2021高考物理二轮复习专题四第1讲恒定电流和交变电流课件

专题四第一讲ꢀ恒定电流和交变电流
价值引领备考定向
体系构建真题感悟0102内
容
索
引03高频考点能力突破
04素养提升微课堂
价值引领备考定向
本专题是高中物理电学内容的重要分支,在新高考中占较大的比重。

在高考中,直流电路部分要求会分析复杂的串、并联电路的特点及其规律,能分析解决家庭电路中的简单问题,能将安全用电和节约用电的知识应用于实际,养成节约用电的习惯;交流电路部分要求理解交变电流的产生及变化规律,通过实验探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系,知道远距离输电时通常采用高压输电的原因,认识电磁学在人类生活和社会发展中的作用;电磁感应部分要求通过探究影响感应电流方向的因素,理解楞次定律和法拉第电磁感应定律,体会科学技术对社会发展的意义ꢀ核心价核值心ꢀ要求物理观念方面主要考查直流电流、交变电流、感应电动势、感应电流等物质观念,导体棒切割磁感线运动和相互作用观念,电磁感应现象中的能量观念;科学科学思维方面主要考查电路动态分析、发电机、变压器、远距离输电、两种电动势计算、单杆双轨、双杆双轨等模型的建构,以及闭合电路欧姆定律、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律理解与应用时的科学推理和科学论证素养ꢀ
素养
关键理解能力、模型建构能力、逻辑推理能力、分析综合能力、信息加工能力ꢀ能力、实验探究能力ꢀ
核
心
欧姆定律、电阻定律、焦耳定律、串联和并联电路特点、闭合电路欧
要必备求知识ꢀꢀ姆定律、电源的功率和效率、交变电流的产生和描述以及变化规律、变压器的原理、远距离输电、楞次定律、右手定则、法拉第电磁感应定律ꢀ
通常涉及的命题情境有家用和工业电路、家用电器、磁电式电流表、
试题情境发电机、变压器、远距离输电、无线充电、电磁天平、磁电式速度传ꢀ感器、真空管道超高速列车、磁浮列车、电磁轨道炮、电磁驱动、电磁阻尼等各种实际应用模型
直流电路的规律多以实验题的形式出现;交变电流的产生、变压器的原理和远距离输电多以选择题的形式出现;电磁感应现象的综合应用多以计算题的考查
方式形式出现
①直流电路的动态分析,与平行板电容器相关联的计算,交变电流的有效值的计算、图像及“四值”问题;②理想变压器及远距离输电可能与交变电流的产生、交变电流的图像、电容器或二极管等结合进行考查;③围绕感应电流大小和方向命题,考查对楞次定律和法拉第电磁感应定律的理解;④电磁感应图
像问题;⑤电磁感应的力电综合问题是近几年高考考查的热点内容,常与图像、
动力学、能量、电路、动量等相结合进行考查ꢀ考向预测
体系构建真题感悟
【网络构建
【高考真题
】
1.(2020全国Ⅰ卷)图甲所示的电路中,K与L间接一智能电源,用以控制电容器C两端的电压U。

如果U随时间t的变化如图乙所示,则下列描述电阻R
C C
随时间t变化的图像中,正确的是(ꢀꢀ)
两端电压U
R
答案ꢀA
情境剖析ꢀ本题属于综合性、应用性题目,以“智能电源控制电容器电压”
为素材创设学习探究类情境。

素养能力ꢀ本题由利用比值求电流的公式分析求得电路中的电流,再根据
部分电路欧姆定律定量分析电阻R两端的电压。

对考生的逻辑推理能力、信息加工能力和分析综合能力有较高要求,较好地考查了考生的科学推理、科学论证等素养。

2.(多选)(2016全国Ⅲ卷)
如图,M为半圆形导线框,圆心为O
;N是圆心角为直角的扇形导线框,圆心
M
为O;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线O O的水N M N
平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面。

现使线框M、N在t=0时从
图示位置开始,分别绕垂直于纸面且过O和O的轴,以相同的周期T逆时针
M N
匀速转动,则(ꢀꢀ)
A.两导线框中均会产生正弦交变电流
B.两导线框中感应电流的周期都等于T
C.在t=时,两导线框中产生的感应电动势相等
D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等
答案ꢀBC
所以选项A错误,选项B、C正确。

