14 专题四 第14课时 电路（教师用书Word版）-【高考快车道】2026年高考物理大二轮专题复习与讲义

　电路与电磁感应 第14课时　电路 【备考指南】　 1．复习备考时要回归教材，夯实双基。 2．重点关注交变电流的产生、交变电流的图像和四值，理想变压器的工作原理及其制约关系，侧重交变电流与理想变压器相结合的动态分析问题。 3．加强与远距离输电、传感器的应用相关的信息题的训练，提高学生的分析推理能力。 热点一　直流电路的分析与计算 1．直流电路动态分析的三种方法 (1)程序法 R局I总＝U内＝I总rU外＝E－U内确定U支、I支。 (2)结论法——“串反并同”(电源内阻不能忽略) “串反”：指某一电阻增大(减小)时，与它直接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)。 “并同”：指某一电阻增大(减小)时，与它直接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)。 (3)极限法 因滑动变阻器的滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端，使电阻最大或电阻为0分别去讨论。 2．两类典型电路的特点 (1)含容电路：当电容器充、放电时，电容器所在支路中有电流；电路稳定时，电容器所在的支路相当于断路，电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。 (2)含二极管电路：与二极管串联的支路具有单向导电性。 [典例1]　[直流电路动态分析](2025·江西宜春市高三二模)某电路如图所示，其中R1＝2 Ω、R3＝2 Ω、R4＝1 Ω，R2最大值为3 Ω，电源内阻r＝1 Ω，在R2从0开始逐渐增大的过程中以下说法正确的是(　　) A．电源效率一直减小 B．电源输出功率先增大后减小 C．电压表示数与电流表示数比值>R3 D．电压表示数变化量大小与电流表示数变化量大小比值>r B　[电路简化如图，当R2从0开始增加到3 Ω的过程中，外电路的总电阻一直增大，电源效率一直增加，故A错误；当R2＝2 Ω时，外电路的总阻值等于电源内阻，故电源的输出功率先增大后减小，故B正确；根据电路分析可知，电流表示数为I＝I2＋I3，电压表示数为U＝U3，则有＝，所以<R3，故C错误；电源的内阻可表示为r＝，其中I总＝I＋I1，又根据R2阻值增大，可知I总减小，但I1增大，故电流表示数变化量大小ΔI应大于总电流变化量大小ΔI总，则有<＝r，故D错误。故选B。 ] [典例2]　[直流闭合电路中的功率问题]在如图甲所示的电路中，电源电动势保持不变，不计内阻，R1为定值电阻，移动滑动变阻器R2的滑片P，电压表和电流表均为理想电表，两者示数的U-I关系图线如图乙所示，则(　　) A．电源电动势为15 V B．定值电阻的阻值为10 Ω C．R2的电功率最大为3 W D．R1的电功率最大为25 W B　[设P、a间电阻为Rx，则P、b间电阻为(R2－Rx)，滑动变阻器接入电路的电阻记作R′2，则R′2＝＝，当Rx＝R2时，R′2达到最大值，即R2＝，解得R2＝24 Ω，当滑片P位于中点时，干路电流为1.0 A，此时有E＝6＋1.0R1(V)，当R′2的电压为4.0 V时，滑片两边电流为0.2 A和1.0 A，此时有E＝4＋1.2R1(V)，联立两式解得R1＝10 Ω，E＝16 V，选项A错误，B正确；滑片位于中点时，R′2＝6 Ω，R2的电功率最大为PR2＝6.0 V×(0.5 A＋0.5 A)＝6 W，滑片P位于a或b时，接入电阻为零，R1的电功率最大，为PR1＝＝25.6 W，选项C、D错误。故选B。] 　直流电路的最大功率 1．当R一定时，由P＝I2R知，I越大，P越大。 2．当r一定、R变化时，P出随R的变化情况可通过下面两个图像进行分析。 P出-R图像 P出-I图像 P出＝R P出＝EI－I2r 短路：I＝，P出＝0 断路：I＝0，P出＝0 当R＝r时，P出最大，P出＝ 短路：I＝，P出＝0 断路：I＝0，P出＝0 当I＝时，P出最大，P出＝ 热点二　交流电路的分析与计算 1．有效值的计算 (1)正弦式交变电流：E＝，I＝，U＝。 (2)非正弦式交变电流：计算有效值时，要根据电流的热效应，即“一个周期”内“相同电阻”上产生“相同热量”，然后分段求和列式，求得有效值。 2．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 [典例3]　[交变电流的四值问题](2025·山东卷)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． 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＝，D正确。] 两个特殊位置 示意图 特点 中性面 Φ最大，＝0，e＝0，i＝0，交变电流方向发生改变 与中性 面垂直的 位置 Φ＝0，最大，e最大，i最大，交变电流方向不改变 热点三　变压器及远距离输电 1．理想变压器的基本关系和制约关系 (1)三个基本关系 ①P入＝P出； ②＝； ③＝。 (2)三个制约关系 ①副线圈输出的功率决定原线圈输入的功率； ②副线圈电流的变化决定原线圈电流的变化； ③在匝数比一定的情况下，原线圈两端的电压决定副线圈两端的电压。 