1、专题四专题四 电路和电磁感应电路和电磁感应 第12讲 直流电路和交流电路 1电磁感应部分：以考查楞次定律和法拉第电磁感电磁感应部分：以考查楞次定律和法拉第电磁感 应定律的应用为主，多涉及牛顿运动定律、电功和电热应定律的应用为主，多涉及牛顿运动定律、电功和电热 等力电综合问题考查形式为选择题或计算题等力电综合问题考查形式为选择题或计算题 2恒定电流部分：以选择题的形式考查动态电路、恒定电流部分：以选择题的形式考查动态电路、 电路故障、含电容电路和含电表电路等问题的分析电路故障、含电容电路和含电表电路等问题的分析 3交变电流部分：以选择题的形式考查交变电流有交变电流部分：以选择题的形式考查交变电流
2、有 效值与峰值的关系、理想变压器的原理效值与峰值的关系、理想变压器的原理 第12讲 直流电路和交流电路 复习时应理清各个基本概念，熟记各公式及适用条复习时应理清各个基本概念，熟记各公式及适用条 件，掌握交流电件，掌握交流电“四值四值”的特点及适用范围，注意训练的特点及适用范围，注意训练 和掌握闭合电路的动态分析问题、含电容电路的分析问和掌握闭合电路的动态分析问题、含电容电路的分析问 题、变压器电路的动态分析问题及电磁感应与电路相综题、变压器电路的动态分析问题及电磁感应与电路相综 合问题的分析思路与方法，强化电磁感应图象问题的训合问题的分析思路与方法，强化电磁感应图象问题的训 练，提高解决与实际
3、生活、生产科技相结合的实际问题练，提高解决与实际生活、生产科技相结合的实际问题 的能力的能力 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 1纯电阻电路和非纯电阻电路的电功、电功率的比较纯电阻电路和非纯电阻电路的电功、电功率的比较 (1)纯电阻电路：电功纯电阻电路：电功 WUIt，电功率，电功率 PUI，且电功，且电功 全部转化为电热，有全部转化为电热，有 WQUItU 2 R tI2Rt，PUIU 2 R I2R. (2)非纯电阻电路：电功非纯电阻电路：电功 WUIt，电功率，电功率 PUI，电热，电热 QI2Rt， 电热功率， 电热功率
4、 P热 热I2R， 电功率大于电热功率， 即， 电功率大于电热功率， 即 WQ， 故求电功、电功率只能用故求电功、电功率只能用 WUIt、PUI，求电热、电热，求电热、电热 功率只能用功率只能用 QI2Rt、P热 热I2R. 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 2电源的功率和电源的功率和效率效率 (1)电源的几个功率电源的几个功率 电源的总功率：电源的总功率：P总 总EI. 电源内部消耗的功率：电源内部消耗的功率：P内 内I2r. 电源的输出功率：电源的输出功率：P出 出UIP总总P内内 (2)电源的效率电源的效率 P 出出 P总 总 100%U E 100%. 3交流电的交流电
5、的“四值四值” ” (1)最大值最大值 EmNBS， 电容器的击穿电压指最大值， 电容器的击穿电压指最大值 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 (2)瞬时值瞬时值(从中性面开始计时从中性面开始计时)eNBSsin t. (3)有效值：正弦式交流电的有效值有效值：正弦式交流电的有效值 EEm 2；非正弦 ；非正弦 式交流电的有效值必须根据电流的热效应， 用等效的思想式交流电的有效值必须根据电流的热效应， 用等效的思想 来求解 计算交流电路的电功、 电功率和测定交流电路的来求解 计算交流电路的电功、 电功率和测定交流电路的 电压、电流都是指有效值电压、电流都是指有效值 (4)平均值：
6、平均值： E n t ， 常用来计算通过电路的电荷量， 常用来计算通过电路的电荷量 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 4理想变压器的基本关系式理想变压器的基本关系式 (1)功率关系：功率关系：P入 入P出出 (2)电压关系：电压关系：U1 U2 n1 n2. (3)电流关系：只有一个副线圈时电流关系：只有一个副线圈时I1 I2 n2 n1. 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 1(2020 全国卷全国卷)(多选多选)特高压输电可使输送中的特高压输电可使输送中的 电能损耗和电压损失大幅降低 我国已成功掌握并实际应电能损耗和电压损失大幅降低 我国已成功掌握并实际应 用
7、了特高压输电技术假设从用了特高压输电技术假设从 A 处采用处采用 550 kV 的超高压的超高压 向向 B 处输电，输电线上损耗的电功率为处输电，输电线上损耗的电功率为 P，到达，到达 B 处时处时 电压下降了电压下降了 U.在保持在保持 A 处输送的电功率和输电线电阻处输送的电功率和输电线电阻 都不变的条件下，改用都不变的条件下，改用 1 100 kV 特高压输电，输电线上特高压输电，输电线上 损耗的电功率变为损耗的电功率变为 P，到达，到达 B 处时电压下降了处时电压下降了 U.不不 考虑其他因素的影响，则考虑其他因素的影响，则( ) AP1 4P BP1 2P CU1 4U D U1 2
