专题4 第9讲 直流电路与交流电路（PPT课件）-【正禾一本通】2026年高考物理二轮专题复习高效讲义

物 理 高三二轮专题复习高效讲义 高三二轮专题复习高效讲义 物 理 1 专题四 PPT下载 http:///xiazai/ 电路与电磁感应 2 第9讲　直流电路与交流电路 热点1　直流电路的分析与计算 热点2　 交流电与变压器 考向1　交流电的产生及描述　　 考向2 变压器问题 考向3 远距离输电问题 课下巩固检测练（九） 直流电路与交流电路 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 谢谢观看 INCLUDEPICTURE "写字灰.TIF" 建构知识体系 【明·误区】 【记·结论】 1．计算负载的功率或进行电路分析时，误将非纯电阻当作纯电阻处理。 2．分析闭合电路时，误认为电源两端的电压(路端电压)等于电源的电动势。 3．分析含电容器电路或进行电路计算时，不能正确识别电路的串并联关系。 1.电流的微观式：I＝nqSv，注意公式中各量的物理意义。 2．闭合电路的外电阻R是纯电阻，则： (1)当R＝r时，电源的输出功率最大，且Pm＝。 (2)当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1R2＝r2。 3．交流发电机的线框处于中性面位置时： Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，i方向发生改变。 【明·误区】 【记·结论】 1．计算负载的功率或进行电路分析时，误将非纯电阻当作纯电阻处理。 2．分析闭合电路时，误认为电源两端的电压(路端电压)等于电源的电动势。 3．分析含电容器电路或进行电路计算时，不能正确识别电路的串并联关系。 4．混淆交流电的最大值、有效值和平均值，用交流电的平均值计算热量。 5．误认为原、副线圈的电流与匝数成反比的规律也适用于“多个副线圈”的情况。 6．分析远距离输电问题时，不能理顺各个回路的结构及对应的各个物理量之间的关系 1.电流的微观式：I＝nqSv，注意公式中各量的物理意义。 2．闭合电路的外电阻R是纯电阻，则： (1)当R＝r时，电源的输出功率最大，且Pm＝。 (2)当P出＜Pm时，每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2，且R1R2＝r2。 3．交流发电机的线框处于中性面位置时：Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，i方向发生改变。 4．当理想变压器有多个副线圈时，电流与匝数的关系为：I1n1＝I2n2＋I3n3＋…＋Innn。 5．当远距离输电的电功率一定时，将输电电压增大到原来的n倍，输电线上损耗的功率就减少到原来的。 6．理想变压器和负载R(纯电阻)可等效为一个电阻R′，且R′＝ 【例1】 (2025·广西高考)如图电路中，材质相同的金属导体a和b，横截面积分别为S1、S2，长度分别为l1、l2。闭合开关后，a和b中自由电子定向移动的平均速率之比为(　　) A．l1∶2l2 B．2l2∶l1 C．l2S1∶2l1S2 D．2l2S2∶l1S1 解析：选B。由并联电路的规律可知，由电阻定律有Ra＝，a、b材质相同，则有ρa＝ρb，可得；由电流的微观表达式有Ia＝naeS1va，Ib＝nbeS2vb，又a、b材质相同，则有na＝nb，可得；联立两式可得，故B正确。 【例2】 (2025·陕西商洛模拟)如图所示，电源的电动势为3 V、内阻为2 Ω，R1的电阻为8 Ω，电容器的电容为600 μF，所有电压表和电流表均视为理想电表。在将滑动变阻器R2(最大阻值为8 Ω)的滑片由上端缓慢地滑到下端的过程中，下列说法正确的是(　　 ) A．V1示数增大，V2示数减小 B．R2消耗的电功率先增大后减小 C．R1两端的最大电压为2 V D．电容器极板上增加的电荷量为8×10-4 C 解析：选D。