高考解码高三物理二轮复习教学案提升练习专题七电路与电磁反应高品质版.doc
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1、第1讲恒定电流与交变电流高考导航由于电学实验基本上是每套试题的考查热点之一,因此对直流电路的考查频率很低,交流电路基本上是每年考卷中的必考内容,往往以选择题的形式出现,考查的难度不会太大,考查的内容主要是交流电的产生和描述交流电的几个基本物理量及交流电的“四值”、变压器的工作原理以及远距离输电,预计2016年对交流电路的考查会以描述交流电的几个基本物理量及交流电的“四值”为重点有时候会以选择题的形式结合变压器考查交流电路中的动态变化问题或电路故障问题体系构建1闭合电路欧姆定律(1)表达式IU路EIr(2)图象2交变电流的四值(1)最大值:EmnBS(2)瞬时值:eEmsin t(从中性面计时)
2、(3)有效值:由电流的热效应定义(4)平均值:En.3变压器的四个基本关系(1)功率关系:P入P出(2)电压关系:.(3)电流关系:.(4)频率关系:f1f21(2015四川理综)小型手摇发电机线圈共N匝,每匝可简化为矩形线圈abcd,磁极间的磁场视为匀强磁场,方向垂直于线圈中心轴OO,线圈绕OO匀速转动,如图所示矩形线圈ab边和cd边产生的感应电动势的最大值都为e0,不计线圈电阻,则发电机输出电压()A峰值是e0B峰值是2e0C有效值是Ne0 D有效值是Ne0答案D解析发电机输出电压峰值是2Ne0,A、B错误;有效值是2Ne0Ne0,C错误,D正确2(2015课标)一理想变压器的原、副线圈的
3、匝数比为31,在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻,原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上,如图所示设副线圈回路中电阻两端的电压为U,原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为k,则()AU66 V,k BU22 V,kCU66 V,k DU22 V,k答案A解析设原线圈中电流为I,由知副线圈中的电流I23I,由题意知副线圈中电阻两端的电压U3IR,则原线圈回路中R两端的电压UIR,原线圈两端的电压U13U,由闭合电路中电压关系可知U1U220 V,即3U220 V,U66 V,原线圈回路中电阻消耗的功率P1I2R,副线圈回路中电阻消耗的功率P2(3I)2R,k,选项A正确3(201
4、5安徽理综)图示电路中,变压器为理想变压器,a、b接在电压有效值不变的交流电源两端,R0为定值电阻,R为滑动变阻器现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置,观察到电流表A1的示数增大了0.2 A,电流表A2的示数增大了0.8 A,则下列说法正确的是()A电压表V1示数增大B电压表V2、V3示数均增大C该变压器起升压作用D变阻器滑片是沿cd的方向滑动答案D解析变压器输入电压不变,原、副线圈的匝数比不变,故原、副线圈两端的电压不变,即电压表V1、V2示数不变,选项A、B均错误;I1、I2增加,则副线圈电路中总电阻减小,故变阻器滑片应沿cd方向滑动,选项D正确;由原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率
5、P入P出知,调节滑动变阻器前I1n1I2n2,调节滑动变阻器后I1n1I2n2,联立得(I1I1)n1(I2I2)n2,即I1n1I2n2,4,故该变压器起降压作用,选项C错误4(2015福建理综)如图为远距离输电示意图,两变压器均为理想变压器,升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2,在T的原线圈两端接入一电压uUmsin t的交流电源,若输送电功率为P,输电线的总电阻为2r,不考虑其它因素的影响,则输电线上损失的电功率为()A() B()C4()2()2r D4()2()2r答案C解析T的输入电压U1,则PU1I1,I1,又因为,所以I2I1,则输电线上损失的电功率P损I2r4()2(
6、)2r,C项正确这类问题考查理想变压器与电路的结合问题把直流电路的动态分析方法用于交流电路,考查了考生的迁移能力1闭合电路动态变化的原因:(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阻值变化2闭合电路动态分析的两种方法:(1)程序分析法:流程如下 (2)利用结论法:即“串反并同”法“串反”即某一电阻增大(减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都减小(增大);“并同”即某一电阻增大(减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、消耗的电功率都增大(减小)【例1】(2015菏泽二摸)如图,理想变压器原线圈输入电压
7、uUmsint,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器.和是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;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()AI1和I2表示电流的瞬时值BU1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【审题突破】(1)理想变压器的副线圈相当于电源,其余等效为负载(2)部分负载的变化引起其他支路和干路中电学量的变化(3)解答本题时可按以下思路分析:答案C解析交流电压表和交流电流表显示的示数都为有效值,A、B错由于输入端电压U1和理想变压器匝数比不变,所以U2不变滑片P向下滑动过程中,电阻