8、U 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 解析：解析：输电线上损失的功率输电线上损失的功率 P P U 2 r， ， 损失的电压损失的电压 U P U r. 当输送电压变为原来的当输送电压变为原来的 2 倍， 损失的功率变为原来的倍， 损失的功率变为原来的 1 4，即 ，即 P1 4P， ， 损失的电压变为原来的损失的电压变为原来的1 2，即 ，即 U1 2U. 答案：答案：AD 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 22020 新高考卷新高考卷(山东卷山东卷)图甲中的理想变压器图甲中的理想变压器 原、副线圈匝数比原、副线圈匝数比 n1 n2223，输入端，输入端 a、
9、b 所接电压所接电压 u 随时间随时间 t 的变化关系如图乙所示 灯泡的变化关系如图乙所示 灯泡 L 的电阻恒为的电阻恒为 15 ， 额定电压为， 额定电压为 24 V 定值电阻 定值电阻 R110 、 R25 ， 滑滑 动变阻器动变阻器 R 的最大阻值为的最大阻值为 10 .为使灯泡正常工作，滑动为使灯泡正常工作，滑动 变阻器接入电路的电阻应调节为变阻器接入电路的电阻应调节为( ) A1 B5 C6 D8 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 解析：解析：输电电压的有效值为输电电压的有效值为(即原线圈电压的有效即原线圈电压的有效 值值)U1220 2 2 V220 V， 根据理想
10、变压器电压规律根据理想变压器电压规律U1 U2 n1 n2可知副线圈电压有 可知副线圈电压有 效值为效值为 U2n2 n1U1 3 22 220 V30 V. 灯泡正常工作，根据欧姆定律可知分压为灯泡正常工作，根据欧姆定律可知分压为 24 V，则，则 通过灯泡的电流，即副线圈部分的干路电流为通过灯泡的电流，即副线圈部分的干路电流为 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 ILUL RL 24 15 A 1.6 A， 根据串联分压规律可知，根据串联分压规律可知，R1和和 R2、R 构成的并联电构成的并联电 路部分的分压为路部分的分压为 UU2U130 V24 V6 V， 通过通过 R1
11、的电流为的电流为 I1 U R1 6 10 A 0.6 A， 通过通过 R2、 R 的电流为的电流为 I2ILI11.6 A0.6 A1 A， R2、R 的分压为的分压为 UI2(R2R)， 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 解得滑动变阻器的阻值为解得滑动变阻器的阻值为 RU I2 R26 1 51 . A 正确，正确，B、C、D 错误错误 答案：答案：A 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 3 (2020 北京卷北京卷)如图所示，如图所示， 理想变压器原线圈接在理想变压器原线圈接在 uUmsin(t)的交流电源上，的交流电源上， 副线圈接三个阻值相同副线圈接三个
12、阻值相同 的电阻的电阻 R，不计电表内电阻影响闭合开关，不计电表内电阻影响闭合开关 S 后后( ) A电流表电流表 A2的示数减小的示数减小 B电压表电压表 V1的示数减小的示数减小 C电压表电压表 V2的示数不变的示数不变 D电流表电流表 A1的示数不变的示数不变 第12讲 直流电路和交流电路 知识归纳 感悟真题 解析：解析：开关开关 S 闭合时，副线圈总的电阻减小，由于闭合时，副线圈总的电阻减小，由于 变压器的匝数比和输入的电压都不变， 所以输出的电压也变压器的匝数比和输入的电压都不变， 所以输出的电压也 不变，即不变，即 V1示数不变，但因副线圈的总电阻减小，则副示数不变，但因副线圈的总
13、电阻减小，则副 线圈的总电流增大，则原线圈的电流增大，故线圈的总电流增大，则原线圈的电流增大，故 A1的示数的示数 变大；由于副线圈的电流增大，故串联在副线圈的电阻变大；由于副线圈的电流增大，故串联在副线圈的电阻 R 两端的电压增大， 而副线圈的总电压不变， 所以副线圈并两端的电压增大， 而副线圈的总电压不变， 所以副线圈并 联部分的电压减小，即联部分的电压减小，即 V2的示数减小，故电流表的示数减小，故电流表 A2的示的示 数减小故数减小故 A 正确，正确，B、C、D 错误故选错误故选 A. 答案：答案：A 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 考点一考点一 直流电路的分析与计算
