高考物理二轮复习 直流电路与交流电路专题复习教案

直流电路与交流电路专题复习
一、直流电路的动态分析与计算
1、纯电阻直流电路动态分析
例题：（2011年海南）如图，E 为内阻不能忽略的电池，R 1、R 2、R 3为定值电阻，S 0、S 为开关，V 与A 分别为电压表与电流表。

初始时S 0与S 均闭合，现将S 断开，则（ ）
A 、○V 的读数变大，○A 的读数变小
B 、○V 的读数变大，○A 的读数变大
C 、○V 的读数变小，○A 的读数变小
D 、○V 的读数变小，○A 的读数变大
解析：S 开，相当于电阻变大，总电流减小，故端电压增大，
○V 的读数变大，把R 1归为内阻，则R 3中的电压也增大，R 3中的电流也增大，R 3中的电压也增大，故正确答案为B 。

点评：当直流电路电路中的某一个电阻或某一段电路中的电阻的阻值发生变化，从而引起整个电路的电流、电压、电功率发生变化；分析方法是以电路的串并联知识和闭合电路欧姆定律为基础；基本思路和步骤是：从局部到整体再到局部，电阻变化分析是基础，干路电流分析是核心，内外电路电压变化是关键。

此类问题常表现在电路故障分析，滑动变阻器的触头移动和电路中的开关断开与闭合等所引起的电路变化问题。

针对练习1（2009年广东理科基础）如图所示是一实验电路图．在滑动触头由a 端滑向b 端的过程中，下列表述正确的是（ ）
A ．路端电压变小
B ．电流表的示数变大
C ．电源内阻消耗的功率变小
D ．电路的总电阻变大
解析：当滑片向b 端滑动时，接入电路中的电阻减少，使得总电阻减
小D 错。

根据总
R E I =，可知总电流在增加，根据闭合电路中的欧姆定律有外U Ir E +=，可知路端电压在减小，A 对。

流过电流表的示数为3R U I 外=
，可知电流在减小，B 错。

根据r I P 2
=,可知内阻消耗的功率在增大，C 错。

针对练习2(2001年上海)如图所示的电路中，闭合电键，灯L 1、L 2正常发光，由于电路出现故障，
突然发现灯L 1变亮，灯L 2变暗，电流表的读数变小，根据分析，发生的故障可能是（A ）
（A ）R 1断路 （B ）R 2断路
（C ）R 3短路 （D ）R 4短路
解析：首先应对电路进行标准化，如图所示为其标准化后的电路。

当R 1断路时，总电阻增大，所以通过电源的总电流减小，灯L 2变暗，
电流表的读数变小，而路端电压增大，所以L 1两端电压增大，灯L 1变
亮，所以A 选项正确。

当R 2断路时，总电阻增大，所以通过电源的总
电流减小，灯L 1变暗，而路端电压增大，所以L 2两端电压增大，灯L 2
变亮，所以B 选项不正确。

当R 3短路时，总电阻减小，所以通过电源
的总电流增大，灯L 1变亮，而路端电压减小，所以L 2两端电压减小，灯L 2变暗，因为总电流增加，而通过L 2的电流减小，电流表的读数变大，所以C 选项不正确。

当R 4短路时，总电阻减小，所以通过电源的总电流增大，灯L 1变亮，而路端电压减小，所以L 2两端电压减小，灯L 2变暗，因为总电流增加，而通过L 2的电流减小，电流表的读数变大，所以D 选项不正确。

2、含电容器的直流电路分析
例题：一平行板电容器C ，极板是水平放置的，它和三个可变电阻及电源联接成如图所示的电路.今有一质量为m 的带电油滴悬浮在两极板之间静止不动.要使油滴上升，可采用的办法是（ ）
A.增大R 1
B.增大R 2
C.增大R 3
D.减小R 2
解析：要使油滴上升，就需要增大电场力，因为F 电=Uq/d ，d 和q
都不变，故应使其两端U 增大，所以可选择增大R 3或减小R 2
点评：此题为直流电路中的含容电路问题，解题的基本思路是：要正确画出等效电路，确定电容器两极间的电压是关键。

要领是：当电路稳定后，由于电容器所在的支路无电流，故电容器两极间的电压等于与之相并联的支路上的电压。

当电路中电流，电压变化时，会引起电容器充、放电，从而改变电容器两极间的电压和电容器所带的电荷量。

针对练习（2009年江苏物理）在如图所示的闪光灯电路中，电源的电动势为E ，电容器的电容为C 。

当闪光灯两端电压达到击穿电压U 时，闪光灯才有电流通过并发光，正常工作时，闪光灯周期性短暂闪光，则可以判定
A ．电源的电动势E 一定小于击穿电压U
B ．电容器所带的最大电荷量一定为CE
C ．闪光灯闪光时，电容器所带的电荷量一定增大
A R 1 L 1 L 2 R R R
D ．在一个闪光周期内，通过电阻R 的电荷量与通过闪光灯的电荷量一定相等
解析：分析此题时理解此电路的工作过程是解决本题的关键。