由有效值定义可知M、N线圈中电流的有效值不相等,D项错误。

情境剖析ꢀ本题属于应用性题目,以“线框在磁场中旋转发电”为素材创设
学习探究类情境。

素养能力ꢀ本题考查交变电流的产生及描述,对考生的理解能力和逻辑推
理能力有一定要求,较好地考查了考生的科学推理素养。

解答时应注意以下三点:①“半圆形导线框”说明转动过程中一直有感应电流;②“扇形导线框”说明转动过程中只有一半时间内有感应电流;③“半径相等”说明有效切割长度相同。

3.(2020山东卷)图甲中的理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2=22∶3,输入端
a、b所接电压u随时间t的变化关系如图乙所示。

灯泡L的电阻恒为15 Ω,
额定电压为24 V。

定值电阻R=10 Ω、R=5 Ω,滑动变阻器R的最大阻值
12
为10 Ω。

为使灯泡正常工作,滑动变阻器接入电路的电阻应调节为(ꢀꢀ)
图甲
图乙
A.1 Ω
B.5 Ω
C.6 Ω
D.8 Ω
答案ꢀA
情境剖析ꢀ本题属于应用性题目,以“理想变压器模型”为素材创设学习探究类情境。

素养能力ꢀ本题通过变压器原理的应用很好地考查了考生的科学思维素养,对考生的理解能力和逻辑推理能力有一定要求。

4.(2018全国Ⅲ卷)一电阻接到方波交流电源上,在一个周期内产生的热量为Q;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Q。

该方正
电阻上电压的峰值均为u,周期均为T,如图所示。

则Q∶Q等于(ꢀꢀ)
0方正
A.1∶
B.∶1
C.1∶2
D.2∶1
答案ꢀD
情境剖析ꢀ本题属于基础性、应用性题目,以交流电源的图像为素材创设学习探究类情境。

素养能力ꢀ本题通过交变电流有效值的计算考查考生的科学思维素养,对考生的理解能力和逻辑推理能力有一定要求。

解答本题要注意求电阻发热时应使用交变电流的有效值。

5.(多选)(2020全国Ⅱ卷)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用了特高压输电技术。

假设从A处采用550 kV的超高压向B处输电,输电线上损耗的电功率为ΔP,到达B处时电压
下降了ΔU。

在保持A处输送的电功率和输电线电阻都不变的条件下,改用1 100 kV特高压输电,输电线上损耗的电功率变为ΔP',到达B处时电压下降了ΔU'。

不考虑其他因素的影响,则(ꢀꢀ)
答案ꢀAD
情境剖析ꢀ本题属于应用性题目,以“特高压输电技术”为素材创设生产科技类情境。

素养能力ꢀ本题通过高压输电情境考查考生的科学思维素养,对考生的理解能力和逻辑推理能力有较高要求。

高频考点能力突破
考点一
考法1ꢀ直流电路及其动态分析(M)ꢀ
规律方法ꢀ直流电路动态分析的3种常用方法方法1:程序法
方法2:结论法——“串反并同”
“串反”:指某一电阻增大(减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(增大)。

“并同”:指某一电阻增大(减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(减小)。

方法3:极限法
因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑片分别滑至两个极端,使电阻最大或电阻为零去讨论。

【典例1】(2020四川绵阳模拟)
如图所示,闭合开关S,将滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中(ꢀꢀ)
A.电流表A1的示数变小
B.电流表A2的示数变小
C.电压表V的示数变小
D.电阻R1的电功率变大
答案ꢀA
解析ꢀ程序法:当滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻变大,电路总电阻变大,根据闭合电路的欧姆定律可知,干路电
=E-Ir可知外电路两端的电流变小,选项A正确;由于干路电流变小,根据U
外
压变大,电阻R两端的电压U=IR变小,则并联部分电路两端的电压变大, 111
即电压表V的示数变大,通过电阻R的电流变大,即电流表A的示数变大,选
22
项B、C错误;根据P=I2R可知,电阻R不变,通过R的电流变小,则电阻R的
11111电功率变小,选项D错误。

结论法:根据“串反并同”,滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程,R变大,与之间接串联部分的电流、电压减小,R
的电功率变小,选项A正确、D错误;与
1
之并联部分的电流、电压变大,选项B、C错误。