14、直流电路的分析与计算 1明确明确 1 个定律、个定律、2 个关系个关系 (1)闭合电路的欧姆定律：闭合电路的欧姆定律：I E Rr. (2)路端电压与电流的关系：路端电压与电流的关系：UEIr. (3)路端电压与负载的关系：路端电压与负载的关系： UIR R RrE 1 1 r R E，路端电压随外电阻的增大，路端电压随外电阻的增大 而增大，而增大，随外电阻的减小而减小随外电阻的减小而减小 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 2解决含电容器的直流电路问题的一般方法解决含电容器的直流电路问题的一般方法 (1)通过初、末两个稳定的状态来了解中间不稳定的通过初、末两个稳定的状态来了解中
15、间不稳定的 变化过程变化过程 (2)只有当电容器充、放电时，电容器支路中才会有只有当电容器充、放电时，电容器支路中才会有 电流，当电路稳定时，电容器对电路的作用是断路电流，当电路稳定时，电容器对电路的作用是断路 (3)电路稳定时，与电容器串联的电路中没有电流，电路稳定时，与电容器串联的电路中没有电流， 同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用，同支路的电阻相当于导线，即电阻不起降低电压的作用， 与电容器串联的电阻为等势体， 电容器的电压为与之并联与电容器串联的电阻为等势体， 电容器的电压为与之并联 的电阻两端的电压的电阻两端的电压 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 (4
16、)在计算电容器的带电荷量变化时，如果变化前后在计算电容器的带电荷量变化时，如果变化前后 极板带电的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等于极板带电的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等于 始、末状态电容器电荷量之始、末状态电容器电荷量之差；如果变化前后极板带电差；如果变化前后极板带电 的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于始、末状的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于始、末状 态电容器电荷量之和态电容器电荷量之和 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 3闭合电路中几种常见图象的比较闭合电路中几种常见图象的比较 类型类型 公式公式 图象图象 特例特例 I-R 图线图线 I E Rr
17、 短路短路 R0，IE r ，图象始，图象始 端端断路断路 R， I0，图象末端，图象末端 U-R 图线图线 U ER rR 短路短路 R0，U0，U内 内E 断路断路 R， UE，U内 内0 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 U-I 图线图线 UEIr 短路短路 R0，IE r ， U0 断路断路 R，I0， UE P-R 图线图线 P E2 （rR）2R 短路短路 IE r ， P出 出0 断路断路 I0， P出 出0， 当， 当 Rr 时，时， P出 出最大，最大，P出出E 2 4r 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 P-I 图线图线 PEII2r 短路短
18、路 IE r ， P出 出0 断路断路 I0，P出 出0， 当当 I E 2r时， 时， P出 出最大，最大， P出 出E 2 4r 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 (2020 北京卷北京卷)图甲表示某金属丝的电阻图甲表示某金属丝的电阻 R 随摄氏温度随摄氏温度 t 变化的情况把这段金属丝与电池、电流表变化的情况把这段金属丝与电池、电流表 串联起来串联起来(图乙图乙)，用这段金属丝做测温探头，把电流表的，用这段金属丝做测温探头，把电流表的 刻度改为相应的温度刻度， 就得到了一个简易温度计 下刻度改为相应的温度刻度， 就得到了一个简易温度计 下 列说法正确的是列说法正确的是(
19、) 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 AtA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是线 性关系性关系 BtA应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非 线性关系线性关系 CtB应标在电流较大刻度上，且温度与电流是线性应标在电流较大刻度上，且温度与电流是线性 关系关系 DtB应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非应标在电流较大的刻度上，且温度与电流是非 线性关系线性关系 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 解析：解析：由甲图可知，由甲图可知，tA点对应的电阻阻值较小，由闭点对应的电阻阻值较