电容器两端的电压与闪光灯两端的电压相等，当电源给电容器充电，达到闪光灯击穿电压U 时，闪光灯被击穿，电容器放电，放电后闪光灯两端电压小于U ，断路，电源再次给电容器充电，达到电压U 时，闪光灯又被击穿，电容器放电，如此周期性充放电，使得闪光灯周期性短暂闪光。

要使得充电后达到电压U ，则电源电动势一定大于等于U ，A 项错误；电容器两端的最大电压为U ，故电容器所带的最大电荷量为CU ，B 项错误；闪光灯闪光时电容器放电，所带电荷量减少，C 项错误；充电时电荷通过R ，通过闪光灯放电，故充放电过程中通过电阻R 的电荷量与通过闪光灯的电荷量一定相等，D 项正确。

3、直流电路的计算
例题：（2008宁夏卷）一个T 型电路如图所示，电路中的电
110R =Ω, 23120,40R R =Ω=Ω.另有一测试电源，电动势 为100V ，内阻忽略不计。

则
A 、当cd 端短路时，ab 之间的等效电阻是40Ω
B 、当ab 端短路时，cd 之间的等效电阻是40Ω
C 、当ab 两端接通测试电源时， cd 两端的电压为80 V
D 、当cd 两端接通测试电源时， ab 两端的电压为80 V
解析：本题考查电路的串并联知识。

当cd 端短路时，R 2与R 3并联电阻为30Ω后与R 1串联，ab 间等效电阻为40Ω，A 对；若ab 端短路时，R 1与R 2并联电阻为8Ω后与R 3串联，cd 间等效电阻为128
Ω，B 错；但ab 两端接通测试电源时，电阻R 2未接入电路，cd 两端的电压即为R 3的电压，为U cd = 4050
×100V=80V ，C 对；但cd 两端接通测试电源时，电阻R 1未接入电路，ab 两端电压即为R 3的电压，为
U ab = 40160
×100V=25V ，D 错。

正确答案为AC 。

点评：直流电路的计算则要掌握串联的分压、并联的分流及串并联电路的规律，正确运用闭合电路欧姆定律，区分外电压和电动势，明确各种功率．
针对练习：（2010年四川卷）如图所示，电源电动势015E V =。

内阻01r =Ω，电阻1230,60R R =Ω=Ω。

间距0.2d m =的两平行金属板水平放置，板间分布有垂直于纸面向里、磁感应强度1B T =的匀强磁场。

闭合开关S ，板间电场视为匀强电
场，将一带正电的小球以初速度0.1/m s υ=沿两板间中线水平
射入板间。

设滑动变阻器接入电路的阻值为Rx ，忽略空气对小
球的作用，取210/g m s =。

（1）当R x =29Ω时，电阻2R 消耗的电功率是多大？
（2）若小球进入板间做匀速圆周运动并与板相碰，碰时速度与初速度的夹角为60︒，则R x 是多少？
解析：⑴闭合电路的外电阻为
4960306030292121=+⨯+=++=R R R R R R x Ω 根据闭合电路的欧姆定律
3.014915=+=+=r R E I A R 2两端的电压为 6303.015)(2=⨯-=+-=r R I E U x V
R 2消耗的功率为 6.06062
2222===R U P W
⑵小球进入电磁场做匀速圆周运动，说明重力和电场力等大反向，洛仑兹力提供向心力，根据牛顿第二定律
R v m Bqv 2= mg q d U =2， 由以上两式化简得
v BRdg U =2 小球做匀速圆周运动的初末速的夹角等于圆心角为60°，根据几何关系得d R =
由以上各式代入数据得
41.01004.0122=⨯⨯==v g Bd U V 干路电流为2.0204122===R U I A
5412.04152=--=--=r I U E R x Ω
4、非纯电阻直流电路分析
例题：如图所示，直流电动机线圈的电阻为R ，电源内阻为r ，当该电动机正常工作时，电源路端电压为U ，通过电动机的电流为I ，则 （ ）
A 、电动机内部发热功率为I 2
R B 、电动机的机械功率为IU
C 、电源电动势为I （R+r ）
D 、电源的输出功率为IU+I 2R
解析：电动机内部发热功率为I 2R ，选项A 正确；电动机的输入功率为IU ，电动机的机械功率为IU- I 2R ，选项B 错误；电源电动势等于U+Ir ，选项C 错误；电源的输出功率为IU ，选项D 错误。

