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2013三维设计高考物理二轮复习课件第一阶段 专题四 第1讲 直流与交流电路


专题看点

考点一
专 题 四 考点谋略 第 1 讲 专题特辑 课下——针对高 考押题训练 考点二

考点三
课堂——针对考 点强化训练

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系统知识

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明晰备考
本专题考查的主要内

容有:电功、电热等概念,


电路的串、并联规律,闭合电路欧姆定律,交流电的 什 产生及描述,变压器,楞次定律及法拉第电磁感应定


律等。

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明晰备考 本专题知识是历年高考的热点,对应用电路的串、 并联规律结合闭合电路欧姆定律进行电路的动态分析、 怎 么

故障分析、交流电的有效值、变压器及远距离输电知识,
感应电流产生的条件、方向判断和感应电动势的计算、 电磁感应与图象相结合的问题,多以选择题的形式考查, 交流电的产生及描述、电磁感应规律与力学规律、能量 转化知识相综合有时也以计算题的形式考查。预计2013



年高考,命题热点及题型出现方式不变。 返回

明晰备考 复习时应理清各个基本概念,熟记各公式及适用条 怎 件,掌握交流“四值”的特点及用途,注意训练和掌握闭 么 合电路的动态分析问题、变压器电路的动态分析问题及 办 电磁感应与电路相综合问题的分析思路与方法,提高解

决与实际生活、生产科技相结合的实际问题的能力。

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[例 1]

(2012· 黄冈模拟)如图 4

-1-1 所示,平行金属板中带电质 点 P 原处于静止状态,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 图 4-1-1 ( )

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A.电压表读数减小

B.电流表读数减小
C.质点P将向上运动 D.R3上消耗的功率逐渐增大 [思路点拨] (1)明确R4的实际应用阻值的变化及由此引起电路总

阻值的变化。
(2)根据闭合电路欧姆定律确定总电流及路端电压的 变化。

(3)根据串并联知识确定各支路电流、电压的变化。 返回

[解析] R4 的滑动触片向 b 端移动时,R4 的实际应用阻 值变小,回路总电阻变小,由闭合电路欧姆定律可知,总电 流增大, 路端电压变小, UR1=I 总· 1 知, 1 两端电压增大, 由 R R 由 U 端=UR1+UR3 知, R3 变小, U 故电容器两板间电场强度减 UR3 小,质点 P 向下运动,C 错误;由 IR3= 可知,IR3 减小, R3 故电流表示数变大,UR2 增大,由 UR3=UR2+UR4 可知,电压 表示数减小,A 正确,B 错误;由 PR3=IR3 2R3 可知,R3 上消 耗的功率逐渐减小,D 错误。

[答案] A

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一、基础知识要记牢 U (1)部分电路欧姆定律:I=R 。 E (2)闭合电路的欧姆定律:I= 。 R+r ①路端电压与电流的关系:U=E-Ir。 R 1 ②路端电压与负载的关系:U=IR= E= r E, R+r 1+R 路端电压随外电阻的增大而增大,随外电阻的减小而减小。

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二、方法技巧要用好
1.直流电路的动态分析方法 (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是:

①由局部电阻变化判断总电阻的变化; E ②由I= 判断总电流的变化; R+r ③据U=E-Ir判断路端电压的变化;
④由欧姆定律及串并联电路特点判断各部分电流、电 压变化。

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(2)极限法: 即因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题, 可 将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。 (3)特殊值法: 对于某些电路问题, 可以采取代入特殊值法 判定,从而得出结论。 2.直流电路的动态分析技巧 (1)当电路中某一部分发生变化时, 将引起电路中各处的电 流和电压都随之发生变化,可谓“牵一发而动全身”。判断此 类问题时,应先由局部的变化推出总电流的变化、路端电压的 变化,再由此分析对其他各部分电路产生的影响,一般是先分 析固定电阻支路再分析变化电阻支路。

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(2)一个闭合电路就是一个整体,在研究电路的动态问题 时,一定要弄清电路的串并联结构,同时要用整体的观点来看 问题,还要善于转换思维的角度“电压不行看电流”。 (3)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
?I↓ ? R↑→? ?U↑ ?