20、小，由闭 合电路欧姆定律知对应电路中的电流较大，故合电路欧姆定律知对应电路中的电流较大，故 tA应标在电应标在电 流较大的刻度上；而流较大的刻度上；而 tB点对应的电阻阻值较大，由闭合电点对应的电阻阻值较大，由闭合电 路欧姆定律知对应电路中的电流较小，故路欧姆定律知对应电路中的电流较小，故 tB应标在电流较应标在电流较 小的刻度上；由图甲得小的刻度上；由图甲得 RR0kt， 其中其中 R0为图线的纵截距，由闭合电路欧姆定律得为图线的纵截距，由闭合电路欧姆定律得 I E RRgr， ， 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 联立解得联立解得t E kI R 0 Rgr k ， 可知，
21、 可知t与与I是非线性关系是非线性关系 故故 B 正确，正确，A、C、D 错误错误 答案：答案：B 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 考向考向 直流电路的动态分析直流电路的动态分析 1.在图所示电路中，在图所示电路中， R1、 R2是定值电阻，是定值电阻， 当滑动变阻器滑片向上移动时当滑动变阻器滑片向上移动时( ) A电压表示数变大，电流表示数变小电压表示数变大，电流表示数变小 B电压表示数变小，电流表示数变大电压表示数变小，电流表示数变大 C电压表示数变大，电流表示数变大电压表示数变大，电流表示数变大 D电压表示数变小，电流表示数变小电压表示数变小，电流表示数变小 第12讲
22、直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 解析：解析：根据题意，由题图可知，电流表与滑动变阻器根据题意，由题图可知，电流表与滑动变阻器 串联而电压表与滑动变阻器并联， 当向上移动滑片时滑动串联而电压表与滑动变阻器并联， 当向上移动滑片时滑动 变阻器接入电路的阻值变小，再根据结论变阻器接入电路的阻值变小，再根据结论“串反并同串反并同” ， 可知电流表示数变大而电压表示数变小，可知电流表示数变大而电压表示数变小，B 选项正确选项正确 答案：答案：B 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 考向考向 电路中的图象问题电路中的图象问题 2.硅光电池是一种太阳能电池，具硅光电池是一种太阳能电池，
23、具 有低碳环保的优点如图所示，图线有低碳环保的优点如图所示，图线 a 是该电池在某光照强度下路端电压是该电池在某光照强度下路端电压 U 和电流和电流 I 的关系图象的关系图象(电池内阻不是常电池内阻不是常 量量)，图线，图线 b 是某电阻是某电阻 R 的的 U-I 图象在该光照强度下将图象在该光照强度下将 它们组成闭合回路时，硅光电池的内阻为它们组成闭合回路时，硅光电池的内阻为( ) A5.5 B7.0 C12.0 D12.5 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 解析：解析：由欧姆定律得由欧姆定律得 UEIr，当，当 I0 时，时，EU， 由图线由图线 a 与纵轴的交点读出电源的
24、电动势为与纵轴的交点读出电源的电动势为 E3.6 V， 根据两图线交点处的状态可知，电阻的电压为根据两图线交点处的状态可知，电阻的电压为 U2.5 V， 电流为电流为 I0.2 A，则硅光电池的内阻为，则硅光电池的内阻为 r EU I 3.62.5 0.2 5.5 ，故选项，故选项 A 正确正确 答案：答案：A 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 考点二考点二 电功电功 电功率电功率 电热电热 热功率热功率 1电功和电热、电功率和热功率的区别与联系电功和电热、电功率和热功率的区别与联系 项目项目 意义意义 公式公式 联系联系 电功电功 电流在一段电路电流在一段电路 中所做的功中所
25、做的功 WUIt 对纯电阻电路，电功对纯电阻电路，电功 等于电热，等于电热，WQ UItI2Rt；对非纯电；对非纯电 阻电路，电功大于电阻电路，电功大于电 热，热，WQ 电热电热 电流通过导体产电流通过导体产 生的热量生的热量 QI2Rt 电功电功 率率 单位时间内电流单位时间内电流 所做的功所做的功 PUI 对纯电阻电路，电功对纯电阻电路，电功 率等于热功率，率等于热功率，P电 电 P热 热 UII2R；对非；对非 纯电阻电路，电功率纯电阻电路，电功率 大于热功率，大于热功率，P电 电 P热 热 热功热功 率率 单位时间内导体单位时间内导体 产生的热量产生的热量 PI2R 第12讲 直流电路
