1、高三物理二轮复习学案 NO. 20 1 专题六 电磁感应和电路 第 2 课时 直流电路和交流电路 班级 姓名 学号 完成时间：4.16 专题定位：本专题考查：直流电路的分析；变压器原理及三个关系；交流电的产生及 描述问题； 考向 1 直流电路的动态分析 例 1 如图所示，平行金属板中带电质点 P 原来处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电 路的影响，R 1 的阻值和电源内阻 r 相等当滑动变阻器 R4 的滑片向 b 端移动时，则( ) AR 3 上消耗的功率逐渐增大 B电流表读数减小，电压表读数增大 C电源的输出功率逐渐增大 D质点 P 将向上运动 练习 1.某同学准备用一种金属丝制作一只电阻
2、温度计他先通过实验描绘出一段金属丝的 UI 曲线，如图 2 甲所示再将该金属丝与某一定值电阻 R0 串联接在电路中，用电压表(电 压表的内阻远大于金属丝的电阻)与金属丝并联，并在电压表的表盘上标注温度值，制成电 阻温度计，如图乙所示下列说法中正确的是( ) A从图甲可知，该金属丝的阻值随温度的升高而减小 B图乙中电压表的指针偏转角越大，温度值越小 C选用不同阻值的 R0 可以改变温度计的量程， R0 越大， 量程越大 D温度越高，电源消耗的功率越大 考向 2 交流电的产生和描述 例 2 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
3、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 R0 ，滑动片 P 位于滑动变阻器中 407 央，定值电阻 R1R 0、R 2 ，其他电阻不计从线圈平面与磁场方向平行时开始计时， R02 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 变化的图象，则下列说法正确的是( ) A电阻 R2 上的热功率为 W 57 B0.02 s 时滑动变阻器 R 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 cos 100t (V)2 高三物理二轮复习学案 NO. 20 2 D线圈开始
4、转动到 t s 的过程中，通过 R1 的电荷量为 C 1600 2200 练习 2.(2014天津7) 如图 4 甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线圈两次分别以不同的转速， 绕与磁感线垂直的轴匀速转动，产生的交变电动势图象如图乙中曲线 a、b 所示，则( ) A两次 t0 时刻线圈平面均与中性面重合 B曲线 a、b 对应的线圈转速之比为 23 C曲线 a 表示的交变电动势频率为 25 Hz D曲线 b 表示的交变电动势有效值为 10 V 考向 3 变压器和远距离输电问题 例 3 如图为学校配电房向各个教室的供电示意图，T 为理想变压器，V 1、A 1 为监控市电供 电端的电压表和电流表，V 2
5、、 A2 为监控校内变压器的输出电压表和电流表， R1、R 2 为教室 的负载电阻，V 3、A 3 为教室内的监控电压表和电流表，配电房和教室间有相当长的一段距 离，则当开关 S 闭合时( ) A电流表 A1、A 2 和 A3 的示数都变大 B只有电流表 A1 的示数变大 C电压表 V3 的示数变小 D电压表 V2 和 V3 的示数都变小 练习 3. (2014福建图为模拟远距离输电实验电路图，两理想变压器的匝数 n1n 42R，忽略灯丝电阻随温度的变化当 A、B 端接入低 压交流电源时( ) AA 1、A 2 两表的示数相同 BL 1、L 2 两灯泡的亮度相同 CR 1 消耗的功率大于 R3
6、 消耗的功率 DR 2 两端的电压小于 R4 两端的电压 考向 4 交变电流的综合问题分析 例 4 如图甲是小型交流发电机的示意图，两极 M、N 间的磁场可视为水平方向的匀强磁场， A 为理想交流电流表，V 为理想交流电压表内阻不计的矩形 线圈绕垂直于磁场方向的水平轴 OO沿逆时针方向匀速转动， 矩形线圈通过滑环接一理想变压器，滑动触头 P 上下移动时 可改变变压器副线圈的输出电压，副线圈接有可调电阻 R，从 图示位置开始计时，发电机线圈中产生的交变电动势随时间变 化的图象如图乙所示，以下判断正确的是( ) 高三物理二轮复习学案 NO. 20 3 A电压表的示数为 10 V B0.01 s 时