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


的增大和与之串联的各电阻两端电压 U



的减小。 即

?I并↑ ? R↑→? ?U串↓ ?

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[例 2]

(2012· 安徽高考)图 4-1-2 甲是交流发电机模型

示意图。 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中, 有一矩形线圈 abcd 可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴 OO′转动,由线圈引出的 导线 ae 和 df 分别与两个跟线圈一起绕 OO′转动的金属圆环 相连接,金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这 样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻 R 形成闭合电 路。图乙是线圈的主视图,导线 ab 和 cd 分别用它们的横截面 来表示。已知 ab 长度为 L1,bc 长度为 L2,线圈以恒定角速度 ω 逆时针转动。(只考虑单匝线圈)

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图4-1-2 (1)线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导t时刻整个

线圈中的感应电动势e1的表达式;
(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时,如图 丙所示,试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式; (3)若线圈电阻为r,求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳 热。(其他电阻均不计)

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[思路点拨] (1)明确交流电的瞬时表达式与开始计时位置有关。 (2)画出交流电路的等效电路。 (3)计算电阻 R 上产生的焦耳热时应使用交变电流的有效 值。

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[解析]

(1)矩形线圈 abcd 在磁场中转动时,

只有 ab 和 cd 切割磁感线,且转动的半径为 r L2 = ,设 ab 和 cd 的转动速度为 v,则 2 L2 v=ω· 2 在 t 时刻,导线 ab 和 cd 因切割磁感线而产生的感应电动 势均为 E1=BL1v⊥ 由图可知 v⊥=vsin ωt 则整个线圈的感应电动势为 e1=2E1=BL1L2ωsin ωt

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(2)当线圈由题图丙位置开始运动时,在 t 时刻整个线圈的 感应电动势为 e2=BL1L2ωsin (ωt+φ0) (3)由闭合电路欧姆定律可知 E I= R+r 这里 E 为线圈产生的电动势的有效值 Em BL1L2ω E= = 2 2

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则线圈转动一周在 R 上产生的焦耳热为 QR=I2RT 2π 其中 T= ω 所以
?BL1L2? QR=πRω? R+r ?2 ? ? ? ?

[答案]

(1)e1=BL1L2ωsin ωt

(2)e2=BL1L2ωsin (ωt+φ0)
?BL1L2? (3)πRω? R+r ?2 ? ? ? ?

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一、基础知识要记牢 1.交变电流的产生 磁通量最大 ? 中性面 ? 电流为零 ? 线圈经过中性面时,电流变向一次

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2.交流电的“四值” 最大值 ? Em=NBSω ? 计算电容器的耐压值 计算闪光电器 瞬时值 ? e=Emsin ωt ? 的闪光时间等 电表的读数及计算电 正余弦交流 ? E=Em/ 2 ? 热、电功及保险丝的 电的有效值 熔断电流 平均值 ? E =NΔΦ/Δt ? 计算通过导体的电荷量

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二、方法技巧要用好 交变电流瞬时值表达式书写的基本思路 (1)确定正余弦交变电流的峰值,根据已知图象或由公式 Em=NBSω求出相应峰值。 (2)明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式。 如:①线圈从中性面开始计时,则i-t关系为正弦函数, 函数表达式为i=Imsin ωt。 ②线圈从垂直中性面开始计时,则i-t关系为余弦函数, 函数表达式为i=Imcos ωt。

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[例 3] (2012· 福建高考)如图 4-1-3 所示,理想变压器原 线圈输入电压 u=Umsin ωt,副线圈电路中 R0 为定值电阻,R 是滑动变阻器。 U2 表示, 和 和 是理想交流电压表,示数分别用 U1 和

