专题五交流电路和直流电路

专题五交流电路和直流电路 南师附中江宁分校高三物理二轮复习讲义 专题五:电磁感应和电路 专题五:电磁感应和电路 第二讲 直流电路和交流电路 一、基础知识回顾及基本方法归纳 (一)四个定律:电阻定律、焦耳定律、欧姆定律和闭合电路欧姆定律 (二)电路分析与计算 1( 部分电路总电阻的变化规律 (1) 无论是串联电路还是并联电路的总电阻，都会随其中任一电阻的增大而增大 (2) 分压电路的电阻。如图所示，在由R和R组成的分压电路中，当R的串联121 部分R增大时，总电阻R增大。 APAP (3) 双臂环路的阻值。当两支路阻值相等时，环路总阻值最大，当两支路阻值相 差越大时，总电阻越小。 2.几类常见的功率问题 (1)与电源有关的功率和效率 (2)用电器的功率和电流的发热功率 (3)输电线的损耗功率和输电功率 (4)电源的输出功率和电动机的输出功率 (三)变压器动态问题的制约思路. 动态分析问题的思路程序可表示为: UUn211I,,2RUnP,P(IU,IU)P,IU UP 121122111负载1122,,,,,,,,,,I,,,,,,,,,,,,U,,,,,,,I122决定决定决定决定 思路5 原理思路.变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中ΔΦ/Δt相等;当遇到“” 型变压器时有 ΔΦ/Δt=ΔΦ/Δt+ΔΦ/Δt, 123 此式适用于交流电或电压(电流)变化的直流电，但不适用于稳压或恒定电流的情况. (四)在直流电路结构发生变化时处理电容器要点:,、确定初末两个稳定状态电容器带电情况 ,、判定电容器充、放电。,、弄清楚充、放电的“通道”，根据电荷移动，判定充、放电电流方向和通过导体 的电量。会分析下面三个典型过程 电容器充电 电容器极板电性不变 电容器放电 电容器先放电后反向充电 电容器极板电性发生变化 二、基础训练 1(如图2所示是一个交流发电机的示意图(线框abcd处于匀强磁场中，已知ab=bc=10厘米，B=1特，线圈匝数n=100，线圈电阻r=5欧，外电路负载电阻R=5欧，线圈以600转/分的转速匀速转动(求: (1)安培表和电压表的读数( (2)从如图示位置开始经过1/60秒时感应电动势的瞬时值多大, (3)从如图所示位置开始转过30?角的过程中的平均感应电动势值多大, UVV,,5222.2,IAA,,24.44,(1),. 图2 (2)31.4V (3)60V 2、有一台内阻为1 Ω的发电机，供给一个学校的用电.如图所示，升压变压器的匝数比是1:4，降压变 压器的匝数比是4:1，输电线的总电阻R是4 Ω.全校共有22个班， 每班有“220V、40W”的电灯6盏，若要保证全部电灯正常发光，则:(1)发电机的输出功率应是多大,(2)发电机的电动势多大, 1 南师附中江宁分校高三物理二轮复习讲义 专题五:电磁感应和电路 (1)5424W (2)250V 3(理发用的电吹风机中有电动机和电热丝，电动机带动风叶转动，电热丝给空气加热，得到热风将头发 吹干，设电动机的线圈电阻为R，它与电热丝的电阻R相串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U，12电流为I,消耗的电功率为P，则有:( CD ) 22A(P,UI B(P=I(R+R) C(P =UI D(P>I(R+R) 1212 4(如图所示为一理想变压器，愿线圈匝数为n，四个副线圈的匝数均为n，四个副线圈中负载电阻的阻2 值相同，二极管为理想二极管，现从原线圈P、Q两端输入正弦交变电流，那么下列说法正确的是( C ) A( 只有流过R和R上的电流仍是交变电流 ad B( 加在R两端的电压是R的两倍 ab C( R消耗的功率是R的两倍 ab D( 若输入的正弦交变电流频率增大，R的功率减小，R的功率增大。 Cd5(利用如图4所示的电流互感器可以测量被测电路中的大电流，若互感器原副线圈 Ann:1:100,的匝数比，交流电流表的示数是，则 C 50mA12 A(被测电路的电流有效值为 0.5A B(被测电路的电流平均值为 0.5A 52AC(被测电路的电流最大值为 D(原副线圈中的电流同时达到最大值 三、典型例题 类型一 直流电路的分析与计算 例1(如图所示电路中，已知电阻,2Ω，,5Ω，灯泡标有“3V，1.5W”样， RRL12 电源内阻r,1Ω，滑动变阻器的最大阻值为R。当滑片P滑至a端时，电流表的示x 数为1A，此时灯泡L恰好正常发光。求: (1)当滑片P滑至b端时，电流表的示数; (2)当滑动变阻器Pb段的电阻为0.5R时，变阻器上消耗的功率。 x (1)2A (2)1.92W 例2(如右图1是一种家用电熨斗的电路原理图(额定电压为220 V)，虚线框内为加热电路，R是定值电值，R是可变0 电阻(调温开关)。