解题指导ꢀ
审题
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滑动变阻器R的滑片
滑动变阻器接入电路的电阻变大,电路总电阻变大向右滑动的过程中
题图①电路结构:滑动变阻器右侧电阻被短路,变阻器R与R2并联后再与R串联;②电流表A测干路电流,电流表A测R所1122在支路电流,电压表测并联部分电压
破题本题考查闭合电路的动态分析,识别电路结构、明确各电表测量哪部分电路的物理量是解答本题的关键。

思考在典例1中,当滑动变阻器R的滑片向右滑动的过程中,电压表示数的变化量ΔU与电流表A示数的变化量ΔI的比值将会怎样变化?
11
(R1+r),变式得U=E-I1
提示ꢀ保持不变。

根据闭合电路欧姆定律得E=U+I
1
(R+r),即U-I关系图像中,图线斜率k=R+r,则=R+r,故保持不变。

1111
【类题演练
1.如图所示,电源电动势E,内电阻恒为r,R是定值电阻,热敏电阻R的阻值随】T
温度降低而增大,C是平行板电容器。

闭合开关S,带电液滴刚好静止在C内。

在温度降低的过程中,分别用ΔI、ΔU、ΔU和ΔU表示电流表、电压表1、
123
电压表2和电压表3示数变化量的绝对值。

关于该电路工作状态的变化,下列说法正确的是(ꢀꢀ)
C.带电液滴一定向下加速运动
D.电源的工作效率一定变大
答案ꢀD
带电液滴在平行板中受到向上的电场力和向下的重力处于平衡状态,在温度
阻值变大,回路中电流变小,路端电压增大,由于流过降低的过程,热敏电阻R
T
定值电阻R的电流变小,所以电阻R分的电压也就变小,而路端电压增大,故V
2读数增大,平行板间的电场强度也增大,导致带电液滴向上运动,故C错;
2.(多选)(2019江西九江联考)某电路如图所示,电源电动势为E、内阻为r,定值电阻分别为R、R,电位器(滑动变阻器)为R,L是小灯泡,电压表和电流121
表都为理想电表。

闭合开关,当电位器的触片滑向b端时,则下列说法正确的是(ꢀꢀ)
A.小灯泡L1将变亮
B.电压表的示数与电流表A1示数的比值将变大
C.电流表A1的示数将变大
D.电源的电功率将变大
答案ꢀACD
解析ꢀ当电位器的触片滑向b端时,电位器接入电路的电阻变小,外电路总电
的示数将变大,路端阻变小,由闭合电路欧姆定律知,总电流变大,电流表A
1
电压变小,通过R、R的电流变小,通过小灯泡L所在支路电流变大,小灯泡121
L将变亮,故A、C正确。

电压表的示数与电流表A示数的比值等于外电
11
路总电阻,可知该比值变小,故B错误。

总电流变大,由P=EI知,电源的电功率将变大,故D正确。

考法2闭合电路的图像问题(L)
规律方法闭合电路中几种常见图像的比较
【典例2】(多选)(2019湖北部分重点中学联考)硅光电池是一种太阳能电池,具有低碳环保的优点。

如图所示,图线a是该电池在某光照强度下路端电压U和电流I的关系图像(电池电动势不变,内阻不是常量),图线b是某电阻R的U-I图像,倾斜虚线是过a、b交点的a的切线。

在某光照强度下将它们组成闭合回路时,下列相关叙述正确的是()
A.此时硅光电池的内阻为12.5 Ω
B.此时硅光电池的输出功率为0.5 W
C.此时硅光电池的总功率为0.72 W
D.此时硅光电池的输出效率为40%
答案BC
思维点拨由闭合电路的欧姆定律和功率、效率的计算公式求解。

【类题演练
】
3.(多选)(2019江苏苏锡常镇四市模拟)如图甲所示,电源E=12 V,内阻不计,灯泡L的额定电压为9 V,其伏安特性曲线如图乙所示,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω。

则()
A.灯泡L的阻值随电流的增大而减小
B.灯泡L的额定功率为13.5 W
C.灯泡L消耗电功率的最小值是2 W
D.滑动变阻器接入电路的阻值应至少为6 Ω
答案BC
解析由I-U图像可知,图像的斜率为灯泡的电阻的倒数,所以灯泡的电阻随电流的增大而增大。

故A错误。

由图像可知,灯泡的电压U=9 V时,电流I=1.5 A,所以灯泡的额定功率为P=UI=13.5 W。

故B正确。

当R=10 Ω时,电流最小,灯泡消耗的电功率最小,如图所示。

4.(多选)在如图甲所示的电路中,电源的电动势为E,内阻为r,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,闭合开关S,在滑动变阻器的滑动触头P滑动的过程中,四个理想电表的示数都发生了变化。

