1、第1讲 直流电路与交流电路 考点1直流电路的基本概念和规律新依据等级考预测近五年全国卷高考体现两大特点：一是直流电路的动态分析，二是与平行板电容器相关联的计算，多以选择题的形式出现。预计2020年等级考还可能以动态分析类问题命题。(2016全国卷T17)阻值相等的四个电阻、电容器C及电池E(内阻可忽略)连接成如图所示的电路。开关S断开且电流稳定时，C所带的电荷量为Q1；闭合开关S，电流再次稳定后，C所带的电荷量为Q2。Q1与Q2的比值为()A B C DC断开S和闭合S后等效电路分别如图甲、乙所示。甲乙根据串联电路的电压与电阻成正比可得甲、乙两图中电容器两极板间的电压U1E，U2E，C所带的电
2、荷量QCU，则Q1Q235，选项C正确。新储备等级考提能1直流电路动态分析方法(1)程序法R局I总 U内I总rU外EU内确定U支、I支。(2)结论法“串反并同”(电源内阻不能忽略)“串反”：指某一电阻增大(减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(增大)。“并同”：指某一电阻增大(减小)时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(减小)(如下T1)。(3)极限法因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两个极端，使电阻最大或电阻为零去讨论。2功率的最值问题(1)定值电阻的功率：P定I2RR为定值电阻，P定只与电流有关系，当R外最
3、大时，I最小，P定最小，当R外最小时，I最大，P定最大。(2)电源的输出功率：P。当R外r时，P出功率最大。(3)变化电阻的功率的最大值：利用等效思想，把除变化电阻之外的其他的定值电阻等效成电源的内阻r。新训练等级考落实考向1直流电路的动态分析1(多选)(2019衡水中学二模)如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，开关S闭合后，平行板电容器中的带电液滴M处于静止状态，电流表和电压表均为理想电表，则()A带电液滴M一定带正电BR4的滑片向上端移动时，电流表示数减小，电压表示数增大C若仅将电容器下极板稍微向上平移，带电液滴M将向上极板运动D若将开关S断开，带电液滴M将向下极板运动BC电容器的
4、上极板带正电，板间场强方向向下，带电液滴M处于平衡状态，则知受到的电场力向上，带电液滴M带负电，故A错误。R4的滑片向上端移动时，其接入电路的电阻增大，根据“串反并同”知电流表示数减小，电压表示数增大，故B正确。若仅将电容器下极板稍微向上平移，因为板间电压U不变，由E可得电场E增大，所以液滴受到的电场力增大，液滴将向上极板运动，故C选项正确。若将开关S断开，电容器板间电压增大，液滴受到的电场力增大，液滴将向上极板运动，故D错误。2.(2019山东济宁期末)如图所示，E为电源，其内阻为r，L为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变)，R1、R2为定值电阻，R1r，R3为光敏电阻，其阻值随光照强度的增加而减
5、小，闭合开关S后，若照射R3的光照强度减弱，则()AR1两端的电压变大B通过R2的电流变大C电源的输出功率变大D小灯泡消耗的功率变大B光照强度减弱，光敏电阻R3的阻值增大，电路中的总电阻增大，由闭合电路欧姆定律可得，电路中干路电流减小，故R1两端的电压减小，故A错误；因干路电流减小，内电压减小，路端电压增大，同时R1两端的电压减小，故并联电路部分电压增大，则流过R2的电流增大，由并联电路的电流规律可知，流过灯泡的电流减小，由PI2RL可知，小灯泡消耗的功率变小，故B正确，D错误；由于R1r且电路的总电阻增大，故外电阻比内阻r越来越大，所以电源的输出功率减小，故C错误。考向2直流电路的分析与计算
6、3如图所示的电路中，电源为恒流源，能始终提供大小恒定的电流。R0为定值电阻，闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片，则下列表示电压表示数U、电路总功率P随电流表示数I变化的关系图线中，可能正确的是() C由题图知R0与R并联，电压表测路端电压，电流表测R接入电路部分所在支路的电流。该恒流源提供的电流恒定为I总，流过R0的电流为I0，R0两端的电压为U0，流过R接入电路部分的电流为I，R接入电路部分两端的电压为U。根据并联电路的特点可知UU0I0R0(I总I)R0IR0I总R0，其中I总、R0为定值，由UR0II总R0可知UI图象为直线，R00，即图象的斜率小于0，故选项A、B错误；由电功率的计算公式
