恒定电流与交变电流汇编

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1、专题五 电路与电磁感应 第10讲 恒定电流与交变电流 【体系构建】 【核心自查】 一、闭合电路欧姆定律 1.闭合电路的电流I=_ 。 2.闭合电路的路端电压U=_，当外电阻R增大时，路端电 压U_，用图像表示其变化规律： 增大 二、正弦交流电的“四值” 1.最大值：Em=_，电容器的击穿电压等于对应交流电 的最大值。 2.瞬时值 3.有效值：由电流的_来定义。计算交流电路的电功、 电功率，测定交流电路的电压、电流都是指_。 电动势电动势e=_ 电电 压压 u=_ 电电 流i=_ 热效应 有效值 4.平均值：平均电动势 =_，常用来计算 _。 通过电路的电荷量 三、变压器和远距离输电 1.理想变

2、压器的基本关系 基本关系 功率关系 电压电压 关 系 ，与负载负载 、副线线圈的个数无关 电电流关系 (1)只有一个副线线圈： (2)多个副线线圈： = _或 = _ 频频率关系 _ 2.为减小远距离输电的功率损失和电压损失，远距离输电采用 _输电。高压 【热点考向1】直流电路的动态分析 【典题训练题训练 1】(2013和平区一模)电动势为电动势为 E、内阻为为r的电电 源与定值电值电 阻R1、R2及滑动变动变 阻器R连连接成如图图所示的电电路。当 滑动变动变 阻器的触头头由中点滑向b端时时,下列说说法正确的是( ) A.电压电压 表和电电流表读读数都增大 B.电压电压 表和电电流表读读数都减

3、小 C.电压电压 表读读数增大,电电流表读读数减小 D.电压电压 表读读数减小,电电流表读读数增大 【解题题探究】 (1)电电路图图中电压电压 表和电电流表测测量范围围: 电压电压 表直接连连在电电源的两端,测测量的是_; 电电流表位于支路中,测测量的是_。 (2)闭闭合电电路路端电压电压 的表达式为为U=_。 路端电压电压 流过过R2的电电流 E-Ir (3)当滑动变阻器的触头下滑时,分析下列物理量的变化情况: 相关物理量变变化情况 滑动变动变 阻器电电阻R_ 电电路总电总电 阻R总 总 _ 干路总电总电 流I_ 路端电压电压 U_ 增大 增大 减小 增大 【解析】选A。法一 程序法: 触头

4、由中点滑向b端时,外电路总电阻增大,干路电流减小,由 U=E-Ir知路端电压U增大,故 示数增大;由U1=IR1知定值电阻R1 上的电压U1减小,电阻R2两端的电压U2=U-U1将增大,则流过R2的 电流增大,故 的示数增大,选项A正确。 法二 结论法: 滑片向b端滑动,R增大,与之并联的支路中 示数将增大;R增大, 总电阻增大,干路电流减小,路端电压增大,则 示数增大,故A正 确。 【典题训练2】某同学做电学实验(电源内阻r不能忽略)，通过改 变滑动变阻器电阻大小，观察到电压表和电流表的读数同时变大 ，则他所连接的电路可能是下图中的( ) 【解题指导】解答本题可以采用假设法和排除法，假设电路

5、中 电压表示数变大，分析电路中电流表示数是否变大，排除错误 选项，得出正确答案。 【解析】选C。在A、B、D图中，电路的电压表读数变大，表示 电源(或等效电源)的路端电压变大，则内电压变小，电流表的 读数一定减小，与题目已知条件相矛盾，可排除。C图中电压 表示数为定值电阻两端的电压，由欧姆定律可以判断电流、电 压可以同时增大，选项C正确。 【拓展提升】 【考题透视】直流电路的动态变化分析在高考试题中是以选择 题形式考查的，是近年来高考的重点。往往以下列变化方式探 究整个电路的电流、电压变化情况： (1)某一支路的滑动变阻器的阻值变化； (2)某一支路电键闭合或断开； (3)热敏电阻或光敏电阻的

