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1、专题 直流电路和交流电路 相关知识链接 纯电阻电路 稳态分析和计算 直流电路 非纯电阻电路 含容电路 动态分析和计算 电路 产生 正弦式交流电 描述 输送 变压器 交流电路 电感电容对交流电的作用 电磁振荡 振荡电流 电磁场理论 电磁波 高考考点解读 考点 考题 题型 直流电路 2003 上海春季15 2003 上海理综10 2003 江苏16 2004 浙江理综18 2004 上海12 2004 江苏14 2005 江苏14 2005 上海5 选择题 选择题 计算题 选择题 填空题 计算题 计算题 填空题 交流电路 2003 全国理综19 2004 天津理综18 2004 江苏13 2005
2、 上海2B 2005 广东8 2005 广东9 选择题 计算题 计算题 填空题 选择题 选择题 高考命题思路 1 直流电路的分析和计算，在近年的高考中每年都有相关的试题，试题难度不大，主要考查电路的简化，直流电路的动态分析，电路故障的分析与判断，含容电路的分析和计算，直流电路中能量转化问题等等，这些问题也是今后的命题趋向，另外，要密切注意本考点与生产和生活相结合的新情境问题。2 交流电路部分由于与工农业生产和日常生活紧密结合，在近几年的高考中考查的频度较高，其考查的形式多以难度中等或中等偏下的选择题、填空题出现，但 2004 年江苏卷和2003 年全国理综卷中，以计算题的形式出现，且 2003
3、 年全国理综卷中第 25 题难度较大，其中考查频度最高是交流电有效值、变压器的有关知识，电磁场的有关知识不属于高中物理的重点内容，但也不能因此而放弃对其基本内容理解和掌握，例如，2005 年广东卷第 8 题就是考查电磁波有关的知识。第 9 课时 直流电路 精典考题反思 例 1（2001 上海7）如图 91 甲所示电路中，闭合电键，灯 L1、L2正常发光，由于电路出现故障，突然发现灯 L1变亮，灯 L2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生故障的可能是 （）AR1断路 BR2断路 CR3短路 DR4短路 析与解：原电路较复杂，不能直接看出连接关系，可先进行电路简化，画出等效电路如图 92 所示。
4、现在灯 L1变亮，灯 L2变暗，说明灯 L1所分得的电压变大，灯 L2所分得的电压变小。若 R1断路，则 L1上的电压变大，灯 L2上的电压变小，电流表的读数也变小，A 正确。若R2断路，L2上的电压变大，灯 L1上的电压变小，不合题意。若 R3短路，则 L2所在的并联电路的电阻减小，L2上的电压变小，L1上的电压变大，但因总电阻减小，总电流 I 增大，而 I=I2+I4，由于L2中电流 I2减小，故电流表中的电流 I4增大，所以 C 错误。同理可以判断，若 R4短路，电流表的示数也增大，D 错误。点评：（1）求解本题的关键是电路的简化，在画等效电路时，要特别注意用导线相连的两点电势相等，可去
5、掉导线合为一点；（2）电路故障的分析常用假设法，即假设某一元件（如电阻）发生断路或短路，看由此分析得到的结果与所给定的故障现象是否吻合。例 2（2003 江苏16）在如图 92 所示的电路中，电源的电动势 E=3.0V，内阻 R=1.0；电阻 R1=10，R2=10，R3=30，R4=35；电容器的电容 C=100 F，电容器原来不带电，求接通开关 K 后流过 R4的总电荷量。析与解：开关接通后，电容器充电，流过 R4的电荷量，即为电容器的充电电荷量。电路达到稳定后，R4上无电流，故电容器相当于接在电阻 R3两端。易得电路的总电阻为 rRRRRRRR321321)(电路中的总电流为 I=RE
6、路端电压为 U=E-IR 电阻 R3两端的电压为 U=URRR323 图 92 R3 E，R R1 R2 R4 C K 流过 R4的总电荷量为 Q=CU，代入数据可得 Q=2.0104C。点评：（1），电容器跟哪个电阻并联，该电阻两端的电压即为电容器两端的电压；（2）在直流电路中，某一支路串有电容器时，这一支路视为断路，与电容器串联的电阻可看成为导线。（3）计算电容器充放电过程中，通过电阻的电量时，应注意是一直充电（或一直放电），还是先充电后放电（或先电放后充电）。例 3 （05 南通一模）如图 93 所示，甲、乙两电路中电源完全相同，电阻 R1R2，在两电路中分别通过相同的电量 Q 的过程中
