专题突破3 微专题13 直流电路和交流电路 （课件）-【步步高】2024年新高考物理考前三个月（津鲁琼辽鄂渝粤冀湘闽黑吉晋皖云）

专题三　电磁场的基本原理 微专题13 直流电路和交流电路 内容索引 知识聚焦 核心精讲 高频考点练 补偿强化练 PART ONE 知识聚焦 1.任意电路：P出＝UI＝P总－P内＝EI－I2r 纯电阻电路： PART TWO 核心精讲 2.动态分析 R总变化→干路电流I变化→路端电压U变化→各支路电流、电压变化，即： 3.含容电路 (1)只有当电容器充、放电时，电容器所在支路中才会有电流，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，电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。 4.理想变压器的三个关系 (1)功率关系：P入＝P出 5.远距离输电问题分析方法 理清输电电路图的三个回路(如图) (1)在电源回路中，P发电机＝U1I1＝P1 (2)在输送回路中，I2＝I线＝I3，U2＝ΔU＋U3，ΔU＝I2R线，ΔP＝I22R线 (3)在用户回路中，P4＝U4I4＝P用户 考点一　直流电路的分析与计算 1.(多选)(2023·全国乙卷·20)黑箱外有编号为1、2、3、 4的四个接线柱，接线柱1和2、2和3、3和4之间各接 有一个电阻，在接线柱间还接有另外一个电阻R和一个直流电源。测得接线柱之间的电压U12＝3.0 V，U23＝2.5 V，U34＝－1.5 V。符合上述测量结果的可能接法是 1 2 3 4 5 6 7 8 PART THREE 高频考点练 A.电源接在1、4之间，R接在1、3之间 B.电源接在1、4之间，R接在2、4之间 C.电源接在1、3之间，R接在1、4之间 D.电源接在1、3之间，R接在2、4之间 1 2 3 4 5 6 7 8 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 根据A选项画出电路图，如图甲， 可见U34>0，不符合题意，A错误； 根据B选项画出电路图，如图乙， 可见U34>0，不符合题意，B错误； 根据C选项画出电路图，如图丙， 可见上述接法符合题中测量结果，C正确； 根据D选项画出电路图，如图丁， 可见上述接法符合题中测量结果，D正确。 2.(2023·海南统考模拟)在如图所示的U－I图像中，直线Ⅰ为某电源的路端电压与电流的关系图线，曲线Ⅱ为某一小灯泡L的伏安特性曲线，曲线Ⅱ与直线Ⅰ的交点坐标为(1.5 A,0.75 V)，该点的切线与横轴的交点坐标为(1.0 A,0)，用该电源直接与小灯泡L连接成闭合电路，由图像可知 A.电源电动势为2.0 V B.电源内阻为0.5 Ω C.小灯泡L接入电源时的电阻为1.5 Ω D.小灯泡L实际消耗的电功率为1.125 W √ 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 根据题意，由闭合电路欧姆定律有U＝E－Ir， 代入题中数据有0.75＝E－1.5r，0＝E－2.0r 解得E＝3.0 V，r＝1.5 Ω，故A、B错误； 根据题意可知，当用该电源直接与小灯泡L连接成闭合电路时，灯泡L两端的电压为0.75 V，流过灯泡的电流为1.5 A， 小灯泡L实际消耗的电功率为P＝UI＝1.125 W，故C错误，D正确。 3.(多选)(2023·湖南省校联考模拟)如图所示的电路中，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω。四个电阻的阻值已在图中标出，电容器的电容C＝4.4 μF。闭合开关S1、S2，电路稳定后，则 A.电源的输出功率为12 W B.电容器所带电荷量为2.2×10－5 C C.断开开关S2，稳定后电容器上极板所带电荷量与断开 前相比的变化量为1.4×10－5 C D.断开开关S2，电源的输出功率增大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 √ 则电源的总功率为P＝EI＝12 W 输出功率P出＝I2R＝10 W，故A错误； 选电源负极为0电势点，则电容器下极板的电势为 1 2 3 4 5 6 7 8 则电容器两极板间电压的绝对值为|U′|＝|φ2－φ1| ＝|2.5 V－7.5 V|＝5 V 电容器电荷量为Q＝C|U′|＝4.4×10－6×5 C＝ 2.2×10－5 C，故B正确； 断开开关S2，外电阻为R′＝5 Ω＋15 Ω＝20 Ω 由于闭合前外电阻R＝10 Ω，内阻r＝2 Ω 则断开开关后，外电阻阻值远离电源内阻，则电源的输出功率减小， 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 4.(2023·河北石家庄市统考三模)在如图所示电路中，电源电动势E＝12 V，内阻r＝8 Ω，定值电阻R1＝2 Ω，R2＝10 Ω，R3＝20 Ω，滑动变阻器R4的阻值范围为0～30 Ω，所有电表均为理想电表。