7、PUI知，电路消耗的总功率PUI总(I总I)R0I总I总R0IIR0，其中I总、R0为定值，由PI总R0IIR0可知PI图象为直线，I总R00，即图象的斜率小于0，且I不会为0，P不会为0，故选项C正确，D错误。4(易错题)(多选)(2019第一次全国大联考)如图所示，一白炽灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，将白炽灯泡连在电路图甲之中，已知电源的电动势E100 V，rR1100 ，R2100 。则下列说法正确的是()A该灯泡的实际电流0.40 AB该灯泡的实际电压50 VC该灯泡的实际电阻75 D该灯泡的实际功率20 WAC在题图中的混联电路中，设灯泡L的实际电压和实际电流分别为U和I。 在这个闭
8、合电路中，有：EU (R1r)；代入数据并整理得：U5050I，这是一个直线方程，把该直线在题图上画出，如图所示：这两条曲线的交点为：U30 V、I0.4 A；所以灯泡L消耗的功率为：PUI300.4 W12 W，故A正确，B、D错误；R实 75 ，故C正确；故选A、C。考点2交变电流的产生与描述新依据等级考预测交变电流的有效值的计算、图象及“四值”问题是高考考查的重点，常以选择题的形式进行综合性的考查。预计2020年等级考可能会以交变电流的“四值”或图象问题命题。1(2018全国卷T16)一电阻接到方波交流电源上，在一个周期内产生的热量为Q方；若该电阻接到正弦交流电源上，在一个周期内产生的热
9、量为Q正。该电阻上电压的峰值均为u0，周期均为T，如图所示。则Q方Q正等于()A1B1C12D21D根据焦耳定律知热量与方波中的电流方向的变化无关，故Q方T；而正弦交流电电压的有效值等于峰值的，故Q正TT，所以，D正确。2(多选)(2016全国卷T21)如图，M为半圆形导线框，圆心为OM；N是圆心角为直角的扇形导线框，圆心为ON；两导线框在同一竖直面(纸面)内；两圆弧半径相等；过直线OMON的水平面上方有一匀强磁场，磁场方向垂直于纸面。现使线框M、N在t0时从图示位置开始，分别绕垂直于纸面且过OM和ON的轴，以相同的周期T逆时针匀速转动，则()A两导线框中均会产生正弦交流电B两导线框中感应电流
10、的周期都等于TC在t时，两导线框中产生的感应电动势相等D两导线框的电阻相等时，两导线框中感应电流的有效值也相等题眼点拨“半圆形导线框”说明转动过程中一直有感应电流；“扇形导线框”说明转动过程中只有一半时间内有感应电流；“半径相等”说明有效切割长度相同。BC两导线框匀速转动切割磁感线产生感应电动势的大小不变，选项A错误；导线框的转动周期为T，则感应电流的周期也为T，选项B正确；在t时，切割磁感线的有效长度相同，两导线框中产生的感应电动势相等，选项C正确；M导线框中一直有感应电流，N导线框中只有一半时间内有感应电流，所以两导线框的电阻相等时，感应电流的有效值不相等，选项D错误。新储备等级考提能1理
11、解几个特殊位置的磁通量、磁通量的变化率、感应电动势及感应电流方向的特点。(1)与中性面重合时，SB，最大，0，e0，i0，电流方向将发生改变。(2)与中性面垂直时，SB，0，最大，e最大，i最大，电流方向不变。2交流电的“四值”(1)最大值EmNBS。计算电容器的击穿电压。(2)瞬时值(从中性面开始计时)eNBSsin t。计算安培力的瞬时值、氖泡发光、电功率瞬时值、通断电时间。(3)有效值：正弦式交流电的有效值E；非正弦式交流电的有效值必须根据电流的热效应，用等效的思想来求解(如上T1)。计算与电流热效应有关的量(如电功、电功率等)、保险丝的熔断电流、电机的铭牌上所标的值、交流电表的示数。(
12、4)平均值：n，常用来计算通过电路的电荷量。新训练等级考落实考向1交变电流的产生1科技小组在探究交变电流的产生及变化规律时，将电流计(0刻度在正中央)与一个保护电阻R0串联后，接到交流发电机模型的两个输出端，如图所示。发电机模型线圈匝数可调。转动手柄使线圈在磁场中匀速转动，观察电流计指针的偏转情况，下列叙述与观察结果相符的是()A电流计指针总是左、右摆动B当转速很小时，电流计指针左、右摆动C当转速很大时，电流计指示的为交变电流的有效值D当线圈匝数少时，电流计指针左、右摆动，当线圈匝数多时，电流计指针指向某一侧不为零的定值B交流发电机产生的是交变电流，当转速很小时，流过电流计的电流方向变化较慢，