7、，下列关于两电路的比较，正确的是 （）A电源内部产生电热较多的是甲电路中的电源 BR1上产生的电热比 R2产生的电热多 C电源做功较多的是乙电路中的电源 D电源输出功率较大的是乙电路中的电源 析与解：本题的概念性很强，利用有关概念进行判断。电源内部产生的电热 Q内热=I2Rt 电量 Q=It 电流强度 I=rRE 图 93 由式得 Q内热=rRQEr 故乙电源内部产生电热较多，A 错误。外电阻上产生的电热 QR热=I2Rt=rRQER，故 R1上产生的电热多，B 正确。电源做功 W=QE，故两电源做功相等，C 错误。电源输出功率 P输RrRERI22，当 R=r 时电源输出功率最大，因 r 与
8、 R1、R2之间的大小关系不明确，也就无法确定两电源输出功率的大小关系，故 D 错误。点评：（1）电路中有关电功、电热；电源的总功率、输出功率、内部发热功率；用电器的额定功率、实际功率等概念容易混淆，要正确区分。（2）电源的输出功率随外电阻的变化关系是个难点，既要正确理解，又要灵活应用。例 4某电子元件的电压与电流的关系如图 94 甲所示，将该电子元件与一个 R=8 的电阻串联，再接至电动势 E=3V，内阻 R=2 的电源上，试求电路中的电流及电源的效率。析与解：将 R 看成电源的内阻，可在原来的图像中作出其路端电压和电流的图像（如图 94 乙），与电子元件和电流关系图象有交点(I0=130m
9、A，U0=1.7V)，该交点即为电路中的实际电流和电子元件两端的实际电压。易得电源的效率为：rEIEU01 图 94 甲 结果为电路中电流：I0=130mA，效率为 91.3%点评：（1）为了便于研究电子元件，可把 R 看成是电源内阻，而在研究电源的效率时，不能把 R 看成是电源内阻。（2）像热敏电阻、光敏电阻等电阻值随电压（或电流）变化的有关问题，不能直接用闭合电路的欧姆定律，常常用图解法求解。图 94 乙 巩固提高训练 1如图 91，所示电路，闭合开关 S，当 R1的滑动触头向右移动，使电压表 V1的示数变化 U1时，电压表 V2的示数变化为 U2，U1、U2均为其变化的绝对值，则 （）A
10、 U1=U2 B U1 U2 D不能判断 U1和 U2的大小关系 2如图 92，所示电路，R1、R2、R3是定值电阻，c 点接 图 91，地，a、b 两接线柱接上直流电源，开关 S 是断开的，那么，当开关 S 闭合后 （）Aab 两点电势均升高 Bab 两点电势均降低 Ca 点电势升高，b 点电势降低 Da 点电势降低，b 点电势升高 3某居民家中的电路如图 93，所示，开始时各部分工作 图 92，正常，将电饭煲的插头插入插座后，正在烧水的电热壶突然不能工作，但电灯仍正常发光，拔出电饭煲的插头，把试电笔分别插入插座的左右插孔，氖管均能发光，则（）A仅电热壶所在的 C、D 两点间电路发生了断路故
11、障 B仅电热壶所在的 C、D 两点间电路发生了短路故障 C仅导线 AB 间断路 D因为插座用导线接地，所以发生了上述故障 a b c R1 R2 R3 S（1）求电压表的示数UX与所称物体质量m之间的关系式；（2）由上述UX与m的关系式可知，由于电压表的示数UX与待测物体的质量m不成比，因而不便于对自制电子秤的表盘进行刻度。进一步分析可知：为使电压表的示数UX与待测物体的质量m成正比，只需利用原有器材，对电路的连接方式加以改进。试在图乙的虚线框内画出改进后的电路图，并根据该电路图求出电压表的示数UX与所称物体质量m的关系式。甲 乙 图 96，7（2005 江苏14）如图 9 7，所示，R 为电
