2019届二轮复习专题四第1讲直流电路和交流电路课件（42张） 43页

第 1 讲　直流电路和交流电路 专题四 　 电磁感应和电路 内容索引 考点一　有关电路基本概念和规律的分析 考点二　闭合电路的功率和效率问题 考点三　交变电流的产生和描述 考点四　变压器和远距离输电 有关电路基本概念和规律的分析 考点一 1. 电流的三个表达式 1 基础 知识梳理 2. 电阻的决定式和定义式的区别 公式 R ＝ ρ R ＝ 区别 电阻的决定式 电阻的定义式 说明了导体的电阻由哪些因素决定， R 由 ρ 、 l 、 S 共同决定 提供了一种测电阻的方法 —— 伏安法， R 与 U 、 I 均无关 3. 运用伏安特性曲线求电阻应注意的问题 如图 1 所示，非线性元件的 I － U 图线是曲线，导体电阻 R n ＝ ， 即电阻 要用图线上点 P n ( U n ， I n ) 的坐标来计算，而不能用该点的切线斜率来计算 . 图 1 4. 闭合电路欧姆定律 (1) 公式： I ＝ 或 E ＝ U 外 ＋ Ir . (2) 电源 U － I 图象 ( 如图 2). 纵轴交点表示电源的电动势，斜率的大小表示电源内阻 . 图 2 1. [ 电动势 ] (2017· 湖州市高二上期末 ) 如图 3 所示为两节某品牌的不同型号干电池，其上均标有 “ 1.5 V ” 字样，下列说法正确的是 A. 两种型号的电池都有内阻而且一定相同 B. 两种型号的电池储存的能量一定一样多 C. “ 1.5 V ” 表示电池供电时正负极之间的电压为 1.5 V D. “ 1.5 V ” 表示电池供电时每通过 1 C 的电荷量， 有 1.5 J 的化学能转化为电能 答案 √ 2 基本题目训练 图 3 1 2 3 4 5 6 2. [ 电流 ] 一个阻值为 R 的电阻两端加上电压 U 后，通过电阻横截面的电荷量 q 随时间 t 变化的图象如图 4 所示，此图象的斜率可表示为 答案 图 4 √ 1 2 3 4 5 6 3. [ 伏安特性曲线 ] (2016· 温州市期末 ) R 1 、 R 2 的伏安特性曲线如图 5 所示 . 下列说法正确的是 A. R 1 、 R 2 并联后的总电阻的伏安特性曲线在区域 Ⅰ B. R 1 、 R 2 并联后的总电阻的伏安特性曲线在区域 Ⅱ C. R 1 、 R 2 串联后的总电阻的伏安特性曲线在区域 Ⅰ D. R 1 、 R 2 串联后的总电阻的伏安特性曲线在区域 Ⅱ 答案 解析 √ 图 5 1 2 3 4 5 6 解析　 在 I － U 图象中，图线的斜率表示电阻的倒数，由题图可知电阻 R 1 的阻值较大，电阻 R 2 的阻值较小 . R 1 、 R 2 并联后的总电阻小于任意一个电阻值，所以伏安特性曲线在电阻值比较小的 Ⅰ 区，故 A 正确， B 错误 ； 若 将两电阻串联后接入电路，由于串联后的总电阻大于任意一个电阻，所以 R 1 、 R 2 串联后的总电阻的伏安特性曲线在电阻值比较大的区域 Ⅲ ，故 C 、 D 错误 . 1 2 3 4 5 6 4. [ 电阻定律 ] 如图 6 所示， R 1 、 R 2 是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体，正方形的边长之比为 2 ∶ 1 ，通过这两个导体的电流方向如图所示，则以下说法正确的是 A. 导体材料的电阻率跟长度成正比，跟材料的 横截面 积 成反比 B. 若通过导体的电流方向如图，两个导体的电阻 R 1 ∶ R 2 ＝ 4 ∶ 1 C. 若两导体的电流方向垂直于正方形面通过，则导体电阻之比 R 1 ∶ R 2 ＝ 4 ∶ 1 D. 