专题07 恒定电流与交变电流(解析版).pdf
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1、20202020 年物理二轮专题过关宝典年物理二轮专题过关宝典专题七:恒定电流与交变电流专题七:恒定电流与交变电流【知识回扣】1.思维导图1纯电阻电路与非纯电阻电路的比较U2U22(1)纯电阻用电器:WQUItI Rtt,PUII R,如电阻、电炉子、白炽灯等。RR2(2)非纯电阻用电器:WQ,WUItI2RtW其他,PUII2RP其他,如电风扇、电动机、电解槽等。2.闭合电路的功率(1)电源的总功率:P总EI;电源内电阻消耗的功率 P内U内II2r;电源输出功率 P出U外I。(2)对于纯电阻电路,电源的输出功率 P出I RE/(Rr)R22E2,当 Rr 时,电源的输出功率最Rr24rRE2
2、大,其最大输出功率为 Pm.电源输出功率随外电阻变化曲线如图所示。4r(3)电源的效率:指电源的输出功率与电源的总功率之比,即 P出/P总IU/IEU/E.对于纯电阻电路,电源的效率 I2I2RRr1/(1),所以当 R 增大时,效率 提高当 Rr(电RRrRr源有最大输出功率)时,效率仅为 50%,效率并不高。3.正弦式交变电流的产生(1)将线圈置于匀强磁场中,线圈绕垂直于磁场的轴匀速转动,线圈中就会产生正弦式交变电流。(2)中性面:与磁场方向垂直的平面。线圈转到中性面时,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率为零,感应电动势为零。线圈平面与中性面垂直:磁通量为零,磁通量变化率最最大,感应电动
3、势最大。线圈转动一周,两次经过中性面,线圈每经过一次中性面,电流的方向就改变一次。4交变电流的最大值 EmnBS,与转轴位置无关,与线圈形状无关。4.交变电流的“四值”物理量表达式eEmsin t瞬时值uUmsin tiImsin t最大值(峰值)EmnBSEmImRr讨论电容器的击穿电压适用情况及说明(1)线圈从中性面开始计时(2)计算线圈某时刻的受力情况(1)计算与电流的热效应有关的量(如电对正(余)弦交流有效值电有:EEm2功、电功率、电热等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值(4)电表的读数为有效值E BL v平均值E ntI RrE计算通过电路截
4、面的电荷量UmImUI225.理想变压器以及原、副线圈基本量的关系理想变压器功率关系基电压关系本关系频率关系电流关系没有能量损失(铜损、铁损),没有磁通量损失(磁通量全部集中在铁芯中)原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,P入P出原、副线圈的电压比等于匝数比,U1U2n1n2,与负载的多少无关只有一个副线圈时,I1I2n2n1;有多个副线圈时,由 P入P出得 I1U1I2U2I3U3InUn或 I1n1I2n2I3n3Innnf1f2(变压器不改变交流电的频率)6.远距离输电问题(1)理清三个回路(2)抓住两个联系1理想的升压变压器联系着回路 1和回路2,由变压器原理可得:线圈 1(匝数为 n
5、1)和线圈2(匝数为 n2)中各个量间的关系是U1n1I1n2,P1P2。U2n2I2n12理想的降压变压器联系着回路 2和回路3,由变压器原理可得:线圈 3(匝数为 n3)和线圈4(匝数为 n4)中各个量间的关系是U3n3I3n4,P3P4。U4n4I4n3(3)掌握两种损耗1电压损耗:输电线上的电阻导致的电压损耗,UU2U3I线R线。2功率损耗:输电线上的电阻发热的功率损耗,PP2P3I2线R线输电线上能量损耗是热损耗,计算功率损耗U2时用公式 PI线R线或 P。R线2【热门考点透析】考点一直流电路的分析和计算1.如图,电路中电源电动势为 3.0 V,内阻不计,L1、L2、L3为三个相同规
6、格的小灯泡,小灯泡的伏安特性曲线如图所示当开关闭合后,下列说法中正确的是()AL1中的电流为 L2中电流的 2 倍BL3的电阻约为 1.875 CL3的电功率约为 0.75 WDL2和 L3的总功率约为 3 W【答案】B【解析】由图象可知,灯泡两端的电压变化时,灯泡的电阻发生变化,L2和 L3的串联电阻并不是 L1电阻的两倍,根据欧姆定律知 L1中的电流不是 L2中电流的 2 倍,A 错误;由于电源不计内阻,所以 L2和 L3两端的电压U均为1.5 V,由图可知此时灯泡中的电流为 I0.8 A,电阻 R 1.875,B 正确;L3的电功率PUI1.50.8IW1.2 W,C 错误;L2和 L3
