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1、第10讲恒定电流与交变电流 考纲资讯 电流电源的电动势和内阻 欧姆定律闭合电路欧姆定律 电阻定律 电阻的串联与并联 电功电功率焦耳定律 交变电流描述交变电流的物理量和图象 正弦交变电流的函数表达式 电感和电容对交变电流的影响 理想变压器 电能的输送 传感器 考情快报 1 高考对该部分的考查题型以选择题为主 恒定电流常考查电路的串并联规律 欧姆定律及电路的动态变化特点等知识 交变电流中交流电的产生及描述和变压器的原理则是高考的热点问题 最近两年 计算命题形式有所加强 2 预计2013年高考仍继续考查上述知识点 另外 还可能从以下角度组织命题 1 直流电路的能量问题 与其他相关知识结合的力学问题
2、2 电功及电功率的计算问题 3 远距离输电问题 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 用图象表示其变化规律 E Ir 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 NBS Emsin t Umsin t Imsin t 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 4 平均值平均电动势 常用来计算 热效应 有效值 通过电路的电荷量 三 变压器和远距离输电1 理想变压器的基本关系 基本关系 电压关系 电流关系 与负载 副线圈
3、的个数无关 1 只有一个副线圈 2 多个副线圈I1n1 或U1I1 I2n2 I3n3 Innn U2I2 U3I3 UnIn f1 f2 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1 2012 黄冈一模 如图所示 平行金属板中带电质点P处于静止状态 不考虑电流表和电压表对电路的影响 当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时 则 A 电压表读数减小B 电流表读数减小C 质点P向上运动D R3上消耗的功率逐渐增大 解题指导 解答本题应注意以下几点 1 明确滑片向b端移动时滑动变阻器电阻的变化 进而分析总电阻 总电流 路端电压的变化 2
4、 根据串 并联电路的特点和部分电路欧姆定律确定各部分电路电压 电流 功率变化情况 3 根据金属板间电压的变化判断电场 电场力的变化 确定带电质点P的运动情况 解析 选A 当滑动变阻器R4的滑片向b端移动时 R4接入电路的电阻减小 外电路总电阻减小 电源输出电流增大 平行金属板两极电压减小 带电质点P所受电场力减小 质点P将向下运动 选项C错误 R3两端电压减小 R3中的电流减小 电流表读数增大 选项B错误 R3上消耗的功率逐渐减小 选项D错误 由于R2中电流增大 R2两端电压增大 电压表读数减小 所以选项A正确 典题训练2 2012 合肥一模 某同学做电学实验 电源内阻r不能忽略 通过改变滑动
5、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
6、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 断开或出现故障 3 热敏电阻或光敏电阻的阻值变化 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R 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R 创新预测 如图所示 当滑动变阻器R2的滑片P向左滑动时 下列说法不正确的是 A
7、 电阻R3消耗的功率变大B 电容器C上的电荷量变大C 灯L变暗D R1两端的电压变化量的绝对值小于R2两端的电压变化量的绝对值 解题指导 解答本题时可按以下步骤进行求解 1 首先考虑R2滑片向左滑动 R2阻值变小 电路总电阻变小 总电流变大 路端电压变小 2 应用串 并联电路特点对局部电路进行分析 得出R3功率变小 R1电压变大 灯泡变暗 3 电容器两端的电压与R1两端的电压相等 解析 选A 滑动变阻器R2的滑片P向左滑动时 R2的阻值变小 电路中的总电流变大 路端电压变小 通过R3的电流变小 故R3消耗的功率变小 A错误 流过R1的电流变大 则R1两端的电压变大 即电容器两端的电压也变大 故
8、电容器上电荷量变大 B正确 而灯L两端的电压变小 故灯L变暗 C正确 由于路端电压变小 故R1两端的电压变化量的绝对值小于R2两端的电压变化量的绝对值 D正确 热点考向2 交流电的产生和描述 典题训练3 2012 石家庄二模 多选 如图 正方形线框abcd长为L 每边电阻均为r 在磁感应强度为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
9、 其电动势最大值Em B L2 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 D 正方形线框在磁感应强度为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B L2 电源电动势有效值为E 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 t 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