7、发电机线圈平面与磁场方向平行 C若 P 的位置向上移动、R 的大小不变时，电流表读数将减小 D若 P 的位置不变、R 的大小不变，而把发电机线圈的转速增大一倍，则变压器的输入功 率将增大到原来的 4 倍 练习 4.如图所示边长为 L、匝数为 N，电阻不计的正方形线圈 abcd 在磁感应强度为 B 的匀强 磁场中绕转轴 OO转动，轴 OO垂直于磁感线，在线圈外接一含有理想变压器的电路， 变压器原、副线圈的匝数分别为 n1 和 n2.保持线圈以恒定角速度 转动，下列判断正确的是 ( ) A在图示位置时线框中磁通量为零，感应电动势最大 B当可变电阻 R 的滑片 P 向上滑动时，电压表 V2 的示数变
8、大 C电压表 V1 示数等于 NBL2 D变压器的输入与输出功率之比为 11 当堂检测 1 2007 年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家，某探究小组查到 某磁敏电阻在室温下的电阻随磁感应强度变化曲线如图 3 甲所示，其中 R、R 0 分别表示有、 无磁场时磁敏电阻的阻值为研究其磁敏特性设计了图乙所示电路关于这个探究实验，下 列说法中正确的是( ) A闭合开关 S，图乙中只增加磁感应强度的大 小 时，电压表的示数增大 B闭合开关 S，图乙中只改变磁场方向，电压 表的示数减小 C闭合开关 S，图乙中只增加磁感应强度的大 小时，流过 aP 段的电流可能减小 D闭合开关 S，图乙
9、中只增加磁感应强度的大小时，电源的输出功率可能增大 2.如图所示电路，电表都是理想电表，R 2r。当闭合开关 S，触片 P 向左滑动过程中，四块 电表的读数均发生变化，设在滑动过程中 A1、A 2、V 1、V 2 在同 一时刻的读数分别是 I1、I 2、U 1、U 2；电表示数的变化量的绝对 值分别是 I1、I 2、U 1、U 2，那么下列说法正确的是( ) AI 1 减小，I 2 减小 BU 1 增大，U 2 减小 C. 、 均为定值 D电源的输出功率在减小，效率在降低 U2I2 U1I2 3一个匝数为 100 匝，电阻为 0.5 的闭合线圈处于某一磁场 中，磁场方向垂直于线圈平面，从某时刻
10、起 穿过线圈的磁通 高三物理二轮复习学案 NO. 20 4 量按如图 4 所示规律变化则线圈中产生交变电流的有效值为( ) A5 A B2 A B6 A D2 A5 6 4(2014山东17) 如图 7 所示，将额定电压为 60 V 的用电器，通过一理想变压器接在正弦交 变电源上闭合开关 S 后，用电器正常工作，交流电压表和交流电流表(均为理想电表)的示 数分别为 220 V 和 2.2 A以下判断正确的是( ) A变压器输入功率为 484 W B通过原线圈的电流的有效值为 0.6 A C通过副线圈的电流的最大值为 2.2 A D变压器原、副线圈匝数比 n1n 2113 5.图甲中的变压器为理
11、想变压器，原线圈匝数 n1 与副线圈匝数 n2 之比为 101，变压器的原 线圈接如图乙所示的正弦式交流电，电阻 R1R 2R 320 和电容器 C 连接成如图甲所示 的电路其中，电容器击穿电压为 8 V，各电表均为理想交 流电表，开关 S 处于断开状态，则( ) A电压表 的读数为 10 V B电流表 的读数约为 0.05 A C电阻 R2 上消耗的功率为 2.5 W D若闭合开关 S，电容器会被击穿 6如图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器升压变压器原、副线圈匝数比为 1100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为 100 .降压变压器右侧部分为一 火警报警系统原理图，其中
12、 R1 为一定值电阻，R 2 为用半导体热敏材料制成的传感器，当温 度升高时其阻值变小电压表 V 显示加在报警器上的电压( 报警器未画出)未出现火警时， 升压变压器的输入功率为 750 kW.下列说法中正确的有( ) A降压变压器副线圈输出的交流电频率为 50 Hz B远距离输电线路损耗功率为 180 kW C当传感器 R2 所在处出现火警时，电压表 V 的示数变大 D当传感器 R2 所在处出现火警时，输电线上的电流变大 高三物理二轮复习学案 NO. 20 5 专题六 电磁感应和电路 第 2 课时 直流电路和交流电路 答案 例 1 审题突破 当 R4的滑片向 b 端移动时，其电阻如何变化？电容
