第1讲 直流电路与交流电路的分析

第1讲直流电路与交流电路的分析

“物理观念”构建

一、理清直流电路知识体系

二、正弦交变电流“四值”的理解与应用

三、理想变压器和远距离输电

1.明确变压器各物理量间的制约关系

2.明辨远距离输电过程的3个问题

(1)输电线上的电流：I＝P出

U出

＝

P出

U2。

(2)电压损耗：输电线路上I2＝I R＝I3，总电阻R导致的电压损耗U R＝U2－U3＝I R R。

输送电压一定时，用电器增多，则降压变压器的输出电流变大，输电线上的电流增大，电压损耗增大。

(3)输电线上损失的功率：P 损＝I 2

R 线＝⎝

⎛⎭⎪⎫P 出U 出2R 线＝U 2损R 线＝U 损I 。输电线上的损失功率必须与输电线上的电流和电压相对应，不要把输电线上的输电电压U 和输电

导线上损失的电压ΔU 相混淆，不能用公式P ＝U 2

R 计算输电线上损失的功率。

“科学思维”展示

一、两种物理思想

1.等效思想：等效电路、等效电源；

2.守恒思想：理想变压器的输入功率等于输出功率。

二、直流电路动态分析的常用方法

基本思路为“部分→整体→部分”。

直流电路的分析与计算

考向一 直流电路的动态分析

【典例1】 (2019·湖南湘东六校联考)如图1所示，电源电动势为E ，内阻为r 。电路中的R 2、R 3分别为总阻值一定的滑动变阻器，R 0为定值电阻，R 1为光敏电阻(其电阻随光照强度增大而减小)。当开关S 闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。有关下列说法中正确的是( )

图1

A.在只逐渐增大光照强度的过程中，电阻R 0消耗的电功率变大，电阻R 3中有向上的电流

B.只调节电阻R 3的滑动端P 2向上端移动的过程中，电源消耗的功率变大，电阻R 3中有向上的电流

C.只调节电阻R 2的滑动端P 1向下端移动的过程中，电压表示数变大，带电微粒向下运动

D.若断开开关S ，电容器所带电荷量变大，带电微粒向上运动

解析 在只逐渐增大光照强度的过程中，光敏电阻阻值减小，则通过电阻R 0的电流增大；根据热功率公式P ＝I 2R 可知电阻R 0消耗的电功率变大，电容器两端电压增大，电容器充电，电阻R 3中有向上的电流，选项A 正确；只调节电阻R 3的滑动端P 2向上端移动的过程中，电路总电阻不变，则电源输出电流不变，电源消耗的功率不变，选项B 错误；只调节电阻R 2的滑动端P 1向下端移动的过程中，电容器两端电压增大，电容器充电，带电微粒所受电场力增大，微粒向上运动；电源路端电压减小，电压表示数变小，选项C 错误；若断开开关S ，电容器放电，电容器所带电荷量变少，电容器两端电压减小，带电微粒所受电场力减小，带电微粒向下运动，选项D 错误。

答案 A

考向二 含电容器电路的分析与计算

【典例2】 (2016·全国卷Ⅱ，17)阻值相等的四个电阻、电容器C 及电池E (内阻可忽略)连接成如图2所示电路。开关S 断开且电流稳定时，C 所带的电荷量为Q 1；闭合开关S ，电流再次稳定后，C 所带的电荷量为Q 2。Q 1与Q 2的比值为( )

图2 A.25 B.12 C.35 D.23

解析 断开S 和闭合S 后等效电路分别如图甲、乙所示。根据串联电路的电压

与电阻成正比可得甲、乙两图中电容器两极板间的电压U 1＝15E ，U 2＝13

E ，C 所带的电荷量Q ＝CU ，则Q 1∶Q 2＝3∶5，选项C 正确。

答案 C

考向三闭合电路中的能量问题

【典例3】(2019·辽宁沈阳市一模)某同学将一闭合电路电源的总功率P E、输出功率P R和电源内部的发热功率P r随电流I变化的图线画在了同一坐标系中，如图3中的a、b、c所示，则下列判断正确的是()

图3

A.直线a表示电源内部的发热功率随电流I变化的图线

B.曲线b表示电源的总功率随电流I变化的图线

C.曲线c表示电源的输出功率随电流I变化的图线

D.电源的电动势E＝3 V，内电阻r＝2 Ω

解析由电源消耗总功率P E＝EI和电源内部消耗功率P r＝I2r，可知，a是直线，表示的是电源消耗的总功率P E；b是抛物线，表示的是电源内电阻上消耗的功率P r；c表示外电阻的功率即为电源的输出功率P R＝EI－I2r，所以选项A、B错误，C正确；由图可知，当短路时电流为2 A，总功率P E＝EI＝6 W，则解得电动势

E＝3 V，则内阻r＝E

I＝

3

2Ω＝1.5 Ω，故选项D错误。

答案 C

1.(2019·江苏苏州市期末)恒流源是一种特殊的电源，其输出的电流能始终保持不变，如图4所示的电路中电源是恒流源，当滑动变阻器滑动触头P向右移动时，下列说法中正确的是()

图4

A.R0上的电压变小

B.R2上的电压变大

C.R1上的电压变小

D.R1上电压变化量大于R0上的电压变化

量

解析 当滑动变阻器滑动触头P 由图示位置向右移动时，滑动变阻器R 0接入电路的电阻减小，则总电阻也减小，而电源输出电流不变，由欧姆定律可知，并联部分电压减小，所以R 2上的电压变小，R 2是定值电阻，所以通过R 2的电流减小，总电流不变，则通过R 1电流增大，所以R 1的电压变大，则R 0上的电压变小，故选项A 正确，B 、C 错误；R 1的电压变大，R 0上的电压变小，R 1和R 0的电压之和减小，则R 1上电压变化量小于R 0上的电压变化量，选项D 错误。 答案 A

2.(2019·江苏卷，3)如图5所示的电路中，电阻R ＝2 Ω。断开S 后，电压表的读数为3 V ；闭合S 后，电压表的读数为2 V ，则电源的内阻r 为( )

图5

A.1 Ω

B.2 Ω

C.3 Ω

D.4 Ω

解析 当S 断开后，电压表读数为U ＝3 V ，

则电动势E ＝3 V

当S 闭合后，由闭合电路欧姆定律知

E ＝U ′＋Ir ，且I ＝U ′R

整理得电源内阻r ＝

（E －U ′）R U ′

＝1 Ω，选项A 正确。 答案 A

3.(2019·4月浙江选考，8)电动机与小电珠串联接入电路，电动机正常工作时，小电珠的电阻为R 1，两端电压为U 1，流过的电流为I 1；电动机的内电阻为R 2，两端电压为U 2，流过的电流为I 2。则( )

A.I 1＜I 2

B.U 1U 2＞R 1R 2

C.U 1U 2＝R 1R 2

D.U 1U 2＜R 1R 2 解析 电动机和小电珠串联接入电路，故I 1＝I 2，A 错误；电动机是非纯电阻用