專題12 恒定電流與交變電流（講義）（原卷版）-2024年高考物理二輪復(fù)習(xí)講練測(cè)（新教材新高考）

專題12恒定電流與交變電流目錄TOC\o"1-4"\h\z\u考點(diǎn)一恒定電流 4 4 51.閉合電路中的功率與效率 52.電路的簡化與分析 63.電路的動(dòng)態(tài)分析 84.閉合電路的圖像問題 8 9考向一電路中的功率及效率 9考向二電路的動(dòng)態(tài)分析及含電容器電路的分析 9考點(diǎn)二交變電流 11 11 121.交變電流的產(chǎn)生及描述 122.變壓器電路的動(dòng)態(tài)分析 133.遠(yuǎn)距離輸電的三個(gè)易錯(cuò)點(diǎn) 13 14考向一交變電流的產(chǎn)生及描述 14考向二理想變壓關(guān)系的應(yīng)用及動(dòng)態(tài)分析遠(yuǎn)距離輸電 14

考點(diǎn)要求考題統(tǒng)計(jì)恒定電流考向一電路中的功率及效率：2022?江蘇?高考真題、2022?浙江?高考真題考向二電路的動(dòng)態(tài)分析及含電容器電路的分析：2022?北京?高考真題、2023?海南?高考真題、2023?全國?高考真題交變電流考向一交變電流的產(chǎn)生及描述：2022?河北?高考真題、2022?廣東?高考真題、2022?浙江?高考真題、2021?遼寧?高考真題、2021?天津?高考真題、2021?北京?高考真題、2021?浙江?高考真題、2023?湖南?高考真題、2022?湖北?高考真題、2021?浙江?高考真題、2021?江蘇?高考真題考向二理想變壓關(guān)系的應(yīng)用及動(dòng)態(tài)分析遠(yuǎn)距離輸電：2023?廣東?高考真題、2023?天津?高考真題、2023?北京?高考真題、2023?山東?高考真題、2023?浙江?高考真題、2022?重慶?高考真題、2022?北京?高考真題、2022?湖南?高考真題、2022?山東?高考真題、2021?重慶?高考真題、2021?福建?高考真題、2021?湖北?高考真題、2021?廣東?高考真題、2021?湖南?高考真題、2023?海南?高考真題、2022?天津?高考真題、2022?福建?高考真題、2021?海南?高考真題、2021?山東?高考真題、2021?河北?高考真題考情分析【命題規(guī)律及方法指導(dǎo)】1.命題重點(diǎn)：本專題就是高考的熱點(diǎn)，恒定電流主要考察電路中的功率和效率問題（結(jié)合電磁感應(yīng)在計(jì)算題中考察），電路的分析（以選擇題考察），其他以實(shí)驗(yàn)題為主。交流電主要以選擇題形式結(jié)合圖像考查交變電流的描述（熟練掌握交流電的產(chǎn)生過程及“四值”的理解和應(yīng)用）、理想變壓器（掌握變壓器的原理，及“三個(gè)關(guān)系”）及遠(yuǎn)距離輸電（注意輸電線上損失電壓和電功率的計(jì)算問題）。2.常用方法：圖像法、等效法。3.?？碱}型：選擇題，實(shí)驗(yàn)題，計(jì)算題．【命題預(yù)測(cè)】1.本專題屬于熱點(diǎn)內(nèi)容；2.高考命題考察方向①恒定電流：電路中的功率與效率、閉合電路歐姆定律的應(yīng)用、電路及含容電路動(dòng)態(tài)分析。②交變電流：交變電流的產(chǎn)生及描述，理想變壓關(guān)系的應(yīng)用及動(dòng)態(tài)分析，遠(yuǎn)距離輸電。

考點(diǎn)一恒定電流1．（2023·全國·高考真題）（多選）黑箱外有編號(hào)為1、2、3、4的四個(gè)接線柱，接線柱1和2、2和3、3和4之間各接有一個(gè)電阻，在接線柱間還接有另外一個(gè)電阻R和一個(gè)直流電源。測(cè)得接線柱之間的電壓U12=3.0V，U23=2.5V，U34=－1.5V。符合上述測(cè)量結(jié)果的可能接法是（