13、器两极板间电压和哪部 分电路电压相等？如何分析电源的输出功率变化情况？ 解析 滑动变阻器 R4的滑片向 b 端移动时，R 4的阻值越来越小，故并联电路的总电阻减小， 根据串联电路的分压规律可得：R 3的电压减小，消耗的功率减小，故 A 错误；电容器电压 等于 R3的，故也减小，所以质点 P 将向下运动，所以 D 错误；外电路总电阻减小，所以干 路电流 I1增大，而 R3的电流 I3减小，根据 I1I 3I A，可得电流表读数 IA增大，所以 B 错 误；因 R1的阻值和电源内阻 r 相等，故外电路电阻大于电源内阻，且逐渐减小，由输出功 率与外电阻的关系可得：电源的输出功率在增大，所以 C 正确
14、 答案 C 练习 1 答案 C 解析 从图甲可知，图线上的点与原点连线的斜率表示电阻的大小，故该金属丝的阻值随温 度的升高而增大，所以 A 错误；图乙中电压表的指针偏转角越大，说明 RT的阻值越大，即 温度越高，所以 B 错误；若 R0越大，电压表要偏转同样的角度，需 RT的阻值更大，即温度 更高，量程越大，所以 C 正确；温度越高， RT的阻值越大，电路电流越小，所以电源消耗 的功率 PEI 越小，故 D 错误 例 2 解析 R 总 R 1 R010 ，I A1 A，U R2 V，根据公式 P 得电 R02 R04 74 1010 107 U2R 阻 R2上的热功率为 PR2 W，故 A 正
15、确；0.02 s 通过线圈的磁通量为零，感应电动势最大， 57 故 B 错误；T0.02 s， 100 rad/s，E10 V 12 V12 V，e12 cos 100t(V)， 2T 2 故 C 错误；电动势的最大值为 Em12 VnBS， mBS (Wb)，2 122n100 sin 100t(Wb)，线圈开始转动到 t s 的过程中，通过电阻的电量为 122n100 1600 nR总 r C，故 D 正确 2200 答案 AD 以题说法 1.线圈通过中性面时的特点 (1)穿过线圈的磁通量最大； 高三物理二轮复习学案 NO. 20 6 (2)线圈中的感应电动势为零； (3)线圈每经过中性面
16、一次，感应电流的方向改变一次 2交流电“四值”的应用 (1)最大值：分析电容器的耐压值； (2)瞬时值：计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力情况； (3)有效值：电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝的熔断电流； (4)平均值：计算通过电路截面的电荷量 练习 2 答案 AC 解析 A从图象可知，两次转动都是从中性面开始计时的，故 A 正确B. 从图象可知，曲 线 a、b 对应的线圈转动的周期之比为 23，则转速之比为 32，故 B 错误C. 由图象可 知曲线 a 的周期 Ta410 2 s，则曲线 a 表示的交变电动势频率 fa 25 Hz ，故 C 正 1Ta 确D.交变电动势的最大
17、值 EmNBS，则曲线 a、b 表示的交变电动势的峰值之比为 Ema Emb a b32，即 Emb Ema10 V ，故曲线 b 表示的交变电动势的有效值为 E 23 有 V5 V，D 错误 102 2 例 3 解析 开关 S 闭合，负载的总电阻减小，又副线圈的电压 U2不变，所以副线圈的电流 增大，电流表 A2示数变大，根据变流规律可得原线圈电流增大，电流表 A1示数增大，配电 房和教室间有相当长的一段距离，导线所耗电压增大，故并联电路的电压减小，即电压表 V3示数减小，所以电流表 A3的示数减小，所以 A、B 错误，C 正确；副线圈电压不变，即 V2示数不变，所以 D 错误 答案 C 以
18、题说法 理想变压器动态分析的两种情况 1负载电阻不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、电功率等随匝数比的变化情 况 2匝数比不变，讨论变压器原、副线圈两端的电压、电流、电功率等随负载电阻的变化情 况 不论哪种情况，要注意两点：一、根据题意分清变量和不变量；二、弄清“谁决定谁”的制 约关系对电压而言，输入决定输出；对电流、电功(率)而言，输出决定输入 练习 3. 答案 D 高三物理二轮复习学案 NO. 20 7 解析 设 A、B 两端所加电压为 U.由欧姆定律知，通过 A2表的电流大小 I2 .通过升 U2R RL 压变压器升压后输出电压 U U，降压变压器输入端获得的电压为 n2n1 U
19、I 12R UI 12R，灯泡 L1两端电压为( UI 12R) ，则通过灯泡 L1的电流为 n2n1 n2n1 n4n3 .故由变压器电流变化规律得 I1 .又因为 n1n 42R，所以 I1I2，故灯泡 L1亮度更大，选项 B 错误由于 I1I2，根据欧姆定律以 n3n4 n2n1 URL n21n22R 及电功率的有关知识可知，选项 C 错误，选项 D 正确 例 4 审题突破 由题图乙可知交流电的哪些信息？P 的位置向上移动，原、副线圈的电压 有何变化？ 解析 电压表显示的为有效值，示数为 10 V，A 正确；0.01 s 时感应电动势最大，故线圈平 面与磁场方向平行，故 B 正确；若