将滑动变阻器的滑片由上端缓慢地滑到下端的过程中，滑动变阻器接入电路的阻值变大，则总电阻变大，根据闭合电路欧姆定律可知，电路总电流减小，路端电压增大，则V1示数增大，R1两端电压减小，则滑动变阻器R2两端电压增大，即V2示数增大，故A错误；R2消耗的电功率为P2＝I2R2＝，根据数学知识可知，当R2＝R1＋r＝10 Ω时，R2消耗的电功率最大，由于R2的最大值为8 Ω，则R2消耗的电 功率一直增大，故B错误；当R2接入电路的阻值为0时，电路电流最大，则有Imax＝＝0.3 A，则R1两端的最大电压为U1max＝ImaxR1＝0.3×8 V＝2.4 V，故C错误；滑动变阻器的滑片在上端时，接入电路阻值为0，则电容器两端电压为0；当滑动变阻器的滑片在下端时，根据闭合电路欧姆定律可得I＝ A＝ A，则电容器两端电压为U＝IR2＝×8 V＝ V，则电容器极板上增加的电荷量为ΔQ＝CΔU＝600×10-6×故D正确。 [总结提升]除“程序法”外，还可以利用结论法分析电路的动态问题。所谓“串反”是指某一电阻增大(减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(增大)，所谓“并同”是指某一电阻增大(减小)时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(减小)。 【例1】 (多选)(2025·黑吉辽蒙卷)如图，“”形导线框置于磁感应强度大小为B、水平向右的匀强磁场中。线框相邻两边均互相垂直，各边长均为l。线框绕b、e所在直线以角速度ω顺时针匀速转动，be与磁场方向垂直。t＝0时，abef与水平面平行，则(　　) A．t＝0时，电流方向为abcdefa B．t＝0时，感应电动势为Bl2ω C．t＝时，感应电动势为0 D．t＝0到t＝过程中，感应电动势平均值为0 解析：选AB。t＝0时，线框中能切割磁感线的边只有af边，由右手定则可知af边的电流方向为f到a，则线框中的电流方向为abcdefa，A正确；t＝0时，af边的速度方向与磁场方向垂直，且af边的速度大小为v＝ωl，感应电动势的大小为E＝Blv，解得E＝Bl2ω，B正确；线框的转动周期为T＝，则t＝时，线框转动了180°，此时线框中能切割磁感线的边仍只有af边，且af边的速度方向与磁场方向垂直，所以线框中产生的感应电动势的大小仍为Bl2ω，C错误；t＝0时刻穿过bcde面的磁通量为Φ1＝－Bl2，t＝时磁场从bcde面的另一面穿过，磁通量为Φ2＝Bl2，由法拉第电磁感应定律得，由以上整理得，D错误。 【例2】 (2024·河北高考)R1、R2为两个完全相同的定值电阻，R1两端的电压随时间周期性变化的规律如图1所示(三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的倍)，R2两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示，则两电阻在一个周期T内产生的热量之比Q1∶Q2为(　　) A．2∶3 B．4∶3 C．2∶ D．5∶4 解析：选B。由Q＝t可得Q1＝＋(U0)2·，又R1＝R2，所以，B正确。 [总结提升]正弦式交流电“四值”的应用 项目 表达式 应用 最大值 Em＝nBSω 计算电容器的耐压值 瞬时值 e＝Emsin ωt 计算某时刻所受安培力 有效值 E＝ 电表的读数及计算电热、电功及保险丝的熔断电流 平均值 计算通过导体的电荷量 【例3】 (2025·河北高考)2024年底，世界装机容量最大的抽水蓄能电站——河北丰宁抽水蓄能电站全面投产发电。如图，若该电站通过理想变压器调节输出电压U2时，输入电压U1保持不变。已知副线圈总匝数为n，分接头1、2间和2、3间的线圈匝数n12＝n23＝，开关S接3时输出电压的瞬时值u2′＝Umsin ωt，则S接2时u2 ­t的图像为(　　 ) 解析：选D。根据理想变压器电压比与匝数比关系可知，由于输入电压U1不变，所以，即，解得u2＝Umsin ωt，输出的交流电的周期为T＝，故D正确。 【例4】 (多选)输电能耗演示电路如图所示。左侧变压器原、副线圈匝数比为1∶3，输入电压为7.5 V的正弦交流电。连接两理想变压器的导线总电阻为r，负载R的阻值为10 Ω。开关S接1时，右侧变压器原、副线圈匝数比为2∶1，R上的功率为10 W；接2时，匝数比为1∶2，R上的功率为P。以下判断正确的是(　　 ) A．r＝10 Ω B．r＝5 Ω C．P＝45 W D．P＝22.5 W 解析：选BD。