专题四 电路电磁感应
第1讲 直流电路交流电路 讲义
基知：
考点| 直流电路分析计算
1．直流电路动态分析3种方法
(1)程序法
R局I总＝ U＝I总rU外＝E－U确定U支I支
(2)结法——串反(电源阻忽略)
串反：指某电阻增(减)时直接串联间接串联电阻中电流两端电压电功率减(增)
：指某电阻增(减)时直接联间接联电阻中电流两端电压电功率增(减)
(3)极限法
变阻器滑片滑动引起电路变化问题变阻器滑片分滑两极端电阻电阻零讨
2．求解功率值问题2点技巧
(1)定值电阻功率：P定＝I2R
R定值电阻P定电流关系R外时IP定R外时IP定
(2)电源输出功率：P出＝＝R外＝r时P出＝
[典例1] (2021·山东省济宁市高三学期1月期末)图示R1R2R3定值电阻R滑动变阻器V1V2两理想电压表闭合开关滑动变阻器滑片图示位置左缓慢滑动时列说法中正确( )
A．电压表V1示数减
B．电压表V2示数增
C．电阻R2消耗电功率增
D．电压表V1示数变化量ΔU1绝值电压表V2示数变化量ΔU2绝值
D [滑动变阻器滑片图示位置左缓慢滑动时R接入电路阻值减少总电阻减少总电流变电压R1两端电压增 R2两端电压减根部分电路欧姆定律通R2电流减根联电路电流特点通R3部分支路电流变R3两端电压变电压表V1示数变R两端电压减电压表V2示数减AB错误分析知通R2电流减电阻R2消耗电功率减少C错误通分析知R2两端电压等R3两端电压R两端电压R2两端电压减R3两端电压R两端电压减R3两端电压增R两端电压减值R3两端电压增值D正确]
感悟：闭合电路动态分析三点注意
(1)引起电路变化原：电阻变化开关通断
(2)电容器特点：电路稳定电容器支路电阻电压降电容器两极板间电压等该支路两端电压电路中电流电压变化时会引起电容器充放电
(3)二极特点：具单导电性
考点二| 交流电路分析计算
1．两特殊位置特点
(1)线圈面中性面重合时S⊥BΦ＝0e＝0i＝0电流方发生改变
(2)线圈面中性面垂直时S∥BΦ＝0ei电流方改变
2．正弦交流电四值应
[典例2] 图甲台型发电机示意图单匝线圈绕OO′轴转动某位置开始计时产生电动势时间变化规律图乙示已知发电机线圈阻r外接灯泡电阻9r列说法正确( )
甲 乙
A．线圈垂直中性面位置开始计时
B．电动势表达式e＝6sin 50πt(V)
C．电流方秒改变50次
D．理想电压表示数54 V
D [电动势时间变化规律零开始说明线圈中性面开始转动磁通量瞬时电动势零A错误电动势值Em＝6 Vω＝＝100π rads电动势表达式e＝Emsin ωt＝6sin 100πt(V)B错误线圈转圈电流改变两次方电流方秒改变100次(2f＝100)C错误理想电压表示数路端电压效值UV＝＝＝ V＝54 VD正确]
感悟：解决交变电流问题三点注意
(1)注意区分交变电流值瞬时值效值均值中值瞬时值中值效值电流热效应等效定义
(2)确定正弦式交变电流峰值根已知图象公式Em＝NBSω求出相应峰值中ω＝＝2πf＝2πn
(3)电磁感应问题样求解电功电热相关问题时效值求解通导体某横截面电荷量时均值
考点三| 理想变压器远距离输电
1．理想变压器动态分析两种情况
(1)负载电阻变讨变压器原副线圈两端电压电流电功率等匝数变化情况
(2)匝数变讨变压器原副线圈两端电压电流电功率等负载电阻变化情况
2．理想变压器问题分析技巧
(1)根题意分清变量变量
(2)弄清谁决定谁制约关系电压言输入决定输出电流电功(率)言输出决定输入
3．远距离输电问题解题关键
(1)整输电线路三回路组成回路间通变压器建立联系(图示)
(2)关键通分析利题目条件首先求出中间回路电流I2ΔU＝I2RΔP＝I·R＝ΔU·I2＝
[典例3] (选)(2021·四川省德阳市高三学期5月三诊)图示理想变压器原副线圈匝数1∶3正弦交流电源电压U＝12 V电阻R1＝2 ΩR2＝16 Ω滑动变阻器R3阻值40 Ω滑片P处中间位置列说法中正确( )
A．R1R2消耗电功率8∶9