闭合开关S，在滑动变阻器的滑片从a端滑到b端的过程中，电压表V1、电压表V2、电流表A示数的变化量分别为ΔU1、ΔU2、ΔI。下列说法正确的是 A.|ΔU1|大于|ΔU2| C.R4的功率先增大后减小，最大值为0.36 W D.电源的输出功率先增大后减小，最大值为4.5 W √ 1 2 3 4 5 6 7 8 等效电路如图 则当滑动变阻器的滑片从a端滑到b端的过程中，R4变大，总电阻变大，总电流减小，路端电压变大，V1读数变小，则V2读数变大，因U路端＝U1＋U2 可知|ΔU1|小于|ΔU2|，选项A错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 将R3等效为新电源的内阻，内阻为r″＝r′＋R3＝25 Ω 当外电路电阻等于电源内阻时输出功率最大，则当滑动变阻器的滑片从a端滑到b端的过程中，电阻从0增加到30 Ω，可知R4的功率先增大后减小，当R4＝25 Ω时功率最大， 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 3 4 5 6 7 8 点拨·提炼 2 考点二　交流电的产生和描述 5.(2023·江苏镇江市统考三模)如图所示，空间中分布着磁感应强度大小为B的有界匀强磁场，EF是其左边界，一面积为S的n匝圆形金属线圈垂直于磁场放置，圆形线圈的圆心O在EF上，线圈电阻为R，若线圈以角速度ω绕EF匀速转动，并从图示位置开始计时，则 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 6.(2023·湖南长沙长郡中学校考二模)在图乙的电路中，电源输出如图甲所示的交变电流(不计内阻)。电阻R的阻值为10 Ω，电表均为理想电表。下列判断正确的是 A.电压表的示数为10 V B.电流表的示数为2 A C.若将电阻R替换为一个电容， 欲使电路安全运行，其耐压值最少为10 V D.电阻R在任意三分之一个周期内产生的热量一定等于0.1 J 1 2 3 4 5 6 7 8 √ 根据题意可知，电压表的示数U为有效值， 解得U＝10 V，故A正确； 因此，若将电阻R换成一个耐压值为10 V的电容，会被击穿，故C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 根据题意可知，电阻R在任意三分之一个周期内的电流有效值不一定是1 A，所以电阻R在任意三分之一个周期内产生的热量不能用 Q＝I2RT＝12×10×10－2 J＝0.1 J计算，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 点拨·提炼 在交流电路中电表的读数都是有效值，计算有效值时利用电路的热效应。在交流电路中电容器的耐压值指的是峰值。 1 3 4 5 6 7 8 2 考点三　理想变压器和远距离输电 7.(2023·山东潍坊市统考三模)如图所示，理想变压器的原线圈接在u＝220 sin πt(V)的交流电源上，原、副线圈匝数之比为1∶2，电阻R1＝ 10 Ω、R2＝400 Ω，电流表、电压表均为理想电表。下列说法正确的是 A.副线圈输出交流电的频率为5 Hz B.电流表的示数为1 A C.电压表的示数为400 V D.电阻R1消耗的功率为20 W √ 1 2 3 4 5 6 7 8 变压器不改变交流电的频率，则副线圈输出交流电的频率为0.5 Hz，故A错误； 原、副线圈匝数之比为1∶2，有U1∶U2＝n1∶n2＝1∶2 1 2 3 4 5 6 7 8 且I1∶I2＝n2∶n1＝2∶1，U1＋UR1＝U，联立解得I1＝2 A，U2＝400 V，故B错误，C正确； 电阻R1消耗的功率为P1＝I12R1＝40 W 故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 8.(2023·山东卷·7)某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1＝ 250 V，输出功率500 kW。降压变压器的匝数比n3∶n4＝ 50∶1，输电线总电阻R＝62.5 Ω。其余线路电阻不计，用户端电压U4＝220 V，功率88 kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是 A.发电机的输出电流为368 A B.输电线上损失的功率为4.8 kW C.输送给储能站的功率为408 kW D.升压变压器的匝数比n1∶n2＝1∶44 1 2 3 4 5 6 7 8 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 根据理想变压器无功率损失有P1＝U2I3＋P5，代入数据解得P5＝408 kW，C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 1.(2023·浙江6月选考·7)我国1 100 kV特高压直流输电工程的送电端用“整流”设备将交流变换成直流，用户端用“逆变”设备再将直流变换成交流。