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1、第1讲 直流电路和交流电路 专题四 电磁感应和电路 内容索引 考点一 有关电路基本概念和规律的分析 考点二 闭合电路的功率和效率问题 考点三 交变电流的产生和描述 考点四 变压器和远距离输电 有关电路基本概念和规律的分析 考点一 1 电流的三个表达式 1 基础知识梳理 2 电阻的决定式和定义式的区别 公式R R 区别 电阻的决定式电阻的定义式 说明了导体的电阻由哪些 因素决定 R由 l S共 同决定 提供了一种测电阻的方法 伏安法 R与U I均无关 3 运用伏安特性曲线求电阻应注意的问题 如图1所示 非线性元件的I U图线是曲线 导体电阻Rn 即电阻 要用图线上点Pn Un In 的坐标来计算
2、 而不能用该点的切线斜率来计算 图1 4 闭合电路欧姆定律 1 公式 I 或E U外 Ir 2 电源U I图象 如图2 纵轴交点表示电源的电动势 斜率的大小表示电源内阻 图2 1 电动势 2017 湖州市高二上期末 如图3所示为两节某品牌的不同型号 干电池 其上均标有 1 5 V 字样 下列说法正确的是 A 两种型号的电池都有内阻而且一定相同 B 两种型号的电池储存的能量一定一样多 C 1 5 V 表示电池供电时正负极之间的电压为1 5 V D 1 5 V 表示电池供电时每通过1 C的电荷量 有 1 5 J的化学能转化为电能 答案 2 基本题目训练 图3 123456 2 电流 一个阻值为R的
3、电阻两端加上电压U后 通 过电阻横截面的电荷量q随时间t变化的图象如图4所 示 此图象的斜率可表示为 答案 图4 123456 3 伏安特性曲线 2016 温州市期末 R1 R2的伏安特性曲线如图5所示 下 列说法正确的是 A R1 R2并联后的总电阻的伏安特性曲线在区域 B R1 R2并联后的总电阻的伏安特性曲线在区域 C R1 R2串联后的总电阻的伏安特性曲线在区域 D R1 R2串联后的总电阻的伏安特性曲线在区域 答案解析 图5 123456 解析 在I U图象中 图线的斜率表示电阻的倒数 由题图可知电阻R1 的阻值较大 电阻R2的阻值较小 R1 R2并联后的总电阻小于任意一个电 阻值
4、所以伏安特性曲线在电阻值比较小的 区 故A正确 B错误 若将两电阻串联后接入电路 由于串联后的总电阻大于任意一个电阻 所以R1 R2串联后的总电阻的伏安特性曲线在电阻值比较大的区域 故C D错误 123456 4 电阻定律 如图6所示 R1 R2是材料相同 厚度相同 表面为正方形的导体 正方形的边长之比为2 1 通过这两个导体的电流方向如图所示 则以下说 法正确的是 A 导体材料的电阻率跟长度成正比 跟材料的横截面 积成反比 B 若通过导体的电流方向如图 两个导体的电阻R1 R2 4 1 C 若两导体的电流方向垂直于正方形面通过 则导体电阻之比R1 R2 4 1 D 若电流方向如图所示 不管两
5、导体电阻是串联还是并联在电路中 两电阻的 热功率相同 图6 答案 解析 123456 解析 材料的电阻率由材料本身的性质决定 与长度及横截面积无关 A 选项错误 设电阻的厚度为D 正方形边长为l 若通过导体的电流方向如题图所示 123456 5 闭合电路欧姆定律 2018 湖州市三县期中 如图7所示的电路中 电源 电动势E 6 V 电源内阻r 1 电阻R1 3 电阻R2 6 当闭合开 关S后 流过R1的电流为 解析 图7 答案 123456 123456 6 直流电路的动态分析 2018 书生中学月考 巨磁电阻 GMR 电流传感器 可用来准确检测输电线路中的强电流 其原理利用了巨磁电阻效应 巨
