专题突破3 微专题13 直流电路和交流电路-【步步高】2024年新高考物理考前三个月（苏京）

微专题13　直流电路和交流电路 1．任意电路：P出＝UI＝P总－P内＝EI－I2r 纯电阻电路： P出＝I2R＝＝， 最大输出功率Pm＝ 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： R局→R总→I总→U→ 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 (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。 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.(2023·江苏南京市金陵中学月考)如图所示的电路中，L1、L2、L3是三个相同的灯泡，电感L的电阻和电源的内阻可忽略，D为理想二极管。下列判断正确的是(　　) A．开关S从断开状态突然闭合时，L1逐渐变亮，L2一直不亮，L3立即变亮 B．开关S从断开状态突然闭合时，L1、L2逐渐变亮，L3立即变亮再熄灭 C．开关S从闭合状态突然断开时，L1逐渐熄灭，L2突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，L3立即熄灭 D．开关S从闭合状态突然断开时，L1、L2逐渐熄灭，L3突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭 答案　C 解析　由于二极管具有单向导电性，所以开关S从断开状态突然闭合时，二极管不能导通，L2一直不亮；此时L1、L3和L串联在同一回路中，L产生自感电动势阻碍电流增大，所以通过L1和L3的电流逐渐增大，L1和L3均逐渐变亮，故A、B错误；开关S从闭合状态突然断开时，通过L3的电流立即变为零，所以L3立即熄灭；L产生自感电动势阻碍电流减小，此时自感电动势的方向满足二极管导通的条件，所以L1、L2和L串联在同一回路中，通过L1的电流逐渐减小，L1逐渐熄灭，而由于L2开始时不亮，所以L2突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，故C正确，D错误。 2.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 答案　B 解析　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·江苏镇江市三模)如图所示，直线A、B分别为电源a、b的路端电压与电源电流的关系图像，将一定值电阻R0分别接到a、b两电源上，R0功率相等。则(　　) A．电源a、b效率相同 B．电源a的内阻更大 C．若将定值电阻换为大于R0的电阻，电源b的输出功率大于电源a的输出功率 D．若将定值电阻换为小于R0的电阻，电源b的功率大于电源a的功率 答案　C 解析　由闭合电路欧姆定律U＝E－Ir 可知，图像与U轴的交点表示电动势，则a的电动势较小，图像的斜率的绝对值表示电源内阻r＝，则a电源的内阻r较小，故B错误； 由于定值电阻R0分别接到a、b两电源上，R0功率相等，所以定值电阻两端的电压相等，即交点的纵坐标表示路端电压， 由电源的效率η＝×100%，可知电源a效率高，故A错误； 电源的输出功率即定值电阻的功率，若将定值电阻换为大于R0的电阻，如图甲 图中的n图线与A、B图线的交点的乘积为电源的输出功率，由于图线n与图线B交点的电压与电流值均大于图线n与图线A交点的电压与电流值，即电源b的输出功率大于电源a的输出功率，故C正确； 电源的功率为P＝EI，若将定值电阻换为小于R0的电阻，如图乙 图线l与图线A、B交点的电流值表示电路中的电流，可知定值电阻与电源a组成的闭合电路中的电流大，又电源a的电动势小，所以电源b的功率与电源a的功率大小无法比较，故D错误。 4.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| B．||不变，||增大 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 答案　C 解析　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 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接入电路的阻值变大，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； 因为||＝R3不变， 而U2＝E′－I(R3＋r′) 可知||＝R3＋r′不变，选项B错误； 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，最大值为P＝＝ W＝0.36 W，选项C正确； 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。 