2019高考物理二輪復習 專題五 電路與電磁感應(yīng) 1-5-11 恒定電流與交變電流課件.ppt

第11講恒定電流與交變電流,1(2018課標)一電阻接到方波交流電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q方；若該電阻接到正弦交流電源上，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q正。該電阻上電壓的峰值均為u0，周期均為T，如圖所示。則Q方Q正等于(),答案 D,2(2018天津理綜)教學用發(fā)電機能夠產(chǎn)生正弦式交變電流。利用該發(fā)電機(內(nèi)阻可忽略)通過理想變壓器向定值電阻R供電，電路如圖所示，理想交流電流表A、理想交流電壓表V的讀數(shù)分別為I、U，R消耗的功率為P。若發(fā)電機線圈的轉(zhuǎn)速變?yōu)樵瓉淼?，則(),AR消耗的功率變?yōu)?P B電壓表V的讀數(shù)變?yōu)?U C電流表A的讀數(shù)變?yōu)?I D通過R的交變電流頻率不變,答案 B,3(2017天津理綜)(多選)在勻強磁場中，一個100匝的閉合矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動，穿過該線圈的磁通量隨時間按圖示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為2 ，則(),At0時，線圈平面平行于磁感線 Bt1 s時，線圈中的電流改變方向 Ct1.5 s時，線圈中的感應(yīng)電動勢最大 D一個周期內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為82 J,解析 由-t圖可知，t0時，0，則線圈平面平行于磁感線，選項A正確；t1 s時0，此時電動勢最大， t0.5 s和t1.5 s時最大，此時電動勢為0，電流改變方向，選項B、C錯誤；交流電電動勢的最大值EmnBSnm 4 V，有效值E Em2 V，一個周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量Q T82 J，D正確。 答案 AD,疑難突破 由En 知隨時間按正弦規(guī)律變化，則E隨時間按余弦規(guī)律變化。電流改變方向的時刻在E0時刻，即最大時刻。計算電流產(chǎn)生的焦耳熱應(yīng)使用電動勢的有效值。,4(2018北京理綜)如圖1所示，用電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源，向滑動變阻器R供電。改變變阻器R的阻值，路端電壓U與電流I均隨之變化。,(1)以U為縱坐標，I為橫坐標，在圖2中畫出變阻器阻值R變化過程中 圖像的示意圖，并說明U-I圖像與兩坐標軸交點的物理意義。 (2)a.請在圖2畫好的 關(guān)系圖線上任取一點，畫出帶網(wǎng)格的圖形，以其面積表示此時電源的輸出功率； b請推導該電源對外電路能夠輸出的最大電功率及條件。 (3)請寫出電源電動勢定義式，并結(jié)合能量守恒定律證明：電源電動勢在數(shù)值上等于內(nèi)、外電路電勢降落之和。,解析 (1) 圖像如圖所示。圖像與縱軸交點的縱坐標值為電源電動勢，與橫軸交點的橫坐標值為短路電流。,(2)a.如圖所示。 b電源輸出的電功率 PI2R R 當外電路電阻Rr時，電源輸出的電功率最大，為 Pmax (3)電動勢定義式 E,根據(jù)能量守恒定律，在題圖所示電路中，非靜電力做功W產(chǎn)生的電能等于在外電路和內(nèi)電路產(chǎn)生的電熱，即 WI2rtI2RtIrqIRq 得EIrIRU內(nèi)U外 答案 見解析,直流電路動態(tài)分析問題的解題方法 閉合電路中，由于局部電阻變化或開關(guān)的通斷，引起各部分電壓、電流或燈泡明暗發(fā)生變化，分析此類問題的基本步驟：,例1(多選)如圖，電路中定值電阻阻值R大于電源內(nèi)阻阻值r。