6、磁 电阻效应是指某些磁性材料的电阻在一定磁场作用下随磁感应强度B的增 加而急剧减小的特性 如图8所示为检测电路 设输电线路电流为I 不是 图8 GMR中的电流 GMR为巨磁电阻 R1 R2为定值 电阻 已知输电线路电流I在巨磁电阻GMR处产生 的磁场的磁感应强度B的大小与I成正比 下列有关 说法正确的是 123456 A 如果I增大 电压表V1示数减小 电压表V2示数减小 B 如果I增大 电流表A示数减小 电压表V1示数增大 C 如果I减小 电压表V1示数增大 电压表V2示数增大 D 如果I减小 电流表A示数减小 电压表V2示数减小 答案 123456 闭合电路的功率和效率问题 考点二 电源总
7、功率 任意电路 P总 EI P出 P内 纯电阻电路 P总 I2 R r 电源内部消耗的功率P内 I2r P总 P出 电源的输出功率 任意电路 P出 UI P总 P内 纯电阻电路 P出 I2R P出与外电阻R的关系 电源的效率 例1 2018 杭州市期末 许多人造卫星都用太阳能电池供电 太阳能电 池由许多片电池板组成 某电池板不接负载时电压是600 V 短路电流 是30 A 下列说法不正确的是 A 该电池板电动势约为600 V B 该电池板内阻约为20 C 该电池板最大输出功率为4 5 10 9 W D 该电池板最大输出效率为50 答案 解析 解析 当电池板不接负载时所测量电压为电源的电动势 故
8、电池板的电 动势E约为600 V 当内外电阻相等时 电源的输出功率最大 R越大 效率越高 可高于50 故D错误 7 2018 温州市十五校联合体期末 如图9所示 额定电压均为12 V的电阻 器和电动机并联后接在输出电压恒为12 V的电源上 当S1闭合 S2断开 时 电流表示数为3 A 当S2闭合 S1断开时 电流表示数为4 A 则 A 电动机的绕组线圈电阻为3 B 电阻器的电阻为4 C 电动机的机械功率为48 W D 当S1 S2均闭合时 电动机的热功率比较大 答案 拓展训练 图9 8 某电池对纯电阻供电的输出功率P随电流I变化的图象如图10所示 则下 列说法正确的是 A 该电源的电动势E 2
9、 V B 该电源的内阻r 1 C 若I 2 A 则外电阻R 1 D 同一输出功率P可对应两个不同的电流I1 I2 即对应两个不同的外电阻R1 R2 且r R1 R2 答案 图10 解析 解析 当外电阻等于电源内阻时 输出功率最大 P I2R I2r 解得r 0 5 由闭合电路欧姆定律得E I R r 2 0 5 0 5 V 2 V A正 确 B错误 当I 2 A时 电源的输出功率最大 此时外电阻等于电源内阻 所以R 0 5 C错误 同一输出功率可对应两个不同的电流I1 I2 即对应两个不同的外电阻R1 R2 交变电流的产生和描述 考点三 1 交变电流的产生 线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 2
10、 中性面及其特点 1 线圈平面与中性面重合时 S B 最大 0 e 0 i 0 电流 方向将发生改变 2 线圈平面与中性面垂直时 S B 0 最大 e最大 i最大 电 流方向不改变 3 电流方向的改变 线圈通过中性面时 电流方向发生改变 一个周期 内线圈两次通过中性面 因此电流的方向改变两次 3 正弦式交变电流图象 从中性面位置开始计时 如图11 图11 例2 多选 如图12所示 在水平向右的匀强磁场中 一线框绕垂直于 磁感线的轴匀速转动 线框通过电刷 圆环 导线等与定值电阻组成闭 合回路 t1 t2时刻线框分别转到如图甲 线框水平 乙 线框与磁感线垂 直 所示的位置 下列说法正确的是 A t
11、1时刻穿过线框的磁通量最大 B t1时刻电阻中的电流最大 方向从右向左 C t2时刻穿过线框的磁通量变化率为0 D t2时刻电阻中的电流最大 方向从右向左 答案 解析 图12 解析 t1时刻 穿过线框的磁通量为零 线框产生的感应电动势最大 电阻中的电流最大 根据楞次定律 通过电阻的电流方向从右向左 A 错误 B正确 t2时刻 穿过线框的磁通量最大 磁通量的变化率为零 线框产生的感 应电动势为零 电阻中的电流为零 C正确 D错误 9 多选 小型交流发电机中 矩形金属线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感 线的轴匀速转动 产生的感应电动势与时间成正弦函数关系 如图13所 示 此线圈与一个R 9 的电阻构成闭
