（课标版）2020届高考物理二轮复习 专题四 第8讲 恒定电流与交变电流课件

第8讲恒定电流与交变电流总纲目录考点一直流电路问题考点二交变电流的分析与计算考点三理想变压器问题考点一直流电路问题1.(2019课标Ⅰ,17,6分)如图,等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点M、N与直流电源两端相接。已知导体棒MN受到的安培力大小为F,则线框LMN受到的安培力的大小为 (B)A.2FB.1.5FC.0.5FD.0答案B本题考查安培力及考生应用数学知识解决物理问题的能力,体现了核心素养中的模型建构要素。设三根相同的导体棒的电阻均为R,长度均为l,其中ML和LN为串联关系,总电阻为2R。由并联电路特点可知,通过MN的电流为通过ML和LN中的电流的两倍,若MN受到的安培力F=BIl,则ML和LN受到的安培力的合力F1= ,MN受到的安培力与ML和LN受到的安培力的合力的方向相同,故线框受到的安培力为F合=F+F1=1.5F,故选B。2BIl2.(2016课标Ⅱ,17,6分)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 (C) A. B. C. D. 25123523答案C当开关S断开时等效电路如图1所示,电容器C两端的电压U= E,所带的电荷量Q1=CU= CE;当开关S闭合时等效电路如图2所示,电容器C两端的电压U'= E,所带的电荷量Q2= CE。所以 = ,C项正确。 图1图21515131312QQ351.闭合电路动态分析的两种常用方法(1)程序分析法:流程如下R  I总  U内  U外   (2)利用结论法:即“串反并同”法①“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);增大减小减小增大减小增大增大减小IU支支②“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)。2.两类元件的电学特性(1)含容电路中,电路稳定后,电容器两极板间的电压等于该支路两端的电压。如果电容器两端的电压升高,电容器充电,电压降低,电容器放电。(2)电路中串联理想电流表时,理想电流表测的是该支路中的电流;电路中串联理想电压表时,则与理想电压表串联的电阻中的电流可认为等于零,电阻两端的电压为零;电路中并联理想电压表时,理想电压表测的是与理想电压表并联的电阻两端的电压。考向一直流电路的功率问题1.(多选)(2019山东泰安质检)某种小灯泡的U-I图像如图甲所示,三个完全相同的这种小灯泡连接成如图乙所示的电路,电源的内阻为1.0Ω。现闭合开关S,理想电压表V的示数为4.0V,则 (BD)A.外电路的总电阻为6.7ΩB.电源的电动势为5.6VC.电源消耗的热功率为3.0WD.电源的效率为89.3%答案BD理想电压表V的示数为4.0V,由题图甲可知通过干路上的小灯泡的电流为0.6A,通过电源的电流也为0.6A,通过两并联小灯泡的电流均为0.3A,由题图甲可知,两并联小灯泡两端电压为1.0V,依据闭合电路欧姆定律可知,电源的电动势为E=4.0V+1.0V+0.6A×1.0Ω=5.6V,B正确;电路的路端电压为U0=5.0V,电流为I0=0.6A,依据部分电路欧姆定律可知外电阻总阻值为R= Ω≈8.3Ω,A错误;电源消耗的热功率为Pr= r=0.36W,C错误;电源输出功率为P出=U0I0=3.0W,则电源的效率为η= ×100%≈89.3%,D正确。50.620IrPPP出出考向二直流电路的动态变化分析2.在如图所示电路中,闭合开关S,当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时,三个理想电表的示数都发生变化,三个理想电表的示数分别用I、U1、U2表示。下列判断正确的是 (B)A.I减小,U1增大B.I减小,U2增大C.I增大,U1增大D.I增大,U2增大答案B闭合开关S,当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻增大,外电路总电阻R增大,根据闭合电路欧姆定律分析得知,干路电流I总减小,路端电压U增大;R3两端的电压等于路端电压,则通过R3的电流I3增大;通过电流表的电流I=I总-I3,I总减小,I3增大,I减小,R1两端的电压减小,即电压表V1的示数U1减小;电压表V2的示数U2=U-U1,U增大,U1减小,则U2增大。所以,I减小,U1减小,U2增大,故B正确。3.(2019湖南八校联考)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、电路消耗的总功率P随电流表示数I变化的关系图线中,可能正确的是 (C) 答案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,通过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U=U0=I0R0=(I总-I)R0=-IR0+I总R0,其中I总、R0为定值,由U=-R0I+I总R0可知U-I图线为直线,-R00,即图线的斜率小于0,故选项A、B错误;由电功率的计算公式P=UI知,电路消耗的总功率P=UI总=(I总-I)R0×I总=-I总R0I+ R0,其中I总、R0为定值,由P=-I总R0I+ R0可知P-I图线为直线,-I总R00,即图线的斜率小于0,且I不会为0,P不会为0,故选项C正确,D错误。2I总2I总考向三含电容器的直流电路4.如图所示,C为两极板水平放置的平行板电容器,闭合开关S,当滑动变阻器R1、R2的滑片处于各自的中点位置时,悬在电容器C两极板间的带电尘埃P恰好处于静止状态。要使尘埃P向下加速运动,下列方法中可行的是 (B)A.将R1的滑片向左移动B.