2．解决远距离输电问题的“两个关键”和“一个守恒” (1)明确回路：整个输电线路由三个回路组成，回路间通过变压器建立联系(如图所示)。 (2)巧用中间回路：首先求出中间回路的电流I2，则ΔU＝I2R，ΔP＝R＝ΔUI2＝。 (3)一个守恒：功率守恒关系式P1＝P线损＋P用户。 [典例4]　[理想变压器的动态分析]如图所示，变压器为理想变压器，原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶2；R1、R2为定值电阻，R1＝R，R2＝16R，滑动P可以改变接入电路的线圈匝数，在a、b两端接入电压最大值为U的正弦交流电，则下列判断正确的是(　　) A．P从上向下滑的过程中电阻R1的功率先增大后减小 B．P从上向下滑的过程中变压器的输出功率先减小后增大 C．P下滑到线圈的中点时，变压器的输出功率最大，为 D．P下滑到线圈的中点时，R1消耗的功率为 C　[等效电路如图所示，由R′＝R2、＝，可得等效电阻为R′＝R2，所以通过R1的电流为I1＝，P从上向下滑的过程中R′变小，I1变大，所以电阻R1的功率一直变大，故A错误；由等效电路可知，当R′＝R1时，解得＝，即P下滑到线圈的中点时R2的功率最大，最大功率Pm＝＝，此时R1消耗的功率与R2相同，则P从上向下滑的过程中变压器的输出功率先增大后减小，故B错误；由上述分析可知，P下滑到线圈的中点时，变压器的输出功率最大，为，故C正确；由上述分析可知，P下滑到线圈的中点时，R1消耗的功率为，故D错误。故选C。 ] [典例5]　[远距离输电](2024·湖南卷)根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻R时，R0上消耗的功率为P。不计其余电阻，下列说法正确的是(　　) A．风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4P B．输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0上消耗的功率为4P C．若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为8P D．若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P A　[设升压变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，降压变压器原、副线圈匝数分别为n3、n4，将降压变压器和用户端所接定值电阻R等效为一个电阻R等效，则R等效＝＝＝R。发电机转子以角速度ω匀速转动时，产生的电动势的最大值Em＝NBSω，则升压变压器输入端的电压有效值U1＝，转子角速度增加一倍，则升压变压器输出端电压为U2＝U1增加一倍，根据闭合电路欧姆定律知定值电阻R0中的电流变为原来的2倍，结合P＝R0可知，转子角速度增加一倍，R0上消耗的功率变为4P，选项A正确；结合P＝·R0，若R0增加一倍，则R0上消耗的功率为·2R0≠4P，选项B错误；若升压变压器的副线圈增加一倍，根据理想变压器变压规律知，升压变压器副线圈两端的电压变为原来的2倍，由I0＝可知，定值电阻R0中的电流变为原来的2倍，R0上消耗的功率变为4P，选项C错误；若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，降压变压器和用户端所接定值电阻的等效电阻变为R等效，R0上消耗的功率变为·R0≠6P，选项D错误。] 　等效电阻法 当理想变压器的副线圈接纯电阻元件时，可以把理想变压器(含副线圈中的元件)等效成一个电阻来处理，如图所示，设原、副线圈的匝数分别为n1、n2，原线圈输入电压为U1，电流为I1，副线圈输出电压为U2，电流为I2，副线圈负载电阻为R，则等效电阻R等效＝＝＝＝R。 1．[直流电路的分析与计算](2025·广西卷)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 B　[ ] 2．[理想变压器的工作原理](2025·安徽卷)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 B　[ ] 3．[理想变压器的工作原理及“四值”的应用](2025·福建卷)某理想变压器如图甲，原副线圈匝数比4∶1，输入电压随时间的变化图像如图乙，R1的阻值为R2的2倍，则(　　) A．交流电的周期为2.5 s B．电压表示数为12 V C．副线圈干路的电流为R1电流的2倍 D．原副线圈功率之比为4∶1 B　[由题图乙可知，交流电的周期为2.25 s，故A错误；根据题图乙可知，输入电压最大值Um＝48 V，则输入电压有效值为U1＝＝48 V，根据变压比可知，副线圈电压即电压表示数为U2＝U1＝12 V，故B正确；R1的阻值为R2的2倍，根据并联规律可知，两电阻的电压相同，根据欧姆定律可知，流经R1和R2的电流之比为1∶2，副线圈干路电流等于流经两电阻的电流之和，则副线圈干路的电流为R1电流的3倍，故C错误；根据变压器的原理可知，原副线圈功率相同，故D错误。故选B。] 16/16 学科网（北京）股份有限公司 $