）

A．電源接在1、4之間，R接在1、3之間B．電源接在1、4之間，R接在2、4之間C．電源接在1、3之間，R接在1、4之間D．電源接在1、3之間，R接在2、4之間2．（2023·海南·高考真題）如圖所示電路，已知電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)，電容器電容為C，閉合開關(guān)K，待電路穩(wěn)定后，電容器上電荷量為（

）

A．CE B． C． D．3．（2022·北京·高考真題）某同學(xué)利用壓力傳感器設(shè)計(jì)水庫水位預(yù)警系統(tǒng)。如圖所示，電路中的和，其中一個(gè)是定值電阻，另一個(gè)是壓力傳感器（可等效為可變電阻）。水位越高，對(duì)壓力傳感器的壓力越大，壓力傳感器的電阻值越小。當(dāng)a、b兩端的電壓大于時(shí)，控制開關(guān)自動(dòng)開啟低水位預(yù)警；當(dāng)a、b兩端的電壓小于（、為定值）時(shí)，控制開關(guān)自動(dòng)開啟高水位預(yù)警。下列說法正確的是（）A．B．為壓力傳感器C．若定值電阻的阻值越大，開啟高水位預(yù)警時(shí)的水位越低D．若定值電阻的阻值越大，開啟低水位預(yù)警時(shí)的水位越高4．（2022·浙江·高考真題）某節(jié)水噴灌系統(tǒng)如圖所示，水以的速度水平噴出，每秒噴出水的質(zhì)量為2.0kg。噴出的水是從井下抽取的，噴口離水面的高度保持H=3.75m不變。水泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，輸入電壓為220V，輸入電流為2.0A。不計(jì)電動(dòng)機(jī)的摩擦損耗，電動(dòng)機(jī)的輸出功率等于水泵所需要的輸入功率。已知水泵的抽水效率（水泵的輸出功率與輸入功率之比）為75%，忽略水在管道中運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能損失，則（）A．每秒水泵對(duì)水做功為75JB．每秒水泵對(duì)水做功為225JC．水泵輸入功率為440WD．電動(dòng)機(jī)線圈的電阻為101.閉合電路中的功率與效率1）電源的總功率:就是電源提供的總功率，即電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率，也叫電源消耗的功率.①任意電路：．②純電阻電路：.2)電源輸出功率:整個(gè)外電路上消耗的電功率.①任意電路：．②純電阻電路：由P出與外電阻R的關(guān)系圖像可以看出:Ⅰ、當(dāng)R=r時(shí),電源的輸出功率最大,為P出m=E24Ⅱ、當(dāng)R>r時(shí),隨著R的增大,輸出功率越來越小.Ⅲ、當(dāng)R<r時(shí),隨著R的增大,輸出功率越來越大.Ⅳ、當(dāng)P出<P出m時(shí),每個(gè)輸出功率對(duì)應(yīng)兩個(gè)外電阻R1和R2,且R1R2=r2,因此需要注意題目中可能出現(xiàn)雙解的情況.3）電源內(nèi)耗功率:內(nèi)電路上消耗的電功率