10、平均值为电量为q I t 选项D正确 典题训练4 2012 江苏高考 某兴趣小组设计了一种发电装置 如图所示 在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角 均为 磁场均沿半径方向 匝数为N的矩形线圈abcd的边长ab cd l bc ad 2l 线圈以角速度 绕中心轴匀速转动 bc和ad边同时进入磁场 在磁场中 两条边所经过处的磁感应强度大小均为B 方向始终与两边的运动方向垂直 线圈的总电阻为r 外接电阻为R 求 1 线圈切割磁感线时 感应电动势的大小Em 2 线圈切割磁感线时 bc边所受安培力的大小F 3 外接电阻上电流的有效值I 解题指导 解答本题第 2 问时可按以下思路分析 解析 1
11、bc ad边的运动速度v 感应电动势Em 4NBlv解得Em 2NBl2 2 电流Im 安培力F 2NBIml解得F 3 一个周期内 通电时间t TR上消耗的电能W Rt且W I2RT 解得I 答案 见解析 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 函数表示法与图象表示法 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 图象 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
12、创新预测 1 多选 如图甲是阻值为5 的线圈与阻值为15 的电阻R构成的回路 线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 产生的电动势随时间变化的规律如图乙所示 则 A 电压表的示数为14 14VB 通过电阻的电流为0 707AC 电阻R上消耗的功率为7 5WD 通过电阻的电流方向每秒变化100次 解析 选B C 根据题中图乙可知交流电的电压有效值为电压表的示数为 15V 7 5V 10 6V A项错误 通过电阻的电流为 0 707A B项正确 电阻R上消耗的功率为C项正确 根据交流电的特点 线圈每转一周 电流方向改变两次 则电流方向每秒变化 2 50次 D项错误 2 多选 某交流电源的电动
13、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0 02sB 交变电流的频率为0 5HzC 交变电流的有效值为2AD 交变电流的有效值为2A 解析 选A D 交变电流的周期为0 02s 频率为50Hz 选项A正确 B错误 交变电流的最大值为2A 有效值为2A 选项C错误 D正确 变压器和远距离输电问题 热点考向3 变压器和远距离输电问题 典题训练5 2012 山东高考 多选 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
14、n2 为交流电压表 当变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V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 A 电压表的示数等于5VB 电压表的示数等于VC 实现点火的条件是 1000D 实现点火的条件是 1000 解题指导 解答本题应把握以下两点 1 根据u t图象确定交流电的峰值和有效值 进而确定电压表示数 2 根据变压器的电压关系确定点火条件 解析 选B C 由u t图象可知最大电压值为5V 故有效值为V 交流电压表测量的是有效值 A错 B对 由变压器电压与线圈匝数的关系可知 变压器副线圈电压的瞬时值大于5000V 即 5000 所以 1000 C对 D错 典题训练6
15、2012 常州二模 多选 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变小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
16、P4相同 P2 P3 I2R P1 P2 解析 选A D 因U1和两线圈的匝数不变 根据得U2不变 B错误 根据U损 IR U3 U2 U损 因P变大 I变大 所以U损变大 所以降压变压器初级电压U3变小 故选项A正确 用户消耗的电功率变大时 则P3变大 从而I变大 线路消耗的电功率变大 由能量守恒得P2变大 所以选项D正确 C错误 拓展提升 考题透视 本考点为每年高考的重点和热点 常以选择题的形式考查 命题规律有以下两点 1 多数题目与交变电流的图象 瞬时值表达式等相结合进行综合考查 2 变压器电压 电流及功率关系与远距离输电相结合进行综合考查 借题发挥 理想变压器的动态分析技巧 1 根据题意弄清变量和不变量 如原线圈电压不变 原副线圈的匝数比不变 其他物理量可能随电路的变化而发生变化 2 弄清动态变化过程中的决定关系 如U2由U1决定 P1 I1由P2 I2决定 3 分析流程如下 由分析U2的情况 由分析I2的情况 由P1 P2 I2U2判断输入功率的情况 由P1 I1U1分析I1的变化情况 创新预测 1 如图所示 匝数为100匝的矩形线圈abcd处于磁感应强度B T的水平匀强磁场
