专题08 恒定电流和交变电流-2014年高考物理考纲解读及热点难点试题演练 Word版含解析

(1)直流电路的功率、焦耳定律及伏安特性曲线．
(2)直流电路的动态分析(这个考点对新课标卷来讲近几年是冷考点，应该重视；其他省份一般都是热考点)．
(3)交变电流的产生图象和函数表达式．
(4)交变电流的四值：有效值、最大值、瞬时值和平均值．
(5)理想变压器的原理及应用．
【命题趋势】
一、直流电路的动态分析
1.直流电路的动态变化分析在高考中是以选择题形式考查的，往往以下列变化方式探究整个电路中的电流、电压变化情况：
(1)某支路的滑动变阻器的阻值变化;
(2)某支路开关闭合或断开;
(3)热敏电阻或光敏电阻的阻值变化。
2.闭合电路的动态分析方法
(1)程序法：闭合电路中，由于局部电阻变化(或开关的通断)，引起各部分电压、电流(或灯泡明暗)发生变化，分析此类问题的基本步骤是：
①由局部电阻变化判断总电阻的变化;
②由I=判断总电流的变化;
③据U=E-Ir判断路端电压的变化;
④由欧姆定律及串并联电路特点判断各部分电流、电压变化。
(2)极限法：即因变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将变阻器的阻值分别取两个极端去讨论。
(3)特殊值法：对于某些电路问题，可以采取代入特殊值法判定，从而得出结论。
【规律方法】闭合电路动态分析的两种方法。
(1)程序分析法：
R局I总U内U外I支U支
(2)利用结论法：“串反并同”法
所谓“串反”即一电阻增大(减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压都减小(增大);所谓“并同”即某一电阻增大(减小)时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压都增大(减小)。
二、交变电流的产生及描述
该热点常以选择题形式考查，主要考查交流电的两种表达式、函数表示法与图象表示法及交流电的有效值、最大值等基本知识。命题主要从以下两方面进行：(1)交流电的产生、图象、公式及相关物理量;(2)与变压器知识进行综合考查。
　(中性面)
正、余弦交流电的有效值 E= 电表的读数及计算电热、电功及保险丝的熔断电流平均值 计算通过导体的电荷量
【方法思路】交变电流瞬时值表达式的基本书写思路
(1)确定正、余弦交流电的峰值，根据已知图象或公式Em=NBSω，求出相应最大值。
(2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。
①线圈从中性面开始计时，e=Emsin ωt。
②线圈从垂直于中性面开始计时，e=Emcos ωt。
三、变压器问题的分析与计算
该知识点常以选择题的形式出现在高考题中，命题思路大致有以下两种：(1)多数题目与交变电流的图象、表达式等知识结合进行考查;(2)变压器与远距离输电知识综合考查。
1.理想变压器的基本关系式
(1)功率关系：P入=P出。
(2)电压关系：。
若n1>n2，为降压变压器;若n1(3)电流关系：只有一个副线圈时，;
有多个副线圈时，U1I1=U2I2+U3I3+…+UnIn。
2.原、副线圈中各量的因果关系
(1)电压关系：U1决定U2。
(2)电流关系：I2决定I1。
(3)功率关系：P2决定P1。
【方法规律】理想变压器的动态分析技巧：
(1)由题意弄清变量与不变量。如：原线圈电压不变，原、副线圈的匝数比不变，其他物理量可能随电路的变化而发生变化。
(2)弄清动态变化过程中的决定关系：U1决定U2，P1、I1由P2、I2决定。
(3)基本思路及方法：
①由分析U2变化情况。
②由I2=分析I2的变化情况。
③P1=P2=I2U2判断输入功率。
④由P1=I1U1分析I1的变化情况。
【误区警示】不明确电流和功率变化的决定因素
(1)变压器的输出电流I2决定输入电流I1，如当负载电阻R减小时，I2增大，则I1相应增大。
(2)输出功率P2决定输入功率P1，对于理想变压器P1=P2，在输入电压U1一定的情况下，当负载电阻R减小时，I2增大，变压器的输出功率P2=I2U2增大，则输入功率P1也将增大。
考点1、直流电路中的电功、电热及动态分析
【例1】 如图4－8－4所示为一直流电路，
电源内阻不能忽略，但R0大于电源内阻，滑动变阻器的最大阻值小于R，当滑动变阻器滑片P从滑动变阻器的最右端滑向最左端的过程中，下列说法正确的是(　　)．
A．电压表的示数一直增大
B．电流表的示数一直增大
C．电阻R0消耗的功率一直增大
D．电源的输出功率一直增大
【特别提醒】电路动态分析的一般步骤
(1)明确局部电路变化时所引起的局部电路电阻的变化．
(2)根据局部电路电阻的变化，确定电路的外电阻R外总如何变化．
(3)根据闭合电路欧姆定律I总＝，确定电路的总电流如何变化．
(4)由U内＝I总r确定电源的内电压如何变化．　　　　　　　　　　
(5)由UU＝E－U内确定路端电压如何变化．
(6)确定支路两端的电压及通过各支路的电流如何变化．
【变式探究】 如图4－8－5所示是测定小灯泡伏安特性的电路图，