將滑動變阻器滑片向下滑動，理想電壓表V1、V2、V3示數(shù)變化量的絕對值分別為U1、U2、U3，理想電流表A示數(shù)變化量的絕對值是I，則(),AA的示數(shù)增大 BV2的示數(shù)增大 CU3與I的比值大于r DU1大于U2 解析 由于電壓表、電流表都是理想電表，則電流表可以看成短路，外電路中定值電阻R與滑動變阻器串聯(lián)，電流表測的是總電流，電壓表V1測的是R兩端的電壓，V2測的是電源的外電壓，V3測的是滑動變阻器兩端的電壓，當滑動變阻器滑片向下滑動時，電路中的總電阻減小，根據(jù)歐姆定律可知，電路中的電流增大，電流表示數(shù)增大，A項正確；,內(nèi)電壓增大，外電壓減小，電壓表V2示數(shù)減小，B項錯誤； Rr，C項正確； R， r，由于R大于r，因此U1大于U2，D項正確。 答案 ACD,創(chuàng)新預(yù)測 1(2018廣東肇慶二模)如圖所示電路中，閉合開關(guān)S后當變阻器R3的滑動頭P向b移動時，下列說法正確的是(),A電壓表示數(shù)變大 B電流表示數(shù)變大 C電源消耗的總功率變小 D電源的效率(電源的輸出功率/電源消耗的總功率)變大,解析 當P向b移動時，變阻器的電阻變小，它與R2并聯(lián)的電阻變小，外電阻也變小，故電壓表的示數(shù)變小，選項A錯誤；根據(jù)歐姆定律可知，干路電流增大，由于R2的兩端電壓變小，故通過R2的電流變小，則根據(jù)總電流等于各支路電流之和可知，通過變阻器的電流變大，故電流表的示數(shù)變大，選項B正確；由于總電流變大，故電源消耗的總功率變大，選項C錯誤；由于路端電壓減小，故電源的效率變小，選項D錯誤。 答案 B,2(2018贛州二模)如圖所示電路中，GMR為一個磁敏電阻，它的阻值隨所處空間磁場的增強而增大，電源內(nèi)阻不可忽略。小燈泡電阻恒定，閉合開關(guān)S1和S2后，在滑動變阻器的滑片P向右滑動時，下列說法正確的是(),AL1、L2、L3都變暗 BL1、L2、L3都變亮 CL1變暗，L2變亮，L3變暗 DL1變亮，L2變暗，L3變亮,解析 滑片P向右滑動時，滑動變阻器接入電路的電阻變大，左側(cè)電路的電流變小，電磁鐵磁性變?nèi)?，GMR的阻值變小，右側(cè)電路的總電阻變小，干路的電流I變大，L3變亮，路端電壓UEIr變小，L2的電壓U2UIRL3變小，燈L2變暗；通過L2的電流變小，通過L1的電流I1II2變大，L1變亮。 答案 D,3如圖所示，平行金屬板中帶電質(zhì)點P處于靜止狀態(tài)，不考慮電流表和電壓表對電路的影響，當滑動變阻器R4的滑片向b端移動時，則() A電壓表讀數(shù)減小 B電流表讀數(shù)減小 C質(zhì)點P向上運動 DR3上消耗的功率逐漸增大,解析 當滑動變阻器R4的滑片向b端移動時，R4接入電路的電阻減小，外電路總電阻減小，電源輸出電流增大，平行金屬板兩極電壓減小，帶電質(zhì)點P所受電場力減小，質(zhì)點P將向下運動，選項C錯誤；R3兩端電壓減小，R3中的電流減小，電流表讀數(shù)增大，選項B錯誤；R3上消耗的功率逐漸減小，選項D錯誤。由于R2中電流增大，R2兩端電壓增大，電壓表讀數(shù)減小，所以選項A正確。 答案 A,例2(2018“江南十校”二聯(lián))(多選)一單匝矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁場的軸線勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生正弦式交變電流，其電動勢的變化規(guī)律如圖線a所示，當調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，電動勢的變化規(guī)律如圖線b所示。