第十三讲　恒定电路与交变电流-2026年高考物理总复习课件（83页PPT）

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专题四　电路与电磁感应
第十三讲　恒定电路与交变电流
命题形式
1.选择题:常考查电磁感应现象的基本概念、图像问题等,难度中等,如判断感应电流的方向、分析电磁感应中的B-t图像、I-t图像等。
2.非选择题:多以计算题形式出现,通常与力学、能量等知识综合,难度较大,要求考生综合运用电磁感应定律、闭合电路欧姆定律等知识求解复杂问
题。
考查内容
1.电磁感应现象:主要考查感应电流的产生条件、感应电流方向的判断,常以线圈在磁场中运动、磁铁在线圈中进出等情境呈现。
2.电磁感应中的电路问题:给出导体棒在磁场中切割磁感线或线圈在磁场中运动的情境,要求分析等效电路,确定电源部分、内阻,再运用闭合电路欧姆定律计算电流、电压、电功率等物理量。
3.电磁感应图像问题:以导体棒在导轨上的运动、线框通过有界磁场等为背景,给出速度图像、电流图像、安培力图像等,要求根据电磁感应规律分析物理过程,判断图像的正误或根据图像信息求解相关物理量。
4.电磁感应与其他知识的综合:常与动力学(如牛顿第二定律、共点力平
衡)、功能关系(如动能定理、能量守恒定律)、动量定理等相结合,考查综合分析和解决问题的能力。
命题趋势
1.综合性增强:题目会越来越多地将电磁感应、电路知识与其他物理模块知识融合,考查学生的综合应用能力。
2.实际应用增多:可能会以科技前沿或生活中的电磁现象为背景,如风力发电机组优化设计、电磁悬浮供电系统分析等,考查学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3.图像问题仍是热点:继续通过图像考查学生对物理过程的分析和理解能力,图像的类型可能会更加多样化。
备考建议
1.掌握基础知识:熟练掌握法拉第电磁感应定律、楞次定律、闭合电路欧姆定律等基本规律,以及感应电流产生的条件、方向判断等基本概念。
2.强化电路分析能力:学会将电磁感应中的电路等效为常规电路,准确分析电路结构,计算各物理量。
3.提升图像分析技巧:明确图像的横、纵坐标物理量,分析电磁感应的具体过程,结合规律写出函数关系式,再根据关系式判断图像的特征。
4.多做综合题:通过练习与力学、能量等综合的题目,提高综合运用知识的能力和解题技巧。
5.关注实际应用:了解电磁感应在实际生活和科技中的应用,培养将实际问题转化为物理模型的能力。
1.闭合电路欧姆定律的三个公式
(1)E=U外+U内;(任意电路)
(2)E=U外+Ir;(任意电路)
(3)E=I(R+r)。(纯电阻电路)
考点一　恒定电流
2.动态电路分析的三种方法
程序法 部分电路阻值变化→电路总电阻R总变化→干路电流I变化→路端电压U端变化→各支路电流、电压变化,即R局→R总→I总→
U端→
串反 并同法 所谓“串反”,即某一电阻阻值增大(减小)时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都减小(增大)。所谓“并同”,即某一电阻阻值增大(减小)时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都增大(减小)
极限法 因滑动变阻器的滑片滑动引起电路变化的问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端,使滑动变阻器接入电路的电阻最大或电阻为零去讨论
3.电容器的特点
(1)只有当电容器充、放电时,电容器所在支路中才会有电流,当电路稳定时,电容器所在的支路相当于断路。
(2)电路稳定时,与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。
1.闭合电路中的功率与效率
(1)电源的总功率:就是电源提供的总功率,即电源将其他形式的能转化为电能的功率,也叫电源消耗的功率。
①任意电路:P总=EI=IU外+IU内=P出+P内。
②纯电阻电路:P总=I2(R+r)=。
(2)电源输出功率:整个外电路上消耗的电功率。
①任意电路:P出=U外I=IE-I2r=P总-P内。
②纯电阻电路:P出=I2R=R。
由P出与外电阻R的关系图像可以看出:
i.当R=r时,电源的输出功率最大,为P出m=,但效率不是最大,而是只有50%。
ii.当R>r时,随着R的增大,输出功率越来越小。
iii.当Riiii.当P出(3)电源内耗功率:内电路上消耗的电功率 为P内=U内I=I2r=P总-P出。
(4)电源的效率:指电源的输出功率与电源的功率之比,即
①任意电路: =×100%=×100%=×100%。
②纯电阻电路:η=×100%。
提高纯电阻电路效率的方法:R越大,η越高。
2.电路的简化与分析
(1) 含有电容器电路的简化与分析
①电路简化:不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所在的电路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上。
②电容器的电压
i.电容器所在的支路中没有电流,与之串联的电阻两端无电压,相当于导线。
ii.电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。
③电容器的电荷量及变化
i.电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电。若电容器两端电压升高,电容器将充电;若电压降低,电容器将通过与它连接的电路放电。
ii.如果变化前后极板带电的电性相同,通过所连导线的电荷量为|Q1-Q2|。
iii.如果变化前后极板带电的电性相反,通过所连导线的电荷量为Q1+Q2。
(2)理想电表中电流表一般可视为导线,电压表可以视为开关断开。
(3)等效电源法
把含有电源、电阻的部分电路等效为新的“电源”,其“电动势”“内阻”如下:
①两点间断路时的电压等效为电动势E';
②两点短路时的电流为等效短路电流I短',等效内阻r'=。
常见电路等效电源如下:
E'=E
r'=R+r
E'=E
r'=　　　
E'=E
r'=
(4)非纯电阻电路的分析方法
①抓住两个关键量:确定非纯电阻电路的电压UM和电流IM是解决所有问题的关键。若能求出UM、IM,就能确定非纯电阻电路的电功率P=UMIM,根据电流IM和非纯电阻电路的电阻r可求出热功率Pr=r,最后求出输出功率P出=P-Pr。
②坚持“躲着”求解UM、IM:首先,对其他纯电阻电路、电源的内电路等,利用欧姆定律进行分析计算,确定相应的电压或电流。然后,利用闭合电路的电压关系、电流关系间接确定非纯电阻电路的工作电压UM和电流IM。
③应用能量守恒定律分析:要善于从能量转化的角度出发,紧紧围绕能量守恒定律,利用“电功=电热+其他能量”寻找等量关系求解。
①在非纯电阻电路中,t既不能表示电功也不能表示电热,因为欧姆定律不再成立。
②不要认为有电动机的电路一定是非纯电阻电路。当电动机不转动时,仍为纯电阻电路,欧姆定律仍适用,电能全部转化为内能。只有在电动机转动时才为非纯电阻电路,此时欧姆定律不再适用,大部分电能转化为机械能。(5)电路的故障分析
①电路故障一般是短路或断路。常见的情况有导线断芯、灯泡断丝、灯泡短路、电阻内部断路、接触不良等现象。故障的特点如下。
i.断路状态的特点:电源电压不为零而电流为零;若外电路某两点之间的电压不为零,则这两点间有断点,而这两点与电源连接部分无断点。
ii.短路状态的特点:有电流通过电路而电压为零。
②利用电流表、电压表判断电路故障的方法
i.电流表示数正常而电压表无示数的情况:“电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路,“电压表无示数”表明无电流通过电压表。
方法总结
故障原因可能是:a.电压表损坏;b.电压表接触不良;c.与电压表并联的用电器短路。
ii.电压表有示数而电流表无示数的情况:“电压表有示数”表明有电流通过电压表,“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表。
故障原因可能是:a.电流表短路;b.和电压表并联的用电器断路。iii.电流表和电压表均无示数的情况:“两表均无示数”表明无电流通过两表,除了两表同时短路外,可能是干路断路导致无电流。
iv.欧姆表检测:当测量值很大时,表示该处断路;当测量值很小或为零时,表示该处短路。在用欧姆表检测时,应断开电源。