12、合电路 线圈自身的电阻r 1 下列说法正确的是 A 交变电流的周期为0 2 s B 交变电流的频率为2 5 Hz C 发电机输出电压的有效值为9 V D 发电机输出的电功率为18 W 拓展训练 图13 答案解析 解析 根据题图可知此交变电流的周期为T 0 4 s 选项A错误 10 多选 如图14为小型旋转电枢式交流发电机的原理图 其矩形线圈在磁 感应强度为B的匀强磁场中 绕垂直于磁场方向的固定轴OO 匀速转动 线圈的两端经集流环和电刷与电阻R 10 连接 t 0时线圈以T 0 02 s的 周期从图中位置开始转动 转动时理想交流电压表示数为10 V 则 A 电阻R上的电功率为20 W B R两端
13、的电压u随时间变化的规律是u 10 cos 100 t V C 0 02 s时R两端的电压瞬时值最大 D 通过R的电流i随时间t变化的规律是i cos 50 t A 图14 答案解析 0 02 s时磁通量的变化率最大 此时产生的感应电动势最大 故C正确 变压器和远距离输电 考点四 1 关于理想变压器的四点说明 1 变压器不能改变直流电压 2 变压器只能改变交变电流的电压和电流 不能改变交变电流的频率 3 理想变压器本身不消耗能量 4 理想变压器基本关系中的U1 U2 I1 I2均为有效值 2 基本关系式中物理量之间的决定关系 电压 副线圈电压U2由原线圈电压U1和匝数比决定 即U2 U1 原
14、制约副 功率 副线圈中的功率P2由用户负载决定 原线圈的输入功率P1由 副线圈的输出功率P2决定 即P1 P2 副制约原 电流 原线圈的电流I1由副线圈的电流I2和匝数比决定 即I1 I2 副制约原 3 远距离输电问题 1 远距离输电示意图 如图15所示 图15 2 输电线路功率损失的计算方法 P损 P P P为输送的功率 P 为用户所得功率 P损 I线2R线 I线为输电线路上的电流 R线为线路电阻 P损 U为在输电线路上损失的电压 R线为线路电阻 P损 U I线 U为在输电线路上损失的电压 I线为输电线路上的 电流 例3 多选 2018 嘉兴市期末 如图16是一个理想变压器 K为单刀双掷电
15、键 P是滑动变阻器的滑动触头 U1为加在原线圈两端的电压 I1为通过 原线圈的电流 则 A K合在b处 保持U1不变 使P上滑 I1将增大 B K合在b处 保持P的位置不变 减小U1 I1将减小 C 保持U1及P的位置不变 K由b合向a后 I1将增大 D 保持U1及P的位置不变 K由b合向a后 R消耗的功率将减小 答案 图16 11 多选 2018 温州市十五校联合体期末 如图17所示 理想变压器原 副 线圈匝数之比为10 1 原线圈接正弦交流电源 电压u 311sin 100 t V 副线圈接入 22 V 100 W 的灯泡一只 则 A 灯泡正常发光 B 电源输出功率为1 000 W C 电流表的示数为0 45 A D 电流表的示数为4 5 A 拓展训练 图17 答案 12 2018 宁波市十校联考 某水电站 用总电阻为2 5 的输电线输电给 500 km外的用户 其输出电功率是3 106 kW 现用500 kV电压输电 则下列说法正确的是 A 输电线上输送的电流大小为2 0 105 A B 输电线上由电阻造成的损失电压为15 kV C 若改用5 kV电压输电 则输电线上损失的功率为9 108 kW D 输电线上损失的功率为 P U为输电电压 r为输电线的电阻 答案解析 由 U Ir得输电线路上的电压损失为 U 6 103 2 5 V 1 5 104 V 故A错误 B正确
