2025屆高考物理二輪復(fù)習(xí)講義：專題四 電路和電磁感應(yīng) 第9講 恒定電流和交變電流 【含答案】

2025屆高考物理二輪復(fù)習(xí)講義專題四電路和電磁感應(yīng)第9講恒定電流和交變電流【網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建】【關(guān)鍵能力】理清各個基本概念,熟記各公式及適用條件,掌握交流電“四值”的特點及適用范圍,注意訓(xùn)練和掌握閉合電路的動態(tài)分析問題、含電容器電路的分析問題、變壓器電路的動態(tài)分析問題的分析思路與方法,提高解決與實際生活、生產(chǎn)、科技相結(jié)合問題的能力.題型1直流電路的分析與計算閉合電路兩個重要圖像的應(yīng)用(1)閉合電路的U-I圖像如圖甲所示.當外電路短路時(R=0,因而U=0),電路中電流最大,為I短=Er(不允許出現(xiàn)這種情況,因為會把電源燒壞)(2)電源的輸出功率(P外)與外電阻R的關(guān)系為P外=IU=E2R(R+r)2=E2(R例1(不定項)如圖所示的電路中,定值電阻R的阻值為1.0Ω,電源的電動勢為E=3V,電源的內(nèi)阻r未知.單刀雙擲開關(guān)接到1時,電流表的示數(shù)為2A;單刀雙擲開關(guān)接到2時,電動機正常工作.若電動機的內(nèi)阻rM與定值電阻R的阻值相同,不計電流表的內(nèi)阻,則下列說法正確的是 ()A.電源的內(nèi)阻為r=1.0ΩB.單刀雙擲開關(guān)接到1時,電源的輸出功率為4WC.單刀雙擲開關(guān)接到2時,電流表的示數(shù)小于2AD.單刀雙擲開關(guān)接到2時,電流表的示數(shù)大于2A【技法點撥】1.電源的總功率包括輸出功率與熱功率兩部分.2.對電動機類非純電阻元件,輸入功率等于輸出功率與熱功率之和.輸入功率用P入=UI計算,熱功率用P熱=I2R計算,輸出功率用P出=P入-P熱或者P出=Fv計算.例2[2024·麗水模擬]在如圖所示的電路中,燈L1、L2的電阻分別為R1、R2,滑動變阻器的最大電阻為R0,且R0>R2,電容器的電容為C.只要有電流通過,燈就能發(fā)光.假設(shè)燈的電阻不變,當變阻器的滑片P由a端向b端移動時,以下說法中正確的是 ()A.L1先變暗后變亮,L2一直變亮B.L1先變亮后變暗,L2先變暗后變亮C.電容器極板所帶的電荷量先減小后增大D.電源的效率先減小后增大

【技法點撥】本題主要考查分析直流動態(tài)電路中燈的亮暗變化、電容器極板所帶電荷量的變化、電源效率的變化的方法.滑動變阻器與燈L2的連接為混聯(lián)電路,該部分電路的總電阻非單調(diào)變化.含電容器的支路在穩(wěn)定狀態(tài)下無電流通過,該支路中的電阻R不分壓,分析電源的效率時無須考慮含電容器的支路.【遷移拓展】1.鋰離子電池主要依靠鋰離子Li+在正極和負極之間移動來工作.如圖所示為鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu),該過程中Li+從負極通過隔膜返回正極.已知該鋰電池的電動勢為3.7V,則 (A.該過程中電池處于充電狀態(tài)B.電池內(nèi)部每移動一個鋰離子,需要消耗電能3.7eVC.“毫安·時”(mA·h)是電池儲存能量的單位D.鋰離子電池放電時,電池內(nèi)部非靜電力做功,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能2.如圖甲所示電路中,R為電阻箱,電源的電動勢為E,內(nèi)阻為r.圖乙為電源的輸出功率P與電流表示數(shù)I的關(guān)系圖像,其中功率P0分別對應(yīng)電流I1、I2和外電阻R1、R2,電表為理想電表.下列說法中正確的是 ()A.I1+I2>Er B.I1+I2=C.R1r>rR2 D題型2交變電流的分析與計算交變電流的產(chǎn)生與描述書寫交變電流瞬時值表達式的基本思路(1)確定正弦式交變電流的峰值,根據(jù)已知圖像讀出或由公式Em=nBSω求出相應(yīng)峰值.(2)明確計時起點時線圈的位置,找出對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式.①若從線圈在中性面位置開始計時,則i-t圖像為正弦函數(shù)圖像,函數(shù)表達式為i=Imsinωt.