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

第9讲　直流电路与交流电路 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。 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′＝ 热点1　直流电路的分析与计算 【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)。 热点2　交流电与变压器 　考向1　　　　交流电的产生及描述　　　　　　　　　　　　　　 【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 考向2 变压器问题 【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。 考向3 远距离输电问题 【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 学科网（北京）股份有限公司 $