当开关S接1时，左侧变压器副线圈的电压U2＝U1＝3×7.5 V＝22.5 V，电阻R上的电压，即右侧变压器的副线圈的电压U4＝＝10 V，电流I4＝＝1 A，右侧变压器原线圈的电压U3＝×10 V＝20 V，电流I3＝×1 A＝0.5 A，导线的总电阻r＝＝5 Ω，故A错误，B正确；当开关S接2时，设输电电流为I，则右侧变压器的副线圈中的电流为0.5I，根据理想变压器的规律，有，解得I＝3 A，则R上的功率P＝(0.5I)2R＝22.5 W，故C错误，D正确。 [总结提升]搞清理想变压器原副线圈的三个关系 (1)变与不变的关系：不变的是功率关系、磁通量的变化率和频率。 (2)高与低，大与小，多与少，粗与细的关系：电压高的线圈电流小、匝数多、导线细。 (3)正比与反比的关系：原、副线圈的电压与匝数成正比，只有一个副线圈时电流与匝数成反比。 【例5】 (多选)(2025·湖北高考)在如图所示的输电线路中，交流发电机的输出电压一定，两变压器均为理想变压器，左侧升压变压器的原、副线圈匝数分别为n1、n2，两变压器间输电线路电阻为r。下列说法正确的是(　　) A．仅增加用户数，r消耗的功率增大 B．仅增加用户数，用户端的电压增大 C．仅适当增加n2，用户端的电压增大 D．仅适当增加n2，整个电路消耗的电功率减小 解析：选AC。设用户端的总电阻为R，右侧降压变压器的匝数比为k，则可将降压变压器和用户端等效为一个等效电阻，则等效电阻的阻值R等效＝k2R，仅增加用户数，用户端的总电阻减小，等效电阻的阻值减小，又交流发电机的输出电压即升压变压器的输入电压U1不变，升压变压器的匝数比不变，所以升压变压器的输出电压U2不变，则由I2＝可知输电线路上的电流增大，由P＝r可知r消耗的功率增大，A正确；结合A项分析 可知U原＝，右侧降压变压器的输入电压减小，又降压变压器的原副线圈匝数比不变，可知用户端的电压减小，B错误；仅适当增加n2，结合A项分析可知，左侧升压变压器的输出电压U2变大，等效电阻的阻值不变，则与B项分析同理可得，用户端的电压增大，C正确；输电线路中的电流I2＝，则升压变压器原线圈中的电流I1＝I2，整个电路消耗的电功率P总＝U1I1＝ ，所以整个电路消耗的电功率增大，D错误。 【例6】 某同学研究远距离输电的电路如图所示，a、b端接入电压为U0的交流电源，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，且两变压器的匝数比。已知R1、R2的阻值均为R0，R3的阻值为，电阻R1、R2消耗的功率相同，电表均为理想交流电表，下列说法正确的是(　　 ) A．升压变压器的匝数比 B．电压表的示数为U0 C．电流表的示数为 D．若R3断路，电流表示数将增大 解析：选C。由题意知R1、R2的阻值相等，消耗的功率相同，可知电流相同，设R2的电流为I2，因R3的阻值为，则R3的电流为2I2，则降压变压器副线圈中的电流为3I2，由理想变压器的电流关系可知，则，A错误；升压变压器原线圈中的电流I1＝I2＝3I2，由能量关系可知U0I1＝U4I2＋U4·3I2，解得U4＝U0，即电压表示数为U0，B错误；电流表的示数等于I2，等于通过R1的电流，则为I2＝，C正确；若R3断路，降压变压器副线圈中的电流减小，则降压变压器原线圈中的电流减小，即电流表示数将减小，D错误。 [总结提升]远距离输电问题的分析 理清三 个回路 掌握三 个关系 功率关系 P＝U1＝U2I2＝P用＋P损， P损＝R线，P用＝U3I3＝U4I4 电压关系 U2＝U损＋U3，U损＝I2R线 匝数比关系 == ,== 输电线 上的 损耗 功率损耗为P损＝P2－P3＝R线＝R线 电压损耗为U损＝U2－U3＝I2R线 【基础练】 1．(2025·广西高考)某变压器输入正弦交流电的电压有效值为220 V，输出电压最大值为11 V，该变压器视为理想变压器，其原、副线圈匝数之比为(　　) A．20∶ B．20∶1 C．20∶1 D．1∶20 解析：选C。由U2＝U有效＝可知，输出电压有效值为11 V，又输入电压有效值U1＝220 V，则根据理想变压器原理可知，原、副线圈匝数之比为20∶1，故C正确。 2．(多选)(2025·河南南阳检测)将横截面积相同、材料不同的两段导体无缝隙连接成一段导体，总长度为60 cm，接入图甲电路。闭合开关S，滑片P从M端滑到N端，理想电压表读数U随滑片P的滑动距离x的变化关系如图乙所示，则对左右两段导体的描述正确的有(　　 ) A．电阻之比为2∶1 B．电阻之比为2∶3 C．电阻率之比为4∶1 D．电阻率之比为4∶3 解析：选AC。