B．通R1电流2 A
C．移动滑片P电压表读数变
D．移动滑片P电源输出功率变
BC [理想变压器原副线圈匝数1∶3知原副线圈电流3∶1根P＝I2R知R1R2消耗电功率9∶8选项A错误设通R1电流I副线圈电流I初级电压U－IR1＝12－2I根匝数知次级电压3(12－2I)＝R2＋R3m＝36 Ω解I＝2 A选项B正确移动PR3电阻增次级电流变初级电流变根P＝IU知电源输出功率变电阻R1电压变变压器输入电压变次级电压变电压表读数变选项C正确D错误]
考点四| 新情境探究
家灯暖型浴霸背景考查交流电路问题
[案例1] (选)(2021·山西高三模拟)家灯暖型浴霸电路图示中明灯额定电压220 V额定功率44 W四相取暖灯额定电压均220 V额定功率均440 W排气扇电机阻12 Ω浴霸接入u＝220sin 100πt(V)交流电路中时闭合全部开关电器均正常工作时通保险丝电流86 A判断中正确( )
A．交流电频率50 Hz
B．排气扇电机输出功率88 W
C．闭合全部开关浴霸总功率2 675 W
D．闭合S1S4通保险丝电流06 A
AD [根u＝220sin 100πt(V)交流电频率f＝＝ Hz＝50 HzA正确明灯电流I1＝＝02 A取暖灯电流I2＝＝2 A通排气扇电流I3＝I－I1－4I2＝04 A排气扇电机输出功率P＝I3U－Ir＝87808 W排气扇功率P3＝I3U＝88 W浴霸总功率P总＝44 W＋4×440 W＋88 W＝1 892 WBC错误闭合S1S4通保险丝电流I′＝I1＋I3＝06 AD正确]
浮桶式波浪发电灯塔背景考查交变电路问题
[案例2] (选)浮桶式波浪发电灯塔原理图甲示浮桶磁体支柱固定暗礁置线圈R＝15 Ω灯泡相连波浪相磁体竖直方运动始终处磁场中运动速度v＝08π sin(πt) ms浮桶部外两密封圆筒构成(图中阴影部分)截面图乙示匝数N＝100圆形线圈处辐射磁场磁感应强度恒B＝02 T线圈直径D＝04 m总电阻r＝1 Ω取π2＝10列说法正确( )
A．线圈中产生电动势瞬时值e＝64sin(πt) V
B．灯泡中电流瞬时值i＝4sin(πt) A
C．灯泡两端电压效值30 V
D．灯泡电功率240 W
ABC [线圈磁场中切割磁感线产生电动势：
Emax＝NBlvmax l＝πD
联立：Emax＝πNBDvmax＝π×100×02×04×08π V＝64 V
波浪发电产生电动势e瞬时表达式：
e＝Emaxsin(πt)＝64sin(πt)VA正确
根闭合电路欧姆定律：i＝＝4sin(πt) AB正确
灯泡电流效值I＝ A＝2 A灯泡电压效值U＝IR＝2×15 V＝30 VC正确
灯泡电功率P＝I2R＝(2)2×15 W＝120 WD错误]
手机线充电背景考查变压器问题
[案例3] (选)(2021·天津高三模拟)科技改变生活手机线充电已日趋流行工作原理图示该装置等效理想变压器送电线圈原线圈受电线圈副线圈ab间接220 V正弦交变电流受电线圈中产生交变电流送电线圈匝数n1 受电线圈匝数n2n1∶n2＝10∶1两线圈中接电阻阻值均R该装置手机充电时手机两端电压18 V流手机电流1 A列说法正确( )
A．受电线圈cd两端输出电压22 V
B．充电时两线圈接电阻阻值R＝20 Ω
C．充电时送电线圈相连电阻R两端电压20 V
D．充电时受电线圈cd两端输出电压218 V
BD [ab端输入电压220 V送电线圈中电阻R会分压送电线圈两端电压220 V根匝数等电压知受电线圈cd两端输出电压22 VA错误题意知U2＝18 V＋1 A×R送电线圈电流I1＝I2＝01 A送电线圈两端电压U1＝U－I1R＝220 V－01 A×R根＝R＝20 ΩB正确 充电时送电线圈相连电阻R两端电压UR＝I1R＝2 VC错误充电时受电线圈cd两端输出电压U2＝18 V＋1×20 V＝218 VD正确]
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第1讲 直流电路交流电路 讲义