以下關(guān)于這兩個正弦式交變電流的說法正確的是(),A從圖線可算出穿過線圈磁通量的最大值 B線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為23 C在圖線a和b中，t0時刻穿過線圈的磁通量均為零 D圖線b電動勢的瞬時值表達式為e100sin V,答案 AD,創(chuàng)新預(yù)測 4圖甲是一臺小型手搖發(fā)電機的構(gòu)造示意圖，線圈逆時針轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的電動勢e隨時間t變化的正弦規(guī)律圖像如圖乙所示。發(fā)電機線圈的內(nèi)電阻不計，外接燈泡的電阻為12 。則(),A在t0.01 s時刻，穿過線圈的磁通量為零 B電壓表的示數(shù)為6 V C燈泡消耗的電功率為3 W D若其他條件不變，僅將線圈的轉(zhuǎn)速提高一倍，則線圈電動勢的表達式e12 sin 100t(V),答案 C,5(多選)如圖甲所示是一種振動發(fā)電裝置的示意圖，一個半徑r0.10 m、匝數(shù)n20匝的線圈套在永久磁鐵槽中，槽中磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布(其右側(cè)視圖如圖乙所示)，線圈所在位置磁感應(yīng)強度B的大小均為B T，線圈的電阻R10.50 ，它的引出線接有R29.50 的小電珠L，A為理想交流電流表。當線圈框架的P端在外力作用下沿軸線做往復運動時，便有電流通過電珠。若線圈往復運動的規(guī)律如圖丙所示(v取向右為正)，則下列判斷正確的是(),A電流表的示數(shù)為0.24 A B0.01 s時回路中的電流最大 C回路中交流電的頻率為50 Hz D0.015 s時電珠L中電流的方向為從CLD,解析 由EBLv及vt圖像可知，線圈往復運動所產(chǎn)生的感應(yīng)電流為正弦式交流電，則EmnB2rvm2.4 V，電流的有效值I A，選項A錯誤；由圖像可知T0.02 s，f50 Hz，選項C正確；t0.01 s時，v0，所以I0，選項B錯誤；t0.015 s時，由右手定則可知，電流方向為CLD，選項D正確。 答案 CD,1理想變壓器原、副線圈基本量間的關(guān)系,2.遠距離輸電中的“三路兩耗” (1)三個回路,(2)兩種損耗,例3(多選)如圖所示，由于理想變壓器原線圈的輸入電壓降低，使電燈L變暗，下列哪些措施可以使電燈L重新變亮() A其他條件不變，P1上移，同時P2下移 B其他條件不變，P1下移，同時P2上移 C其他條件不變，斷開電鍵S D其他條件不變，將滑動變阻器滑片P向下移動,解析 原線圈的輸入電壓降低，其他條件不變，P1上移，即原線圈匝數(shù)增多，P2下移，即副線圈匝數(shù)減小，由U2 U1可得U2減小，電燈變暗，故A錯誤；原線圈的輸入電壓降低，其他條件不變，P1下移，即原線圈匝數(shù)減少，P2上移，即副線圈匝數(shù)增多，由U2 U1知可以使U2增大，可以使電燈L重新變亮，故B正確；原線圈的輸入電壓降低，其他條件不變，則副線圈電壓減小，斷開電鍵S，并聯(lián)部分電阻增大，副線圈中電流減小，R1分擔電壓減小，燈泡兩端電壓增大，可以使電燈L重新變亮，故C正確；原線圈的輸,入電壓降低，其他條件不變，則副線圈電壓減小，將滑動變阻器滑片P向下移動，并聯(lián)部分電阻減小，燈泡兩端電壓更小，燈泡不能變亮，故D錯誤。 答案 BC,6(多選)某同學在實驗室中研究遠距離輸電。由于輸電線太長，他將每100米導線卷成一卷，共卷成8卷來代替輸電線路(忽略輸電線路的自感作用)。第一次直接將輸電線與學生電源及用電器相連，測得輸電線上損失的功率為P1。第二次采用如圖所示的電路輸電，其中理想變壓器T1與電源相連，其原、副線圈的匝數(shù)比為n1n2，理想變壓器T2與用電器相連，測得輸電線上損失的功率為P2。下列說法正確的是(),A前后兩次實驗都可用于研究遠距離直流輸電 B實驗可以證明，減小輸電電流能減小遠距離輸電的能量損失,答案 BC,7(多選)如圖所示，理想變壓器初級線圈接一交變電流，交變電流的電壓有效值恒定不變。