8、变小,电流I2变大,输出功率变大,则输入功率变大,电流I1变大,C正确、D错误,故选C.理想变压器电路问题的分析技巧(1)分清变量和不变量原、副线圈匝数比不变,分析各物理量随负载电阻变化而变化时,进行动态分析的顺序是RI2P2P1I1;负载电阻不变,分析各物理量随匝数比的变化而变化时,进行动态分析的顺序是n1、n2U2I2P2P1I1.(2)分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)一般步骤根据理想变压器规律分析U2的变化情况;由闭合电路的欧姆定律I2分析I2的变化情况;由公式P1P2U2I2分析判断输入功率P1的变化情况;由公式P1I1U1分析I1的变化情
9、况【变式训练】1(2015天津理综)(多选)如图所示,理想变压器的原线圈连接一只理想交流电流表,副线圈匝数可以通过滑动触头Q来调节,在副线圈两端连接了定值电阻R0和滑动变阻器R,P为滑动变阻器的滑动触头在原线圈上加一电压为U的正弦交流电,则()A保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变大B保持Q的位置不动,将P向上滑动时,电流表读数变小C保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变大D保持P的位置不动,将Q向上滑动时,电流表读数变小答案BC解析保持Q位置不动,则副线圈两端电压U2不变,P向上滑动,则R增大,副线圈电流I2减小,由P1UI1U2I2,可知I1减小,电流表读数减小,A错误,
10、B正确保持P位置不动,则R不变,Q向上滑动,n2变大,根据得,U2U,则U2增大,由I2,知I2增大,由UI1U2I2,U不变,知I1增大,电流表读数变大,所以C正确,D错误故选B、C.解决这类问题时,通常要写出交变电流瞬时值表达式交变电流瞬时值表达式的基本书写思路(1)确定正、余弦交流电的峰值,根据已知图象或公式EmNBS,求出相应最大值(2)明确线圈的初始位置,找出对应的函数关系式线圈从中性面开始计时,eEm sin t.线圈从垂直于中性面开始计时,eEm cos t.【例2】(2014天津高考)如图1所示,在匀强磁场中,一矩形金属线圈两次分别以不同的转速,绕与磁感线垂直的轴匀速转动,产生
11、的交变电动势图象如图2中曲线a、b所示,则()A两次t0时刻线圈平面均与中性面重合B曲线a、b对应的线圈转速之比为23C. 曲线a表示的交变电动势频率为25 HzD曲线b表示的交变电动势有效值为10 V【审题突破】第一步:挖掘题目信息(1)由乙图可知两次t0时刻均有e0,磁通量最大,线圈位于中性面位置(2)根据乙图读取曲线a、b对应的周期Ta4102s、Tb6102s.(3)根据乙图读取a曲线对应的感应电动势的最大值为15 V.第二步:明确题目要求(1)判断t0时刻线圈的位置(2)分析曲线a、b对应线圈的转速关系(3)计算曲线a的频率、曲线b的电动势的有效值第三步:圈定理论依据(1)中性面是线
12、圈平面与磁场垂直的位置,磁通量最大,e0.(2)频率与周期、转速的关系为T.(3)正弦式交变电流的最大值和有效值的关系为EmE有答案AC解析线圈位于中性面时,磁通量最大,电动势为零,A正确;转速之比等于周期的反比,故该比值为32,B错误;频率为周期的倒数,a的周期为0.04 s,频率为25 Hz,C正确;正弦交变电流的电动势的有效值为E,已知Ea V,且ba,故可知Eb V5V,D错误交变电流的“四值”及应用(1)瞬时值:反映了不同时刻交变电流的大小,发光二极管在瞬时值超过其发光电压的时间内才可以发光(2)最大值:在考虑电容器的耐压值时,则应依据交变电流的最大值(3)有效值:求电功、电功率、焦
13、耳热以及确定保险丝的熔断电流等物理量时,要用有效值计算,正弦交变电流的有效值为I,其他交变电流的有效值只能根据有效值的定义来计算此外,交流电压表、交流电流表所测的数值均指有效值,一些交流电器铭牌上所标的额定电压(电流)值也指有效值(4)平均值:求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值,即qIt.平均值的计算需用公式En和I,得qn,切记不能用E计算电动势的平均值,平均值一般不等于有效值【变式训练】2(2013山东理综)图甲是小型交流发电机的示意图,两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,为交流电流表线圈绕垂直于磁场的水平轴OO沿逆时针方向匀速转动,从图示位置开始计时,产生的交变电流
14、随时间变化的图象如图乙所示以下判断正确的是()A电流表的示数为10 AB线圈转动的角速度为50 rad/sC0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左答案AC解析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i10cos t,根据图乙可知,交流电的周期为T2102s,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,t0.01 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正确;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,