26、和交流电路 细研考点 提升素养 2.非纯电阻电路的分析方法非纯电阻电路的分析方法 (1)抓住两个关键量：确定电动机的电压抓住两个关键量：确定电动机的电压 UM和电流和电流 IM是解决所有问题的关键若能求出是解决所有问题的关键若能求出 UM、IM，就能确定，就能确定 电动机的电功率电动机的电功率 PUMIM，根据电流，根据电流 IM和电动机的电阻和电动机的电阻 r 可求出热功率可求出热功率 PrI2 Mr，最后求出输出功率 ，最后求出输出功率 P出 出PPr. (2)坚持坚持“躲着躲着”求解求解 UM、IM：首先，对其他纯电阻：首先，对其他纯电阻 电路、电源的内电路等，利用欧姆定律进行分析计算，
27、确电路、电源的内电路等，利用欧姆定律进行分析计算，确 定相应的电压或电流然后，利用闭合电路的电压关系、定相应的电压或电流然后，利用闭合电路的电压关系、 电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压和电流电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压和电流 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 (3)应用能量守恒定律分析：要善于从能量转化的角应用能量守恒定律分析：要善于从能量转化的角 度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用度出发，紧紧围绕能量守恒定律，利用“电功电热其电功电热其 他能量他能量”寻找等量关系求解寻找等量关系求解 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 3电源的功率和效率电源的功
28、率和效率 电源总功率电源总功率 任意电路：任意电路：P总 总EIP出出P内内 纯电阻电路：纯电阻电路：P总 总I2(Rr) E2 Rr 电源内部消耗的电源内部消耗的 功率功率 P内 内I2rP总总P出出 任意电路：任意电路：P出 出UIP总总P内内 电源的输出功率电源的输出功率 纯电阻电路：纯电阻电路：P出 出I2R E2R （Rr）2 P出 出与外电阻与外电阻 R 的关系的关系 任意电路：任意电路：P 出出 P总 总 100%U E 100% 电源的效率电源的效率 纯电阻电路：纯电阻电路： R Rr 100% 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 4.电源输出功率的极值问题的处理
29、方法电源输出功率的极值问题的处理方法 对于电源输出功率的极值问题， 可以采用数学中求极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 假设一最接近等效电源的内阻时， 电源的输出功率最大 假设一 电源的电动势为电源的电动势为 E，内阻为
30、，内阻为 r，外电路有一可调电阻，外电路有一可调电阻 R， 电源的输出功率为：电源的输出功率为： P出 出I2R E2R （Rr）2 E2 （Rr）2 R 4r . 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 由以上表达式可知电源的输出功率随外电路电阻由以上表达式可知电源的输出功率随外电路电阻 R 的变化关系为：的变化关系为： (1)当当 Rr 时，电源的输出功率最大，为时，电源的输出功率最大，为 PmE 2 4r； ； (2)当当 Rr 时，随着时，随着 R 的增大，电源的输出功率越来的增大，电源的输出功率越来 越小；越小； (3)当当 Rr 时，随着时，随着 R 的增大，电源的输出功
31、率越来的增大，电源的输出功率越来 越大；越大； (4)当当 P 出出Pm时，每个输出功率对应两个外电阻阻时，每个输出功率对应两个外电阻阻 值值 R1和和 R2，且，且 R1R2r2. 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 (多选多选)如图所示，一台电动机提着质量为如图所示，一台电动机提着质量为 m 的物体， 以速度的物体， 以速度 v 匀速上升， 已知电动机线圈的电阻为匀速上升， 已知电动机线圈的电阻为 R， 电源电动势为电源电动势为 E，通过电源的电流为，通过电源的电流为 I，当地重力加速度，当地重力加速度 为为 g，忽略一切阻力及导线电阻，则，忽略一切阻力及导线电阻，则( )
