1、专题四电路与电磁感应 第1讲 直流电路与交流电路 高考总复习大二轮 物 理 三年考情分析高考命题规律三年考题考查内容核心素养1.直流电路的考查：以电学实验为主，单独对直流电路的分析与计算进行命题的概率较小，有时会综合电磁感应现象，能量等知识进行综合考查全国卷中只有2016全国卷中的第17题对含电容器的电路进行了考查2.交流电路的考查：2018全国卷第16题考查了交流电的产生和描述3.2020年高考全国卷从以下几个方面命题的概率较大：(1)理想变压器的工作原理与规律及动态分析(2)远距离输电的模式(3)交流电的产生和描述.2018 卷16T交变电流中热量的计算科学思维考向一 直流电路的动态分析知
2、识必备提核心 通技法1明确 1 个定律、2 个关系(1)闭合电路的欧姆定律：I ERr.(2)路端电压与电流的关系：UEIr.(3)路端电压与负载的关系 UIR RRrE11rRE，路端电压随外电阻的增大而增大，随外电阻的减小而减小2明确引起电路动态变化的原因(1)滑动变阻器、热敏电阻或光敏电阻的阻值变化(2)某支路开关闭合或断开典题例析析典题 学通法例 1(多选)在如图所示的电路中，电源的负极接地，其电动势为 E、内电阻为 r，R1、R2 为定值电阻，R3 为滑动变阻器，C 为电容器，A、V 分别为理想电流表和电压表在滑动变阻器的滑片 P 自a 端向 b 端滑动的过程中，下列说法正确的是()
3、A电压表示数减小B电流表示数增大C电容器 C 所带电荷量增多Da 点的电势降低审题指导 滑动变阻器的滑片自 a 端向 b 端滑动滑动变阻器接入电路的电阻减小总电阻减小总电流增大局部电流、电压、功率变化，也可根据串反并同法或极限法求解解析 BD 基础解法：程序法 滑片 P 由 a 端向 b 端滑动，滑动变阻器接入电路的阻值减小，则电路总电阻减小，总电流增大，电阻 R 1两端电压增大，电压表 V 示数变大，A 错误；电阻 R 2两端的电压 U 2EI 总(R 1r)，I 总增大，则 U 2减小，I2U 2R 2，故 I2减小，电流表 A 的示数 IAI 总I2增大，B 正确；由于电容器两端的电压U
4、 CU 2 减小，由 Q C U C 知电容器所带电荷量 Q 减小，C 错误；U ababaU 2，故a降低，D 正确 能力解法一：串反并同法 由于 R 3减小，R 2与 R 3并联，则 U 2、I2 均减小，而 U CU 2，Q C U C，知电容器所带电荷量 Q 减小，C错误；U abU 2aba减小，D 正确；因为 R 1间接与 R 3串联，故 I1、U 1均增大，电压表 V 示数增大，A 错误；电流表和滑动变阻器串联，滑动变阻器接入电路的阻值减小时，电流表 A 示数增大，B正确 能力解法二：极限法 若将滑片 P 滑到 b 点，则 R 30，ab0，D 正确；R 2两端电压为零，则电容器
5、 C 两端电压也为零，电容器所带电荷量 Q 0，C 错误；当 R 30 时，电路总电阻最小，总电流最大，R 1两端电压最大，故 A 错误；由于 IAI1I2，此时 I1最大，I20 最小，故 IA 最大，B 正确 跟进题组练考题 提能力1(2019银川期末)如图所示电路，电源内阻不可忽略开关 S闭合后，在滑动变阻器 R0 的滑片向下滑动的过程中()A电压表的示数增大，电流表的示数减小B电压表的示数减小，电流表的示数增大C电压表与电流表的示数都增大D电压表与电流表的示数都减小解析：D R0 向下滑，R0 减小，R 总减小，I 总 ER总，U 内I 总r，U 路EU 内，因此电压表示数减小，接下来
6、看第一级：定值电阻 R1 与右端总电阻串联，先看定值电阻 R1，I 总I1 变大，所以 UR1 增大，由U 路U1U 并可知 U 并减小看第二级：定值电阻 R2 与 R0 并联，U2U 并减小，所以 I2U2R2减小，电流表示数也减小，所以 D 选项正确2.(2020西安模拟)如图所示的电路中，电源的电动势为 E、内阻为 r，电表均为理想电表闭合开关 S，滑动变阻器的滑动触头由图示的位置向右滑动一小段距离，在这个过程中，下列判断正确的是()A电源的输出功率增加B电阻 R2 两端电压减小C电容器所带电荷量减少D电压表与电流表示数变化量的比值增加解析：C R1 向右滑动，使 R1 减小，电容器与