若电流方向如图所示，不管两导体电阻是串联还是并联在电路中，两电阻 的 热 功率相同 图 6 答案 √ 解析 1 2 3 4 5 6 解析　 材料的电阻率由材料本身的性质决定，与长度及横截面积无关， A 选项错误 ； 设 电阻的厚度为 D ，正方形边长为 l ，若通过导体的电流方向如题图所示， 1 2 3 4 5 6 5. [ 闭合电路欧姆定律 ] (2018· 湖州市三县期中 ) 如图 7 所示的电路中，电源电动势 E ＝ 6 V ，电源内阻 r ＝ 1 Ω ，电阻 R 1 ＝ 3 Ω ，电阻 R 2 ＝ 6 Ω. 当闭合开关 S 后，流过 R 1 的电流为 解析 图 7 答案 √ 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 6. [ 直流电路的动态分析 ] (2018· 书生中学月考 ) 巨磁电阻 (GMR) 电流传感器可用来准确检测输电线路中的强电流，其原理利用了巨磁电阻效应 . 巨磁电阻效应是指某些磁性材料的电阻在一定磁场作用下随磁感应强度 B 的增加而急剧减小的特性 . 如图 8 所示为检测电路，设输电线路电流为 I ( 不是 图 8 GMR 中的电流 ) ， GMR 为巨磁电阻， R 1 、 R 2 为定值电阻，已知输电线路电流 I 在巨磁电阻 GMR 处产生的磁场的磁感应强度 B 的大小与 I 成正比，下列有关说法正确的是 1 2 3 4 5 6 A . 如果 I 增大，电压表 V 1 示数减小，电压表 V 2 示数减小 B. 如果 I 增大，电流表 A 示数减小，电压表 V 1 示数增大 C. 如果 I 减小，电压表 V 1 示数增大，电压表 V 2 示数 增大 D . 如果 I 减小，电流表 A 示数减小，电压表 V 2 示数减小 答案 √ 1 2 3 4 5 6 闭合电路的功率和效率问题 考点二 电源总功率 任意电路： P 总 ＝ EI ＝ P 出 ＋ P 内 纯电阻电路： P 总 ＝ I 2 ( R ＋ r ) ＝ 电源内部消耗的功率 P 内 ＝ I 2 r ＝ P 总 － P 出 电源的输出功率 任意电路： P 出 ＝ UI ＝ P 总 － P 内 纯 电阻电路： P 出 ＝ I 2 R ＝ P 出 与外电阻 R 的关系 电源的 效率 例 1 　 (2018· 杭州市期末 ) 许多人造卫星都用太阳能电池供电，太阳能电池由许多片电池板组成，某电池板不接负载时电压是 600 μV ，短路电流是 30 μA ，下列说法不正确的是 A. 该电池板电动势约为 600 μV B. 该电池板内阻约为 20 Ω C. 该电池板最大输出功率为 4.5 × 10 － 9 W D. 该电池板最大输出效率为 50% 答案 √ 解析 解析　 当电池板不接负载时所测量电压为电源的电动势，故电池板的电动势 E 约为 600 μV ， 当内外电阻相等时，电源的输出功率最大， R 越大，效率越高，可高于 50% ，故 D 错误 . 7.(2018· 温州市十五校联合体期末 ) 如图 9 所示，额定电压均为 12 V 的电阻器和电动机并联后接在输出电压恒为 12 V 的电源上，当 S 1 闭合， S 2 断开时，电流表示数为 3 A ；当 S 2 闭合， S 1 断开时，电流表示数为 4 A ，则 A. 电动机的绕组线圈电阻为 3 Ω B. 电阻器的电阻为 4 Ω C. 电动机的机械功率为 48 W D. 当 S 1 、 S 2 均闭合时，电动机的热功率比较大 答案 √ 拓展训练 图 9 8. 某电池对纯电阻供电的输出功率 P 随电流 I 变化的图象如图 10 所示 . 则下列说法正确的是 A. 该电源的电动势 E ＝ 2 V B. 该电源的内阻 r ＝ 1 Ω C. 若 I ＝ 2 A ，则外电阻 R ＝ 1 Ω D. 