副線圈接有光敏電阻R(光敏電阻阻值隨光照強度增大而減小)、R2和R3，則下列說法中正確的是(),A只將S1從2撥向1時，電流表示數(shù)變小 B只將S2從4撥向3時，電流表示數(shù)變小 C只將S3從閉合變?yōu)閿嚅_，電阻R2兩端電壓增大 D僅增大光照強度，原線圈的輸入功率增大 解析 只將S1從2撥向1時，n1變小，根據(jù)變壓比公式，輸出電壓變大，故輸出電流變大，輸出功率變大；輸入功率等于輸出功率，故輸入功率變大，輸入電流變大，A錯誤；只將S2從4撥向3時，n2變小，根據(jù)變壓比公式，輸出電壓變小，故輸出電流變小，輸出功率變小；輸入功率等于輸出功率，故輸入功率變小，輸入電流變小，B正確；只將S3從閉合變,為斷開，少一個支路，但電阻R2與R3串聯(lián)的支路的電壓不變，故通過電阻R2的電流不變，電壓也不變，C錯誤；僅增大光照強度，負載總電阻變小，故輸出電流變大，輸出功率變大，輸入功率等于輸出功率，故輸入功率增大，D正確。 答案 BD,8(多選)手搖發(fā)電機產(chǎn)生的正弦交流電經(jīng)變壓器給燈泡L供電，其電路如圖所示，當線圈以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，電壓表示數(shù)為U，燈泡正常發(fā)光。已知發(fā)電機線圈的電阻為r，燈泡正常發(fā)光時的電阻為R，其他電阻可忽略，變壓器原線圈與副線圈的匝數(shù)比為k，變壓器可視為理想變壓器。則(),答案 AD,交變電流“四值”的應(yīng)用類問題 交變電流綜合問題涉及交流電路最大值、有效值、平均值、瞬時值的計算，與電磁感應(yīng)、安培力、閉合電路歐姆定律的綜合應(yīng)用等。解答時應(yīng)注意以下兩點： (1)分清交流電路“四值”的不同計算方法和物理意義。 (2)學會將直流電路、閉合電路歐姆定律的知識應(yīng)用在交流電路中。,【典例】 (多選)如圖所示為某住宅區(qū)的應(yīng)急供電系統(tǒng)，由交流發(fā)電機和副線圈匝數(shù)可調(diào)的理想降壓變壓器組成。發(fā)電機中矩形線圈所圍的面積為S，匝數(shù)為N，電阻不計，它可繞水平軸OO在磁感應(yīng)強度為B的水平勻強磁場中以角速度勻速轉(zhuǎn)動。矩形線圈通過滑環(huán)連接降壓變壓器，滑動觸頭P上下移動時可改變輸出電壓，R0表示輸電線的電阻。以線圈平面與磁場平行時為計時起點，下列判斷正確的是(),A若發(fā)電機線圈某時刻運動到圖示位置，變壓器原線圈的電流瞬時值為零 B發(fā)電機線圈感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為eNBSsin(t ) C當用電量增加時，為使用戶電壓保持不變，滑動觸頭P應(yīng)向上滑動 D當滑動觸頭P向下移動時，變壓器原線圈兩端的電壓將升高,解析 若發(fā)電機線圈某時刻運動到圖示位置，線圈的邊CD和CD垂直切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流最大，變壓器原線圈的電流瞬時值最大，選項A錯誤。以線圈平面與磁場方向平行時為計時起點，發(fā)電機線圈感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為eNBSsin(t )，選項B正確。當用電量增加時，輸電線中電流增大，輸電線上損失電壓增大，為使用戶電壓保持不變，副線圈輸出電壓應(yīng)該增大，副線圈匝數(shù)應(yīng)該增多，滑動觸頭P應(yīng)向上滑動，選項C正確。當滑動觸頭P向下移動時，變壓器副線圈輸出電壓降低，原線圈兩端的電壓不變，選項D錯誤。 答案 BC,拓展訓練 1如圖所示，有一矩形線圈的面積為S，匝數(shù)為N，電阻不計，繞OO軸在水平方向的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中以角速度做勻速轉(zhuǎn)動，從圖示位置開始計時。