專題四

電路與電磁感應第十三講

恒定電路與交變電流命題形式1.選擇題:?？疾殡姶鸥袘F(xiàn)象的基本概念、圖像問題等,難度中等,如判斷感應電流的方向、分析電磁感應中的B-t圖像、I-t圖像等。2.非選擇題:多以計算題形式出現(xiàn),通常與力學、能量等知識綜合,難度較大,要求考生綜合運用電磁感應定律、閉合電路歐姆定律等知識求解復雜問題。考查內容1.電磁感應現(xiàn)象:主要考查感應電流的產生條件、感應電流方向的判斷,常以線圈在磁場中運動、磁鐵在線圈中進出等情境呈現(xiàn)。2.電磁感應中的電路問題:給出導體棒在磁場中切割磁感線或線圈在磁場中運動的情境,要求分析等效電路,確定電源部分、內阻,再運用閉合電路歐姆定律計算電流、電壓、電功率等物理量。3.電磁感應圖像問題:以導體棒在導軌上的運動、線框通過有界磁場等為背景,給出速度圖像、電流圖像、安培力圖像等,要求根據電磁感應規(guī)律分析物理過程,判斷圖像的正誤或根據圖像信息求解相關物理量。4.電磁感應與其他知識的綜合:常與動力學(如牛頓第二定律、共點力平衡)、功能關系(如動能定理、能量守恒定律)、動量定理等相結合,考查綜合分析和解決問題的能力。命題趨勢1.綜合性增強:題目會越來越多地將電磁感應、電路知識與其他物理模塊知識融合,考查學生的綜合應用能力。2.實際應用增多:可能會以科技前沿或生活中的電磁現(xiàn)象為背景,如風力發(fā)電機組優(yōu)化設計、電磁懸浮供電系統(tǒng)分析等,考查學生運用物理知識解決實際問題的能力。3.圖像問題仍是熱點:繼續(xù)通過圖像考查學生對物理過程的分析和理解能力,圖像的類型可能會更加多樣化。備考建議1.掌握基礎知識:熟練掌握法拉第電磁感應定律、楞次定律、閉合電路歐姆定律等基本規(guī)律,以及感應電流產生的條件、方向判斷等基本概念。2.強化電路分析能力:學會將電磁感應中的電路等效為常規(guī)電路,準確分析電路結構,計算各物理量。3.提升圖像分析技巧:明確圖像的橫、縱坐標物理量,分析電磁感應的具體過程,結合規(guī)律寫出函數關系式,再根據關系式判斷圖像的特征。4.多做綜合題:通過練習與力學、能量等綜合的題目,提高綜合運用知識的能力和解題技巧。5.關注實際應用:了解電磁感應在實際生活和科技中的應用,培養(yǎng)將實際問題轉化為物理模型的能力。1.閉合電路歐姆定律的三個公式(1)E=U外+U內;(任意電路)(2)E=U外+Ir;(任意電路)(3)E=I(R+r)。(純電阻電路)考點一

恒定電流2.動態(tài)電路分析的三種方法程序法串反并同法所謂“串反”,即某一電阻阻值增大(減小)時,與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端的電壓、電功率都減小(增大)。所謂“并同”,即某一電阻阻值增大(減小)時,與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端的電壓、電功率都增大(減小)極限法因滑動變阻器的滑片滑動引起電路變化的問題,可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩個極端,使滑動變阻器接入電路的電阻最大或電阻為零去討論3.電容器的特點(1)只有當電容器充、放電時,電容器所在支路中才會有電流,當電路穩(wěn)定時,電容器所在的支路相當于斷路。(2)電路穩(wěn)定時,與電容器串聯(lián)的電路中沒有電流,同支路的電阻相當于導線,電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓。

提高純電阻電路效率的方法:R越大,η越高。2.電路的簡化與分析(1)含有電容器電路的簡化與分析①電路簡化:不分析電容器的充、放電過程時,把電容器所在的電路視為斷路,簡化電路時可以去掉,求電荷量時再在相應位置補上。②電容器的電壓i.電容器所在的支路中沒有電流,與之串聯(lián)的電阻兩端無電壓,相當于導線。ii.電容器兩端的電壓等于與之并聯(lián)的電阻兩端的電壓。③電容器的電荷量及變化i.電路中電流、電壓的變化可能會引起電容器的充、放電。若電容器兩端電壓升高,電容器將充電;若電壓降低,電容器將通過與它連接的電路放電。ii.如果變化前后極板帶電的電性相同,通過所連導線的電荷量為|Q1-Q2|。iii.如果變化前后極板帶電的電性相反,通過所連導線的電荷量為Q1+Q2。(2)理想電表中電流表一般可視為導線,電壓表可以視為開關斷開。