4)電源的效率:指電源的輸出功率與電源的功率之比，即①任意電路：②純電阻電路：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(shí),把電容器所在的電路視為斷路,簡化電路時(shí)可以去掉,求電荷量時(shí)再在相應(yīng)位置補(bǔ)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(dāng)于導(dǎo)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(huì)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(dǎo)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(dǎo)線的電荷量為Q1＋Q2.2）理想電表中電流表一般可視為導(dǎo)線,電壓表可以視為開關(guān)斷開.3）等效電源法把含有電源、電阻的部分電路等效為新的“電源”，其“電動(dòng)勢(shì)”、“內(nèi)阻”如下：①兩點(diǎn)間斷路時(shí)的電壓等效為電動(dòng)勢(shì)E′.②兩點(diǎn)短路時(shí)的電流為等效短路電流I短′，等效內(nèi)電阻r′＝eq\f(E′,I短′).常見電路等效電源如下：4）非純電阻電路的分析方法①抓住兩個(gè)關(guān)鍵量:確定非純電阻電路的電壓和電流是解決所有問題的關(guān)鍵.若能求出、,就能確定非純電阻電路的電功率,根據(jù)電流和非純電阻電路的電阻可求出熱功率,最后求出輸出功率.②堅(jiān)持“躲著”求解、:首先,對(duì)其他純電阻電路、電源的內(nèi)電路等,利用歐姆定律進(jìn)行分析計(jì)算,確定相應(yīng)的電壓或電流.然后,利用閉合電路的電壓關(guān)系、電流關(guān)系間接確定非純電阻電路的工作電壓和電流.③應(yīng)用能量守恒定律分析:要善于從能量轉(zhuǎn)化的角度出發(fā),緊緊圍繞能量守恒定律,利用“電功=電熱+其他能量”尋找等量關(guān)系求解.【技巧點(diǎn)撥】①非純電阻電路中,既不能表示電功也不能表示電熱,因?yàn)闅W姆定律不再成立.②不要認(rèn)為有電動(dòng)機(jī)的電路一定是非純電阻電路.當(dāng)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),仍為純電阻電路,歐姆定律仍適用,電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.只有在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才為非純電阻電路,此時(shí)歐姆定律不再適用,大部分電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.5）電路的故障分析①電路故障一般是短路或斷路.常見的情況有導(dǎo)線斷芯、燈泡斷絲、燈泡短路、電阻內(nèi)部斷路、接觸不良等現(xiàn)象.故障的特點(diǎn)如下:i、斷路狀態(tài)的特點(diǎn)：電源電壓不為零而電流為零;若外電路某兩點(diǎn)之間的電壓不為零,則這兩點(diǎn)間有斷點(diǎn),而這兩點(diǎn)與電源連接部分無斷點(diǎn).ii、短路狀態(tài)的特點(diǎn)：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(shù)正常而電壓表無示數(shù)的情況：“電流表示數(shù)正?！北砻麟娏鞅硭陔娐窞橥?“電壓表無示數(shù)”表明無電流通過電壓表.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(shù)而電流表無示數(shù)的情況：“電壓表有示數(shù)”表明有電流通過電壓表,“電流表無示數(shù)”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(shù)的情況：“兩表均無示數(shù)”表明無電流通過兩表,除了兩表同時(shí)短路外,可能是干路斷路導(dǎo)致無電流.iv、歐姆表檢測(cè)：當(dāng)測(cè)量值很大時(shí)，表示該處斷路；當(dāng)測(cè)量值很小或?yàn)榱銜r(shí)，表示該處短路．在用歐姆表檢測(cè)時(shí)，應(yīng)斷開電源．3.電路的動(dòng)態(tài)分析1）程序法:遵循“局部—整體—局部”的思路電路結(jié)構(gòu)的變化→R的變化→R總的變化→I總的變化→U端的變化→固定支路并聯(lián)分流I串聯(lián)分壓2）結(jié)論法：“串反并同”，應(yīng)用條件為電源內(nèi)阻不為零．①所謂“串反”，即某一電阻的阻值增大時(shí)，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(shí)，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(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)引起的電路變化問題,可將滑動(dòng)變阻器的滑片分別滑至兩個(gè)極端去討論.4）特殊值法:對(duì)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(dǎo)體的伏安特性曲線：由于電阻的導(dǎo)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(diǎn)的電壓坐標(biāo)與電流坐標(biāo)的比值對(duì)應(yīng)這一狀態(tài)下的電阻.2）電源的伏安特性曲線：閉合電路中，當(dāng)外電阻R發(fā)生變化時(shí)，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(guān)系可表示為，若以U為縱坐標(biāo)、I為橫坐標(biāo)，可在U-I直角坐標(biāo)系中作出U-I圖線，此圖線稱為電源的伏安特性曲線由可知函數(shù)圖像是一條向下傾斜的直線.縱坐標(biāo)軸上的截距等于電動(dòng)勢(shì)的大小;橫坐標(biāo)軸上的截距等于短路電流I短;圖線的斜率值等于電源內(nèi)阻的大小.【技巧點(diǎn)撥】①直線斜率的絕對(duì)值表示電源的內(nèi)阻r,縱軸的截距為電源電動(dòng)勢(shì)E.②直線上點(diǎn)A與原點(diǎn)O的連線的斜率表示對(duì)應(yīng)的外電路電阻R.③圖線上每一點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)的乘積為對(duì)應(yīng)情況下電源的輸出功率,對(duì)于圖中的A點(diǎn)有PA=UAIA.④圖中實(shí)線和虛線的交點(diǎn)稱為“工作點(diǎn)”,這是求解非線性元件功率的突破口.考向一電路中的功率及效率1．（2024·浙江·模擬預(yù)測(cè)）我國比亞迪集團(tuán)采用減小厚度、增加長度的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方案推出了“刀片電池”，可以在同樣的空間內(nèi)裝入更多電池。如圖所示，一款車型裝配了120塊“刀片電池”。每塊“刀片電池”的容量是200A·h，平均工作電壓是3.2V。該車型采用充電電壓為600V的快充充電樁時(shí)，充電效率為80%，充滿電需要的時(shí)間為1h。該車型每行駛100km平均能耗是13kW·h。則該車型的汽車充電樁（）