7、的总功率 P2P2.4 W,D 错误。2.如图甲所示,电动势为 E、内阻为 r 的电源与 R6 的定值电阻、滑动变阻器 RP、开关 S 组成串联回路,已知滑动变阻器消耗的功率 P 与其接入电路的有效阻值 RP的关系如图乙所示。下列说法正确的是()A电源的电动势 E4 10V,内阻 r4 5B图乙中 Rx2.5 C定值电阻 R 消耗的最大功率为 0.96 WD调整滑动变阻器 RP的阻值可以得到该电源的最大输出功率为 1 W【答案】C【解析】当 RPRr10 时,滑动变阻器消耗的功率最大,R6,可得内阻 r4,最大功率 PE20.4 W,解得 E4 V,选项 A 错误;滑动变阻器的阻值为 4 时消
8、耗的功率与阻值为 Rx时消耗的功4(Rr)率相等,有 4Rx(Rr)2,解得 Rx25,选项 B 错误;当回路的电流最大时,定值电阻 R 消耗的功率最大,故E最大功率为RrR0.96 W,选项 C 正确;当外电路电阻与内阻相等时,电源输出功率最大,本题中定值电E阻 R 的阻值已经大于内阻的阻值,故滑动变阻器 RP的阻值为零时,电源的输出功率最大,最大功率为RrR0.96 W,选项 D 错误。3.(2018台州市六校联考)市区某学校创建绿色校园,新装了一批节能路灯,该路灯通过光控开关实现自动控制。路灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。如图 8 为其内部电路简化原理图,电源电动势为 E,内阻
9、为r,Rt为光敏电阻(光照强度增加时,其电阻值减小)。现增加光照强度,则下列判断正确的是()22图 8A电源总功率不变CR0两端电压变大【答案】C【解析】光照强度增加时光敏电阻的阻值变小,则干路电流变大,电源的总功率 PEI 变大,选项 A 错误;内电压因电流变大而变大,路端电压减小,流过 A 灯的电流变小,A 灯变暗,选项 B、D 错误;干路电流增大,ABA 灯变亮,B 灯变暗D电源路端电压不变灯的电流变小,故通过 R0的电流变大,R0两端电压变大,选项 C 正确。4.(2019石家庄模拟)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
10、器,C 为电容器,A、V 为理想电流表和电压表在滑动变阻器滑动头 P 自 a 端向 b 端滑动的过程中,下列说法中正确的是()A电压表示数变小B电流表示数变小C电容器 C 所带电荷量增多Da 点的电势降低【答案】D【解析】在滑动变阻器滑动头 P 自 a 端向 b 端滑动的过程中,变阻器接入电路的电阻减小,外电路总电阻减小,干路电流 I 增大,电阻 R1两端电压增大,则电压表示数变大电阻 R2两端的电压 U2EI(R1r),I 增大,则 U2变小,电容器两板间电压变小,其带电荷量减小根据外电路中顺着电流方向,电势降低,可知 a 点的电势大于零a 点的电势等于 R2两端的电压,U2变小,则 a 点
11、的电势降低,通过 R2的电流 I2减小,通过电流表的电流 IAII2,I 增大,I2减小,则 IA增大,即电流表示数变大,A、B、C 错误,D正确。5.(2019南昌模拟)如图所示,图线甲、乙分别为电源和某金属导体的 U-I 图线,电源的电动势和内阻分别用 E、r 表示,根据所学知识分析下列选项正确的是()AE50 VBr253C当该导体直接与该电源相连时,该导体的电阻为 20 D当该导体直接与该电源相连时,电路消耗的总功率为 80 W【答案】AC【解析】由图象的物理意义可知电源的电动势 E50 V,内阻 rU50205,故 A 正确,B 错误;该I60U导体与该电源相连时,电阻的电压、电流分
12、别为 U40 V,I2 A,则 R 20,此时,电路消耗的总功率IP总EI100 W,故 C 正确,D 错误6.某一电源的路端电压与电流的关系、电阻 R1、R2的电压与电流的关系如图 4 所示,用此电源和电阻 R1、R2组成电路,R1、R2可以同时接入电路,也可以单独接入电路,为使电源输出功率最大,可采用的接法是()图 4A将 R1单独接到电源两端B将 R2单独接到电源两端C将 R1、R2串联后接到电源两端D将 R1、R2并联后接到电源两端【答案】A【解析】电源 UI 图象的纵截距表示电源电动势,则 E3 V;斜率的绝对值为电源内阻,则 r0.5。电阻 UI 图象的斜率表示电阻,则 R10.5
13、,R21。电源输出功率最大时,内外电路的电阻相等,则将 R1单独接到电源两端时,电源输出功率最大,选项 A 正确。【增分攻略】1.对于电源输出功率的极值问题,可以采用数学中求极值的方法,也可以采用电源的输出功率随外电阻的变化规律来求解。但应当注意的是,当待求的最大功率对应的电阻值不能等于等效电源的内阻时,此时的条件是当电阻值最接近等效电源的内阻时,电源的输出功率最大。2.电源的 UI 图象和电阻的 UI 图象电源的 UI 图象和电阻的 UI 图象的交点表示电源的路端电压与用电器两端电压相等,通过电源的电流与通过用电器的电流相等,即该交点表示该电源单独对该用电器供电时的电压和电流。3.解决电路动
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