13、电流计指针能随电流方向的变化而左、右摆动；当转速很大时，电流方向变化很快，电流计指针来不及随之变化而摆动，因此稳定时指针指向“0”刻度，不能测定交变电流的有效值，选项A、C错误，B正确；线圈匝数不能改变电流方向变化的频率(由线圈转动的角速度决定)，因此选项D错误。考向2交变电流的四值问题2(多选)(2019河北保定一模)如图甲所示，一个100匝的正方形线圈，边长a1 m，电阻R1 ，线圈有一半的面积处在有理想边界的磁场中，线圈平面与磁场垂直，磁场的磁感应强度与时间的变化关系如图乙所示，图甲所示的磁感应强度方向为正方向，下列说法中正确的是()A在t0.01 s时线圈中的电流为零B在t0到t0.0
14、05 s内线圈中有顺时针方向的电流C线圈中电动势的最大值为 VD一个周期内线圈产生的热量为252 JBD在t0.01 s时线圈中的磁通量的变化率最大，此时感应电流不为零，选项A错误；在t0到t0.005 s内线圈中磁通量向外增加，根据楞次定律可知，线圈中有顺时针方向的电流，选项B正确；因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同，所以由图象可知，线圈中产生交变电流的周期为T0.02 s。100 rad/s，感应电动势最大值为EmNBmS1000.0110012 V50 V，选项C错误；电动势的有效值E V25 V，则一个周期内线圈产生的热量为QT0.02 J252 J，选项D正确。考
15、点3理想变压器及远距离输电问题新依据等级考预测分析近几年的全国卷高考试题可以看出，高考对理想变压器及远距离输电的考查形式主要为选择题，命题体现为四大特点：一是结合动态电路考查；二是在原线圈电路中串联电阻考查；三是结合正弦交变电流的图象考查；四是在副线圈电路中连接电容器考查。预计2020年等级考，理想变压器及远距离输电将是考查的热点内容，可能与交变电流的产生、交变电流的图象、电容器或二极管等结合进行考查。 1(2016全国卷T16)一含有理想变压器的电路如图所示，图中电阻R1、R2和R3的阻值分别为3 、1 和4 ，为理想交流电流表，U为正弦交流电压源，输出电压的有效值恒定。当开关S断开时，电流
16、表的示数为I；当S闭合时，电流表的示数为4I。该变压器原、副线圈匝数比为()A2 B3 C4 D5题眼点拨“S断开”说明副线圈R2、R3串联；“S闭合”说明副线圈R3被短路；“理想变压器”说明电源输出功率等于R1与副线圈消耗的功率之和。B设原、副线圈的匝数比为k，根据变压器匝数比与电流成反比的关系，则原线圈电流为I时，副线圈电流为kI；原线圈电流为4I时，副线圈电流为4kI。根据变压器的输入功率等于输出功率得UII2R1(kI)2(R2R3)4UI(4I)2R1(4kI)2R2联立两式代入数据解得k3选项B正确。2(多选)(2016全国卷T19)如图，理想变压器原、副线圈分别接有额定电压相同的
17、灯泡a和b。当输入电压U为灯泡额定电压的10倍时，两灯泡均能正常发光。下列说法正确的是()A原、副线圈匝数比为91B原、副线圈匝数比为19C此时a和b的电功率之比为91D此时a和b的电功率之比为19AD设灯泡的额定电压为U0，输入电压为灯泡额定电压的10倍时灯泡正常发光，则变压器原线圈的电压为9U0，变压器原、副线圈的匝数比为91，选项A正确，选项B错误；由9U0IaU0Ib得，流过b灯泡的电流是流过a灯泡电流的9倍，根据PUI，a、b灯泡的电功率之比为19，选项C错误，选项D正确。3(2015全国卷T16)一理想变压器的原、副线圈的匝数比为31 ，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，
18、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，kBU22 V，kCU66 V，kDU22 V，kA设原、副线圈中的电流分别为I1、I2，则，故k。设原线圈两端的电压为U1，则，故U13U，而原线圈上电阻分担的电压为U，故3U220 V，解得U66 V。选项A正确。新储备等级考提能1理想变压器的基本关系式(如上T3)(1)功率关系：P入P出(2)电压关系：(3)电流关系：只有一个副线圈时，有多个负线圈时U1I1U2I2U3I3UnIn。2原副线圈中各物理量的制约关系(1)电压制约：输出电压