同一输出功率 P 可对应两个不同的电流 I 1 、 I 2 ， 即 对应两个不同的 外电阻 R 1 、 R 2 ，且 r ＝ R 1 · R 2 答案 √ 图 10 解析 解析 　 当外电阻等于电源内阻时，输出功率最大， P ＝ I 2 R ＝ I 2 r ，解得 r ＝ 0.5 Ω ，由闭合电路欧姆定律得 E ＝ I ( R ＋ r ) ＝ 2 × (0.5 ＋ 0.5) V ＝ 2 V ， A 正确， B 错误 ； 当 I ＝ 2 A 时，电源的输出功率最大，此时外电阻等于电源内阻，所以 R ＝ 0.5 Ω ， C 错误 ； 同一输出功率可对应两个不同的电流 I 1 、 I 2 ， 即对应两个不同的外电阻 R 1 、 R 2 ， 交变电流的产生和描述 考点三 1. 交变电流的产生 线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动 . 2. 中性面及其特点 (1) 线圈平面与中性面重合时， S ⊥ B ， Φ 最大 ， ＝ 0 ， e ＝ 0 ， i ＝ 0 ，电流方向将发生改变 . (2) 线圈平面与中性面垂直时， S ∥ B ， Φ ＝ 0 ， 最大 ， e 最大， i 最大，电流方向不改变 . (3) 电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次 . 3. 正弦式交变电流图象 ( 从中性面位置开始计时，如图 11) 图 11 例 2 　 ( 多选 ) 如图 12 所示，在水平向右的匀强磁场中，一线框绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线框通过电刷、圆环、导线等与定值电阻组成闭合回路 . t 1 、 t 2 时刻线框分别转到如图甲 ( 线框水平 ) 、乙 ( 线框与磁感线垂直 ) 所示的位置，下列说法正确的是 A. t 1 时刻穿过线框的磁通量最大 B. t 1 时刻电阻中的电流最大，方向从右向左 C. t 2 时刻穿过线框的磁通量变化率为 0 D. t 2 时刻电阻中的电流最大，方向从右向左 答案 √ 解析 图 12 √ 解析 　 t 1 时刻，穿过线框的磁通量为零，线框产生的感应电动势最大，电阻中的电流最大，根据楞次定律，通过电阻的电流方向从右向左， A 错误， B 正确 ； t 2 时刻，穿过线框的磁通量最大，磁通量的变化率为零，线框产生的感应电动势为零，电阻中的电流为零， C 正确， D 错误 . 9.( 多选 ) 小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动，产生的感应电动势与时间成正弦函数关系，如图 13 所示 . 此线圈与一个 R ＝ 9 Ω 的电阻构成闭合电路，线圈自身的电阻 r ＝ 1 Ω ，下列说法正确的是 A. 交变电流的周期为 0.2 s B. 交变电流的频率为 2.5 Hz C. 发电机输出电压的有效值为 9 V D. 发电机输出的电功率为 18 W 拓展训练 图 13 答案 解析 √ √ √ 解析　 根据题图可知此交变电流的周期为 T ＝ 0.4 s ，选项 A 错误； 10.( 多选 ) 如图 14 为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其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电阻 R ＝ 10 Ω 连接， t ＝ 0 时线圈以 T ＝ 0.02 s 的周期从图中位置开始转动，转动时理想交流电压表示数为 10 V. 则 A. 