②若從線圈在垂直于中性面位置開始計時,則i-t圖像為余弦函數(shù)圖像,函數(shù)表達式為i=Imcosωt.例3如圖甲所示,單匝閉合矩形線框電阻為R,在勻強磁場中繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過線框的磁通量Φ與時間t的關(guān)系圖像如圖乙所示.下列說法正確的是()A.T2B.線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為2C.從t=0到t=T4過程中線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的平均值為D.線框轉(zhuǎn)動一周,外力所做的功為2變壓器和遠距離輸電1.理解理想變壓器的相關(guān)量的關(guān)系(1)功率關(guān)系:輸出功率決定輸入功率,P入=P出.(2)電壓關(guān)系:輸入電壓決定輸出電壓,U1U2(3)電流關(guān)系:只有一個副線圈時,I1I2=n2n1;有多個副線圈時,從能量守恒角度考慮,I1n1=I2n2+I(4)頻率關(guān)系:f入=f出.2.理解遠距離輸電的三個回路,特別是第2個回路的電壓、功率關(guān)系.例4[2024·浙江1月選考]如圖所示為某燃氣灶點火裝置的原理圖.直流電經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸出u=5sin100πt(V)的交流電,經(jīng)原、副線圈匝數(shù)分別為n1和n2的變壓器升壓至峰值大于10kV,就會在打火針和金屬板間引發(fā)電火花,實現(xiàn)點火.下列說法正確的是 ()A.n2nB.n1nC.用電壓表測原線圈兩端電壓,示數(shù)為5VD.副線圈輸出交流電壓的頻率是100Hz

例5[2020·浙江7月選考]如圖所示,某小型水電站發(fā)電機的輸出功率P=100kW,發(fā)電機的電壓U1=250V,經(jīng)變壓器升壓后向遠處輸電,輸電線總電阻R線=8Ω,在用戶端用降壓變壓器把電壓降為U4=220V.已知輸電線上損失的功率P線=5kW,假設(shè)兩個變壓器均是理想變壓器,下列說法正確的是 ()A.發(fā)電機輸出的電流I1=40AB.輸電線上的電流I線=625AC.降壓變壓器的匝數(shù)比n3∶n4=190∶11D.用戶得到的電流I4=455A

【遷移拓展】1.(不定項)[2021·浙江1月選考]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.其他電阻不計,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UmC.流過電阻的電荷量q=2D.電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q=π2.[2024·學(xué)軍中學(xué)模擬]如圖甲所示為某同學(xué)設(shè)計的充電裝置示意圖,線圈ab的匝數(shù)n=200匝,面積S=10-3m2,空間中存在磁場,方向垂直于線圈平面,磁感應(yīng)強度隨時間按正弦規(guī)律變化,如圖乙所示,理想變壓器副線圈接充電器.已知額定電壓為5V的充電器恰能正常工作,不計線圈電阻,則下列說法正確的是 ()A.t=0.1s時,線圈ab中的感應(yīng)電動勢為0B.若B變化的周期變長,則變壓器原線圈兩端的電壓變大C.變壓器原線圈輸入電壓的有效值為2VD.變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為1∶5參考答案與詳細解析題型1例1BC[解析]單刀雙擲開關(guān)接到1時,由閉合電路歐姆定律有E=I1(R+r),解得r=0.5Ω,故A錯誤;單刀雙擲開關(guān)接到1時,電源的輸出功率為P出=I12R=4W,故B正確;由于電動機是非純電阻,其消耗的電能大于產(chǎn)生的內(nèi)能,有UI2>I22R,可得U>I2R,則E=U+I2r>I2R+I2r,可得I2<2A,故D例2A[解析]當滑動變阻器的滑片P由a向b端移動時,由于R0>R2,故燈L2與滑動變阻器的左部分串聯(lián)后再與右部分并聯(lián)的電阻先增大后減小,電路的總電阻先增大后減小,電路中的總電流先減小后增大,即通過燈L1的電流先減小后增大,所以L1先變暗后變亮;當并聯(lián)部分阻值增大時,其兩端電壓增大,而燈L2支路的電阻減小,故L2所在支路的電流增大,當并聯(lián)部分阻值減小時,其兩端電壓減小,而變阻器的右部分所在支路的電阻增大,則該支路的電流減小,由于總電流增大,故L2所在支路的電流繼續(xù)增大,所以L2一直變亮,A正確,B錯誤.