点评：非纯电阻电路是指电路中含有电动机、电解槽等装置。

其特点是电路中消耗的电能(W=TUt )绝大部分转化为其它形式的能(如电流通过电动机。

电动机转动，电能转化为机械能)。

另一小部分不可避免地转化为内能(Q=I 2Rt)，也就是说电功大于电热(W>Q)。

即IUt>I 2Rt 。

因此，在分析非纯电阻
电路的问题要从能量守恒入手，即：W=Q+E 其它
针对练习：如图所示的电路中，电炉电阻R=10 Ω，电动机线圈的电阻r=1Ω,电路两端电压U=100V ，电流表的示数为30A ，问通过电动机的电流强度为多少？通电一分
钟，电动机做的有用功为多少？
解析：图中的两个支路分别为纯电阻电路（电炉）和非纯电阻电路（电动机）.
在纯电阻电路中可运用欧姆定律直接求出电流强度，而非纯电阻电路
中的电流强度只能运用干路和支路中电流强度的关系求出.
在非纯电阻电路中，电功大于电热，两者的差值才是有用功.
根据欧姆定律，通过电炉的电流强度为：
.
根据并联电路中的干路电流和支路电流的关系，通过电动机的电流为：
I 2=30A-I 1=20 A.
电动机的总功率为：
P=UI 2=100×20W=2×103W.
因发热而损耗的功率为：
P ′=I 22r=0.4×103 W,
电动机的有用功率（机械功率）为：
P ″=P-P ′=1.6×103 W,
电动机通电1min 做的有用功为：
W=P ″t=1.6×103×60J=9.6×104 J.
二、交流电与变压器电路分析
1、交流电的产生及描述
例题：（10广东卷）图7是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的（ BC ）
A 、周期是0.01S
B 、最大值是311V
C 、有效值是220V
D 、表达式为U=220sin100πt （V ）
解析：由图知：最大值U m =311V 有效值V U U m 2202==
周期
T=0.02s 表达式)(100sin 311V t u π= 选BC 。

点评：本题考查了考生对正弦交流电的瞬时值、最大值、有效值有，平均值“四值”的理解及交流电的函数表达式、图象表示法的应用，要求考生能利用函数关系式或图象求解涉及交流电的“四值”问题，解题时要特别注意交流电“四值”适用的条件。

针对练习:（2011天津）在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如左图所示，产生的交变电动势的图象如右图所示，则 （ B ）
A 、t =0.005s 时线框的磁通量变化率为零
B 、t =0.01s 时线框平面与中性面重合
C 、线框产生的交变电动势有效值为311V
D 、线框产生的交变电动势的频率为100Hz
解析：交变电流知识的考查。

由图2可知，该交
变电动势瞬时值的表达式为t e π100sin 311=。

当t =0.005s 时，瞬时值e =311V ，此时磁通量变化率最大，A 错；同理当t =0.01s 时，e =0V ，此时线框处于中性面位置，磁通量最大，磁通量的变化率为零，B 正确；对于正弦交变电流其有效值为E max /2，题给电动势的有效值为220V ，C 错；交变电流的频率为f =1/T =ω/2π=50Hz ，D 错。

2、变压器规律及变压器电路分析
例题一：（2011全国理综）如图，一理想变压器原副线圈的匝数比为1：2；副线圈电路中接有灯泡，灯泡的额定电压为220V ，额定功率为22W ；原线圈电路中接有电压表和电流表。

现闭合开关，灯泡正常发光。

若用U 和I 分别表示此时电压表和电流表的读数，则（A ）
解析：主要考查理想变压器原副线圈电压、电流与匝数的关系。

U 2=220V ，根据U 1：U 2=n 1:n 2得，U 1=110V 。

I 2=P/U 2=0.1A ，根据I 1：I 2= n 2：
n 1得I 1=0.2A 。

所以正确答案是A 。

点评：此题考查了理想变压器基本公式的应用，解决此类问题的关键是弄清楚理想变压器中各物理量之间的联系及相互制约关系，即：输出电压由输入电压和匝数比决定；输出电流由输出电压和负载电阻决定；输入电流由输出电流和匝数比决定；输入电功率由输出电功率决定，其中原副线圈的匝数比为联系的桥梁。

理想变压器的两个基本公式是：⑴ 2
121n n U U =，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。

⑵P 1=P 2，即无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功
率之和。

只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有2211I U I U =，1221n n I I =。

例题二：（2011山东）为保证用户电压稳定在220V ，变电所需适时进行调压，图甲为变压器示意图。

保持输入电压1u 不变，当滑动接头P 上下移动时可改变输出电压。

某此检测得到用户电压2u 随时间t 变化的曲线如图乙所示。

以下正确的是 （ ）
A 、V t u )50sin(21902π=
B 、V t u )100sin(21902π=
C 、为使用户电压稳定在220V ，应将P 适当下移
D 、为使用户电压稳定在220V ，应将P 适当上移
解析：由电压2u 随时间t 变化的曲线可知，用户电压的最大值是V 2190，周期是s 2102-⨯，
所以V t u )100sin(21902π=，A 错误，B 正确；根据2
121U U n n =，1n 减小，2u 增大，因此为使用户电压稳定在220V ，应将P 适当上移，C 错误，D 正确。