12、阻箱，为理想电压表，当电阻箱读数为R1=2 时，电压表读数为U1=4V；当电阻箱读数为R2=5 时，电压表读数为U2=5V。求：(1)电源的电动势和内电阻；(2)当电阻箱R的读数为多少时，电源的输出功率最大？最大值Pm为多少？图 9 7，8 如图 98，甲所示电路，当变阻器的滑动片从一端滑到另一端的过程中，两电压表的读数随电流表读数的变化情况如图 98，乙中 AC、BC 两直线所示，不考虑电表对电路的影响，(1)电压表 V1、V2的示数随电流表示数的变化图象分别为U-I图象中的哪一条直线？(2)定值电阻R0、变阻器的总电阻分别是多少？(3)试求出电源的电动势和内电阻(4)变阻器滑动片从一端到另
13、一端的过程中，变阻器消耗的最大电功率为多大？图 98，V 第 9 课时巩固提高训练答案及解 1答案：C 图中 R1为滑动变阻器，滑动触头向右移动，R1减小，I 增大，U2=IR2增大，U内=IR 增大，而 U1=E-I(R2+R)减小，rUUU21。故选 C 2答案：A S 闭合，R总减小，I总增大，U1增大，而 b 点电势大于 c 点电势，因此，b 点电势升高，U2=E-I(R1+R)，U2减小，而 a 点电势小于 c 点电势，因此 a 点电势也升高，故选 A 3答案：C 试电笔分别插入插座的左右插孔后均能发光，说明零线断路，因为电灯正常发光，所以在电灯开关接线 A 处与三孔插座接线 B 处
14、之间断路。故选 C 4答案：C 当 Uab=0 时，由 R1/R2=R3/R4得，R4=20，再由图象求出温度为 35，故选 C 5答案：D R1、R2的额定电压分别为 450V 和 100V，当 R2=100 时，I2=U2/R2=2A，R1的上部分电阻R1=(UAB-U2)/I2=50，R1的下部分电阻 R1”=R1-R1=100，其电流 I1”=UAB/R1”=2A3A；R1的滑动触头向下移动时，Uab减小，当 R1的下部分电流 I1“=3A 时，滑动触头不能再向下移，这时 R1”=UAB/I1”=200/3，R1=150-200/3=250/3，Uab=UABR2/(R1+R2)=75
15、，故选 D 6答案：U，x=)(0rRRkLmgRE 设变阻器的上端到滑动端的长度为 x，根据题意有 mg=kx Rx=RLx Ux=ErRRRxx0 得 Ux=)(0rRkLmgRmgRE（2）电路如图图 91，所示。图 91，根据题意有 mg=kx Rx=RLx U，x=ErRRRx0 得 U，x=)(0rRRkLmgRE 7答案：（1）6V；1。（2）9W（1）由闭合电路欧姆定律 E=rRUU111E=rRUU222得 E=6V，R=1 （2）由电功率表达式 P=RrRE22)(=rRrRE4)(22可得 当 R=R=1 时，P 有最大值，Pm=E2/4R=9W 8答案：（1）略。（2）
16、12。（3）1；8V。（4）4W(1)I 变大时,U2=IR0相应变大,而 U1=E-IR 则变小,故 V1表的示数对应 BC 直线,V2表的示数对应 AC 直线.(2)R0=U2/I=4.5/1.5=3,在 R 取最大值时,ImIn=0.5A,此时 U1=7.5V,故Rmax+R0=7.5/0.5,即Rmax=12;(3)由题意7.5=E-0.5r和6=E-2r得r=1,E=8V;(4)当变阻器阻值R=R0+R=4 时,变阻器消耗的功率最大,Pmax=E2/4R=4W.第 10 课时 交流电路 精典考题反思 例 1（2004 江苏13）如图 101 所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线
17、圈接在220V 的市电上，向额定电压为 1.80104 V 的霓虹灯供电，使它正常发光。为了安全，需要在原线圈回路中接入熔断器使副线圈电路中电流超过 12mA 时，熔丝就熔断，(1)熔丝的熔断电流是多大？(2)当副线圈电路中电流为 10mA，变压器的输入功率是多大？析与解：(1)设原副线圈上的电压、电流分别为 U1、U2、I1、I2，理想变压器工作时，输入功率等于输出功率，存在 U1I1=U2I2，当 I2等于 12mA 时，原线圈中的电流达到熔断电流，代入数据得 I1=0.98A(2)设此时副线圈的电流为 I2，理想变压器工作时，输入功率等于输出功率，故P1=P2=I2U2=180W 图 1
