新高考物理二輪復(fù)習(xí)專題4.1 直流電路和交變電流（精講卷）（含解析）

高考物理二輪復(fù)習(xí)講練測（新高考專用）專題四電路和電磁感應(yīng)（講）知識結(jié)構(gòu)考情分析近3年考情分析考點要求等級要求考題統(tǒng)計202220212020直流電路和交變電路Ⅱ2022·北京卷·T132022·北京卷·T92022·浙江6月卷·T122022·浙江1月卷·T122022·江蘇卷·T22022·重慶卷·T32022·北京卷·T42022·海南卷·T52022·山東卷·T42022·湖南卷·T62021·江蘇卷·T22021·重慶卷·T62021·浙江1月卷·T162021·北京卷·T52021·遼寧卷·T52021·天津卷·T32021·浙江省6月卷·T52021·江蘇卷·T122021·北京卷·T192021·浙江1月卷·T192021·廣東卷·T72021·海南卷·T92021·河北卷·T82021·湖北卷·T62021·湖南卷·T62021·山東卷·T92021·福建卷·T32020·全國=1\*ROMANI卷·T172020·全國=2\*ROMANII卷·T192020·浙江1月卷·T62020·浙江7月卷·T162020·海南卷·T42020·江蘇卷·T62020·北京卷·T122020·海南卷·T32020·全國=3\*ROMANIII卷·T202020·山東卷·T52020·天津卷·T62020·浙江1月卷·T102020·江蘇卷·T22020·浙江7月卷·T112020·北京卷·T9電磁感應(yīng)Ⅱ2022·重慶卷·T132022·重慶卷·T72022·江蘇卷·T52022·上海卷·T122022·湖南卷·T102022·廣東卷·T12022·廣東卷·T42022·山東卷·T122022·全國甲卷·T202022·全國甲卷·T162022·浙江1月卷·T132022·海南卷·T182022·上海卷·T202022·遼寧卷·T152022·浙江1月卷·T212022·全國乙卷·T242021·北京卷·T112021·重慶卷·T32021·北京卷·T72021·全國甲卷·T212021·廣東卷·T102021·河北卷·T72021·河北卷·T52021·湖南卷·T102021·山東卷·T122021·山東卷·T82021·福建卷·T72021·遼寧卷·T92021·浙江省6月卷·T22021·天津卷·T122021·湖北卷·T162021·海南卷·T182021·全國乙卷·T252021·浙江1月卷·T222020·浙江1月卷·T82020·江蘇卷·T32020·北京卷·T82020·全國=1\*ROMANI卷·T212020·浙江7月卷·T122020·全國=3\*ROMANIII卷·T242020·北京卷·T182020·海南卷·T132020·山東卷·T122020·江蘇卷·T212020·天津卷·T112020·浙江7月卷·T222020·北京卷·T20思維導(dǎo)圖4.1直流電路和交變電路一、考情分析近3年考情分析考點要求等級要求考題統(tǒng)計202220212020電路的基本概念及規(guī)律Ⅱ2022·北京卷·T132022·北京卷·T92022·浙江6月卷·T122022·浙江1月卷·T122021·江蘇卷·T22020·全國=1\*ROMANI卷·T172020·全國=2\*ROMANII卷·T192020·浙江1月卷·T62020·浙江7月卷·T162020·海南卷·T4閉合電路歐姆定律及綜合應(yīng)用Ⅱ2022·江蘇卷·T22020·江蘇卷·T62020·北京卷·T12交流變電流的產(chǎn)生及描述Ⅱ2022·重慶卷·T32022·北京卷·T42022·海南卷·T52022·山東卷·T42021·重慶卷·T62021·浙江1月卷·T162021·北京卷·T52021·遼寧卷·T52021·天津卷·T32021·浙江省6月卷·T52021·江蘇卷·T122021·北京卷·T192020·海南卷·T3理想變壓器遠距離輸電Ⅱ2022·湖南卷·T62021·浙江1月卷·T192021·廣東卷·T72021·海南卷·T92021·河北卷·T82021·湖北卷·T62021·湖南卷·T62021·山東卷·T92021·福建卷·T32020·全國=3\*ROMANIII卷·T202020·山東卷·T52020·天津卷·T62020·浙江1月卷·T102020·江蘇卷·T22020·浙江7月卷·T112020·北京卷·T9考情總結(jié)近幾年高考試題主要考查了交變電流的產(chǎn)生及“四值”，變壓器的原理，電壓比、電流比及功率關(guān)系，變壓器的動態(tài)分析，題型以選擇題為主．直接考查閉合電路歐姆定律的題目較少.