将R2的滑片向左移动C.将R2的滑片向右移动D.将闭合的开关S断开答案B尘埃P受到重力和电场力而平衡,要使尘埃P向下加速运动,就要减小电场力,故要减小电容器两端的电压;电路稳定时,滑动变阻器R1无电流通过,R1两端电压为零,故改变R1的电阻值无效果,故A错误;滑动变阻器R2处于分压状态,电容器两端电压等于滑动变阻器R2左半段的电压,故要减小滑动变阻器R2左半段的电阻值,滑动变阻器R2的滑片应该向左移动,故B正确,C错误;将闭合的开关S断开,电容器两端电压增大到等于电源电动势,故尘埃P会向上加速运动,D错误。5.(2019新疆乌鲁木齐二模)在如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,L1和L2为两个相同的灯泡,每个灯泡的电阻和电源内阻的阻值均相同,D为理想二极管,C为电容器,开关S处于断开状态,下列说法中正确的是 (D)A.滑动变阻器滑片向右移动,电流表示数变小B.滑动变阻器滑片向右移动,电源内阻的发热功率变小C.开关S闭合后,L2亮度变暗D.开关S闭合后,电流表示数不变答案D电容器视为断路,所以只有灯泡L2中有电流通过,滑动变阻器滑片向右移动,电流表的示数不变,故选项A错误;滑动变阻器滑片向右移动,电路电流不变,电源内阻的发热功率不变,故选项B错误;开关S闭合后,因为二极管具有单向导电性,二极管处于截止状态,灯泡L1中无电流,电路总电阻不变,总电流不变,电流表的示数不变,L2亮度不变,故选项C错误,D正确。考点二交变电流的分析与计算1.(2018课标Ⅲ,16,6分)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 (D)A.1∶ B. ∶1C.1∶2D.2∶122答案D本题考查交变电流的有效值及焦耳定律。根据交变电流有效值的定义及焦耳定律可得,Q方= · + · = T,Q正= T= · T,故 = ,选项D正确。20uR2T20uR2T20uR202uR1220uRQQ方正212.(多选)(2016课标Ⅲ,21,6分)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t=0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 (BC) 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8T答案BC本题中导线框的半径旋转切割磁感线时产生大小不变的感应电流,故A项错误;两导线框产生的感应电流的周期与线框转动周期相同,B项正确;在t= 时,两导线框切割磁感线的导线长度相同,且切割速度大小相等,故产生的感应电动势相等,均为E= BR2ω,C项正确;两导线框中感应电流随时间变化的图像如图所示,故两导线框中感应电流的有效值不相等,D项错误。 8T121.有效值的计算方法(1)正弦式交流电的有效值:I= ,U= ,E= 。(2)非正弦式交流电的有效值:根据电流的热效应进行计算。m2Im2Um2E2.分析交流电问题时应注意的几点:(1)正弦交变电流不只局限于由线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动而产生。匀速切割磁感线的导体棒的有效长度按正弦规律变化,也可产生正弦交变电流。(2)电压表、电流表的示数对应交流电的有效值,计算用电器的电热功率时,也应利用电流或电压的有效值。(3)对于有电动机的回路,要注意欧姆定律的适用条件。考向一交变电流的产生1.(2019河北唐山模拟)一个U形金属线框在匀强磁场中绕OO'轴以相同的角速度匀速转动,通过导线给同一电阻R供电,如图甲、乙所示。其中甲图中OO'轴右侧有磁场,乙图中整个空间均有磁场,两磁场磁感应强度相同。则甲、乙两图中交流电流表的示数之比为 (A)A.1∶ B.1∶2C.1∶4D.1∶12答案A题图甲中的磁场只在OO'轴的右侧,所以线框只在半周期内有感应电流产生,如图1,电流表测得的是有效值,所以I= 。题图乙中的磁场布满整个空间,线框中产生的感应电流如图2,所以I'= ,则I∶I'=1∶ ,即A正确。 2BSωR22BSωR2考向二交变电流的综合问题2.(多选)(2019四川成都摸底)如图所示,边长为L的正方形单匝线圈abcd,电阻为r,外电路的电阻为R,ab的中点和cd的中点的连线OO'恰好位于匀强磁场的边界线上,磁场的磁感应强度大小为B,若线圈从图示位置开始,以角速度ω绕轴OO'匀速转动,则以下判断正确的是 (BD)A.图示位置线圈中的感应电动势最大,最大值为Em=BL2ωB.闭合电路中感应电动势的瞬时值表达式为e= BL2ωsinωtC.线圈从图示位置转过180°的过程中,通过电阻R的电荷量为q= D.线圈转动一周的过程中,电阻R上产生的热量为Q= 1222BLRr242π4()BωLRRr答案BD图示位置线圈中没有任何一边切割磁感线,感应电动势为零,选项A错误;当线圈与磁场平行时感应电动势最大,最大值为Em=BSω= BL2ω,则瞬时值表达式为e=Emsinωt= BL2ωsinωt,选项B正确;线圈从图示位置转过180°的过程中,穿过线圈磁通量的变化量大小为ΔΦ=2BS=2B· L2=BL2,由法拉第电磁感应定律得E= ,由闭合电路欧姆定律得I= ,通过电阻R的电荷量q=IΔt,联立解得,通过电阻R的电荷量为q= = ,选项C错误;感应电动势的有效值为E= ,感应电流的有效值为I= ,R产生的热量为Q=I2RT,T=121212ΔΔΦtERrΔΦRr2BLRrm2EERr ,联立得Q= ,选项D正确。2πω242π4()BωLRRr3.(多选)小型交流发电机中,矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动,产生的感应电动势与时间成正弦函数关系,如图所示。不计线圈