7、R1 并联，电容器相当于断路，所以 R 总R1R2r 减小，由 I 总 ER总可知I 总增大，U 内I 总r 增大，U 路EU 内减小，定值电阻 R2的电流增大，所以 UR2I 总R2，UR2 增大，U 路UR1UR2，所以 UR1 减小，UCUR1 减小，由 QCCUC 可知 QC 减小，C 选项正确，B 选项错误对于定值电阻 RU1I1 U2I2 UI，而变化电阻不能成立，由于 EU 路U 内，当测路端电压的电压表示数减少 U 时，内电压就增加 U，所以 rU内I UI，选项 D 是错误的而对电源的输出功率，当 rR 外时，输出功率最大，开始时 R 外与 r的关系不确定，所以当 R1 向右
8、滑动时，不知 R 外与 r 最接近，还是相差更多，因此电源的输出功率如何变不确定，因此 A 选项错误所以应选 C 选项规律方法知规律 握方法闭合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：由局部电阻变化判断总电阻的变化；由 I ERr判断总电流的变化；由 U 内Ir 判定内电压的变化；据 UEU 内判断路端电压的变化；接下来要逐级确定定值电阻的电压或电流的变化，再确定变化电阻的电压或电流的变化(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
9、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(4)结论法：“串反”“并同”即某一电阻阻值变化，则与该电阻相串联的用电器两端电压、通过的电流、消耗的功率都将与该电阻阻值变化情况相反；与该电阻相并联的用电器两端电压、通过的电流、消耗的功率都将与该电阻阻值变化情况相同考向二 交变电流的产生及描述知识必备提核心 通技法1线圈通过中性面时的特点(1)穿过线圈的磁通量最大(2)线圈中的感应电动势为零(3)线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次2正弦式交流电的“四值”的应用(以电动势为例)四值计算式应用最大值EmNBS 计算电容器的耐压值瞬时值eEmsin t 计算闪光电器的闪光时
10、间等有效值EEm2电表的读数、电热、电功及保险丝熔断电流的计算等平均值E nt计算通过导体横截面的电荷量等注意：(1)只有正弦交流电最大值与有效值间才有 2倍关系(2)计算电热时只能用有效值，不可用平均值(3)计算电荷量时应该用平均值典题例析析典题 学通法例 2(2019商丘三模)(多选)如图甲为小型旋转电枢式交流发电机，电阻为 r2，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右侧电路连接，右侧电路中滑动变阻器 R 的最大阻值为 R0407 ，滑动片 P 位于滑动变阻器中央，定值电阻 R1R0、R2R02，其他电阻不计从线圈平面
11、与磁场方向平行时开始计时，闭合开关 S，线圈转动过程中理想交流电压表示数是 10 V，图乙是矩形线圈磁通量 随时间 t 变化的图像，则下列说法正确的是()A电阻 R2 上的热功率为57 WB0.02 s 时滑动变阻器 R0 两端的电压瞬时值为零C线圈产生的 e 随时间 t 变化的规律是 e10 2cos(100t)VD线圈开始转动到 t 1600 s 的过程中，通过 R1 的电荷量为2200 C审题指导(1)矩形线圈从与中性面垂直的位置开始计时，产生余弦规律的交流电(2)理想交流电压表的示数是有效值(3)从t 图象中可读出交流电的周期，进而求出频率解析 AD 由电路的串、并联关系可得 R外74