32、A电源内阻电源内阻 rE I R B电源内阻电源内阻 rE I mgv I2 R 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 C如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内 电源消耗的功率将变大电源消耗的功率将变大 D如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内如果电动机转轴被卡住而停止转动，较短时间内 电源消耗的功率将变小电源消耗的功率将变小 解析：解析：含有电动机的电路不是纯电阻电路，欧姆定律含有电动机的电路不是纯电阻电路，欧姆定律 不再适用，不再适用，A 错误；由能量守恒定律可得错误；由能量守恒定律可得 EII2rmgv I2R，解得，解得 r
33、E I mgv I2 R，B 正确；如果电动机转轴被卡正确；如果电动机转轴被卡 住，则住，则 EI(Rr)，电流增大，较短时间内，电源消耗的，电流增大，较短时间内，电源消耗的 功率变大，较长时间的话，会出现烧坏电源的现象，功率变大，较长时间的话，会出现烧坏电源的现象，C 正正 确，确，D 错误错误 答案：答案：BC 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 考向考向 非纯电阻电路非纯电阻电路 1.如图所示，电源电动势为如图所示，电源电动势为 12 V，电源内，电源内 阻为阻为 1.0 ，电路中的电阻，电路中的电阻 R0为为 1.5 ，小型直，小型直 流电动机流电动机 M 的内阻为的内阻
34、为 0.5 ，闭合开关，闭合开关 S 后，电动机转后，电动机转 动， 电流表的示数为动， 电流表的示数为 2.0 A 则以下判断中正确的是 则以下判断中正确的是( ) A电动机的输出功率为电动机的输出功率为 14 W B电动机两端的电压为电动机两端的电压为 7.0 V C电动机产生的热功率为电动机产生的热功率为 4.0 W D电源输出的功率为电源输出的功率为 24 W 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 解析：解析：由题意得电动机两端的电压由题意得电动机两端的电压 UEI(R0r)7 V，则电动机的输入功率，则电动机的输入功率 PUI14 W热功率热功率 P热 热 I2RM2 W
35、， 则输出功率， 则输出功率 P出 出PP热热12 W 电源的输出 电源的输出 功率功率 PEII2r20 W，故，故 B 正确，正确，A、C、D 错误错误 答案：答案：B 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 考向考向 电源输出功率的极值问题电源输出功率的极值问题 2(2018 北京卷北京卷)如图如图 1 所示，用电动势为所示，用电动势为 E、内阻、内阻 为为 r 的电源，向滑动变阻器的电源，向滑动变阻器 R 供电，改变变阻器供电，改变变阻器 R 的阻的阻 值，路端电压值，路端电压 U 与电流与电流 I 均随之变化均随之变化 (1)以以 U 为纵坐标，为纵坐标，I 为横坐标，在图
36、为横坐标，在图 2 中画出变阻中画出变阻 器阻值器阻值 R 变化过程中变化过程中 U-I 图象的示意图，并说明图象的示意图，并说明 U-I 图图 象与两坐标轴交点的物理意义象与两坐标轴交点的物理意义 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 (2)a.请在图请在图 2 画好的画好的 U-I 关系图线上任取一点，画出带网关系图线上任取一点，画出带网 格的图形，以其面积表示此时电源的输出功率；格的图形，以其面积表示此时电源的输出功率； b请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件 (3)请写出电源电动势定义式，并结合能量守恒定律证明：请写出
37、电源电动势定义式，并结合能量守恒定律证明： 电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和 解析：解析：(1)图象与纵轴交点的横坐标电流值为零，由图象与纵轴交点的横坐标电流值为零，由 UEIrE，因此与纵轴交点的纵坐标的电源电动势；，因此与纵轴交点的纵坐标的电源电动势； 图象与横轴交点的纵图象与横轴交点的纵坐标电压值为零，由坐标电压值为零，由 UEIr0， 因此与横轴交点的横坐标值为短路电流，因此与横轴交点的横坐标值为短路电流，I短 短E r . 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 (2)a.在画好的在画好的 U-I 关系图线上任取一点，
38、 其坐标值关系图线上任取一点， 其坐标值 U 和和 I 的乘积即为此时电源的输出功率的乘积即为此时电源的输出功率 P， 因此可画出如图， 因此可画出如图 所示的带网格图形，以其面积表示此时电源的输出功率所示的带网格图形，以其面积表示此时电源的输出功率 b 电源的输出功率 电源的输出功率 PI2R E Rr 2R E2 R2rr 2 R 当当 外电路电阻外电路电阻 Rr 时，电源的输出功率最大，为时，电源的输出功率最大，为 PmaxE 2 4r. (3)电动势定义式电动势定义式 EW q . 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 根据能量守恒， 在题图根据能量守恒， 在题图 1 所示