A．充滿電后續(xù)航里程是640kmB．充滿電后儲(chǔ)存的電能是640W·hC．單塊電池充滿電后儲(chǔ)存的電荷量是200CD．快充充電樁的平均充電電流是160A考向二電路的動(dòng)態(tài)分析及含電容器電路的分析2．（2024·廣東中山·中山市華僑中學(xué)?？寄M預(yù)測(cè)）（多選）交警使用的某型號(hào)酒精測(cè)試儀如圖甲，其工作原理如圖乙所示，傳感器電阻R的電阻值隨酒精氣體濃度的增大而減小，電源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r，電路中的電表均為理想電表，且．當(dāng)一位酒駕駕駛員對(duì)著測(cè)試儀吹氣時(shí)，下列說法中正確的是（）

A．電流表的示數(shù)減小B．電壓表的示數(shù)減小C．電源對(duì)外輸出功率增大D．電壓表示數(shù)變化量與電流表示數(shù)變化量的絕對(duì)值之比減小3．（2023·云南·校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）（多選）平行金屬板A、B水平放置，構(gòu)成平行板電容器，下極板B接地，與靈敏電流計(jì)G、定值電阻、電源E（內(nèi)阻為r）、滑動(dòng)變阻器R組成如圖所示電路?；瑒?dòng)變阻器R的滑片置于中間位置，此時(shí)兩極板間有一帶電微粒M處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說法正確的是（

）A．滑片向a端移動(dòng)時(shí)，有電流從流過靈敏電流計(jì)GB．滑片向a端移動(dòng)一段距離，電路穩(wěn)定后，滑動(dòng)變阻器消耗的電功率增大C．若將上極板A向上移動(dòng)一段距離，則M會(huì)向下運(yùn)動(dòng)D．若將下極板B向下移動(dòng)一段距離，則M在原位置處所具有的電勢(shì)能增大考點(diǎn)二交變電流1．（2023·湖南·高考真題）（多選）某同學(xué)自制了一個(gè)手搖交流發(fā)電機(jī)，如圖所示。大輪與小輪通過皮帶傳動(dòng)（皮帶不打滑），半徑之比為，小輪與線圈固定在同一轉(zhuǎn)軸上。線圈是由漆包線繞制而成的邊長為的正方形，共匝，總阻值為。磁體間磁場(chǎng)可視為磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。大輪以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)小輪及線圈繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直。線圈通過導(dǎo)線、滑環(huán)和電刷連接一個(gè)阻值恒為的燈泡。假設(shè)發(fā)電時(shí)燈泡能發(fā)光且工作在額定電壓以內(nèi)，下列說法正確的是（

）

A．線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為B．燈泡兩端電壓有效值為C．若用總長為原來兩倍的相同漆包線重新繞制成邊長仍為的多匝正方形線圈，則燈泡兩端電壓有效值為D．若僅將小輪半徑變?yōu)樵瓉淼膬杀?，則燈泡變得更亮2．（2023·海南·高考真題）（多選）下圖是工廠利用的交流電給照明燈供電的電路，變壓器原線圈匝數(shù)為1100匝，下列說法正確的是（