矩形線圈通過銅滑環(huán)接理想變壓器原線圈，副線圈接有固定電阻R0和滑動變阻器R，下列判斷正確的是(),A矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為eNBSsin t B矩形線圈從圖示位置經(jīng)過 時間內(nèi)，通過電流表A1的電荷量為零 C當滑動變阻器的滑片向上滑動過程中，電流表A1和A2示數(shù)都變小 D當滑動變阻器的滑片向上滑動過程中，電壓表V1示數(shù)不變，V2和V3的示數(shù)都變小,解析 矩形線圈從與中性面垂直的位置開始轉(zhuǎn)動，故產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為eNBScos t，選項A錯誤；矩形線圈從圖示位置經(jīng)過 T時間內(nèi)，線圈中有電流產(chǎn)生，故通過電流表A1的電荷量不為零，選項B錯誤；變壓器初級電壓一定，則次級電壓一定，故電壓表V1、V2示數(shù)不變，當滑動變阻器的滑片向上滑動過程中，R變大，次級電流減小，故A2示數(shù)變小，R0的電壓減小，故V3示數(shù)變大，因次級電流減小，故初級電流減小，即電流表A1和A2示數(shù)都變小，選項C正確，D錯誤。故選C。 答案 C,2(多選)如圖所示，矩形線圈abcd與理想變壓器原線圈組成閉合電路。線圈在有界勻強磁場中繞垂直于磁場的bc邊勻速轉(zhuǎn)動，磁場只分布在bc邊的左側(cè)，磁感應(yīng)強度大小為B，線圈面積為S，轉(zhuǎn)動角速度為，匝數(shù)為N，線圈電阻不計。下列說法正確的是(),A將原線圈抽頭P向上滑動時，燈泡變暗 B電容器的電容C變大時，燈泡變暗 C圖示位置時，矩形線圈中瞬時感應(yīng)電動勢最大 D若線圈abcd轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)?，則變壓器原線圈電壓的有效值為NBS,解析 在圖中將原線圈抽頭P向上滑動時，原線圈的匝數(shù)變大，故輸出的電壓變小，燈泡變暗，選項A正確；電容器的電容C變大時，電容對電流的阻礙作用變小，故燈泡變亮，選項B錯誤；圖示位置時，線圈的ad邊與磁感線方向平行，故矩形線圈中瞬時感應(yīng)電動勢最小，選項C錯誤；若線圈abcd轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)?，且線圈轉(zhuǎn)動一周只有半周產(chǎn)生感應(yīng)電壓，在這半周中，電壓的最大值是2NBS，設(shè)變壓器原線圈電壓的有效值為U，則 t 2t，即UNBS，選項D正確。 答案 AD,3如圖所示，邊長為L、匝數(shù)為N、電阻不計的正方形線圈abcd，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中繞垂直于磁感線的轉(zhuǎn)軸OO以角速度勻速轉(zhuǎn)動，制成一臺交流發(fā)電機，它與理想變壓器的原線圈連接，變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比為12，二極管的正向電阻為零，反向電阻無窮大，從正方形線圈處于圖示位置開始計時。下列判斷正確的是(),A交流發(fā)電機的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為eNBL2sin t B變壓器的輸入功率與輸出功率之比為21 C電壓表V示數(shù)為NBL2 D若將滑動變阻器的滑片向下滑動，電流表和電壓表示數(shù)均減小,所以電壓表的示數(shù)UNBL2，C對。若滑動變阻器的滑片向下滑動，副線圈的總阻值增大，原線圈電壓不變，副線圈電壓也不變，電壓表示數(shù)不變，由歐姆定律得副線圈的電流變小，原線圈中的電流也變小，電流表示數(shù)變小，D錯。 答案 C,