考点二　交流电的产生和描述 5．(2023·江苏镇江市三模)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(　　) 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．线圈中产生的感应电动势的最大值为nBSω D．线圈中产生的感应电动势的有效值为nBSω 答案　D 解析　当t＝时，线圈回到题图所示位置，此时的感应电流最小，磁通量最大，A错误； 当t＝，线圈转到与题图所示位置垂直，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； 线圈中产生的感应电动势的最大值为 Em＝nB··ω＝nBSω，C错误； 线圈中产生的感应电动势的有效值为 E＝＝nBSω，D正确。 6．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 答案　A 解析　根据题意可知，电压表的示数U为有效值，则有T＝·＋· 解得U＝10 V，故A正确； 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 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； 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。 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。 考点三　理想变压器和远距离输电 7．如图为理想的可调式自耦变压器与负载连接电路图，原线圈输入交流电的电压u确定，闭合开关S，电动机M开始工作，此后观察到灯泡L亮度变暗，则以下说法错误的是(　　) A．S闭合后电流表读数变大 B．S闭合后原线圈输入功率变大 C．S闭合副线圈输出电压没有变化 D．要让L灯达到原来亮度，P滑动头应向上移动 答案　D 解析　由于原线圈电压确定，原、副线圈匝数确定，所以副线圈两端电压一定，闭合开关S，电动机M开始工作，此后观察到灯泡L亮度变暗，说明灯泡L两端电压减小，因此电阻R两端电压增大，由U＝IR可知，通过电阻R的电流增大，电流表读数变大，故A、C正确；由副线圈输出功率P2＝U2I2，可知副线圈的输出功率变大，由理想变压器原、副线圈P1＝P2知，S闭合后原线圈输入功率变大，故B正确；要让L灯达到原来亮度，就要增大副线圈的输出电压，由＝可知，要减小原、副线圈的匝数比，P滑动头应向下移动，故D错误。 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 答案　C 解析　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；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．(2023·江苏南通市第一次调研)如图甲所示是手机无线充电工作原理图，送电线圈接入如图乙所示交变电流，受电线圈未与手机连接，则(　　) A．当t＝时，受电线圈中磁通量最大 B．当t＝时，cd端电压最大 C．增大送电和受电线圈的间距，cd端电压频率改变 D．增大送电和受电线圈的间距，ab与cd端电压之比不变 答案　B 解析　当t＝时，送电线圈的电流为0，则磁通量为0，受电线圈中磁通量为0，A错误；当t＝时，送电线圈的电流变化率最大，感应电动势最大，则cd端电压最大，B正确；增大送电和受电线圈的间距，不会改变cd端电压的频率，C错误；增大送电和受电线圈的间距，由于漏磁的现象，导致穿过两个线圈的磁通量不再相等，在匝数和线圈直径不变的情况下，ab与cd端电压之比发生变化，D错误。 2.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 答案　D 解析　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，由欧姆定律可得，小灯泡L接入电源时的电阻为RL＝＝0.5 Ω， 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．