根据电阻定律R＝ρ，欧姆定律ΔU＝I·ΔR，整理可得ρ＝，结合题图乙可知导体的电阻率之比，根据电阻定律R＝将电阻率的比值和长度代入可得，故A、C正确。 3．(多选)(2025·山东济南期中)光电池是一种太阳能电池。如图所示，图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像(电池内阻不是常量)，图线b是某电阻R的U ­I图像。在该光照强度下将它们组成闭合回路时，下列说法正确的是(　　 ) A．光电池的电动势为5 V B．光电池的内阻为5.5 Ω C．光电池的输出功率为0.5 W D．回路中的总电阻为12.5 Ω 解析：选BC。根据闭合电路欧姆定律有U＝E－Ir，可知图线a与纵轴的交点为电源的电动势E＝3.6 V，根据两图线交点处的状态可知，光电池的内阻为r＝＝5.5 Ω，故A错误，B正确；光电池的输出功率为P＝UI＝0.5 W，故C正确；外电阻为R＝＝12.5 Ω，回路中的总电阻为R总＝R＋r＝18 Ω，故D错误。 4．(2025·安徽名校联考)如图甲所示，在－d≤x≤d，－d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场(用阴影表示磁场的区域)，边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电流如图乙所示。若仅磁场的区域发生了如图丙所示的变化，则变化后线圈中产生的交变电流可能为(　　 ) 解析：选B。线圈刚开始转动时，线圈的磁通量不变，线圈不产生感应电流，A、C错误；当线圈转至30°时，开始切割磁感线，根据题意可知，磁场区域如图甲所示时，线圈中产生的感应电流i＝I sin ωt，当ωt＝30°时，i＝I，故B正确，D错误。 5．(2025·北京高考)如图所示，交流发电机中的线圈ABCD沿逆时针方向匀速转动，产生的电动势随时间变化的规律为e＝10sin (100πt) V。下列说法正确的是(　　 ) A．该交流电的频率为100 Hz B．线圈转到图示位置时，产生的电动势为0 C．线圈转到图示位置时，AB边受到的安培力方向向上 D．仅线圈转速加倍，电动势的最大值变为 解析：选C。根据题意可知，该交流电的频率为f＝＝50 Hz，故A错误；线圈转到图示位置时，磁场与线圈平面平行，磁通量最小，磁通量变化率最大，感应电动势最大，故B错误；根据题意，由右手定则可知，线圈转到图示位置时，电流由B→A，由左手定则可知，AB边受到的安培力方向向上，故C正确；根据题意，由公式Em＝NBSω可知，仅线圈转速加倍，电动势的最大值变为原来的2倍，为20 V，故D错误。 6．(2025·广东高考)如图所示，某光伏电站输出功率1 000 kW、电压400 V的交流电，经理想变压器升压至10 kV后，通过输电线输送到变电站，输电线的等效电阻R为5 Ω。下列说法正确的是(　　) A．变压器原、副线圈匝数比为1∶100 B．输电线上由R造成的电压损失为500 V C．变压器原线圈中的电流为100 A D．变压器原、副线圈中电流的频率不同 解析：选B。原线圈中的电流I1＝＝2500 A，故C错误；由理想变压器规律得n1∶n2＝U1∶U2＝400 V∶10 kV＝1∶25，故A错误；由理想变压器规律得副线圈中的电流I2＝ A＝100 A，UR＝I2R＝100×5 V＝500 V，故B正确；变压器不能改变电流的频率，原、副线圈中电流的频率相同，故D错误。 【能力练】 7．(2025·江苏南通模拟)如图所示，在原线圈两端加上有效值恒定的交流电压，理想变压器原、副线圈的电压有效值分别为U1、U2，电流有效值分别为I1、I2。当滑动变阻器滑片P向下移时(　　 ) A．I1不变 B．I2变小 C．U1不变 D．U2变小 解析：选D。设滑动变阻器电阻为R，则U0＝I1R1＋U1，由理想变压器可得，副线圈的电压为U2＝I2(R2＋R)，联立解得U0＝当滑动变阻器滑片P向下移时，R减小，则原线圈电流I1增大，从而副线圈电流I2增大，由于电阻R1上分压增大，U0恒定，则原线圈电压U1减小，副线圈电压U2也减小，故D正确。 8．(2025·福建高考)如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为4∶1，在副线圈的回路中接有理想交流电压表和阻值分别为R1、R2的电阻，其中R1＝2R2，原线圈接到如图乙所示的正弦式交流电路中，则(　　) A．交流电的周期为2.5 s B．