應(yīng)考策略高考題會以部分電路歐姆定律與閉合電路歐姆定律的應(yīng)用為主線，重點考查電路的動態(tài)分析與功率的計算；與日常生活、生產(chǎn)相聯(lián)系的交變電流規(guī)律、遠距離輸電也可能會成為新命題點．二、思維導(dǎo)圖三、講知識1．閉合電路歐姆定律(1)閉合電路的歐姆定律：I＝eq\f(E,R＋r).(2)路端電壓與電流的關(guān)系：U＝E－Ir.(3)路端電壓與負載的關(guān)系：U＝IR＝eq\f(R,R＋r)E＝eq\f(1,1＋\f(r,R))E，路端電壓隨外電阻的增大而增大，隨外電阻的減小而減?。?．直流電路動態(tài)分析方法(1)程序法：基本思路是“部分→整體→部分”。即從阻值的變化入手，由串、并聯(lián)規(guī)律判定R總的變化情況，再由閉合電路歐姆定律判斷I總和U端的變化情況，最后由部分電路歐姆定律及串聯(lián)分壓、并聯(lián)分流等規(guī)律判斷各部分的變化情況。(2)結(jié)論法——“串反并同”“串反”：指某一電阻增大(減小)時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(增大)?！安⑼保褐改骋浑娮柙龃?減小)時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(減小)。(3)極限分析法：因滑動變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，可將滑動變阻器的滑片滑到兩端、中間等特殊位置，對特殊位置進行分析討論，從而得到所研究物理量的變化規(guī)律。3.正弦式交變電流的“四值”(1)最大值：Em＝NBSω.(2)瞬時值：e＝NBSωsinωt(從中性面開始計時)．(3)有效值：正弦式交變電流的有效值E＝eq\f(Em,\r(2))；非正弦式交變電流的有效值必須根據(jù)電流的熱效應(yīng)，用等效的思想來求解．(4)平均值：eq\x\to(E)＝neq\f(ΔΦ,Δt)，常用來計算通過電路的電荷量．3．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).(3)電流關(guān)系：只有一個副線圈時，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).(4)頻率關(guān)系：f1＝f2.4．變壓器和遠距離輸電的分析技巧(1)變壓器的副線圈的電流和功率決定原線圈的電流和功率。(2)遠距離輸電問題分析的關(guān)鍵是求中間回路的電流強度的大小。四、講重點重點1電路的基本概念及規(guī)律一、三個電流表達式的比較公式適用范圍公式含義定義式I＝eq\f(q,t)一切電路eq\f(q,t)反映了I的大小，但不能說I∝q，I∝eq\f(1,t)微觀式I＝nqSv一切電路從微觀上看n、q、S、v決定了I的大小決定式I＝eq\f(U,R)金屬、電解液I由U、R決定，I∝U，I∝eq\f(1,R)二、公式R＝eq\f(U,I)、I＝eq\f(U,R)和U＝IR的對比公式物理意義適用條件R＝eq\f(U,I)導(dǎo)體電阻的定義式，反映導(dǎo)體對電流的阻礙作用R由導(dǎo)體本身決定，與U、I無關(guān)，適用于所有導(dǎo)體I＝eq\f(U,R)某段導(dǎo)體中電流與兩端電壓和電阻的關(guān)系適用于純電阻電路U＝IR沿電流方向電勢逐漸降低(外電路)，電壓等于I和R的乘積適用于金屬導(dǎo)體、電解液三、電路中常見的圖像分析類別線性元件非線性元件電源圖象物理意義反映I和U的正比關(guān)系反映I和U的非正比關(guān)系反映電源的輸出特性，縱軸截距為電源電動勢，橫軸截距為短路電流注意問題圖線的斜率的倒數(shù)表示導(dǎo)體的電阻，R＝eq\f(U,I)＝eq\f(ΔU,ΔI)，遵從歐姆定律圖線的斜率僅表示電阻的變化趨勢，某點的電阻值需用點的坐標值計算，即R＝eq\f(U1,I1)圖線斜率的絕對值表示電源的內(nèi)阻(注意縱坐標數(shù)值是否從零開始)四.電流表和電壓表的改裝改裝為大量程電壓表改裝為大量程電流表原理串聯(lián)電阻分壓并聯(lián)電阻分流圖示R大小由于U=IgR+IgRg,所以R=UIg由于IgRg=(I-Ig)R,所以R=I電表內(nèi)阻RV=R+Rg>RgRA=RRg五.電動機的三個功率及關(guān)系輸入功率電動機的總功率。