(2023·江苏省宿迁北附同文实验学校模拟)如图所示电路中，由于某处出现了故障，导致电路中的A、B两灯变亮，C、D两灯变暗，故障的原因可能是(　　) A．R1短路 B．R2断路 C．R2短路 D．R3短路 答案　D 解析　若R1短路，外电阻减小，路端电压U减小，干路电流I增大，A灯变亮，并联部分的电压减小，通过B的电流减小，则B灯变暗，不符合题意，故A错误；若R2断路，外电阻增大，路端电压U增大，干路电流I减小，A灯变暗，不符合题意，故B错误；若R2短路，D灯不亮，外电阻减小，路端电压U减小，干路电流I增大，A灯变亮，并联部分的电压减小，通过B的电流减小，则B灯变暗，不符合题意，故C错误；若R3短路，外电阻减小，路端电压U减小，干路电流I增大，A灯变亮，并联部分的电压减小，通过C、D的电流都减小，则C、D灯变暗，干路电流增大，通过C灯电流减小，则B灯的电流增大，变亮，符合题意，故D正确。 4.(2023·江苏省苏北地区一模)如图所示，半径为r的半圆形金属线框放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，MN两点连线与磁场垂直，线框绕MN连线以角速度ω匀速转动，灯泡电阻为R，其他电阻不计，则(　　) A．通过灯泡的电流方向不变 B．图示位置回路磁通量变化最快 C．灯泡两端电压为πr2Bω D．由图示位置转过180°过程中通过灯泡的电荷量为0 答案　C 解析　线框绕MN连线以角速度ω匀速转动，产生正弦式交变电流，故A错误；题图所示位置穿过回路的磁通量最大，磁通量变化率为零，故B错误；感应电动势的最大值为Em＝NBSω＝Bπr2ω＝πr2Bω，有效值为E＝＝πr2Bω，由于其他电阻不计，灯泡两端电压为U＝E＝πr2Bω，故C正确；由题图所示位置转过180°过程中感应电动势的平均值为＝＝＝，由题图所示位置转过180°过程中通过灯泡的电荷量为q＝Δt＝Δt＝Δt＝，故D错误。 5．(2023·江苏扬州市新华中学三模)图甲是产生交流电的装置示意图，图乙是其产生的正弦交流电，输入到图丙的理想变压器，变压器的开关S接1时原、副线圈中的匝数之比为22∶1，二极管正向电阻不计，所有电表都是理想电表，则下列判断正确的是(　　) A．电压表的示数为10 V B．若只将S从1拨到2，电流表示数增大 C．在0～0.01 s内穿过线圈的磁通量变化为 Wb D．若只将滑动变阻器的滑片向下滑动，则电流表示数减小，电压表示数增大 答案　C 解析　原线圈的电压U1＝＝220 V 根据变压比可知副线圈电压U2＝U1＝10 V 由于二极管的单向导电性，所以根据电流的热效应可知·＝T 解得电压表的示数为U＝5V，故A错误； 根据变压比可知副线圈电压U2＝U1 若只将S从1拨到2，则n1增大，故副线圈电压减小，副线圈电流减小，根据变流比可知I1＝I2 因为n1增大且I2减小，故原线圈电流减小，电流表示数减小，故B错误； 由题图乙知，电压从零开始变化，故初始时刻处于中性面，经过0.01 s即半个周期，线圈转动180°，因为开始后的周期电压为正，则穿过线圈磁通量的变化量为ΔΦ＝－2BS 又因为um＝BSω＝ 解得ΔΦ＝－＝－ Wb，故C正确； 若只将滑动变阻器的滑片向下滑动，原线圈电压不变，根据变压比可知副线圈电压不变，根据·＝T，得U2＝，则电压表示数不变，负载电阻增大，则电流减小，电流表示数减小，故D错误。 6．(2023·江苏省扬州中学模拟)如图甲所示，两足够长的光滑平行导轨固定在水平面内，处于磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，导轨间距为L，一端连接阻值为R的电阻。一金属棒垂直导轨放置，质量为m，接入电路的电阻为r。在金属棒中点对棒施加一个水平向右、平行于导轨的拉力，棒与导轨始终接触良好，导轨电阻不计，金属棒在水平拉力作用下，速度v随时间t按余弦规律变化，如图乙所示，取水平向右为正方向。在t＝0到t＝的过程中，求： (1)拉力做的功； (2)拉力冲量的大小。 答案　(1)－mv02 (2)－mv0 解析　(1)速度随时间的变化关系为v＝v0cos 电路中产生正弦式电流，电动势的峰值E0＝BLv0 电动势的有效值E＝ 产生的热量Q＝· 解得Q＝ 安培力做的功WA＝－Q 由动能定理有W＋WA＝0－mv02 解得W＝－mv02 (2)单匝线圈在匀强磁场中转动产生交变电流的模型中，从平行磁感线位置开始转动后的四分之一周期内，流过线圈的电荷量为q＝t＝t＝＝(其中Em＝BSω) 将本题由于速度变化产生交变电流的情景与单匝线圈在匀强磁场中转动产生交变电流的模型类比，可得q＝＝＝ 根据动量定理有I－I安＝0－mv0 又I安＝t＝BLt＝BLq 解得I＝I安－mv0＝－mv0。 学科网（北京）股份有限公司 $$