3.电路的动态分析
(1)程序法: 遵循“局部—整体—局部”的思路。
电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路
的变化→其他支路的变化。
(2) 结论法:“串反并同”,应用条件为电源内阻不为零。
①所谓“串反”,即某一电阻的阻值增大时,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,反之则增大。
②所谓“并同”,即某一电阻的阻值增大时,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,反之则减小。
(3)极限法:因滑动变阻器的滑片滑动引起的电路变化问题,可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端去讨论。
(4)特殊值法:对于某些特殊电路问题,可以采取代入特殊值的方法去判定。
4.闭合电路的图像问题
(1)导体的伏安特性曲线:由于电阻的导电性能不同,所以不同的电阻有不同的伏安特性曲线。伏安特性曲线上每一点的电压坐标与电流坐标的比值对应这一状态下的电阻。
(2)电源的伏安特性曲线:在闭合电路中,当外电阻R发生变化时,干路电流I发生变化,路端电压U也随之发生,路端电压U与电流I的关系可表示为U端=E-Ir,若以U为纵坐标、I为横坐标,可在U-I直角坐标系中作出U-I图线,此图线称为电源的伏安特性曲线。
由U端=E-Ir可知函数图像是一条向下倾斜的直线。纵坐标轴上的截距等于电动势的大小;横坐标轴上的截距等于短路电流I短;图线的斜率值等于电源内阻的大小。
①直线斜率的绝对值表示电源的内阻r,纵轴的截距为电源电动势E。
②直线上点A与原点O的连线的斜率表示对应的外电路电阻R。
③图线上每一点的横、纵坐标的乘积为对应情况下电源的输出功率,对于图中的A点有PA=UAIA。
④图中实线和虚线的交点称为“工作点”,
这是求解非线性元件功率的突破口。
考点一　闭合电路欧姆定律
题型1　电路的判断及计算
【例1】(2025·重庆西南大附中全真模考)某次实验电路如图所示。现闭合开
关,将滑动变阻器的滑片向a端滑动,则 (　　)
A.电池正负极间电压不变
B.A1示数变大
C.V示数变大
D.A2示数变小
【答案】D
【解析】根据题意可知,将滑动变阻器的滑片向a端滑动,滑动变阻器接入电路的电阻变大,则回路中外电路总电阻变大,由闭合电路欧姆定律可知,回路中总电流减小,即A1示数变小,路端电压变大,即电池正、负极间电压变大,故AB错误;由于总电流减小,则左侧电阻元件两端电压减小,即V示数变小,由于路端电压增大,可得,右侧电阻元件两端电压变大,则通过右侧电阻元件的电流增大,可知,通过滑动变阻器的电流减小,即A2示数变小,故C错误,D正确。故选D。
【例2】如图所示的电路,电源电动势E=30 V。内阻r=2 Ω,电阻R1=8 Ω,R2=8 Ω,R3=4 Ω,C为平行板电容器,其电容C=6.0 pF,虚线到两极板距离相等,极板长l=0.1 m,两极板的间距d=0.01 m。
(1)若开关S处于断开状态,则当其闭合后,求流过R3的总电荷量。
(2)若开关S闭合时,有一带电微粒沿虚线方向以v0=2.0 m/s的初速度射入平行板电容器C的电场中,刚好沿虚线做匀速直线运动。问:当开关S断开后,此带电微粒以相同的初速度沿虚线方向射入平行板电容器C的电场中,能否从平行板电容器C的电场中射出。(要求写出计算和分析过程,重力加速度g取10 m/s2)
【答案】(1)2.4×10-11 C　(2)能
【解析】(1)S断开时,电阻R2两端电压为
U2=E=24 V,S闭合后,外电阻为R==4 Ω,
路端电压为U=E=20 V,电阻R2两端电压为U2'=U=20 V,
则流过R3的总电荷量为ΔQ=C(U2-U2')=2.4×10-11 C,
故流过R3的总电荷量为2.4×10-11 C。
(2)设微粒质量为m,电荷量为q。当开关S闭合时,有=mg,
当开关S断开后,设微粒加速度大小为a,则
-mg=ma,解得a=2 m/s2。假设微粒能从电容器的电场中射出,
水平方向有t==0.05 s,竖直方向有y=at2=2.5×10-3 m<=5×10-3 m,