由電動機電路中的電流和電壓決定,即P總=P入=UI輸出功率電動機的有用功的功率,也叫機械功率,即P出熱功率電流通過電動機線圈時的發(fā)熱功率P熱=I2r三者關(guān)系P總=P出+P熱效率η=P出P入×100%=特別說明①正常工作的電動機是非純電阻元件②電動機因為故障或者其他原因不轉(zhuǎn)動,相當于一個純電阻元件重點2閉合電路歐姆定律及綜合應(yīng)用一、閉合電路歐姆定律電源的電動勢和內(nèi)阻電動勢(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)從負極移送到正極所做的功。(2)表達式：E＝eq\a\vs4\al(\f(W,q))(3)物理意義：反映了電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng)大小。內(nèi)阻電源內(nèi)部導(dǎo)體的電阻閉合電路歐姆定律閉合電路歐姆定律(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)表達式：I＝eq\f(E,R＋r)(3)適用條件：只適用于外電路是純電阻電路。電動勢與內(nèi)、外電壓的關(guān)系E＝U內(nèi)＋U外_。(適用于任何電路)路端電壓U與電流I的關(guān)系(1)關(guān)系式：U＝E－Ir。(適用于任何電路)(2)電源的U-I圖象(如圖所示)①當電路斷路，即I＝0時，縱軸的截距為電源電動勢。②當路端電壓U＝0時，橫軸的截距為短路電流。③圖線的斜率的絕對值為電源的內(nèi)阻。閉合電路的動態(tài)分析技巧程序法(1)思路“局部電路?整體電路?局部電路”。(2)具體步驟：結(jié)論法“串反并同”(適用條件：電源內(nèi)阻不為零的電路)(1)所謂“串反”，即某一電阻增大(或減小)時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(或增大)。(2)所謂“并同”，即某一電阻增大(或減小)時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(或減小)。極限法因滑動變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩個極端，讓電阻最大或電阻為零，然后再討論有關(guān)問題三、閉合電路的功率及效率問題電源總功率任意電路：P總＝EI＝P出＋P內(nèi)純電阻電路：P總＝eq\f(E2,R＋r)＝I2(R＋r)內(nèi)部功率P內(nèi)＝I2r＝P總－P出輸出功率任意電路：P出＝UI＝P總－P內(nèi)純電阻電路：P出＝eq\f(U2,R)＝I2R＝eq\f(E2R,（R＋r）2)P出與外電阻R的關(guān)系P出隨R的增大先增大后減小，當R＝r時達到最大Pm＝eq\f(E2,4r)，P出＜Pm時對應(yīng)兩個外電阻R1和R2，且R1R2＝r2。電源的效率任意電路：η＝eq\f(P出,P總)×100%＝eq\f(U,E)×100%純電阻電路：η＝eq\f(R,R＋r)×100%重點3交流變電流的產(chǎn)生及描述1．兩個特殊位置的比較位置中性面位置與中性面垂直的位置圖例特點B⊥SB∥SΦ＝BS，最大Φ＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝0，最小e＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝nBSω，最大電流為零，方向改變電流最大，方向不變2．交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計時)規(guī)律物理量函數(shù)表達式圖象磁通量Φ＝Φmcosωt＝BScosωt電動勢e＝Emsinωt＝nBSωsinωt電壓u＝Umsinωt＝eq\f(REm,R＋r)sinωt電流i＝Imsinωt＝eq\f(Em,R＋r)sinωt3.對交變電流“四值”的比較物理量表達式適用情況及說明瞬時值e＝Emsinωtu＝Umsinωti＝Imsinωt計算線圈某時刻的受力情況最大值(峰值)Em＝nBSωIm＝eq\f(Em,R＋r)討論電容器的擊穿電壓有效值對正(余)弦交流電有：E＝eq\f(Em,\r(2))U＝eq\f(Um,\r(2))I＝eq\f(Im,\r(2))(1)計算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電動率、電熱等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標的一般是有效值(3)保險絲的熔斷電流為有效值(4)電表的讀數(shù)為有效值平均值eq\o(E,\s\up6(－))＝BLeq\o(v,\s\up6(－))eq\o(E,\s\up6(－))＝neq\f(ΔΦ,Δt)eq\o(I,\s\up6(－))＝eq\f(\o(E,\s\up6(－)),R＋r)計算通過電路截面的電荷量重點4理想變壓器遠距離輸電1.