基知：
考点| 直流电路分析计算
1．直流电路动态分析3种方法
(1)程序法
R局I总＝ U＝I总rU外＝E－U确定U支I支
(2)结法——串反(电源阻忽略)
串反：指某电阻增(减)时直接串联间接串联电阻中电流两端电压电功率减(增)
：指某电阻增(减)时直接联间接联电阻中电流两端电压电功率增(减)
(3)极限法
变阻器滑片滑动引起电路变化问题变阻器滑片分滑两极端电阻电阻零讨
2．求解功率值问题2点技巧
(1)定值电阻功率：P定＝I2R
R定值电阻P定电流关系R外时IP定R外时IP定
(2)电源输出功率：P出＝＝R外＝r时P出＝
[典例1] (2021·山东省济宁市高三学期1月期末)图示R1R2R3定值电阻R滑动变阻器V1V2两理想电压表闭合开关滑动变阻器滑片图示位置左缓慢滑动时列说法中正确( )
A．电压表V1示数减
B．电压表V2示数增
C．电阻R2消耗电功率增
D．电压表V1示数变化量ΔU1绝值电压表V2示数变化量ΔU2绝值
D [滑动变阻器滑片图示位置左缓慢滑动时R接入电路阻值减少总电阻减少总电流变电压R1两端电压增 R2两端电压减根部分电路欧姆定律通R2电流减根联电路电流特点通R3部分支路电流变R3两端电压变电压表V1示数变R两端电压减电压表V2示数减AB错误分析知通R2电流减电阻R2消耗电功率减少C错误通分析知R2两端电压等R3两端电压R两端电压R2两端电压减R3两端电压R两端电压减R3两端电压增R两端电压减值R3两端电压增值D正确]
感悟：闭合电路动态分析三点注意
(1)引起电路变化原：电阻变化开关通断
(2)电容器特点：电路稳定电容器支路电阻电压降电容器两极板间电压等该支路两端电压电路中电流电压变化时会引起电容器充放电
(3)二极特点：具单导电性
考点二| 交流电路分析计算
1．两特殊位置特点
(1)线圈面中性面重合时S⊥BΦ＝0e＝0i＝0电流方发生改变
(2)线圈面中性面垂直时S∥BΦ＝0ei电流方改变
2．正弦交流电四值应
[典例2] 图甲台型发电机示意图单匝线圈绕OO′轴转动某位置开始计时产生电动势时间变化规律图乙示已知发电机线圈阻r外接灯泡电阻9r列说法正确( )
甲 乙
A．线圈垂直中性面位置开始计时
B．电动势表达式e＝6sin 50πt(V)
C．电流方秒改变50次
D．理想电压表示数54 V
D [电动势时间变化规律零开始说明线圈中性面开始转动磁通量瞬时电动势零A错误电动势值Em＝6 Vω＝＝100π rads电动势表达式e＝Emsin ωt＝6sin 100πt(V)B错误线圈转圈电流改变两次方电流方秒改变100次(2f＝100)C错误理想电压表示数路端电压效值UV＝＝＝ V＝54 VD正确]
感悟：解决交变电流问题三点注意
(1)注意区分交变电流值瞬时值效值均值中值瞬时值中值效值电流热效应等效定义
(2)确定正弦式交变电流峰值根已知图象公式Em＝NBSω求出相应峰值中ω＝＝2πf＝2πn
(3)电磁感应问题样求解电功电热相关问题时效值求解通导体某横截面电荷量时均值
考点三| 理想变压器远距离输电
1．理想变压器动态分析两种情况
(1)负载电阻变讨变压器原副线圈两端电压电流电功率等匝数变化情况
(2)匝数变讨变压器原副线圈两端电压电流电功率等负载电阻变化情况
2．理想变压器问题分析技巧
(1)根题意分清变量变量
(2)弄清谁决定谁制约关系电压言输入决定输出电流电功(率)言输出决定输入
3．远距离输电问题解题关键
(1)整输电线路三回路组成回路间通变压器建立联系(图示)
(2)关键通分析利题目条件首先求出中间回路电流I2ΔU＝I2RΔP＝I·R＝ΔU·I2＝
[典例3] (选)(2021·四川省德阳市高三学期5月三诊)图示理想变压器原副线圈匝数1∶3正弦交流电源电压U＝12 V电阻R1＝2 ΩR2＝16 Ω滑动变阻器R3阻值40 Ω滑片P处中间位置列说法中正确( )
A．R1R2消耗电功率8∶9
B．通R1电流2 A
