2025高考物理二轮复习专题四-电路和电磁感应-第9讲 恒定电流和交变电流 课件 (共38张PPT)

(共38张PPT)
第9讲 恒定电流和交变电流
题型1 直流电路的分析与计算
题型2 交变电流的分析与计算
网络构建
备用习题
【关键能力】
理清各个基本概念,熟记各公式及适
用条件,掌握交流电“四值”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、含电容器电路的分
析问题、变压器电路的动态分析问题
的分析思路与方法,提高解决与实际生活、生产、科技相结合问题的能力.
题型1 直流电路的分析与计算
闭合电路两个重要图像的应用
(1)闭合电路的 图像如图甲所示.
当外电路短路时,因而 ,
电路中电流最大,为
(不允许出现这种情况,因为会把电源烧坏).
(2)电源的输出功率与外电阻
的关系为 ,
随 变化的图像如图乙所示.当外
电阻与电源的内阻相同时,电源的输
出功率最大.
例1 (不定项)如图所示的电路中，定值电阻的阻值为 ，电源的电动
势为，电源的内阻 未知.单刀双掷开关接到1时，电流表的示数为
；单刀双掷开关接到2时，电动机正常工作.若电动机的内阻 与定值
电阻 的阻值相同，不计电流表的内阻，则下列说法正确的是( )
A.电源的内阻为
B.单刀双掷开关接到1时，电源的输出功率为
C.单刀双掷开关接到2时，电流表的示数小于
D.单刀双掷开关接到2时，电流表的示数大于
√
√
[解析] 单刀双掷开关接到1时，由闭合电路欧姆定律
有，解得 ，故A错误；单刀
双掷开关接到1时，电源的输出功率为
，故B正确；由于电动机是非纯电阻，
其消耗的电能大于产生的内能，有 ，可得
，则，可得 ，
故D错误，C正确.
技法点拨
1.电源的总功率包括输出功率与热功率两部分.
2.对电动机类非纯电阻元件,输入功率等于输出功率与热功率之和.输入功
率用计算,热功率用计算，输出功率用或者
计算.
例2 [2024·丽水模拟] 在如图所示的电路中，灯、的电阻分别为 、
，滑动变阻器的最大电阻为，且，电容器的电容为 .只要有
电流通过，灯就能发光.假设灯的电阻不变，当变阻器的滑片由端向 端
移动时，以下说法中正确的是( )
A.先变暗后变亮， 一直变亮
B.先变亮后变暗， 先变暗后变亮
C.电容器极板所带的电荷量先减小后增大
D.电源的效率先减小后增大
√
[解析] 当滑动变阻器的滑片由向 端移动时，由于
，故灯 与滑动变阻器的左部分串联后再与
右部分并联的电阻先增大后减小，电路的总电阻先增
大后减小，电路中的总电流先减小后增大，即通过灯
的电流先减小后增大，所以 先变暗后变亮；当并
联部分阻值增大时，其两端电压增大，而灯 支路的
电阻减小，故 所在支路的电流增大,当并联部分阻
值减小时，其两端电压减小，而变阻器的右部分所在
支路的电阻增大，则该支路的电流减小，由于总电流
增大，故所在支路的电流继续增大，所以 一直变
亮，A正确，B错误.电容器C上的电压
，由于总电流先减小后增大，所
以电容器C上的电压先增大后减小，则电容器极板所
带的电荷量先增大后减小，C错误.电源的效率
，因
为总电流先减小后
增大，所以电源的效率先增大后减小，D错误.
技法点拨
本题主要考查分析直流动态电路中灯的亮暗变化、电容器极板所带电荷量
的变化、电源效率的变化的方法.滑动变阻器与灯的连接为混联电路，该
部分电路的总电阻非单调变化.含电容器的支路在稳定状态下无电流通过，
该支路中的电阻不分压，分析电源的效率时无须考虑含电容器的支路.
【迁移拓展】
1.锂离子电池主要依靠锂离子 在正极和负极之间移动来工作.如图所
示为锂电池的内部结构，该过程中 从负极通过隔膜返回正极.已知该锂
电池的电动势为 ，则( )
A.该过程中电池处于充电状态
B.电池内部每移动一个锂离子，需要消耗电能
C.“毫安·时” 是电池储存能量的单位
D.锂离子电池放电时，电池内部非静电力做功，化学能转化为电能
[解析] 锂离子电池放电时， 从负极通过隔膜返回正极，电池内部非静
电力做功，化学能转化为电能，A错误，D正确；根据公式 可知，电
池内部将一个锂离子由电源负极移动到正极，需要消耗化学能 ，B
错误；根据可知，“毫安·时” 是电池储存电荷量的单位，C错
误.