理想變壓器及基本關(guān)系的理解基本關(guān)系功率關(guān)系能量守恒：原線圈的輸入功率等于副線圈的輸出功率，即P入＝P出電壓關(guān)系只有一個副線圈時：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)有多個副線圈時：eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)＝eq\f(U3,n3)＝…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：I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn頻率關(guān)系f1＝f2(變壓器不改變交變電流的頻率)2.理想變壓器的動態(tài)分析問題的解題思路(1)分清不變量和變量。(2)弄清理想變壓器中電壓、電流、功率之間的聯(lián)系和相互制約關(guān)系。(3)利用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點進行分析判定。3.理想變壓器中各量的制約關(guān)系電壓副線圈電壓U2由原線圈電壓U1和匝數(shù)比決定：U2＝eq\f(n2,n1)U1功率原線圈的輸入功率P入由副線圈的輸出功率P出決定：P入＝P出電流原線圈電流I1由副線圈電流I2和匝數(shù)比決定：I1＝eq\f(n2,n1)I24.分析遠距離輸電問題的三個“要點”理清三個回路抓住兩個聯(lián)系回路1和回路2的聯(lián)系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1)，P1＝P2回路2和回路3的聯(lián)系：eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)，eq\f(I3,I4)＝eq\f(n4,n3)，P3＝P4明確三個關(guān)聯(lián)式功率關(guān)聯(lián)式：P2＝ΔP＋P3，其中ΔP＝ΔUI線＝I線2R線＝eq\f(ΔU2,R線)電壓關(guān)聯(lián)式：U2＝ΔU＋U3電流關(guān)聯(lián)式：I2＝I線＝I3重點1電路的基本概念及規(guī)律例題1：（2023屆·浙江浙里卷天下高三上學(xué)期開學(xué)考試）如圖所示的安全出口指示燈，該燈配備有兩個電源——正常電源和緊急備用電源，其中正常亮燈狀態(tài)下，指示燈功率為3W，緊急指示燈亮起時，指示燈功率為6W。假設(shè)在某次消防安全演練中，某商場的200個緊急指示燈全部正常開啟，持續(xù)時間為60min。在這次演練中，所有指示燈消耗的電能約為（）A.3.6×105J B.7.2×105JC.2.2×106J D.4.3×106J【答案】D【解析】所有指示燈消耗的電能約為SKIPIF1<0故選D。訓(xùn)練2：（2023屆·北京交大附中高三上學(xué)期開學(xué)考試）下表列出了某品牌電動自行車及所用電動機的主要技術(shù)參數(shù)，不計自身機械損耗，若該車在額定狀態(tài)下以最大速度行駛，則下列選項正確的是（）自重40kg額定電壓48V載重75kg額定電流12A最大行駛速度20km/h額定輸出功率400WA.電動機的輸入功率為576WB.電動機的線圈電阻為4ΩC.該車獲得的牽引力為104ND.該車受到的阻力為20N【答案】A【解析】A．電動機的輸入功率SKIPIF1<0故A正確；B．電動機正常工作時是非純電阻電路，不能用歐姆定律求內(nèi)阻，故B錯誤；CD．電動車速度最大時，牽引力等于阻力，由SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0SKIPIF1<0故CD錯誤。故選A。重點2閉合電路歐姆定律及綜合應(yīng)用例題2：（2023屆·人大附中高三上學(xué)期開學(xué)考試）某學(xué)習(xí)小組用如下電路研究小電動機的電流與電壓關(guān)系。通過調(diào)節(jié)滑動變阻器R接入電路的阻值，測量得到下表記錄的信息。若認為小電動機的電阻是不變的，則（）序號電壓SKIPIF1<0電流SKIPIF1<0電動機工作狀態(tài)11.250.50卡住未轉(zhuǎn)動22.000.20穩(wěn)定轉(zhuǎn)動33.50.30穩(wěn)定轉(zhuǎn)動A.小電動機的電阻大約為SKIPIF1<0B.當小電動機的電壓為SKIPIF1<0時，其發(fā)熱功率為SKIPIF1<0C.當小電動機的電壓為SKIPIF1<0時，其電功率為SKIPIF1<0D.