是理想交流电流表,示数分别用 I1 和 I2 表示。 ( )

下列说法正确的是

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图4-1-3 A.I1和I2表示电流的瞬时值 B.U1和U2表示电压的最大值 C.滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大 D.滑片P向下滑动过程中,U2变小、I1变小

[思路点拨]

解答本题时应注意以下两点:

(1)交流电路中电压表、电流表的示数均指有效值。 (2)变压器原、副线圈电压、电流的决定因素。

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[解析] 交流电压表和交流电流表测量的是有效值,选项 A、B错误。滑片P向下滑动时,接入电路中的电阻减小,副 线圈负载电阻减小,因为原、副线圈的匝数比不变,所以 U2 U1、U2不变,因I2= ,所以I2变大;又U1I1=U2I2,所以 R+R0 I1变大,故选项C正确。

[答案] C

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一、基础知识要记牢 1.理想变压器的基本关系式 (1)功率关系:P入=P出 U1 n1 (2)电压关系: = U2 n2 若n1>n2,为降压变压器;若n1<n2,为升压变压器。 I1 n 2 (3)电流关系:只有一个副线圈时, = ; I2 n 1 有多个副线圈时,U1I1=U2I2+U3I3+?+UnIn。

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2.原、副线圈中各量的因果关系 (1)电压关系:U1决定U2 (2)电流关系:I2决定I1 (3)功率关系:P2决定P1 上述决定关系是由变压器的原理及能量守恒确定的。

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3.远距离输电 (1)问题:电能的损失和电压的损失。 (2)关键:减少输电线上电能的损失,P损=I2R线。 (3)方法:①减小输电导线的电阻,如采用电阻率小的 材料,加大导线的横截面积;②提高输电电压,减小输电 电流。

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二、方法技巧要用好 变压器电路的动态分析技巧 (1)根据题意弄清变量和不变量; (2)弄清动态变化过程中的决定关系,如:在原、副线圈 n1 匝数比( )一定时,输出电压U2由输入电压U1决定;输入电流 n2 I1由输出电流I2决定;输入功率P1由输出功率P2决定;

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(3)利用直流电路的动态分析方法分析,其思路过程可表示为: U1 n1 由 = 分析U2的情况 U2 n2 ? U2 由I2= 分析I2的情况 R负 ? 由P2=I2U2分析输出功率情况 ? 由P1=P2判定输入功率情况 ? 由P1=I1U1分析I1的变化情况

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三、易错易混要明了 变压器改变的是电压和电流而不改变交流电的功 率和频率。

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[课堂——针对考点强化训练]
1.(2012· 广东高考)某小型发电机产生的交变电动势为e= 50 sin 100πt(V)。对此电动势,下列表述正确的有( A.最大值是50 2 V C.有效值是25 2 V B.频率是100 Hz D.周期是0.02 s )

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解析:选 CD

Em 最大值Em=50 V,有效值为E= =25 2

1 2 V,频率为50 Hz,周期为T= f =0.02 s,所以C、 D正确。

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2.(2012· 苏北四市一模)如图4-1-4

所示,理想变压器原、副线圈匝
数比为2∶1。电池和交变电源的 电动势都为6 V,内阻均不计。下 列说法正确的是 A.S与a接通的瞬间,R中无感应电流 图4-1-4 ( )

B.S与a接通稳定后,R两端的电压为0
C.S与b接通稳定后,R两端的电压为3 V D.S与b接通稳定后,原、副线圈中电流的频率之比为 2∶1

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解析:选 BC

S与a接通瞬间,变压器原线圈中电流增大,R

中应有感应电流,但当接通稳定后,原线圈中电流恒定,R两 U1 n1 端无电压,A错误,B正确;S与b接通后,由 = ,可得: U2 n2 UR=U2=3 错误。 V,C正确;变压器不改变交变电流的频率,故D