√
2.如图甲所示电路中，为电阻箱，电源的电动势为，内阻为 .图乙为电
源的输出功率与电流表示数的关系图像，其中功率分别对应电流 、
和外电阻、 ，电表为理想电表.下列说法中正确的是( )
A. B. C. D.
√
[解析] 由闭合电路欧姆定律得 ，电源的输出功率为
，由于，整理得 ，
A错误，B正确；又知，由闭合电路欧姆定律得 ，
则，整理得 ，C、D错误.
题型2 交变电流的分析与计算
交变电流的产生与描述
书写交变电流瞬时值表达式的基本思路
(1)确定正弦式交变电流的峰值,根据已知图像读出或由公式 求
出相应峰值.
(2)明确计时起点时线圈的位置,找出对应的函数关系式.
①若从线圈在中性面位置开始计时,则 图像为正弦函数图像,函数表达
式为 .
②若从线圈在垂直于中性面位置开始计时,则 图像为余弦函数图像,函
数表达式为 .
例3 如图甲所示，单匝闭合矩形线框电阻为 ，在匀强磁场中绕与磁感线
垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量 与时间 的关系图像如图乙所示.
下列说法正确的是( )
A. 时刻线框平面与中性面垂直
B.线框产生的感应电动势的最大值为
C.从到 过程中线框产生的感应电动势的平均值为
D.线框转动一周，外力所做的功为
√
[解析] 由图像可知， 时刻穿过线框的磁通量最大，所以线框处于中性面，故A错误；线框产生的感应电动势的最大值为 ，故B错误；从到 过程中线框产生的感应电动势的平均值为 ，故C错误；线框产生的感应电动势的有效值为 ，根据功能关系可知，线框转动一周，外力所做的功为
，故D正确.
变压器和远距离输电
1.理解理想变压器的相关量的关系
(1)功率关系:输出功率决定输入功率, .
(2)电压关系:输入电压决定输出电压, .
(3)电流关系:只有一个副线圈时, ;有多个副线圈时,从能量守恒角度考
虑， .
(4)频率关系: .
2.理解远距离输电的三个回路,特别是第2个回路的电压、功率关系.
例4 [2024·浙江1月选考] 如图所示为某燃气灶点火装置的原理图.直流电
经转换器输出的交流电，经原、副线圈匝数分别为 和
的变压器升压至峰值大于 ，就会在打火针和金属板间引发电火花，
实现点火.下列说法正确的是( )
A.
B.
C.用电压表测原线圈两端电压，示数为
D.副线圈输出交流电压的频率是
√
[解析] 根据题意，输出的交流电电压有效值
为，频率为 ，所以用电压表
测原线圈两端电压时，示数为 ，选项C
错误；变压器不改变交流电的频率，所以副
线圈输出交流电压的频率也为 ，选项
D错误；理想变压器原、副线圈的匝数与电压
关系为 ，由于
，故 ，则
，选项B正确，A错误.
例5 [2020·浙江7月选考] 如图所示，某小型水电站发电机的输出功率
，发电机的电压 ，经变压器升压后向远处输电，输
电线总电阻，在用户端用降压变压器把电压降为 .已
知输电线上损失的功率 ，假设两个变压器均是理想变压器，下
列说法正确的是( )
A.发电机输出的电流
B.输电线上的电流
C.降压变压器的匝数比
D.用户得到的电流
√
[解析] 发电机的输出电流 ，选项A错误.输电线上的电流 ，选项B错误.升压变压器的输出电压 ，
输电线损耗电压
，降压变压器的原线圈电压 ，故降压变压器的匝数比 ，选项C正确.
降压变压器的功率 ，故用户得到的电流 ，选项D错误.