19、U2由输入电压U1决定，即U2，可简述为“原制约副”。(2)电流制约：原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1，可简述为“副制约原”。(3)功率制约：变压器副线圈中的功率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P1P2，可简述为“副制约原”。(如上T1)3高压输电关系电压关系U2UU3电流关系I2I3I线功率关系P1P2P2P3PPIRP3P4(2019江淮十校联考)在如图所示的理想变压器的电路中，变压器原、副线圈的匝数比为21，电阻R1R2，电流表和电压表均为理想电表，若电流表的示数为0.5 A，电压表的示数为5 V，则电阻R1的大小为()A10
20、B15 C20 D25 题眼点拨“在原线圈并联电阻”电流表的示数不是原线圈电流，应该是R1和原线圈电流之和。D设R1R2R，电压表的示数为5 V，则次级电流I2；初级电流：I1I2；初级电压U1U210 V；R1的电流IR1；由题意可知：0.5，解得R25 ，故选D。反思：原线圈串联或并联负载时的解题策略(1)原线圈端串联分压电阻时，输入端前端电压等于分压电阻电压和变压器输入电压之和。(2)原线圈并联电阻时，输入端总电流等于分流电阻电流与原线圈电流之和。新训练等级考落实考向1原线圈连接负载的理想变压器问题1(多选)(2019银川一中二模)如图所示，一台理想变压器的原、副线圈匝数比为21，原线圈
21、电路中串联了一只灯泡A，副线圈电路中并联了三只灯泡B、C和D。这四只灯泡完全相同，且电阻保持恒定，则下列选项中正确的是()A若A正常发光，B、C和D也一定正常发光B若A正常发光，B、C和D一定比A亮C若A正常发光，且消耗功率为P，则B消耗的功率一定为PD若A正常发光且两端电压为U，则交流电压表V的示数为UCD若A正常发光，则I1IL，根据电流与匝数成反比知I22IL，副线圈中每个灯泡电流为I2IL，则灯泡B、C、D一定比A暗，故A、B错误；根据PBI2R（）2RP，故C正确；若A正常发光且两端电压为U，则I1，I2，输入电压为U0UU1U2U2U2I2RUUU，故D正确。考向2理想变压器及电路
22、的动态分析2(多选)(2019衡阳二次联考)如图是一个理想变压器的示意图，S为单刀双掷开关，P是滑动变阻器的滑片，R0是定值电阻，保持交变电压U1不变，下列说法正确的是()A若P的位置不变，S由a合到b处，则电压表示数增大B若P的位置不变，S由a合到b处，则电流表示数减小C若S置于b处，将P向上滑动，则电流表示数增大D若S置于b处，将P向上滑动，则电压表示数增大ADS由a切换到b，原线圈匝数变小，由于原线圈两端的电压恒定不变，根据公式可知，所以副线圈电压变大，电阻不变，所以R上电压增大，电压表示数增大，电阻不变，所以R上电流增加，副线圈消耗的功率增大，所以原线圈输入功率增大，而输入电压不变，则
23、I1将增大，电流表示数增大，故A正确，B错误；若S置于b处，由于原线圈两端的电压恒定不变且变压器原副线圈的匝数不变，所以副线圈电压不变，将P向上滑动，变阻器电阻变大，电流变小，知I1变小，则电流表示数减小，R0两端电压变小，则滑动变阻器电压变大，即电压表示数增大，C错误，D正确。考向3远距离输电3(多选)(2019湖南株洲统考)某同学在实验室中研究远距离输电。由于输电线太长，他将每100米导线卷成一卷，共卷成8卷来代替输电线路(忽略输电线路的自感作用)。第一次直接将输电线与学生电源及用电器相连，测得输电线上损失的功率为P1。第二次采用如图所示的电路输电，其中理想变压器T1与电源相连，其原、副线圈的匝数比为n1n2，理想变压器T2与用电器相连，测得输电线上损失的功率为P2。下列说法正确的是()A前后两次实验都可用于研究远距离直流输电B实验可以证明，减小输电电流能减小远距离输电的能量损失C若输送功率一定，则P2P1nnD若输送功率一定，则P2P1n1n2BC变压器只能改变交变电流的电压，所以第二次实验能研究远距离交流输电，故选项A错误；根据PI2r可知减小输送电流可以减小输电线上的电能损耗，故选项B正确；第一次实验输电线上的电流I，输电线上损失的功率P1I2RR，第二次实验，升压变压器副线圈上的电压U2U1，输电线上的电流I，输电线上损失的功率P2I2RR，故选项C正确，D错误。