39、的电路中， 非静电力做所示的电路中， 非静电力做 功功 W 产生的电能等于在外电路和内电路上产生的电热，产生的电能等于在外电路和内电路上产生的电热， 即即 WI2rtI2RtIrqIRq， 则则 EW q IrIRU内 内U外外 答案：答案：(1)U-I 图象如图所示图象与纵图象如图所示图象与纵 轴交点的坐标值为电源电动势， 与横轴交点轴交点的坐标值为电源电动势， 与横轴交点 的坐标值为短路电流的坐标值为短路电流 (2)a.如图所示如图所示 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 b当当 Rr 时，电源的输出功率最大，时，电源的输出功率最大，PmaxE 2 4r. (3)见解析见解析
40、 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 考点三考点三 交流电的产生和描述交流电的产生和描述 1正弦交变电流的产生及变化规律正弦交变电流的产生及变化规律 图示图示 概念概念 中性面位置中性面位置 与中性面垂直的位置与中性面垂直的位置 BS BS BS，最大，最大 0，最小，最小 en t 0，最小，最小 en t nBS，最大，最大 特点特点 感应电流为零，方向改变感应电流为零，方向改变 感应电流最大，方向不变感应电流最大，方向不变 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 2.正弦式交变电流的变化规律正弦式交变电流的变化规律 磁通量：磁通量：mcos t；电动势：；电动势：
41、eEm sin t；电；电 流：流：iImsin t. 3交变电流交变电流“四值四值”的理解与应用的理解与应用 (1)交变电流交变电流“四值四值”的比较的比较 物理量物理量 重要关系重要关系 适用情况及说明适用情况及说明 瞬时值瞬时值 eEmsin t iImsin t 计算线圈某时刻的计算线圈某时刻的 受力情况受力情况 峰值峰值 EmnBS Im Em Rr 讨论电容器的击穿讨论电容器的击穿 电压电压 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 有有 效效 值值 EEm 2， ，UUm 2， ， I Im 2(只适用于 只适用于 正弦式交变电流正弦式交变电流) (1)计算与电流的热效应
42、有关的量计算与电流的热效应有关的量 (如电功、电功率、电热等如电功、电功率、电热等) (2)电气设备电气设备“铭牌铭牌”上所标的值上所标的值 (3)保险丝的熔断电流保险丝的熔断电流 (4)交流电表的读数交流电表的读数 平平 均均 值值 E BL v E n t I E Rr 计算通过电路截面的电荷量计算通过电路截面的电荷量 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 (多选多选)如图甲所示是一种振动发电装置的示如图甲所示是一种振动发电装置的示 意图，半径为意图，半径为 r0.1 m、匝数、匝数 n20 的线圈位于辐向分布的线圈位于辐向分布 的磁场中， 磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布的磁
43、场中， 磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图其右视图 如图乙所示如图乙所示)， 线圈所在位置的磁感应强度的大小均为， 线圈所在位置的磁感应强度的大小均为 B 0.20 T， 线圈电阻为， 线圈电阻为 R10.5 ， 它的引出线接有， 它的引出线接有 R29.5 的小电珠的小电珠 L，外力推动线圈框架的，外力推动线圈框架的 P 端，使线圈沿轴线做端，使线圈沿轴线做 往复运动，线圈运动速度往复运动，线圈运动速度 v 随时间随时间 t 变化的规律如图丙所变化的规律如图丙所 示示(摩擦等损耗不计摩擦等损耗不计)，则，则( ) 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 A小电珠中电流的峰值
44、为小电珠中电流的峰值为 0.16 A B小电珠中电流的有效值为小电珠中电流的有效值为 0.16 A C电压表的电压表的示数约为示数约为 1.5 V Dt0.1 s 时外力的大小为时外力的大小为 0.128 N 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 解析：解析： 由题意及法拉第电磁感应定律知道， 线圈在磁由题意及法拉第电磁感应定律知道， 线圈在磁 场中做往复运动， 产生的感应电动势的大小符合正弦曲线场中做往复运动， 产生的感应电动势的大小符合正弦曲线 变化规律，线圈中的感应电动势的峰值为变化规律，线圈中的感应电动势的峰值为 EmnBlv nB2rvm，故小电珠中电流的峰值为，故小电珠