12、R 010，电压表测的是电源的路端电压，由欧姆定律 IUR 外10 V10 1 A，所以 I2IR 02R 2R 0212 A，所以 PR 2I22R 257 W，所以 A 选项正确t0.02 s时0，t最大，R 0两端电压最大，所以 B 选项错误 EU Ir12 V，所以 E m122 V，由于从中性面垂直位置计时，应为余弦函数，e122cos(100t)V，C 选项错误qR 外r，转过t6，E mm，msin，代入得 q2200 C，所以选项 D 正确，应选 A、D.跟进题组练考题 提能力1(2018全国卷，16T)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
13、弦交流电源上，在一个周期内产生的热量为 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()A1 2 B.21C12 D21解析：D 由焦耳定律 QU2R t，得：Q 方U20R T2U20R T2，Q 正U022R T2U022R T2，所以Q方Q正21，故 D 正确，A、B、C 错误2(2020陕西省榆林市第三次模拟)如图甲所示，为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势随时间按余弦规律变化，其 et 图像如图乙所示发电机线圈的内阻为 1，外接灯泡的电阻为 9，电表均为理想电表，则()A电压表的示数为 6 VB在 2102 s 时刻，穿过线圈的
14、磁通量变化率为零，线圈与中性面平行C在 1102 s 时刻，穿过线圈的磁通量为零，线圈处于中性面D发电机的输出功率为 3.24 W解析：D 由 Em6 2 V，EEm26 V，由闭合电路欧姆定律得，电压表示数 U RRrE5.4 V，故 A 错误；在 2102 s 时刻，感应电动势最大，故穿过线圈的磁通量变化率最大，线圈与中性面垂直，故 B 错误；在 1102 s 时刻，感应电动势为零，故说明线圈处于中性面，此时穿过线圈的磁通量最大，故 C 错误；灯泡实际消耗的功率即电源的输出功率，由功率公式可知，PU2R 5.429 W3.24 W，故输出功率为 3.24 W，故 D 正确易错警示辨易错 防
15、未然解决交变电流问题要注意的几点(1)理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与中性面重合时，SB，最大，t 0，e0，i0，电流方向将发生改变与中性面垂直时，SB，0，t 最大，e 最大，i 最大；电流方向不变(2)区分交变电流的峰值、瞬时值、有效值和平均值(3)确定交变电流中电动势、电压、电流的有效值后就可以运用直流电路的规律处理交流电路中的有关问题(4)交变电流瞬时值表达式书写的基本思路确定正、余弦交变电流的峰值，根据已知图像或由公式 EmnBS 求出相应峰值，其中 2T 2f2n.明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式a若线圈从中性面开始计时，则 et
16、 图像为正弦函数，eEmsin t；b若线圈从垂直中性面开始计时，则 et 图像为余弦函数，eEmcos t.考向三 有关变压器问题分析知识必备提核心 通技法理想变压器的基本关系大小关系因果关系功率P 入P 出P 出决定 P 入电压U1U2n1n2n1n2：降压变压器n1n2：升压变压器U1 决定 U2电流只有一个副线圈时，I1I2n2n1有多个副线圈时，U1I1U2I2U3I3UnInI2 决定 I1典题例析析典题 学通法例 3(2020枣庄模拟)(多选)如图所示，一理想变压器的原、副线圈匝数之比为 n1n2101，原线圈接入电压 u220 2sin(100t)V 的交流电源，电压表和电流表
17、对电路的影响可忽略不计，定值电阻 R010，可变电阻 R的阻值范围为 010，则()A副线圈中交变电流的频率为 100 HzBt0.02 s 时，电压表的示数为 22 VC调节可变电阻 R的阻值时，电流表示数的变化范围为 0.110.22 AD当可变电阻阻值为 10 时，变压器的输入电功率为 242 W 审题流程第一步 审题干提取信息(1)从输入电压的表达式可知道电压的最大值 220 2 V，有效值为 220 V，角速度 100，周期 T2 0.02 s，频率 f1T50 Hz.(2)电压表、电流表的示数指的是电压、电流的有效值，在哪个时刻都不变第二步 审问题明确目标输入电流是由输出端负载电阻