【迁移拓展】
1.(不定项)[2021·浙江1月选考] 发电机的示意图
如图甲所示，边长为 的正方形金属框在磁感应强
度为的匀强磁场中以恒定角速度绕 轴转动，
阻值为 的电阻两端的电压如图乙所示.其他电阻
不计，图乙中的 为已知量，则金属框转动一周
( )
A.框内电流方向不变 B.电动势的最大值为
C.流过电阻的电荷量 D.电阻产生的焦耳热
√
√
[解析] 根据图甲可知，在金属框转动产生交流电时，
通过电阻 两端的电流方向会周期性变化，图乙仅
仅是显示了 两端电压大小，选项A错误；根据图乙
可知，交流电产生的电动势最大值为 ，选项B正
确；根据 可知，旋转半周，磁通量
的改变量为 ，因此旋转一周，通过金属
框的电荷量为 ，选项C错误；本题图乙等价
为余弦式交流电，根据焦耳定律, ,
, ， ,
，
选项D正确.
2.[2024·学军中学模拟] 如图甲所示为某同学设计的充电装置示意图，线
圈的匝数匝，面积 ，空间中存在磁场，方向垂直于
线圈平面，磁感应强度随时间按正弦规律变化，如图乙所示，理想变压器
副线圈接充电器.已知额定电压为 的充电器恰能正常工作，不计线圈电
阻，则下列说法正确的是( )
A.时，线圈 中的感应电动势为0
B.若 变化的周期变长，则变压器原线圈两端的电压变大
C.变压器原线圈输入电压的有效值为
D.变压器原、副线圈的匝数比为
√
[解析] 时，穿过线圈 的磁通量等于0，
但磁通量的变化率最大，因此线圈中的感应电动
势最大，故A错误；若B变化的周期变长，则磁
通量的变化率将减小，因此线圈中的感应电动势
将减小，与线圈相连的原线圈两端的电压将减小，
故B错误；线圈 中产生的感应电动势的最大值
为 ，式中， ，
，
，代入可得
，理想变压器原线圈两端的电压即
线圈 中产生的感应电动势的大小，因此变压器
原线圈输
入电压的有效值为 ，故C正确；充
电器接在副线圈两端，则
充电器两端的电压即副线圈两端的电压，已知充
电器的额定电压为 ，且充电器正常工作，因
此副线圈两端的电压有效值为 ，根据变压器
原、副线圈两端的电压比等于匝数比可得
，故D错误.
1.　(多选)如图所示的电路中,定值电阻R的阻值为1.0 Ω,电源的电动势为E=3 V,电源的内阻r未知.单刀双掷开关接到1时,电流表的示数为2 A;单刀双掷开关接到2时,电动机正常工作.若电动机的内阻rM与定值电阻R的阻值相同,不计电流表的内阻,则下列说法正确的是 (　　)
A.电源的内阻为r=1.0 Ω
B.单刀双掷开关接到1时,电源的输出功率为4 W
C.单刀双掷开关接到2时,电流表的示数小于2 A
D.单刀双掷开关接到2时,电流表的示数大于2 A
√
√
[解析] 根据题意,单刀双掷开关接到1时,由闭合回路欧姆定律有E=I1(R+r),解得r=0.5 Ω,故A错误;
单刀双掷开关接到1时,电源的输出功率为P出=I2R=4 W,故B正确;
由于电动机是非纯电阻,其消耗的电能大于产生的内能,则有UI2>R,解得U>I2R,则有E=U+I2r>I2R+I2r,解得I2<2 A,故D错误,C正确.
2.　如图所示,甲图是一种手摇发电机及用细短铁丝显示的磁场分布情况,摇动手柄可使对称固定在转轴上的矩形线圈转动;乙图是另一种手摇发电机及磁场分布情况,皮带轮带动固定在转轴两侧的两个线圈转动.下列说法正确的是(　 )
A.甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
B.乙图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场
C.甲图中线圈转动时产生的电流是正弦交流电
D.乙图线圈匀速转动时产生的电流是正弦交流电
√
[解析] 甲图中细短铁丝被磁化之后,其作用相当于小磁针,根据其分布特点可以判断甲图中线圈转动区域磁场可视为匀强磁场,选项A正确;
而乙图中,根据细短铁丝的分布可知各处磁场的方向都并不相同,因此乙图中线圈转动区域磁场不能视为匀强磁场,选项B错误;
甲图中线圈只有在匀速转动时产生的电流才是正弦交流电,选项C错误;
乙图线圈匀速转动时,由于线圈切割磁感线的边始终与磁场垂直且切割磁感线的边所在处的磁感应强度恒定,所以匀速转动时产生的是大小恒定的交流电,选项D错误.