电源电动势为E，内阻不计，两电表可看做理想电表，那么下列说法中正确的是(　　)．
A．闭合电键前滑动变阻器的滑片应滑到最右端
B．该电路中的滑动变阻器采用的是限流式接法
C．将滑动变阻器的滑片向右滑动时，小灯泡变亮
D．将滑动变阻器的滑片向右滑动时，小灯泡变暗
考点2、交变电流的产生及描述
【例2】 (2013·山东卷，17)图4－8－7甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表．线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示．以下判断正确的是(　　)．
A．电流表的示数为10 A
B．线圈转动的角速度为50 π rad/s
C．0.01 s时线圈平面与磁场方向平行
D．0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左
【变式探究】
交流电的产生及“四值”的应用
所示的正方形线框abcd边长为L，每边电阻均为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕cd轴以角速度ω匀速转动，c、d两点与外电路相连，外电路中连接一定值电阻r，则下列说法中正确的是(　　)．
A．此线圈产生的电流为恒定电流
B．此线圈产生的电流为交变电流
C．当S断开时，电压表的示数为BωL2
D．当S闭合时，电流表的示数为
考点3、理想变压器及远距离输电
1.变压器的基本规律
2．输电过程功率的关系
P出＝P损＋P用　I＝
　
【例3】 (2013·广东卷，16)如图4－8－10，理想变压器原、副线圈匝数比n1∶n2＝2∶1，和均为理想电表，灯泡电阻RL＝6 Ω，AB端电压u1＝12sin 100πt (V)，下列说法正确的是(　　)．
图4－8－10
A．电流频率为100 Hz
B.的读数为24 V
C.的读数为0.5 A
D．变压器输入功率为6 W
【特别提醒】
分析变压器问题时的两个易错点
1．对副线圈电压的决定因素分辨不清
误认为负载阻值变化，副线圈电压也随之变化，实际上输入电压U1决定输出电压U2，这是因为输出电压U2＝U1，若U1不变，不论负载电阻R变化与否，U2都不会改变．　
2．不明确电流和功率变化的决定因素
(1)变压器的输出电流I2决定输入电流I1，如当负载电阻R减小时，I2增大，则I1相应增大．
(2)输出功率P2决定输入功率P1，对于理想变压器P1＝P2，在输入电压U1一定的情况下，当负载电阻R减小时，I2增大，变压器的输出功率P2＝I2U2增大，则输入功率P1也将增大．
【变式探究】 如图4－8－11所示，
一理想变压器的原线圈匝数n1＝1 000匝，副线圈匝数n2＝200匝，电阻R＝88 Ω.原线圈接入一电压u＝220sin 100πt(V)的交流电源，电压表和电流表对电路的影响可忽略不计，则(　　)．
A．t＝1 s的时刻，电压表的示数为0
B．电流表的示数为2.5 A
C．变压器的输入功率为22 W
D．副线圈交变电流的频率是100π Hz
等效法是把复杂的物理现象、物理过程转化为简单的物理现象、物理过程来研究和处理的一种思维方法．
常见的等效类型有：
(1)物理量的等效：如等效电阻、等效电源、等效长度、等效力等．
(2)过程的等效：如平抛运动可等效为水平方向的匀速直线运动和竖直方向上的自由落体运动等．
【解题思路】
(1)分析所研究的问题是否属于等效问题．
(2)确定该问题属于哪一类等效问题．
(3)分析问题等效后的求解思路．
【例1】 如图4－8－14所示，
R1为定值电阻，R2为可变电阻，E为电源电动势，r为电源内电阻，以下说法中正确的是(　　)．
A．当R2＝R1＋r时，R2上获得最大功率
B．当R2＝R1＋r时，R1上获得最大功率
C．当R2＝0时，R1上获得最大功率
D．当R2＝0时，电源的输出功率最大
【例2】 如图4－8－15所示，
M1N1与M2N2是位于同一水平面内的两条平行金属导轨，一个半径为L的半圆形硬导体ef和金属杆ab均与导轨垂直且可在导轨上无摩擦滑动，金属杆ab上有一电压表(其电阻为R0)，半圆形硬导体ef的电阻为r，其余电阻不计，则下列说法正确的是(　　)．
A．若ab固定、ef以速度v滑动时，电压表读数为
B．若ab固定、ef以速度v滑动时，ef两点间电压为
C．当ab、ef以相同的速度v同向滑动时，电压表读数为零
D．当ab、ef以大小相同的速度v反向滑动时，电压表读数为
　　　　　　　　　　
【变式探究】 如图4－8－16所示，
在一磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场中，垂直于磁场方向水平放置着两根相距d＝0.1 m的平行金属导轨MN和PQ，导轨电阻忽略不计，在两根导轨的端点N、Q之间连接一阻值R＝0.3 Ω的电阻，导轨上跨放着一根长为L＝0．2 m、每米长电阻为r＝2.0 Ω 的金属棒ab，ab与导轨正交放置，交点为c、d.当金属棒以速度v＝4.0 m/s向右做匀速运动时，试求
(1)金属棒ab两端点的电势差；
(2)维持ab棒做匀速运动的水平外力F的大小．