6、阻值变化。 【借题发挥】直流电路动态分析问题的解题方法 1.程序法：闭合电路中，由于局部电阻变化或开关的通断，引 起各部分电压、电流或灯泡明暗发生变化，分析此类问题的基 本步骤： 2.可直接应用“部分电路中R、I、U的关系”中的两个结论： (1)任一电阻R阻值增大，必引起通过该电阻的电流I的减小和 该电阻两端电压U的增大。即 (2)任一电阻R阻值增大，必将引起与之并联的支路中电流I并 的增大和与之串联的各电阻两端电压U串的减小。即 I并 U串 I U (2013咸阳二模)如图图所示电电路中,电电源电动势为电动势为 E,内电电阻 为为r,R1、R2为为定值电值电 阻,R3为为可变电变电 阻,C为

7、电为电 容器。在可变电变电 阻R3由较较小逐渐变渐变 大的过过程中( ) A.电电容器放电电 B.流过过R2的电电流方向是由a到b C.电电容器的带电带电 量在逐渐渐增大 D.电电源内部消耗的功率变变大 【通关题组】 【解析】选C。当可变电阻R3逐渐变大时,总电阻增大,干路电流 减小,则电容器上电压U=E-I(R1+r)将增大,电容器的带电量增大 ,即电容器充电,A错误,C正确;因为电容器上极板带正电,所以 充电电流方向为bR2a,故B错误;电源内部消耗的功率为 Pr=I2r变小,D错误。 【热点考向2】交流电的产生和描述 【典题训练3】如图正方形线框abcd长为L，每边电阻均为r， 在磁感应

8、强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度转动，c、d 两点与外电路相连，外电路电阻也为r，则下列说法中正确的 是( ) A.S断开时，电压表读数为 B.S断开时，电压表读数为 C.S闭合时，电流表读数为 D.S闭合时，线框从图示位置转过 过程中流过电流表的电 量为 【解题指导】解答此题应明确以下几点： (1)线框绕cd轴转动产生正弦交流电，其电动势最大值Em=BL2 。 (2)电压表示数为电路中电压的有效值，S断开时，电压表两端 的电压为cd边上的电压有效值。 (3)S闭合时，电流表的示数为流过外电路电阻r电流的有效值 ，而流过电流表的电量利用电流的平均值计算。 【解析】选B。正方形线框在磁感应强

9、度为B的匀强磁场中绕cd轴 以角速度转动，产生的感应电动势最大值为BL2，电源电动势 有效值为 ，S断开时，内电路电流 。 电压表读数等于cd两点之间电压为 ，选项B正确， A错误。S闭合时，电路总电阻为 ，ab中电流为 。电流表读数为 ，选项C错误。S闭合 时，线框从图示位置转过 过程中，磁通量变化=BL2，时间 ，产生感应电动势的平均值为 ，电流平均 值为 ，流过电流表的电流平均值为 ，电量 为 ，选项D错误。 【典题训练题训练 4】(2013厦门门二模)一台小型发电发电 机产产生的 电动势电动势 随时间变时间变 化的规规律图图像如图图甲所示,已知发电发电 机线线 圈内阻为为20.0,现现

10、外接一只“100 V 125 W”的灯泡,如 图图乙所示,则则( ) A.此时时刻线线圈中感应电应电 流为为0 B.通过过灯的电电流随时间时间 t的变变化规规律是i=cos100t(A) C.灯泡能正常发发光 D.灯泡的实际实际 功率是80W 【解题题探究】 (1)试试分析当线线圈平面处处于以下两个位置时时的磁通量、感应电应电 流的情况: 处处于中性面时时: a.磁通量_。 b.感应电应电 流为为_。 垂直中性面时时: a.磁通量为为_。b.感应电应电 流_。 最大 零 零最大 (2)灯泡能正常发发光的判断依据是什么? 提示:判断灯泡能否正常发光的依据是分析灯泡工作时的功率 是否达到额定功率,