18、01 点评：（1）对理想变压器，P入=P出，及 U1/U2=n1/n2，是基本关系式，而 I1/I2=n2/n1仅适用于一个副线圈的情况；（2）没有特殊说明时，交流电的值是有效值，熔丝的熔断电流是交流电电流的有效值，交流用电器名牌上的值是有效值。例 2(2003 年北京理25)曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图甲为其结构示意图，图中 N、S 是一对固定的磁极，abcd 是固定在转轴上的矩形线框。转轴过bc 的中点、与 ab 边平行，它的一端有一半径 R0=1.0cm 的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图乙所示。当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转
19、动，设线框由 N=800 匝导线圈组成，每匝线圈的面积 S=20 cm2，磁极间的磁场可视为匀强磁场，磁感强度 B=0.010T，自行车车轮的半径 R1=35，小齿轮的半径为 R2=4.0 cm，大齿轮的半径 R310.0cm（参见图乙）。现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值 U3.2V？（假定磨擦小轮与自行车车轮之间无相对滑动）102 析与解：线圈在匀强磁场中匀速转动产生的正弦交变电流，线圈中感应电动势的有效值 E和输出电压的有效值 U 相等，而线圈中感应电动势的最大值 Em=2E=NBS0。由题设数据可求0，0是线圈转动的角速度，要求出大齿轮的角
20、速度3，可由各种传动中的线速度、角速度及半径的比例关系得出0与3的关系。设线圈(或磨擦小轮)、小齿轮(或自行车车轮)、大齿轮的角速度分别为0、2、3，则有 0120rR，3223RR 易得3=3.23Rad/s 点评：（1）善于把实际问题转化为物理模型，是对学生能力的一种考查，也是应用物理规律处理实际问题所必须具备的，平时应注意加强训练和培养；（2）该题要能灵活运用传动中线速度、角速度及半径的比例关系。例 3（2004 兰州市）电磁炉专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成，起加热作用的是安在锅底的一系列半径不同的同心导电环(导电环的分布如图 103 所示)，导电环所 用 材 料 每 米
21、电 阻 为0.05 ，从 中 心 向 外 第n 个 同 心 圆 环 的 半 径 为Rn=(2n-1)R1(n=1,2,3,4,5)，已知 R1=1.0cm，当电磁炉开启后，能产生垂直于锅底方向的变化磁场，该磁场的磁感强度 B 随时间的变化率为 100tsin2，求：(1)半径为 R1的导电圆环中感应电流的有效值为多少？(2)若不计其他损失，所有导电环释放的总功率P是多少？(以上计算中可取2=10)析与解：(1)由法拉第电磁感应定律得：tSStBtEsin2100 第 n 个环中的感应电动势最大值为 222100nmrE=1032(2n-1)2R12 第 n 个环的电阻 Rn=0.05 2 Rn
22、=(2n-1)R1 第 n 个环中的电流有效值 In有=103(2n-1)R1 故第一个环中的电流有效值为 I1有=103R1=10A(2)第 n 个环的电功率为 Pn=In有2Rn=103(2n-1)R12(2n-1)R1 图 103=106(2n-1)3R13=(2n-1)3 故 5 个导电环释放的总功率为 P=P1+P2+P3+P4+P5=13+33+53+73+93=1225W 点评：（1）交流电有效值的计算一定要注意，不是所有的交流电有效值总是最大值的 1/2，必须先确定交流电的形式如何，只有正弦或余弦形式的交流电有效值为最大值的 1/2；（2）运用数学知识解决物理问题的能力，是高考