故微粒能从平行板电容器的电场中射出。
【例3】一个会发光的电动玩具汽车,其简化电路如图所示。电源电动势E=12 V,r=1 Ω,电容器的电容C=500 μF,定值电阻R1=1 Ω,灯泡电阻R2=6 Ω,车轮电动机的额定电压UM=6 V,线圈电阻RM=1 Ω。开关S闭合,电路稳定后,电动机正常工作。
(1)电动机的输出功率是多少
(2)若电动机被卡住,与电动机正常工作时相比,
灯泡的实际功率变化了多少 灯泡变亮还是变暗
(3)电动机被卡住后,需要断开开关检查故障。求开关S断开后,流过灯泡的电荷量是多少 (结果保留两位有效数字)
【答案】(1)8 W　(2)3.84 W　变暗 (3)5.6×10-4 C
【解析】(1)干路电流为I1== A=3 A,
流过灯泡的电流I2== A=1 A,流过电动机的电流IM=I1-I2=2 A,
则电动机的输出功率为P出=UMIM-RM=6×2W-22×1 W=8 W。
(2)电动机正常工作时,灯泡功率为P2== W=6 W,
电动机卡住时R并== Ω= Ω,总电流I3== Ω=4.2 A。
U并=I3R并=4.2× V=3.6 V,灯泡功率P2'== W=2.16 W,
ΔP=P2-P2'=6W-2.16 W=3.84 W,灯泡的实际功率变小,所以灯泡变暗。
(3)断开S前
UC=E-I3r=12V-4.2×1 V=7.8 V,
电容器所带的电荷量Q=C·UC=
500×10-6×7.8 C=3.9×10-3 C,
由q=It可知
q2:qM=I2':IM'=RM:R2=1:6,
所以流过灯泡的电荷量为
q2=Q=×3.9×10-3 C≈5.6×10-4 C。
考点二　非纯电阻电路及交变电路
【例4】(多选)(2025·重庆卷)2025年1月“疆电入渝”工程重庆段全线贯通,助力重庆形成特高压输电新格局,该工程计划将输电站提供的1.6×106 V直流电由新疆输送至重庆,多次转换后变为1.0×104 V的交流电,再经配电房中的变压器(视为理想变压器)降为220sinV的家用交流电。若输电线路输送功率为8.0×109 W,且直流输电过程中导线电阻产生的电功率损耗不超过输送功率的5%,则 (　　)
A.直流输电导线中的电流为250 A
B.直流输电导线总阻值不超过16 Ω
C.家用交流电的电压最大值为220 V,频率为50 Hz
D.配电房中变压器原、副线圈中电流比为11∶500
【答案】BD
【解析】直流输电电流由公式I=计算得 I==5000 A,故A错误;导线允许的最大功率损耗为5%的输送功率P损=0.05×8.0×109 W=4×108 W, 由 P损=I2R得导线总阻值上限R== Ω=16 Ω,故B正确;家用交流电表达式为220sin V,其最大值为220 V; 频率为f===50 Hz,故C错误;变压器原线圈电压U1=1.0×104 V,副线圈电压U2=220 V,原副线圈的匝数比 ===,电流比与匝数比成反比可知==,故D正确。故选BD。
【例5】如图甲所示为一个小型电风扇的电路简图,其中理想变压器的原、副线圈匝数之比n1∶n2=10∶1,接线柱a、b接上一个正弦交流电源,电压随时间变化规律如图乙所示,输出端接有额定电压均为12 V的灯泡和风扇电动机,灯泡额定功率为3 W,电动机线圈电阻r=3 Ω,电阻R=8 Ω,接通电源后,灯泡正常发光,风扇正常工作,求:
(1)副线圈电流的频率;
(2)副线圈两端的电压;
(3)电动机输出的机械功率。
【答案】(1)50 Hz　(2)22 V　(3)9 W
【解析】(1)变压器不改变交流电的频率,由乙图可知T=0.02 s,根据公式可得f==50 Hz,即副线圈电流的频率为50 Hz。
(2)根据理想变压器原、副线圈匝数比与电压比的关系,有U2=U1=22 V,副线圈两端的电压为22 V。
(3)根据副线圈电路中电压关系,有U2=I2R+UM,解得I2=1.25 A。
灯泡中电流IL==0.25 A,由分流原理可得IM=I2-IL=1 A,
电动机输出的机械功率PM=UMIM-r=9 W。
1.(2023 ·海南卷)如图所示电路,已知电源电动势为 E ,内阻不计,电容器电容为 C , 闭合开关S ,待电路稳定后,电容器上电荷量为 (　　)
A.CE　　 B. CE
C. CE　　 D. CE
C　