）

A．電源電壓有效值為 B．交變電流的周期為C．副線圈匝數(shù)為180匝 D．副線圈匝數(shù)為240匝3．（2023·山東·高考真題）某節(jié)能儲(chǔ)能輸電網(wǎng)絡(luò)如圖所示，發(fā)電機(jī)的輸出電壓U1=250V，輸出功率500kW。降壓變壓器的匝數(shù)比n3：n4=50：1，輸電線總電阻R=62.5Ω。其余線路電阻不計(jì)，用戶端電壓U4=220V，功率88kW，所有變壓器均為理想變壓器。下列說法正確的是（

）

A．發(fā)電機(jī)的輸出電流為368A B．輸電線上損失的功率為4.8kWC．輸送給儲(chǔ)能站的功率為408kW D．升壓變壓器的匝數(shù)比n1：n2=1：444．（2023·天津·高考真題）下圖為輸電線為用戶輸電的情景，電路中升壓變壓器和降壓變壓器都認(rèn)為是理想變壓器，中間輸電電路電阻為R，下列說法正確的有（）

A．輸出電壓與輸入電壓相等B．輸出功率大于輸入功率C．若用戶接入的用電器增多，則R功率降低D．若用戶接入的用電器增多，則輸出功率降低1.交變電流的產(chǎn)生及描述1）瞬時(shí)值:交流電某一時(shí)刻的值，常用e、u、i表示，用于計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況.【技巧點(diǎn)撥】交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的書寫①確定正弦交變電流的峰值,根據(jù)已知圖像讀出或由公式,求出相應(yīng)峰值.②明確線圈的初始位置,找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式.如:Ⅰ、線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí),則i-t圖像為正弦函數(shù)圖像,函數(shù)表達(dá)式為.Ⅱ、線圈在垂直于中性面的位置開始計(jì)時(shí),則i-t圖像為余弦函數(shù)圖像,函數(shù)表達(dá)式為.2）最大值:，最大值（，）與線圈的形狀，以及轉(zhuǎn)動(dòng)軸處于線圈平面內(nèi)哪個(gè)位置無關(guān).在考慮電容器的耐壓值時(shí)，則應(yīng)根據(jù)交流電的最大值.3）有效值:交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的.即在同一時(shí)間內(nèi)，跟某一交流電能使同一電阻產(chǎn)生相等熱量的直流電的數(shù)值，叫做該交流電的有效值.

【技巧點(diǎn)撥】計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)以及確定保險(xiǎn)絲的熔斷電流等物理量時(shí)，要用有效值計(jì)算.在正弦交流電中，各種交流電器設(shè)備上“銘牌”上所標(biāo)的一般是有效值，及交流電表上的測(cè)量值都指有效值.4）平均值：,,用于計(jì)算通過電路截面的電荷量5）周期和頻率①周期:交流電完成一次周期性變化所需的時(shí)間.在一個(gè)周期內(nèi)，交流電的方向變化兩次.

②頻率f:交流電在1s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù).角頻率:.2.變壓器電路的動(dòng)態(tài)分析常見的理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析一般分匝數(shù)比不變和負(fù)載電阻不變兩種情況:1）匝數(shù)比不變的情況(如圖所示)①U1不變,根據(jù)U1U2=n1n2,輸入電壓U1決定輸出電壓U2,不論負(fù)載電阻②當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí),I2變化,輸出電流I2決定輸入電流I1,故I1發(fā)生變化.③I2變化引起P2變化,P1=P2,故P1發(fā)生變化.2）負(fù)載電阻不變的情況(如圖所示)①U1不變,發(fā)生變化,故U2變化.②R不變,U2變化,故I2發(fā)生變化.③根據(jù),P2發(fā)生變化,再根據(jù)P1=P2,故P1變化,P1=U1I1,U1不變,故I1發(fā)生變化.3.遠(yuǎn)距離輸電的三個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)1）輸電線上損失的功率,U應(yīng)為輸電線上損耗的電壓,而不是輸電電壓;2）輸電導(dǎo)線損耗的電功率:，因此，當(dāng)輸送功率一定時(shí),輸電電壓增大到原來的n倍,輸電線上損耗的功率就減小到原來的;3）電網(wǎng)送電遵循“用多少送多少”的原則,而不是“送多少用多少”,說明原線圈電流由副線圈電流決定.考向一交變電流