23、要求的五大能力之一，如本题中只有掌握数列的通项分析，数列的求和等数列知识，才能正确地求解。n1 n2 R1 R2 U U甲 U乙 甲 乙 I甲 I乙 R甲 R乙 t/10-2s-1.0 /10-2Wb 1.0 1.57 3.14 5.71 0 B当用户家的电流超过一定值时，脱扣开关会自动断开，即有过流保护作用 C当相线和零线间电压太高时，脱扣开关会自动断开，即有过压保护作用 D当站在绝缘面上的带电工作的人两手分别触到 b 线和 d 线时(双线触电)脱扣开关会自动断开，即有触电保护作用 图 103，6（02 南阳）如图 104，所示，理想变压器原副线圈匝数比 n1:n2=3:1，且分别接有阻值相
24、同的电阻 R1和 R2，所加交流电源电压的有效值为 U，则 （）AR1两端电压为 U/10，R2两端电压为 3U/10 BR1、R2两端电压均为 U/4 CR1、R2消耗功率之比为 1:1 DR1、R2消耗功率之比为 1:9 7甲、乙两个完全相同的变压器如图 105，接在交流电路中，两负载电阻的阻值之比 R甲：R乙=2：1，甲变压器原线圈上电压为 U甲，副线圈上电流为 I甲；乙变压器原线圈上电压 图 104，为 U乙，副线圈上电流为 I乙，则有 （）AU甲=U乙 I甲=I乙 BU甲=2U乙 I甲=I乙 CU甲=2U乙 I甲=I乙 DU甲=2U乙 I甲=2I乙 图 105，8（2000 全国18
25、）一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度 绕垂直于磁场方向固定轴转动，线圈匝数 n=100，穿过每匝线圈的磁通量 随时间按正弦规律变化，如图 106，所示，发电机内阻 R=5.0，外电路电阻 R=95，已知感应电动势的最大值 Em=n m，其中m为穿过每匝线圈的磁通量的最大值。求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的 读数。图 106，9有条河流，流量为 Q=2m3/s，落差 h=5m，现在用其发电，若发电机总效率为 50%，输出电压为 240V，输电线总电阻 R=30，允许损失功率为发电机输出功率的 6%，为满足用电的要求，使用户获得 220V 电压，则该输电线路所使用的理想升
26、压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220V，100W”的电灯正常发光？第 10 课时巩固提高训练答案及解 1答案：D 2答案：ACD 3答案：C 由变压器的工作原理可知：对一组副线圈的变压器，电流之比等于匝数的反比，即可得出答案，故选 C 4。答案：C 从电流有效值的一般定义：TRUTRUm222)2(得答案，故选 C 5答案：BCD 原线圈是双线绕制的，要使 ef 两端有电压，必须使 ab 间的电流与 cd 间的电流不等，使副线圈中的磁通量不为零，且发生变化，只有 A 才能使 Ef 两端有电压，故选 BCD 6答案：D 当原线圈接有电阻 R1时，R1上的电流与原线圈中的电流相等，因
27、此必须根据原副线圈中电流关系，求解 R1、R2之间的电压、功率关系，应选 D 7答案：B 由于甲、乙两变压器的原线圈串在一起，故通过甲、乙两变压器原线圈中的电流相等，从原副线圈的电流关系可知副线圈中的电流也相等，由 U=IR，可知，两副线圈两端的电压之比这 U甲：U乙=2：1，故两变压器的原线圈两端的电压之比也为 2：1 故选 B 8答案：1.4A 由发电机工作原理可知：Em=nBS=n m=nT2m E=2mE 再由闭合电路欧姆定律 E=I(R+R)I=rRE 代入数据可得 I=1.4A 9答案：6：125；235：11；470 盏 由题意可画出如下远距离输电示意图：图 101，电源两端的输出功率 P总=tmgh=Qgh=5104W B1 B2 U1 U2 U3 U4 n1 n2 n3 n4 输电线上的功率损失为 P损=P总6%=I2R I=R6%总P=10A U1=240V U2=P总/I=5103V 故升压器 n1:n2=U1:U2=6：125；U损=IR=300V U3=U2-U损=4700V U4=220V 故降压变压器 n3:n4=U3:U4=235：11；理想变压器没有能量损失，故可正常发光的电灯数量 N=灯损总PPP=470 盏