【详解】电路稳定后,由于电源内阻不计,则整个回路可看成3R、2R的串联部分与R、4R的串联部分并联,若取电源负极为零电势点,
则电容器上极板的电势为φ上=·2R=,
电容器下极板的电势为φ下=·4R=,
则电容两端的电压U下上=,
则电容器上的电荷量为Q=CU下上=CE。故选C。
2.(2024·湖北卷)在如图所示的电路中接入正弦交变电流,灯泡L1的电阻是灯泡L2的2倍。假设两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大。闭合开关S,灯泡L1、L2的电功率之比P1∶P2为 (　　)
A.2∶1　 B.1∶1　
C.1∶2　 D.1∶4
C　
【详解】两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大,二极管导通则短路并联的灯泡,此时另一个灯泡与电源串联,根据电路图可知在一个完整的周期内,两个灯泡有电流通过的时间相等都为半个周期,电压有效值相等,则根据P=,可知P1∶P2=RL2∶RL1=1∶2,故选C。
3.(多选)(2024·重庆卷)小明设计了台灯的两种调光方案,电路图分别如图
甲、乙所示,图中额定电压为6 V灯泡的电阻恒定,R为滑动变阻器,理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2。原线圈两端接电压为220 V的交流电,滑片P可调节灯泡L的亮度,P在R最左端时,甲、乙图中灯泡L均在额定功率下工作,则 (　　)
A.n1∶n2 = 110∶3
B.当P滑到R中点时,图甲中L功率比图乙中的小
C.当P滑到R最左端时,图甲所示电路比图乙更节能
D.图甲中L两端电压的可调范围比图乙中的大
AC　
【详解】滑片P在最左端时,图甲、乙中变压器输出电压均为灯泡的额定电压6 V,因此==,故A正确;
当P滑到R中点时,图甲中总电阻为P左端电阻与灯泡电阻串联,图乙中总电阻为灯泡电阻与Р右端的电阻并联后再与P左端电阻串联,由于并联电阻小于灯泡电阻,则图甲中灯泡电压大于图乙中灯泡电压,则图甲中灯泡功率比图乙中灯泡功率大,故B错误;
当P滑到R最左端时,图甲中只有灯泡,图乙中R与灯泡并联,总电阻更小,输出功率更大,图甲比图乙更节能,故C正确;
图乙中的灯泡两端电压在0到6 V间变化,图甲中灯泡两端电压最高为6 V,最低达不到0,则图乙中灯泡两端可调电压范围大,故D错误。
故选AC。
4.(2024·湖南卷)根据国家能源局统计,截至2023年9月,我国风电装机4亿千
瓦,连续13年居世界第一位,湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动,升、降压变压器均为理想变压器,输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻R时,R0上消耗的功率为P。不计其余电阻,下列说法正确的是 (　　)

A　
A.风速增加,若转子角速度增加一倍,则R0上消耗的功率为4P
B.输电线路距离增加,若R0阻值增加一倍,则R0消耗的功率为4P
C.若升压变压器的副线圈匝数增加一倍,则R0上消耗的功率为8P
D.若在用户端再并联一个完全相同的电阻R,则R0上消耗的功率为6P
【详解】
如图所示为等效电路图,设降压变压器的原、副线圈匝数比为k∶1,则输电线上的电流为I2=,转子在磁场中转动时产生的电动势为e=NBSωsinωt。当转子角速度增加一倍时,升压变压器原、副线圈两端电压都增加一倍,输电线上的电流变为I2'=2I2,故R0上消耗的电功率变为原来的4倍,故A正确;若R0的阻值增加一倍,输电线路上的电流I2″= ,R0消耗的功率P3=I2″2·2R0≠4P,故B错误;升压变压器副线圈匝数增加一倍,副线圈两端电压
增加一倍,输电线上的电流增加一倍,故R0上消耗的电功率变为原来的4倍,故
C错误;若在用户端并联一个完全相同的电阻R,用户端电阻减为原来的一半,
输电线上的电流为I2 == ,R0消耗的功率P4=I2 2R0≠6P,故D错误。故选A。
专题集训(十三)　电路
1.某学生在研究串联电路电压特点的实验时,连接成如图所示的电路,接通S后,他将大内阻的电压表并联在A、C两点间,电压表示数为U,当并联在A、B两点间时,电压表示数也为U,当并联在B、C两点间时,电压表的示数为零,则出现此种情况的原因可能是(R1、R2的阻值相差不大) (　　)