常見電路等效電源如下:E'=E

r'=R+r

①電路故障一般是短路或斷路。常見的情況有導線斷芯、燈泡斷絲、燈泡短路、電阻內部斷路、接觸不良等現(xiàn)象。故障的特點如下。i.斷路狀態(tài)的特點:電源電壓不為零而電流為零;若外電路某兩點之間的電壓不為零,則這兩點間有斷點,而這兩點與電源連接部分無斷點。ii.短路狀態(tài)的特點:有電流通過電路而電壓為零。②利用電流表、電壓表判斷電路故障的方法i.電流表示數正常而電壓表無示數的情況:“電流表示數正?！北砻麟娏鞅硭陔娐窞橥?“電壓表無示數”表明無電流通過電壓表。方法總結故障原因可能是:a.電壓表損壞;b.電壓表接觸不良;c.與電壓表并聯(lián)的用電器短路。ii.電壓表有示數而電流表無示數的情況:“電壓表有示數”表明有電流通過電壓表,“電流表無示數”說明沒有或幾乎沒有電流流過電流表。故障原因可能是:a.電流表短路;b.和電壓表并聯(lián)的用電器斷路。iii.電流表和電壓表均無示數的情況:“兩表均無示數”表明無電流通過兩表,除了兩表同時短路外,可能是干路斷路導致無電流。iv.歐姆表檢測:當測量值很大時,表示該處斷路;當測量值很小或為零時,表示該處短路。在用歐姆表檢測時,應斷開電源。

(2)結論法:“串反并同”,應用條件為電源內阻不為零。①所謂“串反”,即某一電阻的阻值增大時,與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小,反之則增大。②所謂“并同”,即某一電阻的阻值增大時,與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大,反之則減小。(3)極限法:因滑動變阻器的滑片滑動引起的電路變化問題,可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩個極端去討論。(4)特殊值法:對于某些特殊電路問題,可以采取代入特殊值的方法去判定。4.閉合電路的圖像問題(1)導體的伏安特性曲線:由于電阻的導電性能不同,所以不同的電阻有不同的伏安特性曲線。伏安特性曲線上每一點的電壓坐標與電流坐標的比值對應這一狀態(tài)下的電阻。(2)電源的伏安特性曲線:在閉合電路中,當外電阻R發(fā)生變化時,干路電流I發(fā)生變化,路端電壓U也隨之發(fā)生,路端電壓U與電流I的關系可表示為U端=E-Ir,若以U為縱坐標、I為橫坐標,可在U-I直角坐標系中作出U-I圖線,此圖線稱為電源的伏安特性曲線。由U端=E-Ir可知函數圖像是一條向下傾斜的直線?？v坐標軸上的截距等于電動勢的大小;橫坐標軸上的截距等于短路電流I短;圖線的斜率值等于電源內阻的大小。①直線斜率的絕對值表示電源的內阻r,縱軸的截距為電源電動勢E。②直線上點A與原點O的連線的斜率表示對應的外電路電阻R。③圖線上每一點的橫、縱坐標的乘積為對應情況下電源的輸出功率,對于圖中的A點有PA=UAIA。④圖中實線和虛線的交點稱為“工作點”,這是求解非線性元件功率的突破口?？键c一