1．(2013·福建卷，15)如图4－8－17所示，实验室一台手摇交流发电机，内阻r＝1.0 Ω，外接R＝9.0 Ω的电阻．闭合开关S，当发电机转子以某一转速匀速转动时，产生的电动势e＝10sin 10πt (V)，则(　　)．
A．该交变电流的频率为10 Hz
B．该电动势的有效值为10 V
C．外接电阻R所消耗的电功率为10 W
D．电路中理想交流电流表的示数为1.0 A
2．(2013·天津卷，4)普通的交流电流表不能直接接在高压输电线路上测量电流，通常要通过电流互感器来连接，图4－8－18 中电流互感器ab一侧线圈的匝数较少，工作时电流为Iab，cd一侧线圈的匝数较多，工作时电流为Icd，为了使电流表能正常工作，则(　　)．
A．ab接MN、cd接PQ，Iab＜Icd
B．ab接MN、cd接PQ，Iab＞Icd
C．ab接PQ、cd接MN，Iab＜Icd
D．ab接PQ、cd接MN，Iab＞Icd
3．(2013·江苏卷，4)在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图4－8－19所示．M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端电压U增大，装置发出警报，此时(　　)．
A．RM变大，且R越大，U增大越明显
B．RM变大，且R越小，U增大越明显
C．RM变小，且R越大，U增大越明显
D．RM变小，且R越小，U增大越明显
4．(2013·四川卷，2)用220 V的正弦交流电通过理想变压器对一负载供电，变压器输出电压是110 V，通过负载的电流图象如图4－8－20所示，则(　　)．
A．变压器输入功率约为3.9 W
B．输出电压的最大值是110 V
C．变压器原、副线圈匝数比是1∶2
D．负载电流的函数表达式i＝0.05 sin(100 πt＋)A
5．在如图4－8－21所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，平行板电容器C的两金属板水平放置，R1和R2为定值电阻，P为滑动变阻器R的滑动触头，G为灵敏电流表，A为理想电流表．开关S闭合后，C的两板间恰好有一质量为m、电荷量为q的油滴处于静止状态．在P向上移动的过程中，下列说法正确的是(　　)．
A．A表的示数变大
B．油滴向上加速运动
C．G中有a→b的电流
D．电源的输出功率一定变大
6．如图4－8－22所示，一个理想变压器，初级线圈的匝数为n1，a、b接交流电源，次级线圈匝数为n2，与负载电阻R相连接，R＝40 Ω.图中电压表的示数为100 V，初级线圈的电流为0.4 A．下列说法正确的是(　　)．
图4－8－22
A．次级线圈中的电流的最大值为1 A
B．初级和次级线圈的匝数比n1∶n2＝2∶5
C．如果将另一个阻值为R的电阻与负载电阻并联，图中电流表的示数为2 A
D．如果将另一个阻值为R的电阻与负载电阻串联，变压器消耗的电功率是80 W
7．如图4－8－23所示，
一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动，从O向O′观察，线圈沿逆时针方向转动．已知匀强磁场的磁感应强度为B，线圈匝数为n，边长为l，电阻为R，转动的角速度为ω.则线圈转至图示位置时(　　)．
UA.线圈中感应电流的方向为abcda
B．线圈中的感应电流为
C．穿过线圈的磁通量为0
D．穿过线圈磁通量的变化率为0
8．现用电压为380 V的正弦式交流电给额定电压为220 V的电灯供电，以下电路中可能使电灯正常发光的有(　　)．
9．如图4－8－24所示为远距离输送交流电的系统示意图，变压器均为理想变压器．随着用户负载增多，发电机F达到额定功率时，降压变压器输出功率仍然不足，用户的用电器不能正常工作．那么，在发电机以额定功率工作的情况下，为了适当提高用户的用电功率，可采取的措施是(　　)．
A．适当减小输电线的电阻r
B．适当提高
C．适当提高的同时，降低
D．适当降低的同时，提高
10．如图4－8－25所示是通过街头变压器降压给用户供电的示意图．输入电压是市区电网的电压，负载变化时输入电压不会有大的波动．输出电压通过输电线输送给用户，每条输电线总电阻用R0表示．当负载增加时，则(　　)．
A．电压表的读数减小
B．电流表的读数减小
C．电流表的读数减小
D．电压表、的读数之差增大
11．如图4－8－26为理想变压器原线圈所接正弦交流电源两端的u－t图象．原、副线圈匝数比n1∶n2＝10∶1.若串联在原线圈电路中交流电流表的示数为1 A，则(　　)．
A．变压器原线圈所接交流电压的有效值为220 V
B．变压器输出端所接电压表的示数为22 V
C．变压器输出端交变电流的频率为50 Hz
D．变压器的输出功率为220 W
12．如图4－8－27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ω转动，下列判断正确的是(　　)．
A．两电压表的示数之比为U1∶U2＝n1∶n2
B．电压表V1示数等于NBωL2
C．当可变电阻R的滑片P向上滑动时，电压表V2的示数变大
D．变压器的输入功率与输出功率之比为1∶1