A.AB段断路或BC段短路
B.AB段短路或BC段短路
C.AB段短路或BC段断路
D.AB段断路或BC段断路
A
【解析】电压表有示数说明并联部分无短路,串联部分无断路,电压表无示数说明并联部分可能短路或者串联部分断路。根据题意电压表并联在A、C两点间,电压表示数为U,当并联在A、B两点间时,电压表示数也为U,当并联在B、C两点间时,电压表的示数为零,则可以判断电路的故障可能是AB段断路,也可能是BC段短路,故A正确,BCD错误。故选A。
2.扫地机器人内部除了传感器等电子部件外,还有若干直流电动机。设其中吸尘电机的额定电压为U,额定电流为I,电动机线圈电阻为r,则下列说法正确的是 (　　)
A.直流电机正常工作时,I=
B.直流电机正常工作时,输出的机械功率为UI
C.直流电机正常工作时,发热功率为
D.直流电机正常工作时的效率为
D
【解析】电动机为非纯电阻,则直流电机正常工作时不能由欧姆定律求电
流,I≠,P热≠,故AC错误;直流电机正常工作时,电功率为P电=UI,即电动机的电功率为UI,故B错误;对电动机,由能量守恒有UI=I2r+P出,则直流电机正常工作时的效率为η=×100%=×100%,故D正确。故选D。
3.智能机器人可以服务人类生活。如图甲所示为一款新型送餐机器人,内部电路如图乙所示,它的直流电动机额定电压为U,额定电流为I,线圈电阻为R,将它接在电动势为E,内阻为r的直流电源两极间,电动机恰好能正常工作。下列说法正确的是 (　　)
A.电动机消耗的总功率为EI
B.电动机消耗的热功率为UI
C.电源的输出功率为EI-I2R
D.电源的效率为1-
D
【解析】电动机消耗的总功率为P=UI,故A错误;电动机消耗的热功率为P热=I2R,故B错误;电源的输出功率为P出=EI-I2r,故C错误;电源的效率为η'====1-,故D正确。故选D。
4.(2025·重庆育才中学模拟)如图所示,E为内阻可以忽略的电池,R0、R1、R2均为定值电阻,其中R1=R2,R3、R4是滑动变阻器(初始时滑片均处于中点位置),C是电容器,电流表、电压表为理想电表。闭合开关S,待电路稳定后,则
(　　)
A.仅向右移动R3的滑片,电容器会放电
B.仅向右移动R3的滑片,电压表示数减小
C.仅向右移动R4的滑片,电压表示数变化量|ΔU|
与电流表示数变量化|ΔI|的比值为R0
D.仅向右移动R4的滑片,电源的输出功率一定先变大后变小
C
【解析】R3当中没有电流经过,所以变阻器R3是个等势体,在电路中相当于一段导线,所以仅向右移动R3的滑片时,电容器两端电压不变,则电容器所带电荷量不变,故A错误;R3的滑动,不影响电路总电阻,干路电流和路端电压,所以电压表示数不变,选项B错误;因为R1=R2,电压表示数变化|ΔU |为路端电压变化量|ΔU路|的一半,而=R0 ,可知=R0,故C正确;仅向右移动R4的滑片,R4连入电路的电阻增大,由串反并同可知电流表示数减小,电源内阻可以忽略,则电源的输出功率减小,故D错误。故选C。
5. (2024·江苏临江高中三模)如图所示,理想变压器输入端a、b间接入电压有效值恒定的交变电流,R1、R2为定值电阻,灯泡L1、L2的阻值恒定。在滑动变阻器R的滑片从上端滑到下端的过程中,两个灯泡始终发光且工作电压在额定电压以内,则下列说法正确的是 (　　)
A.L1变亮,L2变亮
B.L1变亮,L2变暗
C.L1变暗,L2变暗
D.L1变暗,L2变亮
D
【解析】令原副线圈两端电压与电流分别为U1、U2、I1、I2,令副线圈所在电路总电阻为R0,若将变压器与负载等效为一个电阻,则等效电阻的阻值为Rx===·=R0,当滑动变阻器R的滑片从上端滑到下端的过程中,负载总电阻增大,等效电阻增大,令a、b间接入电压有效值U0,根据欧姆定律有I1=,可知通过灯泡L1的电流减小,L1变暗,由于U1=U0-I1R灯1,可知原线圈两端电压增大,根据电压与匝数的关系有=,结合上述可知副线圈两端电压增大,根据欧姆定律可知,通过灯泡L2的电流增大,L2变亮,即L1变暗,L2变亮。故选D。