C．移动滑片P电压表读数变
D．移动滑片P电源输出功率变
BC [理想变压器原副线圈匝数1∶3知原副线圈电流3∶1根P＝I2R知R1R2消耗电功率9∶8选项A错误设通R1电流I副线圈电流I初级电压U－IR1＝12－2I根匝数知次级电压3(12－2I)＝R2＋R3m＝36 Ω解I＝2 A选项B正确移动PR3电阻增次级电流变初级电流变根P＝IU知电源输出功率变电阻R1电压变变压器输入电压变次级电压变电压表读数变选项C正确D错误]
考点四| 新情境探究
家灯暖型浴霸背景考查交流电路问题
[案例1] (选)(2021·山西高三模拟)家灯暖型浴霸电路图示中明灯额定电压220 V额定功率44 W四相取暖灯额定电压均220 V额定功率均440 W排气扇电机阻12 Ω浴霸接入u＝220sin 100πt(V)交流电路中时闭合全部开关电器均正常工作时通保险丝电流86 A判断中正确( )
A．交流电频率50 Hz
B．排气扇电机输出功率88 W
C．闭合全部开关浴霸总功率2 675 W
D．闭合S1S4通保险丝电流06 A
AD [根u＝220sin 100πt(V)交流电频率f＝＝ Hz＝50 HzA正确明灯电流I1＝＝02 A取暖灯电流I2＝＝2 A通排气扇电流I3＝I－I1－4I2＝04 A排气扇电机输出功率P＝I3U－Ir＝87808 W排气扇功率P3＝I3U＝88 W浴霸总功率P总＝44 W＋4×440 W＋88 W＝1 892 WBC错误闭合S1S4通保险丝电流I′＝I1＋I3＝06 AD正确]
浮桶式波浪发电灯塔背景考查交变电路问题
[案例2] (选)浮桶式波浪发电灯塔原理图甲示浮桶磁体支柱固定暗礁置线圈R＝15 Ω灯泡相连波浪相磁体竖直方运动始终处磁场中运动速度v＝08π sin(πt) ms浮桶部外两密封圆筒构成(图中阴影部分)截面图乙示匝数N＝100圆形线圈处辐射磁场磁感应强度恒B＝02 T线圈直径D＝04 m总电阻r＝1 Ω取π2＝10列说法正确( )
A．线圈中产生电动势瞬时值e＝64sin(πt) V
B．灯泡中电流瞬时值i＝4sin(πt) A
C．灯泡两端电压效值30 V
D．灯泡电功率240 W
ABC [线圈磁场中切割磁感线产生电动势：
Emax＝NBlvmax l＝πD
联立：Emax＝πNBDvmax＝π×100×02×04×08π V＝64 V
波浪发电产生电动势e瞬时表达式：
e＝Emaxsin(πt)＝64sin(πt)VA正确
根闭合电路欧姆定律：i＝＝4sin(πt) AB正确
灯泡电流效值I＝ A＝2 A灯泡电压效值U＝IR＝2×15 V＝30 VC正确
灯泡电功率P＝I2R＝(2)2×15 W＝120 WD错误]
手机线充电背景考查变压器问题
[案例3] (选)(2021·天津高三模拟)科技改变生活手机线充电已日趋流行工作原理图示该装置等效理想变压器送电线圈原线圈受电线圈副线圈ab间接220 V正弦交变电流受电线圈中产生交变电流送电线圈匝数n1 受电线圈匝数n2n1∶n2＝10∶1两线圈中接电阻阻值均R该装置手机充电时手机两端电压18 V流手机电流1 A列说法正确( )
A．受电线圈cd两端输出电压22 V
B．充电时两线圈接电阻阻值R＝20 Ω
C．充电时送电线圈相连电阻R两端电压20 V
D．充电时受电线圈cd两端输出电压218 V
BD [ab端输入电压220 V送电线圈中电阻R会分压送电线圈两端电压220 V根匝数等电压知受电线圈cd两端输出电压22 VA错误题意知U2＝18 V＋1 A×R送电线圈电流I1＝I2＝01 A送电线圈两端电压U1＝U－I1R＝220 V－01 A×R根＝R＝20 ΩB正确 充电时送电线圈相连电阻R两端电压UR＝I1R＝2 VC错误充电时受电线圈cd两端输出电压U2＝18 V＋1×20 V＝218 VD正确]
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