閉合電路歐姆定律題型1

電路的判斷及計算【例1】(2025·重慶西南大附中全真模考)某次實驗電路如圖所示?，F(xiàn)閉合開關,將滑動變阻器的滑片向a端滑動,則 (

)A.電池正負極間電壓不變B.A1示數變大C.V示數變大D.A2示數變小【答案】D【解析】根據題意可知,將滑動變阻器的滑片向a端滑動,滑動變阻器接入電路的電阻變大,則回路中外電路總電阻變大,由閉合電路歐姆定律可知,回路中總電流減小,即A1示數變小,路端電壓變大,即電池正、負極間電壓變大,故AB錯誤;由于總電流減小,則左側電阻元件兩端電壓減小,即V示數變小,由于路端電壓增大,可得,右側電阻元件兩端電壓變大,則通過右側電阻元件的電流增大,可知,通過滑動變阻器的電流減小,即A2示數變小,故C錯誤,D正確。故選D?！纠?】如圖所示的電路,電源電動勢E=30V。內阻r=2Ω,電阻R1=8Ω,R2=8Ω,R3=4Ω,C為平行板電容器,其電容C=6.0pF,虛線到兩極板距離相等,極板長l=0.1m,兩極板的間距d=0.01m。(1)若開關S處于斷開狀態(tài),則當其閉合后,求流過R3的總電荷量。(2)若開關S閉合時,有一帶電微粒沿虛線方向以v0=2.0m/s的初速度射入平行板電容器C的電場中,剛好沿虛線做勻速直線運動。問:當開關S斷開后,此帶電微粒以相同的初速度沿虛線方向射入平行板電容器C的電場中,能否從平行板電容器C的電場中射出。(要求寫出計算和分析過程,重力加速度g取10m/s2)【答案】(1)2.4×10-11

C

(2)能

【例3】一個會發(fā)光的電動玩具汽車,其簡化電路如圖所示。電源電動勢E=12V,r=1Ω,電容器的電容C=500μF,定值電阻R1=1Ω,燈泡電阻R2=6Ω,車輪電動機的額定電壓UM=6V,線圈電阻RM=1Ω。開關S閉合,電路穩(wěn)定后,電動機正常工作。(1)電動機的輸出功率是多少?(2)若電動機被卡住,與電動機正常工作時相比,燈泡的實際功率變化了多少?燈泡變亮還是變暗?(3)電動機被卡住后,需要斷開開關檢查故障。求開關S斷開后,流過燈泡的電荷量是多少?(結果保留兩位有效數字)【答案】(1)8

W

(2)3.84

W

變暗

(3)5.6×10-4

C

A.直流輸電導線中的電流為250AB.直流輸電導線總阻值不超過16ΩC.家用交流電的電壓最大值為220V,頻率為50HzD.配電房中變壓器原、副線圈中電流比為11∶500【答案】BD

【例5】如圖甲所示為一個小型電風扇的電路簡圖,其中理想變壓器的原、副線圈匝數之比n1∶n2=10∶1,接線柱a、b接上一個正弦交流電源,電壓隨時間變化規(guī)律如圖乙所示,輸出端接有額定電壓均為12V的燈泡和風扇電動機,燈泡額定功率為3W,電動機線圈電阻r=3Ω,電阻R=8Ω,接通電源后,燈泡正常發(fā)光,風扇正常工作,求:(1)副線圈電流的頻率;(2)副線圈兩端的電壓;(3)電動機輸出的機械功率。【答案】(1)50

Hz

(2)22

V

(3)9

W

C

2.(2024·湖北卷)在如圖所示的電路中接入正弦交變電流,燈泡L1的電阻是燈泡L2的2倍。假設兩個二極管正向電阻為0、反向電阻無窮大。閉合開關S,燈泡L1、L2的電功率之比P1∶P2為 (

)A.2∶1

B.1∶1

C.1∶2

D.1∶4C

3.(多選)(2024·重慶卷)小明設計了臺燈的兩種調光方案,電路圖分別如圖甲、乙所示,圖中額定電壓為6V燈泡的電阻恒定,R為滑動變阻器,理想變壓器原、副線圈匝數分別為n1、n2。原線圈兩端接電壓為220V的交流電,滑片P可調節(jié)燈泡L的亮度,P在R最左端時,甲、乙圖中燈泡L均在額定功率下工作,則 (

)A.n1∶n2=110∶3B.當P滑到R中點時,圖甲中L功率比圖乙中的小C.當P滑到R最左端時,圖甲所示電路比圖乙更節(jié)能D.圖甲中L兩端電壓的可調范圍比圖乙中的大AC

圖乙中的燈泡兩端電壓在0到6V間變化,圖甲中燈泡兩端電壓最高為6V,最低達不到0,則圖乙中燈泡兩端可調電壓范圍大,故D錯誤。故選AC。4.(2024·湖南卷)根據國家能源局統(tǒng)計,截至2023年9月,我國風電裝機4億千瓦,連續(xù)13年居世界第一位,湖南在國內風電設備制造領域居于領先地位。某實驗小組模擬風力發(fā)電廠輸電網絡供電的裝置如圖所示。已知發(fā)電機轉子以角速度ω勻速轉動,升、降壓變壓器均為理想變壓器,輸電線路上的總電阻可簡化為一個定值電阻R0。當用戶端接一個定值電阻R時,R0上消耗的功率為P。不計其余電阻,下列說法正確的是 (