下列说法正确的是 A.送电端先升压再整流 B.用户端先降压再变交流 C.1 100 kV是指交流电的最大值 D.输电功率由送电端电压决定 1 2 3 √ PART FOUR 补偿强化练 2 3 1 升压和降压都需要在交流的时候才能进行，故送电端应该先升压再整流，用户端应该先变交流再降压，故A正确，B错误； 1 100 kV指的是直流电的电压，故C错误； 输电的功率是由用户端负载的总功率来决定的，故D错误。 2.(2023·海南海口市统考模拟)如图所示的电路，有定值电阻R1、R2，滑动变阻器R0、电流表、电压表、电容器，内阻不能忽略的电源。开关S闭合，滑动变阻器R0滑片向上滑动，待电路稳定后，与滑动前相比，下列说法正确的是 A.电源的效率增加 B.电压表示数减小 C.电容器电荷量增加 D.电流表示数减小 2 3 1 √ 2 3 1 根据题意可知，滑动变阻器R0滑片向上滑动，接入 电路中的电阻减小，则电路的总电阻减小，由闭合 回路欧姆定律可知，总电流增大，路端电压减小电 源的效率为η ，则效率减小，故A错误； 由于路端电压减小，则R2两端电压减小，流过R2的电流减小，由于总电流增大，则电流表示数变大，R1两端电压增大，则R0两端电压减小，电容器两端电压和电压表示数减小，由Q＝CU可知，电容器电荷量减小，故C、D错误，B正确。 3.(2023·湖北省模拟)如图所示，R为定值电阻，A、B、C、D为四个完全相同的灯泡，灯泡正常工作时的电阻也为R，灯泡的额定电压为U0，理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2，交流电源的电压为U，若A、B、C、D均正常发光，且流过R的电流为IR，流过A的电流为IA，流过C的电流为IC，则下列关系式中正确的是 A.IR＝2.5IC B.U＝5U0 C.IR＝IA＋IB＋IC D.n1∶n2＝2∶1 2 3 1 √ 2 3 1 可得I1＝2IC 则IR＝IA＋IB＋2IC＝4IC，故A、C错误； 交流电源的电压为U＝UR＋U0＝IRR＋U0＝5U0，故B正确。  P出＝I2R＝ ＝，最大输出功率Pm＝  R局→R总→I总→U→。 (2)电压关系：＝ (3)电流关系：只有一个副线圈时，＝；有多个副线圈时，U1I1＝U2I2＋U3I3＋…＋UnIn。 由欧姆定律可得，小灯泡L接入电源时的电阻为RL＝＝0.5 Ω， 上极板的电势为φ2＝×10 V＝2.5 V 外电阻为R＝ Ω＝10 Ω 根据闭合电路欧姆定律可知I＝＝1 A  φ1＝×10 V＝7.5 V 稳定后电路电流为I′＝ A＝ A 电容器的电压U′＝×15 V＝ V 电容器上极板所带电荷量与断开前相比的变化量为ΔQ＝C·ΔU＝4.4×10－6×(－5) C＝1.4×10－5 C，故C正确，D错误。 B.||不变，||增大 将R1和R2等效为电源内阻，则等效电源的电动势  E′＝＝6 V 等效内阻r′＝＝5 Ω 最大值为P＝＝ W＝0.36 W，选项C正确； 因为||＝R3不变，而U2＝E′－I(R3＋r′) 可知||＝R3＋r′不变，选项B错误； 当滑动变阻器的滑片在a端时，电源E的外电阻 为 Ω，当滑动变阻器的滑片在b端时，电源E 的外电阻为 Ω，电源E的内阻r＝8 Ω，则滑动 变阻器的滑片从a端滑到b端的过程中，电源的输 出功率一直减小，选项D错误。 (1)对于定值电阻，与均表示电阻的阻值； (2)对于可变电阻，表示电阻的阻值，表示U－I函数关系式图线的斜率。 A.t＝时，线圈中的感应电流最大 B.0到时间内，通过线圈的电荷量为 C.线圈中产生的交变电动势的最大值为nBSω D.线圈中产生的交变电动势的有效值为nBSω 当t＝时，即ωt＝2π时，线圈回到图示位置，此时的感应电流最小，磁通量最大，A错误； 当t＝，即ωt＝时，线圈转到与图示位置垂直，此时磁通量为零， 则0到时间内产生的感应电动势的平均值为＝n＝n＝ 则0到时间内，通过线圈的电荷量为q＝·＝，B错误； 线圈中产生的交变电动势的最大值为Em＝nB··ω＝ nBSω，C错误； 线圈中产生的交变电动势的有效值为E＝＝nBSω，D正确。 则有T＝·＋· 由欧姆定律可知，电流表的示数为I＝＝ A＝1 A，故B错误； 由于交流电的峰值10 V>10 V 原线圈所接交流电的频率f＝＝ Hz＝0.5 Hz 交流电源电压的有效值U＝＝ V＝220 V 流过副线圈的电流I2＝ 流过原线圈的电流I1＝ 由题知，发电机的输出电压U1＝250 V，输出功率500 kW，则有I1＝＝2× 103 A，A错误； 由题知，用户端电压U4＝220 V，功率为88 kW，则有＝＝，P4＝U4I4，联立解得I4＝400 A，I3＝8 A，U3＝11 000 V，则输电线上损失的 功率为ΔP＝I32R＝4 kW，且U2＝U3＋I3R＝11 500 V，再根据＝，解得＝，B、D错误； ＝＝ 若A、B、C、D均正常发光，则副线圈两端电压为2U0，原线圈两端电压为U0，则＝＝，故D错误； 副线圈中电流为IC，则根据＝ $$