电阻 R 上的电功率为 20 W B. R 两端的电压 u 随时间变化的规律是 u ＝ 10 · cos 100π t (V) C.0.02 s 时 R 两端的电压瞬时值最大 D. 通过 R 的电流 i 随时间 t 变化的规律是 i ＝ cos 50π t (A) √ 图 14 √ 答案 解析 0.02 s 时磁通量的变化率最大，此时产生的感应电动势最大，故 C 正确； 变压器和远距离输电 考点四 1. 关于理想变压器的四点说明 (1) 变压器不能改变直流电压 . (2) 变压器只能改变交变电流的电压和电流，不能改变交变电流的频率 . (3) 理想变压器本身不消耗能量 . (4) 理想变压器基本关系中的 U 1 、 U 2 、 I 1 、 I 2 均为有效值 . 2. 基本关系式中物理量之间的决定关系 电压 副线圈电压 U 2 由原线圈电压 U 1 和匝数比决定，即 U 2 ＝ U 1 ( 原制约副 ) 功率 副线圈中的功率 P 2 由用户负载决定，原线圈的输入功率 P 1 由副线圈的输出功率 P 2 决定，即 P 1 ＝ P 2 ( 副制约原 ) 电流 原线圈的电流 I 1 由副线圈的电流 I 2 和匝数比决定，即 I 1 ＝ I 2 ( 副制约原 ) 3. 远距离输电问题 (1) 远距离输电示意图 ( 如图 15 所示 ) 图 15 (2) 输电线路功率损失的计算方法 ① P 损 ＝ P － P ′ ， P 为输送的功率， P ′ 为用户所得功率 . ② P 损 ＝ I 线 2 R 线 ， I 线 为输电线路上的电流， R 线 为线路电阻 . ③ P 损 ＝ ， Δ U 为在输电线路上损失的电压， R 线 为线路电阻 . ④ P 损 ＝ Δ U · I 线 ， Δ U 为在输电线路上损失的电压， I 线 为输电线路上的电流 . 例 3 　 ( 多选 )(2018· 嘉兴市期末 ) 如图 16 是一个理想变压器， K 为单刀双掷电键， P 是滑动变阻器的滑动触头， U 1 为加在原线圈两端的电压， I 1 为通过原线圈的电流，则 A.K 合在 b 处，保持 U 1 不变，使 P 上滑， I 1 将增大 B.K 合在 b 处，保持 P 的位置不变，减小 U 1 ， I 1 将减小 C. 保持 U 1 及 P 的位置不变， K 由 b 合向 a 后， I 1 将 增大 D . 保持 U 1 及 P 的位置不变， K 由 b 合向 a 后， R 消耗的功率将减小 √ 答案 图 16 √ 11.( 多选 )(2018· 温州市十五校联合体期末 ) 如图 17 所示，理想变压器原、副线圈匝数之比为 10 ∶ 1 ，原线圈接正弦交流电源，电压 u ＝ 311sin 100π t (V) ，副线圈接入 “ 22 V,100 W ” 的灯泡一只，则 A. 灯泡正常发光 B. 电源输出功率为 1 000 W C. 电流表的示数为 0.45 A D. 电流表的示数为 4.5 A √ 拓展训练 图 17 答案 √ 12.(2018· 宁波市十校联考 ) 某水电站，用总电阻为 2.5 Ω 的输电线输电给 500 km 外的用户，其输出电功率是 3 × 10 6 kW ，现用 500 kV 电压输电，则下列说法正确的是 A. 输电线上输送的电流大小为 2.0 × 10 5 A B. 输电线上由电阻造成的损失电压为 15 kV C. 若改用 5 kV 电压输电，则输电线上损失的功率为 9 × 10 8 kW D. 输电线上损失的功率为 Δ P ＝ ， U 为输电电压， r 为输电线的电阻 答案 解析 √ 由 Δ U ＝ Ir 得输电线路上的电压损失为： Δ U ＝ 6 × 10 3 × 2.5 V ＝ 1.5 × 10 4 V ，故 A 错误， B 正确；