乙可知，電動勢的最大值為Um，B正確；

C．線圈轉(zhuǎn)過半周，則流過電阻的電荷量為

則金屬框轉(zhuǎn)過一周流過電阻的電荷量為

C錯誤；

D．因為

則

金屬框轉(zhuǎn)過一周電阻產(chǎn)生的焦耳熱

D正確。

故選ABD。

6.（2020·浙江卷）小明在一根細(xì)橡膠管中灌滿食鹽水，兩端用粗銅絲塞住管口，形成一段封閉的鹽水柱。他將此鹽水柱接到電源兩端，電源電動勢和內(nèi)阻恒定。握住鹽水柱兩端將它水平均勻拉伸到原長的1.2倍，若忽略溫度對電阻率的影響，則此鹽水柱（）

A．通過的電流增大

B．兩端的電壓增大

C．阻值增大為原來的1.2倍

D．電功率增大為原來的1.44倍

【答案】B

【解析】

ABC．根據(jù)電阻定律：

可知，長度變?yōu)樵瓉淼谋叮瑱M截面積變?yōu)樵瓉淼谋?，所以電阻變?yōu)樵瓉淼谋叮桓鶕?jù)閉合電路歐姆定律：

可知總電阻增大，干路電流減小，路端電壓即鹽水柱兩端電壓增大，故AC錯誤，B正確；

D．電功率的表達式：

電流變化倍數(shù)無法計算，所以電功率變化倍數(shù)無法計算，故D錯誤。

故選B．

7．（2021·山東棗莊市高三二模）如圖所示的長方體金屬導(dǎo)體，前表面為，已知、。當(dāng)C、D兩端加電壓U時，其中電流為；當(dāng)A、B兩端加電壓時，其中電流為I。下列說法正確的是（）

A．

B．

C．若A端接電源正極、B端接負(fù)極，同時加一垂直于面向里的勻強磁場，則C端電勢高

D．若A端接電源正極、B端接負(fù)極，同時加一垂直于面向里的勻強磁場，則D端電勢高

【答案】BD

【解析】AB．根據(jù)電阻定律可知，同一導(dǎo)體，電阻率相同。設(shè)剩余一邊長l。當(dāng)C、D兩端加電壓U時，其電流為，當(dāng)A，B兩端加電壓時，其中電流為，

可得，故A錯誤，B正確；CD．若A端接電源正極、B端接負(fù)極，則導(dǎo)體內(nèi)電流方向向右，導(dǎo)體內(nèi)自由電子向左移動。根據(jù)左手定則可知洛倫茲力向上，電子在C端積累，C端積累負(fù)電荷，則C端電勢低，D端電勢高。故C錯誤，D正確。故選BD。

8．（2021·山西高三模擬）家用燈暖型浴霸的電路如圖所示，其中照明燈額定電壓為、額定功率為；四只相同的取暖燈額定電壓均為、額定功率均為；排氣扇電機的內(nèi)阻為。當(dāng)將浴霸接入的交流電路中時，閉合全部開關(guān)后各用電器均正常工作，此時通過保險絲的電流為8.6A。以下判斷中正確的是（）

A．交流電的頻率為

B．排氣扇電機的輸出功率為

C．閉合全部開關(guān)，浴霸的總功率為

D．只閉合、，通過保險絲的電流為

【答案】AD

【解析】A．根據(jù)，可得交流電的頻率為，故A正確；

BC．照明燈電流，取暖燈電流，則通過排氣扇的電流為，

排氣扇電機的輸出功率為，排氣扇功率，故浴霸的總功率為，故BC錯誤；D．只閉合、，通過保險絲的電流為

，故D正確。故選AD。

9．（2021·湖南婁底市摸底）在如圖所示電路中，電表均為理想電表，當(dāng)滑動變阻器的滑片向左移動時，下列判斷正確的是（）

A．A1示數(shù)變大 B．A2示數(shù)變大

C．V1示數(shù)變大 D．V2示數(shù)變大

【答案】BD

【解析】AD．當(dāng)滑動變阻器的滑片向左移動時，滑動變阻器接入電路的電阻R2增大，則外電路中的總電阻增大，根據(jù)閉合電路歐姆定律，可知總電流減小，即A1的示數(shù)減小，根據(jù)U=E-Ir，可知路端電壓增大，即V2的示數(shù)變大，A錯誤，D正確；C．電阻R1流過的電流即為總電流，根據(jù)U1=IR1，因總電流I減小，故U1減小，即V1的示數(shù)減小，C錯誤；B．根據(jù)路端電壓，因U增大，U1減小，可知增大，故流過A2的電流增大，故A2的示數(shù)增大，故B正確；故選BD。

10．（2021·北京朝陽區(qū)一模）如圖所示，（甲）→（乙）→（丙）→（丁）→（甲）過程是交流發(fā)電機發(fā)電的示意圖，線圈的ab邊連在金屬滑環(huán)K上，cd邊連在金屬滑環(huán)L上，用導(dǎo)體制成的兩個電刷分別壓在兩個滑環(huán)上，線圈在勻速轉(zhuǎn)動時可以通過滑環(huán)和電刷保持與外電路連接。已知線圈轉(zhuǎn)動的角速度為ω，轉(zhuǎn)動過程中電路中的最大電流為Im。下列選項正確的是（）

A．在圖（甲）位置時，線圈中的磁通量最大，感應(yīng)電流為零

B．從圖（乙）位置開始計時，線圈中電流i隨時間t變化的關(guān)系式為

C．在圖（丙）位置時，線圈中的磁通量最大，磁通量的變化率也最大

D．在圖（?。┪恢脮r，感應(yīng)電動勢最大，cd邊電流方向為c→d

【答案】A

【解析】A．在圖（甲）位置時，線圈中的磁通量最大，感應(yīng)電流為零，A正確；B．從圖（乙）位置開始計時，線圈中電流i隨時間t變化的關(guān)系式為，B錯誤；C．在圖（丙）位置時，線圈中的磁通量最大，磁通量的變化率最小，感應(yīng)電流為0，C錯誤；D．在圖（?。┪恢脮r，感應(yīng)電動勢最大，cd邊電流方向為d→c，D錯誤。故選A。

11．（