6.(2025·重庆八中三诊)题图中所示为某自行车的车灯发电机,其结构如题图乙所示。绕有线圈的“ ”形铁芯开口处装有磁铁(图示时刻通过铁芯横截面的磁通量大小为Φ、铁芯不漏磁),车轮转动时带动与其接触的摩擦轮转动,摩擦轮又通过传动轴带动磁铁一起(与车轮角速度相等)转动,从而使铁芯中磁通量发生变化,线圈两端c、d作为发电机输出端,通过导线与标有“12 V,6 W”的灯泡L相连,当车轮匀速转动时,发电机输出电压视为正弦交流电,该发电机供电线圈匝数为n,假设灯泡阻值不变,摩擦轮与轮胎间不打滑。则
(　　)
C
A.在磁铁从图示位置匀速转过90°的过程中,通过L的电流方向由d到c
B.在磁铁从图示位置匀速转过90°的过程中、L中的电流逐渐变小
C.若灯泡L正常发光,车轮转动的角速度为
D.若灯泡L正常发光,车轮转动的角速度为
【解析】根据题意,磁铁转动过程中通过线圈的磁通量向上逐渐减小,由楞次定律感应电流产生向上的磁场,通过L的电流方向由c到d,故A错误;由题图可知,开始阶段,穿过线圈的磁通量最大,磁通量的变化率最小,转动后,磁通量减小,磁通量的变化率增大,当转过90°时,穿过线圈的磁通量最小,磁通量的变化率最大,可知,转动过程中L中的电流逐渐增大,故B错误;若灯泡L正常发光,副线圈两端的电压为12 V,根据变压器电压与匝数关系有= ,解得U1=2 V,原线圈两端的最大值为Um=,U1=2 V,根据Em=Um=nBSω=nΦω=2 V,可得ω=,故C正确,D错误。故选C。
7.(2025·重庆育才中学二模)如题图甲是医用红外理疗灯,图乙是其内部电路结构示意图,自耦变压器可视为理想变压器,其抽头P与M、N点间的线圈匝数分别为n1和n2,且n1>n2。若单刀双掷开关从a切换到b,则 (　　)
A.电流表示数变小
B.电流表示数变大
C.电压表示数变小
D.电压表示数变大
A
【解析】单刀双掷开关从a切换到b,变压器原线圈的电压不变,故电压表的示数不变,故CD错误;由题知,变压器原线圈的电压和匝数不变,单刀双掷开关从a切换到b,n1>n2,则副线圈的匝数减少,根据原副线圈的电压之比等于匝数比,可知变压器副线圈的电压变小,则副线圈的电流变小,由n1I1=n2I2可知原线圈的电流减小,即电流表的示数减小,故A正确,B错误。故选A。
8.(2025·重庆高三学业质量调研抽测)如图为高铁供电流程的简化图,牵引变电所的理想变压器将电压为U1=25 kV的高压电进行降压;动力车厢内的理想变压器再把电压降至U4,为动力系统供电,此时动力系统的电流为I4=100 A,发电厂的输出功率、电流分别为P1、I1。已知牵引变电所变压器的匝数比为n1∶n2=5∶3,动力车厢内变压器的匝数比为n3∶n4=3∶1,且n2=n3。下列说法正确的是(　　)
A.U1∶U4=5∶1
B.I1=20 A,P1=5×105 W
C.动力系统获得的功率为5×105 W
D.若动力系统功率增大,U4将增大
B
【解析】根据==,==,U2>U3 可知U1∶U4>5∶1 选项A错误;根据== ,可得I3= A ,则I2=I3= A ,可得I1=I2=20 A,P1=I1U1=5×105 W ,选项B正确;因导线的电阻r上有功率损失,可知动力系统获得的功率小于5×105 W,选项C错误;若动力系统功率增大,则输电线上的电流将变大,损失的电压将变大,U3减小,则U4将减小,选项D错误。故选B。
9.(2025·重庆育才中学三诊)在汽车行业的快速变革中,电动汽车以其环保、节能的优势,逐渐成为了道路上的新宠,电动汽车充电站也逐步增加。如图所示,电动汽车充电站的理想变压器原、 副线圈的匝数比 25∶1,其原线圈接有输出电压有效值恒定的交变电源,定值电阻R的阻值为100 Ω ,现副线圈同时给8个充电桩供电,每个充电桩的输入电流为12 A ,副线圈两端电压为e=220sin100πt(V) ,下列说法正确的是 (　　)
D
A.变压器的原线圈输入电压最大值为 5.5 kV
B.流过充电桩的电流每一秒方向改变50次
C.变压器原线圈串联的定值电阻 R两端的电压为48 V
D.若增加副线圈的匝数,则流过充电桩的电流增大