)

A

A.風速增加,若轉子角速度增加一倍,則R0上消耗的功率為4PB.輸電線路距離增加,若R0阻值增加一倍,則R0消耗的功率為4PC.若升壓變壓器的副線圈匝數增加一倍,則R0上消耗的功率為8PD.若在用戶端再并聯(lián)一個完全相同的電阻R,則R0上消耗的功率為6P

專題集訓(十三)

電路1.某學生在研究串聯(lián)電路電壓特點的實驗時,連接成如圖所示的電路,接通S后,他將大內阻的電壓表并聯(lián)在A、C兩點間,電壓表示數為U,當并聯(lián)在A、B兩點間時,電壓表示數也為U,當并聯(lián)在B、C兩點間時,電壓表的示數為零,則出現(xiàn)此種情況的原因可能是(R1、R2的阻值相差不大) (

)A.AB段斷路或BC段短路B.AB段短路或BC段短路C.AB段短路或BC段斷路D.AB段斷路或BC段斷路A【解析】電壓表有示數說明并聯(lián)部分無短路,串聯(lián)部分無斷路,電壓表無示數說明并聯(lián)部分可能短路或者串聯(lián)部分斷路。根據題意電壓表并聯(lián)在A、C兩點間,電壓表示數為U,當并聯(lián)在A、B兩點間時,電壓表示數也為U,當并聯(lián)在B、C兩點間時,電壓表的示數為零,則可以判斷電路的故障可能是AB段斷路,也可能是BC段短路,故A正確,BCD錯誤。故選A。

D

D

C

5.

(2024·江蘇臨江高中三模)如圖所示,理想變壓器輸入端a、b間接入電壓有效值恒定的交變電流,R1、R2為定值電阻,燈泡L1、L2的阻值恒定。在滑動變阻器R的滑片從上端滑到下端的過程中,兩個燈泡始終發(fā)光且工作電壓在額定電壓以內,則下列說法正確的是 (

)A.L1變亮,L2變亮

B.L1變亮,L2變暗C.L1變暗,L2變暗

D.L1變暗,L2變亮D

6.(2025·重慶八中三診)題圖中所示為某自行車的車燈發(fā)電機,其結構如題圖乙所示。繞有線圈的“?”形鐵芯開口處裝有磁鐵(圖示時刻通過鐵芯橫截面的磁通量大小為Φ、鐵芯不漏磁),車輪轉動時帶動與其接觸的摩擦輪轉動,摩擦輪又通過傳動軸帶動磁鐵一起(與車輪角速度相等)轉動,從而使鐵芯中磁通量發(fā)生變化,線圈兩端c、d作為發(fā)電機輸出端,通過導線與標有“12V,6W”的燈泡L相連,當車輪勻速轉動時,發(fā)電機輸出電壓視為正弦交流電,該發(fā)電機供電線圈匝數為n,假設燈泡阻值不變,摩擦輪與輪胎間不打滑。則(

)C

7.(2025·重慶育才中學二模)如題圖甲是醫(yī)用紅外理療燈,圖乙是其內部電路結構示意圖,自耦變壓器可視為理想變壓器,其抽頭P與M、N點間的線圈匝數分別為n1和n2,且n1>n2。若單刀雙擲開關從a切換到b,則 (

)A.電流表示數變小

B.電流表示數變大C.電壓表示數變小

D.電壓表示數變大A【解析】單刀雙擲開關從a切換到b,變壓器原線圈的電壓不變,故電壓表的示數不變,故CD錯誤;由題知,變壓器原線圈的電壓和匝數不變,單刀雙擲開關從a切換到b,n1>n2,則副線圈的匝數減少,根據原副線圈的電壓之比等于匝數比,可知變壓器副線圈的電壓變小,則副線圈的電流變小,由n1I1=n2I2可知原線圈的電流減小,即電流表的示數減小,故A正確,B錯誤。故選A。8.(2025·重慶高三學業(yè)質量