图乙中三条图线分别表示了三个电压表示数的变化情况。

则下列说法正确的是()
A.图线a表示的是电压表V1的示数的变化情况
B.图线c表示的是电压表V2的示数的变化情况
C.此过程中电压表V示数的变化量ΔU和电流
11
表A示数的变化量ΔI的比值的绝对值变大
D.此过程中电压表V示数的变化量ΔU和电流表A示数的变化量ΔI的比值
33
的绝对值不变
答案BD
解析当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动的过程中,滑动变阻器接入电路的电阻增大,外电路总电阻增大,总电流减小,可知路端电压增大,即知电压表V示数增大,电压表V的示数减小,电压表V的示数增大,当滑动触头在123
最上方时,V示数为零,则知,图线a表示的是电压表V的示数随电流表示数33
的示数随电流表示数变化的情况。

变化的情况,图线c表示的是电压表V
2
考点二
考法1交变电流的产生及四值(L)
方法技巧解决交变电流的问题要注意以下几点
1.理解几个特殊位置的磁通量、磁通量的变化率、感应电动势及感应电流方向的特点。

(1)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)与中性面垂直时,S∥B,Φ=0,最大,e最大,i最大,电流方向不变。

2.区分交变电流的峰值、瞬时值、有效值和平均值。

3.确定交变电流中电动势、电压、电流的有效值后就可以运用直流电路的规律处理交流电路中的有关问题。

【典例3】(多选)(2020湖北七市联考)
如图甲为旋转电枢式交流发电机的原
理图,多匝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可变电阻R连接,与R并联的交流电压表为理想电表,当R=10 Ω时电压表示数是10 V。

已知线圈的内阻为r=5Ω,图乙是矩形线圈磁通量Φ随时间t变化的图像,则()
A.当可变电阻R=10 Ω时,其消耗的电功率为10 W
B.穿过线圈磁通量的最大值为Wb
C.R两端的电压u随时间t变化的规律是u=14.1sin 100πt(V)
D.调节可变电阻R的大小,其消耗的最大电功率可以达到11.25 W
答案AD
【类题演练
5.(多选)如图甲为小型交流发电机
】
的原理图,发电机的矩形线圈在匀
强磁场中绕垂直于磁场方向的轴
OO'匀速转动,从t=0时刻开始,
通过矩形线圈的磁通量随时间变化的规律如图乙所示,已知线圈的匝数n=50,线
圈的电阻r=5 Ω,线圈与外电路连接的定值电阻R=45 Ω,电压表为理想交流电表。

则下列判断正确的是()
A.线圈转动的周期为6.28 s
B.t=0时刻线圈平面与磁感线平行
C.线圈转动过程中产生的最大电动势为100V
D.电压表的示数为45V
答案BD
6.(2020天津市一中高三下学期第四次月考)如图所示,n匝矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小为B的水平匀强磁场中,线框面积为S,电阻不计。

线框绕垂直于磁场的轴OO'以角速度ω匀速转动,并与理想变压器原线圈相连,变压器副线圈接入一只额定电压为U的灯泡,灯泡正常发光。

从线圈平面与磁场平行开始计时,下列说法正确的是(
A.图示位置穿过线框的磁通量变化率最大
B.灯泡中的电流方向每秒改变次
C.变压器原、副线圈匝数之比为
D.线框中产生感应电动势的表达式e=nBSωcos ωt
答案D
考法2理想变压器、远距离输电问题(H ) 归纳总结
理想变压器以及原、副线圈基本量的关系没有能量损失(铜损、铁损),没有磁通量损失(磁通量全部集中在理想变压器铁芯中)
原线圈的输入功率等于副线圈的输出功率,P 入=P 出功率关系电压关系基
本原、副线圈的电压比等于匝数比,U ∶U =n ∶n ,与负载的多少无关1 2 1 2 只有一个副线圈时,I ∶I =n ∶n ;有多个副线圈时,由P =P ,即12 2 1 入出关电流关系
I U =I U +I U +…+I U ,得I n =I n +I n +…+I n 11 22 33 n n 11 22 33 n n
系f 1=f 2(变压器不改变交变电流的频率) 频率关系。