15、此时通过电阻R的电流方向自左向右,选项D错误1理想变压器问题的“三种切入方法”(1)电压切入法理想变压器原、副线圈的电压比为;当变压器有多个副线圈时,(2)功率切入法:理想变压器的输入、输出功率为P入P出,当变压器有多个副线圈时,P1P2P3(3)电流切入法:由I知,对只有一个副线圈的变压器有,当变压器有多个副线圈时,n1I1n2I2n3I32远距离输电问题的处理方法(1)求解远距离输电的关键是:熟悉“交流发电机升压变压器输电线降压变压器用户”这一过程,并画出这一过程的示意图,把需要的物理量都标在图中的相应位置上(2)以升压变压器的副线圈、输电线、降压变压器的原线圈为回路,利用电路知识分析三者
16、的电压关系和功率关系【例3】(2014四川高考)如图所示,甲是远距离输电线路的示意图,乙是发电机输出电压随时间变化的图象,则()A用户用电器上交流电的频率是100 HzB发电机输出交流电的电压有效值是500 VC输电线的电流只由降压变压器原副线圈的匝数比决定D当用户用电器的总电阻增大时,输电线上损失的功率减小【审题突破】1.命题立意:本题考查理想变压器与远距离输电的结合问题,综合性强2解题关键:(1)ut图象中,可读出发电机输出电压的最大值为500 V,周期为0.02 s.(2)理想变压器的副线圈相当于电源,其余等效为负载3解题思路:(1)明确变压器不改变交流电的频率(2)清楚交流电最大值与有
17、效值之间的关系(3)知道输电线路上电流大小的决定因素答案D解析由图乙可知交流电的周期为0.02 s,频率为50 Hz,则A错误;发电机输出电压的有效值是 V,则B错误;输电线上的电流由用户消耗的功率及降压变压器原副线圈的匝数比共同决定,则C错误;当用户用电器的总电阻增大时,设降压变压器副线圈两端的电压为U4,则U4没变,由P知,用户消耗功率变小,降压变压器输入功率变小,设降压变压器原线圈电压为U3,又P入I线U3,U3没变,I线变小,P线IR线,R线未变,则输电线上损失的功率减少,故D正确(1)抓住理想变压器问题中的两个“弄清”: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
18、理量可随电路的变化而发生变化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(2)理想变压器问题的分析流程:由分析U2的情况由I2分析I2的情况由P1P2I2U2判断输入功率的情况由P1I1U1分析I1的变化情况【变式训练】3(2015广东理综)如图为气流加热装置的示意图,使用电阻丝加热导气管,视变压器为理想变压器,原线圈接入电压有效值恒定的交流电并保持匝数不变,调节触头P,使输出电压有效值由220 V降至110 V,调节前后()A副线圈中的电流比为12B副线圈输出功率比为21C副线圈的接入匝数比为21D原线圈输入功率比为12答案C解析电阻丝的阻值R可认为不变,由欧姆
19、定律I可知副线圈中的电流取决于副线圈的输出电压,故调节前后副线圈中电流之比为21,A错误;再由P2I2U2或P2可知副线圈的输出功率之比应为41,B错误;而理想变压器输入功率总是等于输出功率,故原线圈的输入功率之比也为41,D错误;因原线圈的输入电压U1、匝数n1恒定,故由电压关系可知副线圈的接入匝数比为21,C正确突破审题规范解答【例】如图所示,矩形线圈abcd在磁感应强度B2 T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO以角速度10 rad/s匀速转动,线圈共10匝,ab0.3 m,bc0.6 m,负载电阻R45 ,线圈内阻r5 .求:(1)电阻R在0.05 s内所发出的热量(2)0.05 s内流过
20、电阻R的电量(设线圈从垂直中性面开始转动)答案(1)5.76 J(2)0.072 C解析(1)电动势的最大值为:EmnBS1020.30.610 V113.04 V电流的有效值I1.6 A所以0.05 s内电阻R上发出的热量QI2Rt5.76 J(2)由题意得t0.05 s内线圈转过的角度为t10 rad/s0.05 s,穿过线圈的磁通量的变化量BSEn,I,qIt代入数据解得q0.072 C【总结反思】常见误区易错角度错因剖析错用平均值求热量认为求热量应用焦耳定律,对应一段时间,实际上电流产生焦耳热是从交流电的有效值的角度出发.错用有效值求电荷量认为电流流过某一横截面的电荷量相等,故用有效值
21、求解实际上电流通过导线横截面的电量对应一段时间,要从交流电的平均值的角度出发防范措施规范解题流程:1.判断产生的交流电的特点、规律.2.根据题目要求求出相应的有效值、平均值或瞬时值.3.若为正弦交流电,则其有效值直接代入关系式;若为其他交流电,则需要由有效值的定义式求出有效值.4.求电量:先确定电动势的平均值,即交变电流图象中图线与时间轴围成面积与时间的比值,E,I,再计算通过电路某一截面的电荷量qIt.1(多选)(2015临沂二模)某交流发电机的输出电压随时间变化的图象如图所示,输出功率是20 kW,现有5 000 V高压输电,输电线上的总电阻是40 ,再利用n1n2221的降压变压器降压后
22、供给用户,则下列说法正确的是()A交变电流的频率为100 HzB发电机输出电压的有效值为220 VC流过高压输电线的电流为125 AD降压变压器输出电压的有效值为220 V答案BD解析由图象可知周期T0.02 s,所以频率f50 Hz,故选项A错误;交流发电机的输出电压为U0220 V,故选项B正确;由PUI可知高压输电电流IA4 A,故选项C错误;降压变压器的输入电压U1UIR5 000 V440 V4 840 V,由可知降压变压器的输出电压为U2U1 V220 V,故选项D正确2(2015杭州二模)一台理想变压器的原、副线圈的匝数比是51,原线圈接入电压为220 V的正弦交流电,各元件正常
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