点评：与变压器有关的交流电路分静态与动态两种电路，对于动态电路有两种情况：一是负载电阻不变，原副线圈电压、电流、功率随匝数比变化而变化；二是匝数比不变，原副线圈电压、电流、功率随负载变化而变化。

解题时可以借助直流电路的动态分析方法去解决，但须注意各变量之间的相互制约关系。

针对练习：（2011福建）图甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n 1:n 2=5:1，电阻R=20 Ω，L 1、L 2为规格相同的两只小灯泡，S 1为单刀双掷开关。

原线圈接正弦交变电
源，输入电压u 随时间t 的变化关系如图所示。

现将S 1接1、S 2闭合，
此时L 2正常发光。

下列说法正确的是（ ）
A 、输入电压u 的表达式u=202sin(50π)V
B 、只断开S 1后，L 1、L 2均正常发光
C 、只断开S 2后，原线圈的输入功率增大
D 、若S 1换接到2后，R 消耗的电功率为0.8W
解析：些题考查变压器和电路动态变化等知识点。

由输入电压u 随时间t 的变化关系图象可知，交变电流周期为0.02s ，输入电压u 的表达式tV u π100sin 220=选项A 错误，只断开S 1后，L 1、L 2均不能发光，选项B 错误，只断开S 2后，灯泡L 1、L 2串联接入电路，变压器输出电流变小，原线圈的
输入功率减小，选项C 错误，若S 1换接到2后，变压器输出电压U=4V ，R 中电流为I=0.2A ，R 消耗的电功率为P=UI=0.8W ，选项D 正确
3、远距离输送电能
例题：（2009年山东卷）某小型水电站的电能输送示意图如下。

发电机的输出电压为200V ，输电线总电阻为r ，升压变压器原副线圈匝数分别为n ，n 2。

降压变压器原副线匝数分别为n 3、n 4（变压器均为理想变压器）。

要使额定电压为220V 的用电器正常工作，则（ AD ）
A 、3214
n n n n > B 、
3214n n n n < C 、升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压
D 、升压变压器的输出功率大于降压变压器的输入功率
解析：根据变压器工作原理可知221220U n n =,220
343U n n =，由于输电线上损失一部分电压，升压变压器的输出电压大于降压变压器的输入电压，有32U U ，所以
4312n n n n ，A 正确，BC 不正确。

升压变压器的输出功率等于降压变压器的输入功率加上输电线损失功率，D 正确。

点评：在分析远距离输送电能的试题时，关键是要画好输送电能的示意图，包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻，并按照规范在图中标出相应的物理量符号．同时，求解过程中要注意相应的制约关系，及各级输电线路之间电压、电流、电功率、电能之间内在联系。

对此题而言，从图中可以看出功率之间的关系是：P 1=P 2，P 3=P 4，P 1/
=P r =P 2。

电压之间的关系是：2121n n U U =，4
343n n U U =，32U U U r +=。

电流之间的关系是：1221n n I I =，3443n n I I =，32I I I r ==。

远距离输送电能过程中，一般来说输电线上有电能损失，而计算输电线路上的电功率损失时用
r I P r 22=，r I U r 2=，而不用r U P r r 2
=。

特别要注意的是要结合电阻定律计算输电线上的功率损失s
U s l U P P r 222211)(∝=ρ。

针对练习：（2009年海南物理）一台发电机最大输出功率为4000kW,电压为4000V ，经变压器T 1升压后向远方输电。

输电线路总电阻R=1k Ω。

到目的地经变压器T 2降压，负载为多个正常发光的灯
泡（220V、60W）。

若在输电线路上消耗的功率为发电机输出功率的10%,变压器T1和T2的耗损可忽略，发电机处于满负荷工作状态，则（ABD ）
A、T1原、副线圈电流分别为103A和20A
B、T2原、副线圈电压分别为1.8×105V和220V
C、T1和T2的变压比分别为1：50和40：1
D、有6×104盏灯泡（220V、60W）
解析：输电线路上消耗的功率为P＝400kW＝I2R可知输电线上电流为I2＝20A，根据原线圈P1＝U1I1，可知I1＝103A，A对，T1的变压比为I2：I1＝1：50；根据P＝U2I2，可知U2＝2×105V，输电线上电压U线＝I2R＝20000V，则副线圈输入电压为U3＝U2－U线＝1.8×105V，又灯泡正常发光、副线圈电压为220V，B对，T2的变压比为U3：220，C错；根据U3I2＝60n，解得n＝6×104，D对。