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3.(2012· 天津高考)通过一理想变压器,经同一线路输送相同 的电功率P,原线圈的电压U保持不变,输电线路的总电 阻为R。当副线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的 电功率为P1,若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,线 P2 路损耗的电功率为P2,则P1和 分别为 P1 PR 1 A. kU,n PR 1 C. kU, 2 n P 2 1 B.(kU) R,n P 2 1 D.(kU) R, 2 n ( )

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解析:选 D

当副线圈与原线圈的匝数比为k时,副线圈输出

P 电压为kU,输出电流I= kU ,线路损耗的电功率为P1=I2R= P 2 ( kU ) R。若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,副线圈输 P 出电压为nkU,输出电流I′= nkU ,线路损耗的电功率为P2 P 2 P2 1 =I′ R=(nkU) R。 = 2,选项D正确,A、B、C错误。 P1 n
2

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4.如图4-1-5所示,E为内阻不能忽略的电池,R1、R2、 R3为定值电阻,S0、S为开关, ○与○分别为电压表与 V A 电流表。初始时S0与S均闭合,现将S断开,则 ( )

图4-1-5

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A. ○的读数变大,○的读数变小 V A B. ○的读数变大,○的读数变大 V A C. ○的读数变小,○的读数变小 V A D. ○的读数变小,○的读数变大 V A

解析:选 B 当S断开时,外电阻变大,总电流I变小,路 端电压U外变大,所以电压表的示数变大;总电流变小,

电阻R1上的电压U1减小,而路端电压变大,电阻R3上的
电压变大,所以电流表的示数变大。所以B项正确。

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5.(2012· 南通调研)如图4-1-6所示,在 匀强磁场中有一个单匝矩形线圈 ABCD,AB边与磁场垂直,MN边始终 与金属滑环K相连,PQ边始终与金属滑 环L相连。金属滑环L、交流电流表 图4-1-6

A ○、定值电阻R、金属滑环K通过导线串联。使矩形线 圈以恒定角速度绕过BC、AD中点的轴旋转。下列说法 中正确的是 ( )

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A.交流电流表○的示数随时间按余弦规律变化 A B.线圈转动的角速度越大,交流电流表○的示数越小 A C.线圈平面与磁场平行时,流经定值电阻R的电流瞬时 值最大 D.线圈转动的角速度增加为原来的两倍,则流经定值电 阻R的电流的有效值也变为原来的两倍

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解析:选 CD 电流表的示数为交流电的有效值,并不随时间 而变,故A错误;由Em=BSω,电流表示数I= Em = 2?R+r?

BSω ,故ω越大,I越大,B错误;当线圈与磁场平行时, 2?R+r? 回路中的电动势最大,回路中的电流最大,C正确;由I= BSω 可知,当ω′=2ω时,I′=2I,D正确。 2?R+r?

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6.(2012· 苏北四市调研)某同学自制 变压器,原线圈为n1匝,在做副 线圈时,将导线ab对折后并在一 起,在铁芯上绕n2圈,从导线对 图4-1-7

折处引出一个接头c,连成如图4-1-7所示电路。S为 单刀双掷开关,线圈电阻不计,原线圈接u1=Um sin ωt 的交流电源。下列说法正确的是 ( )

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2n2Um A.S接b时,电压表示数为 n1 2n2Um B.S接c时,电压表示数为 2n1 C.S接c时,滑动触头P向下移动,变压器输入功率变大 D.S接c时,滑动触头P向上移动,变压器输入电流变大

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解析:选 BD 将 S 接在 b 时,副线圈产生的总电动势为零, 故电压表示数为零,A 错误;当 S 接 c 时,副线圈的匝数为 Um 2 n1 2n2Um n2,由 = 得:U2= ,B 正确;S 接 c 时,P 向下 U2 n2 2n1 U2 2 移动,R 变大,P 入=P 出= R 变小,C 错误;P 向上移动时, U2 2 R 变小,P 入=I1U1= R 变大,故 I1 变大,D 正确。

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[课下——针对高考押题训练]

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