45、中电流的峰值为 Im Em R1R2 200.20 20.12 9.50.5 A0.16 A， 选项， 选项 A 正确，正确， B 错误；错误； 电压表示数为电压表示数为 U Im 2 R2 1.07 V，选项，选项 C 错误；当错误；当 t 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 0.1 s 也就是也就是T 4时，外力的大小为 时，外力的大小为 FnB2rIm0.128 N， 选项选项 D 正确正确 答案：答案：AD 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 考向考向 对描述交流电的物理量的分析对描述交流电的物理量的分析 1如图甲所示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂如图甲所
46、示，一矩形闭合线圈在匀强磁场中绕垂 直于磁场方向的转轴直于磁场方向的转轴 OO以恒定的角速度以恒定的角速度 转动当从转动当从 线圈平面与磁场方向平行时开始计时， 线圈中产生的交变线圈平面与磁场方向平行时开始计时， 线圈中产生的交变 电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在电流按照图乙所示的余弦规律变化，则在 t 2时刻 时刻 ( ) 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 A线圈中的电流最大线圈中的电流最大 B穿过线圈的磁通量为零穿过线圈的磁通量为零 C线圈所受的安培力为零线圈所受的安培力为零 D穿过线圈磁通量的变化率最大穿过线圈磁通量的变化率最大 解析：解析：该交变电流的周期为该交变电
47、流的周期为 T2 ，在，在 t 2时刻， 时刻， 即即 tT 4时刻， 由线圈中产生的交变电流图象可知， 感应电 时刻， 由线圈中产生的交变电流图象可知， 感应电 流大小为零，故流大小为零，故 A 错误；在错误；在 t 2时刻，感应电流大小 时刻，感应电流大小 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 为零， 则知感应电动势为零， 由法拉第电磁感应定律知磁为零， 则知感应电动势为零， 由法拉第电磁感应定律知磁 通量变化率也为零，线圈与磁场垂直，磁通量为最大，故通量变化率也为零，线圈与磁场垂直，磁通量为最大，故 B、D 错误；在错误；在 t 2时刻，感应电流大小为零，由公式 时刻，感应电
48、流大小为零，由公式 FBIL 知线圈所受的安培力为零故知线圈所受的安培力为零故 C 正确正确 答案：答案：C 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 考向考向 有效值的计算有效值的计算 2(2018 全国卷全国卷)一电阻接到方波交流电源上，在一电阻接到方波交流电源上，在 一个周期内产生的热量为一个周期内产生的热量为 Q方 方；若该电阻接到正弦交流电；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源上，在一个周期内产生的热量为 Q 正正该电阻上电压的该电阻上电压的 峰值均为峰值均为 u0，周期均为，周期均为 T，如图所示则，如图所示则 Q 方方Q正正等于等于 ( ) A1 2
49、B 21 C12 D21 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 解析：解析：根据焦耳定律知热量与方波中的电流方向的变根据焦耳定律知热量与方波中的电流方向的变 化无关，故化无关，故 Q方 方u 2 0 R T；而正弦交流电电压的有效值等于峰；而正弦交流电电压的有效值等于峰 值的值的 1 2，故 ，故 Q正 正 u0 2 2 R T1 2 u2 0 R T，所以，所以Q 方方 Q正 正 2 1， ，D 正确正确 答案：答案：D 第12讲 直流电路和交流电路 细研考点 提升素养 考向考向 交变电流平均值的求法及应用交变电流平均值的求法及应用 3.(多选多选)如图所示，电阻为如图所示，电阻
50、为 r 的单匝矩的单匝矩 形线圈面积为形线圈面积为 S，在匀强磁场中绕垂直于磁，在匀强磁场中绕垂直于磁 场的轴以角速度场的轴以角速度 匀速转动匀强磁场的匀速转动匀强磁场的 磁感应强度为磁感应强度为 B， t0 时刻线圈平面与磁场时刻线圈平面与磁场 垂直，各电表均为理想交流电表，则垂直，各电表均为理想交流电表，则( ) A滑片滑片 P 下滑时，电压表的读数不变下滑时，电压表的读数不变 B图示位置线圈中的感应电动势最大图示位置线圈中的感应电动势最大 C线圈从图示位置转过线圈从图示位置转过 180 的过程中，流过电阻的过程中，流过电阻 R 的电荷量为的电荷量为 2BS Rr D1 s 内流过内流过