當小電動機的電壓為SKIPIF1<0時，其對外做功的功率為SKIPIF1<0【答案】B【解析】A．將電壓表當作理想電壓表，當小電動機的電壓為SKIPIF1<0時，電動機卡住未轉(zhuǎn)動，電功率等于內(nèi)阻發(fā)熱功率SKIPIF1<0將第一組數(shù)據(jù)代入可解得SKIPIF1<0故A錯誤；B．當小電動機電壓為SKIPIF1<0時，電流是0.50A，由P=I2r得其發(fā)熱功率為SKIPIF1<0，故B正確；C．當小電動機的電壓為SKIPIF1<0時，其電功率SKIPIF1<0故C錯誤；D．當小電動機的電壓為SKIPIF1<0時，其對外做功的功率SKIPIF1<0故D錯誤。故選B。訓(xùn)練2：（2023·黑龍江肇東市四中高三上學(xué)期期末）某次實驗記錄數(shù)據(jù)畫出的U—I圖像如圖丙所示，下列關(guān)于這個圖像的說法正確的是（）A.縱軸截距表示待測干電池的電動勢，即E=1.45VB.橫軸截距表示短路電流，即I短=0.5AC.電源的內(nèi)阻為2.9ΩD.電源的內(nèi)阻為0.5Ω【答案】AD【解析】A．U－I圖像的縱截距為I＝0時的路端電壓，其大小等于待測干電池的電動勢，故E=1.45VA正確；B．橫軸截距表示路端電壓為1.2V時的電流，并非短路電流，B錯誤；CD．U－I圖像的斜率的絕對值表示干電池的內(nèi)阻，故SKIPIF1<0C錯誤，D正確。故選AD。重點3交流變電流的產(chǎn)生及描述例題3：（2023屆·浙江浙里卷天下高三上學(xué)期開學(xué)考試）如圖所示是輸入電壓為220V，輸出電壓為27V的變壓器，相應(yīng)的線圈匝數(shù)分別為n1和n2，則（）A.n1<n2B.輸入的電流大于輸出的電流C.繞制輸入端線圈的導(dǎo)線比輸出端細D.輸出端連接的用電器數(shù)量增加，輸入端功率不變【答案】C【解析】A．由題知，副線圈的電壓小于原線圈的電壓，故此為降壓變壓器，故n1>n2，故A錯誤；B．根據(jù)電流與匝數(shù)成反比可知，輸入電流小于輸出的電流，故B錯誤；C．因為輸出功率輸入功率相同，而副線圈兩端電流大，為了減小導(dǎo)線上功率損失，故繞制輸入端線圈的導(dǎo)線比輸出端細，故C正確；D．輸出端連接的用電器數(shù)量增加，輸出功率增大，輸入端功率增大，故D錯誤。故選C。訓(xùn)練3：（2023屆·西南匯高三上學(xué)期開學(xué)考試）如圖所示為輸電能耗演示電路。左側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1：4，輸入電壓為7.5V正弦交流電。連接兩理想變壓器的導(dǎo)線的總電阻為r，負載R的阻值為10Ω。開關(guān)S接1時，右側(cè)變壓器原、副線圈匝數(shù)比為2：1，R上的功率為10W；開關(guān)S接2時，右側(cè)變壓器原副線圈匝數(shù)比為1：2，R上的功率為P。下列判斷正確的是（）A.r=20Ω B.r=5Ω C.P=SKIPIF1<0W D.P=SKIPIF1<0W【答案】AD【解析】AB．當開關(guān)S接1時，左側(cè)變壓器次級電壓U2=4×7.5V=30V電阻R上的電壓，即右側(cè)變壓器的次級電壓SKIPIF1<0電流SKIPIF1<0則右側(cè)變壓器初級電壓SKIPIF1<0電流SKIPIF1<0則SKIPIF1<0選項A正確，B錯誤；CD．當開關(guān)S接2時，設(shè)輸電電流為I，則右側(cè)變壓器的次級電流為0.5I；右側(cè)變壓兩邊電壓關(guān)系可知SKIPIF1<0解得I=SKIPIF1<0A則R上的功率SKIPIF1<0選項C錯誤，D正確。故選AD。重點4理想變壓器遠距離輸電例題4：（2023屆·河南安陽市高三上學(xué)期開學(xué)考試）如圖是遠距離輸電的電路示意圖，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器原副線圈匝數(shù)比為SKIPIF1<0，降壓變壓器原副線圈匝數(shù)比為SKIPIF1<0，發(fā)電廠輸出電壓為SKIPIF1<0，輸出電功率為P，升壓變壓器和降壓變壓器之間輸電線總電阻為R，下列說法正確的是（）A.若用戶獲得的電壓也為SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0 B.用戶端并聯(lián)使用的用電器增多時，輸電線上損失的功率增大C.輸電線上損失的電壓SKIPIF1<0 D.降壓變壓器輸出的電功率SKIPIF1<0【答案】BC【解析】A．設(shè)升壓變壓器副線圈的電壓為SKIPIF1<0，則由SKIPIF1<0得SKIPIF1<