20、P 的位置向上移动，匝数比减小，副线圈电压增大，R 的大小不变时，电流表读数将增大，故 C 错误；若 P 的位置不变、R 的大小不变，而把发 电机线圈的转速增大一倍，电压增大为原来的 2 倍，则变压器的输入功率将增大到原来的 4 倍，故 D 正确 答案 ABD 以题说法 交变电流的综合问题，涉及交流电路最大值、有效值、平均值、瞬时值的计算， 与电磁感应、安培力、闭合电路欧姆定律的综合应用等，解答时应注意以下两点： 1分清交流电路“四值”的不同计算方法和物理意义 2学会将直流电路、闭合电路欧姆定律的知识应用在交流电路中 练习 4 答案 AD 解析 当线框转到如图所示位置，穿过线框的磁通量为 0，
21、但线框中产生的感应电动势最大， 故选项 A 正确；电压表 V2测量的是副线圈的电压，副线圈电压由原线圈电压决定，与负载 电阻变化无关，故选项 B 错误；电压表 V1示数为有效值，等于 u1 ，故选项 u1m2 NBL22 高三物理二轮复习学案 NO. 20 8 C 错误；理想变压器输入功率等于输出功率，则选项 D 正确. 1答案 AD 解析 由题图，磁敏电阻的阻值只与磁感应强度的大小有关，故 B 错误；随着磁感应强度 变大，电阻变大，闭合开关 S，图乙中只增加磁感应强度的大小时，磁敏电阻的阻值变大， 电压表的示数增大，故 A 正确；增加磁感应强度， aP 段的两端电压增加，而电阻没变，故 通过
22、 aP 的电流一定增大，故 C 错误；如果原来的外电阻小于内电阻，增加磁感应强度的大 小时，磁敏电阻的阻值变大，可能使得外电路电阻等于电源的内阻，此时电源的输出功率最 大，故电源输出功率可能增大，故 D 正确 2. 答案 ABC 解析 滑片 P 向左滑动，滑动变阻器接入电路的电阻增大，电路总电阻增大，干路电流 I 减小，I 2减小，根据 U1EUrIR 2可知 U1 增大，通过 R0 的电流 I0 增大，则 A1 的示数 I1II0 减小，而 V2的示数 U2IR 2减小，A、B 正确；根据欧姆定律可知 U 2/I 2R 2 为定值，又 U 1U 2U r，U 1/I 2R 2r 为定值，C
23、正确；外电路电阻越大，电源 效率越大，D 错误。 3答案 B 解析 01 s 时间内，感应电动势为 E1n 1/t11 V，电流为 2 A；11.2 s 内，感应电 动势 E2n 2/t25 V，感应电流为 10 A，一个周期内发热量为 I Rt1I Rt2I 2R(t1t 2)，21 2 得 I2 A，B 正确5 4答案 BD 解析 变压器的输入功率 P1P 2I 2U22.260 W 132 W，选项 A 错误；由 得 U1U2 n1n2 ，选项 D 正确；由 得 I1 I2 2.2 A0.6 A，选项 B 正确；根 n1n2 U1U2 22060 113 I1I2 n2n1 n2n1 3
24、11 据 I 得通过副线圈的电流的最大值 I2m I22.2 A，选项 C 错误 Im2 2 2 5答案 C 解析 由题图乙知，原线圈交变电压的有效值为 U1100 V，根据变压规律得 U22 10 V，开关 S 处于断开状态，负载为 R1、R 2串联，电压表测量的是 R2两端的电压，又2 R1R 2，可得电压表读数为 5 V，所以 A 错误；副线圈电流 I2 A，原线圈电2 U2R1 R2 24 流 I1 I2 A，所以 B 错误；电阻 R2上消耗的功率 P2I R22.5 W，故 C 正确；若闭 n2n1 240 2 合开关 S，电容器两端最大电压等于 U2m V，小于 8 V，故电容器不
25、会被击穿，所以 13 203 高三物理二轮复习学案 NO. 20 9 D 错误 6答案 AD 解析 由题图乙知交流电的周期为 0.02 s，所以频率为 50 Hz，A 正确；由 题图乙知升压变压器输入端电压有效值为 250 V，根据电压与匝数成正比知副线圈电压为 25 000 V，所以输电线中的电流为： I 30 A，输电线损失的电压为： UIR30100 PU V3 000 V，输电线路损耗功率为：PUI90 kW，B 错误；当传感器 R2所在处出现火 警时其阻值减小，降压变压器副线圈两端电压不变，副线圈中电流增大，定值电阻的分压增 大，所以电压表 V 的示数变小， C 错误；由 C 知副线圈电流增大，根据电流与匝数成反比知 输电线上的电流变大，D 正确