【解析】根据= 得U1m=U2m=25×220 V=5500 V=5.5 kV,故A错误;流过充电桩的电流的周期为T== s= s ,一秒钟有50个周期,每个周期电流改变2次,所以电流每一秒方向改变100次,故B错误;变压器副线圈中的电流为I2=8×12 A=96 A ,设变压器原线圈中的电流为I1,根据=,得I1=I2=×96 A=3.84 A ,定值电阻 R 两端的电压为U=I1R=3.84×100 V=384 V,故C错误;将变压器的原线圈看成一个电阻,叫作等效电阻,用R等效表示,将副线圈并联的充电桩也看成一个电阻,用R2表示,则R等效
===·R2=× Ω≈1432 Ω>R=100 Ω ,由于n1、R2不变,n2增大,则R等效减小,将R等效为电源内阻,则R等效消耗的功率增大,即变压器原线圈的输入功率P1增大,根据输入功率等于输出功率可知,副线圈的输出功率P2增大,而P2=R2,所以副线圈电流I2增大,流过充电桩的电流也增大,故D正确。故选D。
10.(多选)(2025·重庆巴蜀中学三诊)太阳能光伏发电是利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能的一项新兴技术(如图甲)。如图乙所示为某光伏发电站输电入户的示意图,其中输电电压的有效值U0恒定,r是输电线的等效电阻,变压器为理想变压器,电表均可视为理想电表,下列说法正确的是 (　　)
AD
A.若开关S1、S2、S3均断开,电压表示数不为0
B.开关S1、S2、S3均闭合的前提下,线路老化导致r增大,则电流表的示数增大
C.若先让开关S1、S2保持闭合状态,然后闭合开关S3,则电流表的示数减小
D.若先让开关S1、S2保持闭合状态,然后闭合开关S3,则电压表的示数减小
【解析】若开关S1、S2、S3均断开,变压器输入电压决定输出电压,输出电流决定输入电流,所以电流表的示数为0,电压表的示数不为0,故A正确;开关S1、S2、S3均闭合的前提下,设原线圈两端的电压为U1,电流为I1,副线圈两端的电压为U2,电流为I2,总电阻为R2,在原线圈回路中有U0=U1+I1r ,根据电压与匝数的关系有= ,解得U1=U2 ,根据电流与匝数的关系有= ,解得I1=I2 ,在副线圈回路中有U2=I2R2 ,联立可得U0=I2 ,可知线路老化导致r增大,副线圈的总电阻R2不变,则副线圈的电流I2减小,故原线圈的
电流I1减小,即电流表的示数减小,故B错误;同B项分析,有U0=I2,若先让开关S1、S2保持闭合状态,然后闭合开关S3,则副线圈的总电阻R2减小,故副线圈的电流I2增大,故原线圈的电流I1增大,即电流表的示数增大,故C错误;根据U0=U1+I1r 可知原线圈两端的电压U1,则副线圈的电压U2减小,在副线圈回路中有U2=UV+I2R0,可知UV变小,即电压表的示数减小,故D正确。故选AD。
11.(2025·湖南高考) 如图。直流电源的电动势为E0,内阻为r0,滑动变阻器R的最大阻值为2r0,平行板电容器两极板水平放置,板间距离为d,板长为d,平行板电容器的右侧存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。闭合开关S,当滑片处于滑动变阻器中点时,质量为m的带正电粒子以初速度v0水平向右从电容器左侧中点a进入电容器,恰好从电容器下极板右侧边缘b点进入磁场,随后又从电容器上极板右侧边缘c点进入电容器,忽略粒子重力和空气阻力。
(1)求粒子所带电荷量q;
(2)求磁感应强度B的大小;
(3)若粒子离开b点时,在平行板电容器的右侧再加一个方向水平向右的匀强电场,场强大小为,求粒子相对于电容器右侧的最远水平距离xm。

(1)q=　(2)B=　(3)
【解析】(1)粒子在电容器中做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动有d=v0t,竖直方向做匀变速直线运动=t,vy=at=t,由闭合回路欧姆定律可得U=E,联立可得vy=v0,q=。
(2)粒子进入磁场与竖直方向的夹角为tanθ==60°,v==v0粒子在磁场中做匀速圆周运动qvB=m,由几何关系易得R==,联立可得B=。
(3)取一个竖直向上的速度使得其对应的洛伦兹力和水平向右的电场力平衡,则有qvy1B=qE,解得vy1=v0,粒子以vy1速度向上做匀速直线运动,粒子做圆周运动的合速度的竖直方向分速度为vy2=vy1+vy=v0,此时合速度与竖直方向的夹角为tanα=,合速度为v'=,粒子做圆周运动的半径r=,最远距离为xm=r+rcosα=。