18、的大小决定的，因此必须先计算负载电阻的变化范围，再计算输出的功率的变化范围，最后确定输入电流的变化范围解析 BC 原、副线圈绕在同样的铁芯上，因此原、副线圈中交变电流的周期、频率都是相同的，由 u2202sin(100t)V 可知100，由2f可知 f250 H z，A 选项错误电表的示数在任何时刻都是有效值，是不变的，U 1的有效值为最大值除以2即 U 1220 V 由U 1U 2n1n2可得 U 222 V，所以 B 选项是正确的 调节 R，R副的取值范围是 1020，P2U22R 副，可得 P2的范围是24.248.4 W，由于是理想变压器，P1的范围也是 24.248.4 W，由P1U
19、 1I1可知电流表的变化范围是 0.110.22 A，因此 C 选项正确，D 是错误的跟进题组练考题 提能力1(多选)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，各元件正常工作，一个理想二极管和一个滑动变阻器 R 串联接在副线圈上，如图所示电压表和电流表均为理想交流电表，则下列说法正确的是()A原、副线圈中的电流之比为 51B电压表的读数约为 31.11 VC若滑动变阻器接入电路的阻值为 20，则 1 min 内产生的热量为 2 904 JD若将滑动变阻器的滑片向上滑动，则两电表读数均减小解析：BC 由 n1I1n2I2，可得 I1I2n2n115，
20、选项 A 错误；U1220 V，U244 V，电压表测量的是电阻 R 两端的电压，其示数表示有效值，需要根据电流的热效应计算电压的有效值，取交流电的一个周期T，考虑到二极管具有单向导电性，则U22R T2U2R T，代入数据可得变阻器两端电压有效值 U22 2 V31.11 V，选项 B 正确；1 min 内电阻 R 上产生的热量为 QU2R t2 904 J，选项 C 正确；若将滑动变阻器的滑片向上滑动，滑动变阻器接入电路的阻值变小，但滑动变阻器两端电压的有效值不变，即电压表示数不变，变阻器消耗的功率变大，输出功率变大，输入功率和输入电流均变大，所以电流表示数变大，选项 D 错误2(2020
21、湖北武汉武昌区元月调研)(多选)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 T1 的原、副线圈匝数之比为 n1n2110，在 T1 的原线圈两端接入一正弦交流电，输电线的总电阻为 2r2，降压变压器 T2 的原、副线圈匝数之比为 n3n4101，若 T2 的“用电设备”两端的电压为 U4200 V 且“用电设备”消耗的电功率为 10 kW，不考虑其他因素的影响，则()AT1 的副线圈两端电压的最大值为 2 010 2 VBT2 的原线圈两端的电压为 2 000 VC输电线上损失的电功率为 50 WDT1 的原线圈输入的电功率为 10.1 kW解析：ABC U3U4n3n4，解得
22、U32 000 V，“用电设备”中的电流 I4 PU410 kW200 V 50 A，输电线上的电流 I2I3I4105 A，输电线上损失的电压为 UI22r10 V，升压变压器副线圈两端的电压 U2U3U2 010 V，T1 的副线圈两端电压的最大值为 2 010 2 V，A、B 正确；输电线上损失的电功率 PI222r50 W，C 正确；T1的原线圈输入的电功率为 PPP10 000 W50 W10 050 W，D 错误规律方法知规律 握方法变压器动态分析方法1变压器动态分析常见的两种情况(1)负载不变，匝数比变化；(2)匝数比不变，负载变化2处理此类问题应注意三点(1)根据题意分清变量和不变量；(2)要弄清“谁决定谁”的制约关系电压是输入决定输出，电流和功率是输出决定输入；(3)动态分析顺序：由 U1 和n1n2决定 U2；由负载电阻 R 和 U2 决定 I2；由 P2U2I2，确定 P1；由 P1U1I1，确定 I1.