電容器C上的電壓UC=E-I(r+R1),由于總電流先減小后增大,所以電容器C上的電壓先增大后減小,則電容器極板所帶的電荷量先增大后減小,C錯誤.電源的效率η=P外P總×100%=UIEI×100%=UE=E-IrE=1-【遷移拓展】1.D[解析]鋰離子電池放電時,Li+從負極通過隔膜返回正極,電池內(nèi)部非靜電力做功,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,A錯誤,D正確;根據(jù)公式E=Wq可知,電池內(nèi)部將一個鋰離子由電源負極移動到正極,需要消耗化學(xué)能3.7eV,B錯誤;根據(jù)q=It可知,“毫安·時”(mA·h)是電池儲存電荷量的單位,C錯誤2.B[解析]由閉合電路歐姆定律得U=E-Ir,電源的輸出功率為P=UI=EI-I2r,由于P0=EI1-I12r=EI2-I22r,整理得I1+I2=Er,A錯誤,B正確;又知P0=I12R1=I22R2,由閉合電路歐姆定律得I=ER+r,則P0=E2(R1題型2例3D[解析]由圖像可知,T2時刻穿過線框的磁通量最大,所以線框處于中性面,故A錯誤;線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為Em=BSω=2πΦmT,故B錯誤;從t=0到t=T4過程中線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的平均值為E=ΔΦΔt=ΦmT4=4ΦmT,故C錯誤;線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的有效值為E=Em2=2π例4B[解析]根據(jù)題意,輸出的交流電電壓有效值為U1=522V,頻率為50Hz,所以用電壓表測原線圈兩端電壓時,示數(shù)為522V,選項C錯誤;變壓器不改變交流電的頻率,所以副線圈輸出交流電壓的頻率也為50Hz,選項D錯誤;理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)與電壓關(guān)系為U1U2=n1n2,由于Um2>10000V,故U2>50002V,則例5C[解析]發(fā)電機的輸出電流I1=PU1=100×103250A=400A,選項A錯誤.輸電線上的電流I線=P線R線=5×1038A=25A,選項B錯誤.升壓變壓器的輸出電壓U2=PI線=100×10325V=4×103V,輸電線損耗電壓ΔU=I線R線=25×8V=200V,降壓變壓器的原線圈電壓U3=U2-ΔU=3800V,故降壓變壓器的匝數(shù)比n3n4=U3U4=3800220=19011,選項C正確.降壓變壓器的功率P4=P3=P-P線=【遷移拓展】1.BD[解析]根據(jù)圖甲可知,在金屬框轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交流電時,通過電阻R兩端的電流方向會周期性變化,圖乙僅僅是顯示了R兩端電壓大小,選項A錯誤;根據(jù)圖乙可知,交流電產(chǎn)生的電動勢最大值為Um,選項B正確;根據(jù)q=It=ERt=ΔΦR可知,旋轉(zhuǎn)半周,磁通量的改變量為ΔΦ=2BL2,因此旋轉(zhuǎn)一周,通過金屬框的電荷量為q=4BL2R,選項C錯誤;本題圖乙等價為余弦式交流電,根據(jù)焦耳定律Q=I2RT,I=UR,U=Um2,Um=BSω,ω=2πT,Q=Um22RT=Um2R2.C[解析]t=0.1s時,穿過線圈ab的磁通量等于0,但磁通量的變化率最大,因此線圈中的感應(yīng)電動勢最大,故A錯誤;若B變化的周期變長,則磁通量的變化率將減小,因此線圈中的感應(yīng)電動勢將減小,與線圈相連的原線圈兩端的電壓將減小,故B錯誤;線圈ab中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值為Em=