电压表示数为12 V C．副线圈干路中的电流为R1中电流的2倍 D．原副线圈功率之比为4∶1 解析：选B。由题图乙可知，交流电的周期为T＝2.5 s－0.25 s＝2.25 s，A错误；结合题图乙可知，原线圈两端电压的有效值为U1＝＝48 V，由理想变压器的变压规律有，代入可得副线圈两端电压的有效值U2＝12 V，又电压表测的是副线圈两端电压的有效值，所以电压表示数为12 V，B正确；设通过R1的电流为I1，通过R2的电流为I2，则由并联电路规律有I1R1＝I2R2，可得I1＝I2，则副线圈干路中的电流为I干＝3I1，即副线圈干路中的电流为R1中电流的3倍，C错误；由于该变压器为理想变压器，所以原、副线圈的功率之比为1∶1，D错误。 9．(多选)(2025·云南高考)电动汽车充电桩的供电变压器(视为理想变压器)示意图如图所示。变压器原线圈的匝数为n1，输入电压U1＝1.1 kV；两副线圈的匝数分别为n2和n3，输出电压U2＝U3＝220 V。当Ⅰ、Ⅱ区充电桩同时工作时，两副线圈的输出功率分别为7.0 kW和3.5 kW，下列说法正确的是(　　) A．n1∶n2＝5∶1 B．n1∶n3＝1∶5 C．变压器的输入功率为10.5 kW D．两副线圈输出电压最大值均为220 V 解析：选AC。由变压器的工作原理可知，代入数据得，A正确，B错误；理想变压器的输入功率等于输出功率，则P1＝P2＋P3＝10.5 kW，C正确；两副线圈输出电压的最大值为Um＝ V，D错误。 10．(多选)(2025·重庆高考)2025年1月“疆电入渝”工程重庆段全线贯通，助力重庆形成特高压输电新格局，该工程计划将输电站提供的1.6×106 V直流电由新疆输送至重庆，多次转换后变为1.0× sin (100πt) V的家用交流电，若输电线路输送功率为8.0×109 W，且直流输电过程中导线电阻产生的电功率损耗不超过输送功率的5%，则(　　 ) A．直流输电导线中的电流为250 A B．直流输电导线总阻值不超过16 Ω C．家用交流电的电压最大值为220 V，频率为50 Hz D．配电房中变压器原、副线圈中的电流比为11∶500 解析：选BD。直流输电电流由公式I＝计算得I＝＝5 000 A，故A错误；导线允许的最大功率损耗为5%的输送功率，即P损＝0.05×8.0×109 W＝4×108 W，由P损＝I2R得导线总阻值上限R＝ Ω＝16 Ω，故B正确；家用交流电表达式为220sin (100πt) V，其最大值为220 V，频率为f＝＝50 Hz，故C错误；变压器原线圈电压U1＝1.0×104 V，副线圈电压U2＝220 V，匝数比，由电流比与匝数比成反比可知，故D正确。 11．(2025·安徽高考)某理想变压器的实验电路如图所示，原、副线圈总匝数之比n1∶n2＝1∶3，Ⓐ为理想交流电流表。初始时，输入端a、b间接入电压u＝12sin (100πt) V的正弦式交流电，变压器的滑动触头P位于副线圈的正中间，电阻箱R的阻值调为6 Ω。要使电流表的示数变为2.0 A，下列操作正确的是(　　) A．电阻箱R的阻值调为18 Ω B．副线圈接入电路的匝数调为其总匝数的 C．输入端电压调为u＝12sin (50πt) V D．输入端电压调为u＝6sin (100πt) V 解析：选B。电流表示数I＝，当R＝18 Ω时，I＝1 A，A错误；当n2′＝n2时，I＝2 A，B正确；当U1＝12 V时，I＝3 A，C错误；当U1＝6 V时，I＝1.5 A，D错误。 【创新练】 12．(2025·山东高考)如图为一种交流发电装置的示意图，长度为2L、间距为L的两平行金属电极固定在同一水平面内，两电极之间的区域Ⅰ和区域Ⅱ有竖直方向的磁场，磁感应强度大小均为B、方向相反，区域Ⅰ边界是边长为L的正方形，区域Ⅱ边界是长为L、宽为0.5L的矩形。传送带从两电极之间以速度v匀速通过，传送带上每隔2L固定一根垂直运动方向、长度为L的导体棒，导体棒通过磁场区域过程中与电极接触良好。该装置产生电动势的有效值为(　　) A．BLv B． C． D． 解析：选D。根据题意可知，该装置产生的交流电的周期为T＝，由于导体棒间距均为2L，则每个周期内均为单棒切割磁感线，以导体棒刚进入区域Ⅱ时为计时起点，则0～时间内该装置产生电动势为EⅡ＝～时间内该装置产生电动势为EⅠ＝BLv，设导体棒电阻为R，该装置产生电动势的有效值E满足，解得E＝，故D正确。 $