11、或分析灯泡的工作电压或工作电流是否等 于灯泡的额定值。 【解析】选B。图示位置为交流电最大值,感应电流最大,A错误; 灯泡电阻R= =80 ,最大电流Im= =1 A,故电流瞬时 值表达式i=cos100t,B正确;由于灯泡两端电压有效值达不到 100 V,灯泡不能正常发光,C错误;灯泡电流有效值为 ,实 际功率P实=I2R=40 W,D错误。 【拓展提升】 【考题透视】交变电流的产生与描述是每年高考的热点，常以 选择题形式考查；考题主要考查交变电流的两种表达方式：函 数表示法与图像表示法，以及交流电的有效值、最大值等基本 知识。高考命题一般从以下两方面进行考查： (1)交变电流的产生、图像、

12、公式及相关物理量。 (2)交变电流的“四值”的物理意义及其不同方面的应用。 【借题发挥】交流电的产生及“四值”的应用 1.交变电流的产生 2.交流电的“四值”的应用 【通关题组】 1.(2013山东东高考改编编)图图甲是小型交流发电发电 机的示意图图,两 磁极N、S间间的磁场场可视为视为 水平方向的匀强磁场场, 为为交流电电流 表。线线圈绕绕垂直于磁场场的水平轴轴OO沿逆时针时针 方向匀速转动转动 , 从图图示位置开始计时计时 ,产产生的交变电变电 流随时间变时间变 化的图图像如图图 乙所示。以下判断正确的是( ) A.电电流表的示数为为10 A B.线线圈转动转动 的角速度为为50rad/s

13、 C.0.01 s时线时线 圈平面与磁场场方向垂直 D.0.02 s时电时电 阻R中电电流的方向自右向左 【解析】选A。电流表示数显示的是交流电的有效值，正弦交 流电的电流有效值等于最大值的 倍，电流表的示数为 10 A，选项A正确；因为交流电的瞬时值为i= cost， 根据图乙可知，交流电的周期为T=2102s，则线圈转动的角 速度为= =100 rad/s，选项B错误；0时刻线圈平面与 磁场平行，t=0.01 s= ，t时间内线圈转过弧度，线圈平 面与磁场方向平行，选项C错误；0.02 s 时的情况与0时刻的 情况相同，根据右手定则可以判定，此时通过电阻R的电流方 向自左向右，选项D错误。

14、 2.某交流电源的电动势与时间成正弦函数关系，如图所示，此 电源与一个R=10 的电阻构成闭合电路，不计其他电阻，下 列说法正确的是( ) A.交变电流的周期为2 s B.交变电流的频率为0.5 Hz C.交变电流的有效值为2 A D.交变电流的有效值为2 A 【解析】选D。交变电流的周期为0.02 s，频率为50 Hz，选项 A、B错误。交变电流的最大值为2 A，有效值为2 A，选项C 错误、D正确。 【典题训练5】图甲是某燃气炉点火装置的原理图。转换器将 直流电压转换为图乙所示的正弦交变电压，并加在一理想变 压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2， 为交流电压表。当变压器副

15、线圈电压的瞬时值大于5 000 V时， 就会在钢针和金属板间引发电火花进而点燃气体。以下判断正 确的是( ) 【热点考向3】变压器和远距离输电问题 A.电压表的示数等于5 V B.电压表的示数等于5 V C.实现点火的条件是 1 000 D.实现点火的条件是 5 000，所以 1 000，C 对，D错。 【典题训练6】有一台交流发电机E，通过理想升压变压器T1和 理想降压变压器T2向远处用户供电，输电线的总电阻为R。T1的 输入电压和输入功率分别为U1和P1，它的输出电压和输出功率 分别为U2和P2；T2的输入电压和输入功率分别为U3和P3，它的输 出电压和输出功率分别为U4和P4。设T1的输入电压U1一定，当用 户消耗的电功率变大时，有( ) A.U2不变，U3变大B.U2减小，U4变大 C.P1变小，P2变小D.P2变大，P3变大 【解题指导】解答此题应注意以下两点： (1)分析电压关系，从U1保持不变开始，U2不变，U3=U2-IR，最 后由变压器关系确定U4。 (2)分析功率关系，从P4变大开始，P3和P4相同，P2=P3+I2R， P1=P2。 【解析】选D。因U1和