该电熨斗温度最低时的耗电功率为121 W，温度最高时的耗电功率为484 W。求: (1)R的阻值及R的阻值变化范围;0 2 南师附中江宁分校高三物理二轮复习讲义 专题五:电磁感应和电路 (2)假定电熨斗每秒钟散发的热量Q跟电熨斗表面温度与环境温度的温差关系如图2所示，现在温度为20?的房间使用该电熨斗来熨烫毛料西服，要求熨斗表面温度为200 ?，且保持不变，问应将R的阻值调为多大, 2UP,解:(1)温度最低档=121 W， 2分 1R，Rmax0 2UP,温度最高档=484 W， 2分 2R0 ,解得R=100 1分， 0 ,R=300 1分 max ,所以变阻器R的阻值变化范围是0到300 1分 (2)此时电熨斗表面温度与环境温度之差Δt=200,20=200 ? 由图像知电熨斗每秒钟散发的热量Q=440 J 2分 要保持电熨斗的表面温度不变，则电熨斗的电功率P=440 W 2分 2U,P, 2分 得R=10 1分 R，R0 例3(图8-9中所示为一个电灯两端的电压与通I/A 0.6 过它的电流的变化关系曲线，可见两者不成线性R0 关系，这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化0.4 的缘故.参考这根曲线，回答下列问题(不计电流A 表和电池的内阻). 0.2 (1)若把三个这样的电灯串联后，接到电动U/V 势为12V的电源上，求流过灯泡的电流和每个 0 2 4 6 8 灯泡的电阻. 图8,10 (2)如图8,10所示，将两个这样的电灯并图8,9 联后再与10Ω的定值电阻串联，接在电动势为 8V的电源上，求通过电流表的电流值及各灯泡的电阻值. 解析:(1)由于三个电灯完全相同中，所以每个电灯 两端的电压U=12/3V=4V，在图3中画出U=4V的直线， LI/A 得到和曲线的交点坐标为(4V，0.4A)，所以流过电灯的电流为0.4A，此时每个电灯的电 0.6 UL,,10,R0.4 阻值为. IL (2)设此时电灯两端的电压为U，流过每个电灯的电流为 0.2 U/V I，根据闭合电路欧姆定律得:E=2IR+U，代入数据得: 0 U=8-20I. 0 2 4 6 8 在图8,9上画出此直线，得到如图8,11所示 图8,11 的图象，可求得到直线和曲线的交点坐标为(2V， 0.3A)，即流过电灯的电流为0.3A，流过电流表的 UL电流强度为0.6A，此时电灯的电阻为. R,,6.7,IL 点拨:题中的电阻变化是非线性的，所以其电阻值不能 直接求得，只能从图象上得出电流和电压再求之，另外要 注意图象中交点的物理意义。 3 南师附中江宁分校高三物理二轮复习讲义 专题五:电磁感应和电路 类型二 含电容器电路、动态电路问题分析 例4(如图所示ε=10V，C=C=30μF，R=4.0Ω,R=6.0Ω,电池内阻可ε 1212RR1 2 忽略。先闭合开关S，电路稳定后，求C、C此时的电压;再将S断S 1 2 开， C、C此时的电压;断开S后流过R的电量为多少库仑, C C1 211 2,44.2×10C M N G 例5(如图为一只测速计原理图，滑动触头P与某运动物体相连，当P匀速滑P 动时，电流有一定的电流通过，从电流表示数可得运动物体的速度，已知电B A 源电动势E=4V，内阻不计，AB长30cm，电容器电容C=50μF。现测得电流表示数为0.05mA，方向由N流向M，试求物体的速度大小和方向 0.075m/s。向左移动。 E r LL2 1 P 例6(在图2所示的电路中，观察三只小灯泡亮度变化和两只电压表变化情况，ab 如果滑动变阻器的滑片P由a端滑至b端，电压表V示数变化的绝对值为?U，11电压表V示数变化的绝对值为?U，则下列说法正确的有 ( BD ) 22L3 A(L、L变暗，L变亮 132 V2 B(L变暗，L、L变亮 V3121 C(?U，?U 12图2 D(?U，?U12 类型三 交变电流的“四个值”的计算 例7(如图所示，矩形线圈abcd边长ab=2l，ad=3l，OO'是线圈的转动轴，aO=bO'=2l(匀强磁场的磁感应强度为B，OO'刚好与磁场的边界线重合(线圈的总电阻为R(当线圈绕 OO'以角速度ω匀速转动时，试求: (1)从图示时刻起，线圈的ab边第一次出磁场前的瞬时，回路中电流的大小和方向( (2)从图示位置计时，取电流沿abcd方向为正，画出线圈中的电流i随时间t变化的关系图线(画两个周期)( (3)线圈中电流的有效值。 解析: 4 南师附中江宁分校高三物理二轮复习讲义 专题五:电磁感应和电路 2BllBl，2，，，，2,,,4(1)方向沿badcb,i= RR (2)如图所示 (3)设有效值I，有 2242B,lTB,lT222(),，(),,RRIRT 2222RR 25B,lI,解得 R 题型解读:解决这类问题注意:按局部(R的变化)?全局(I、U的变化)?局部 总端 (U、I的变化)的逻辑思维进行分析推理。 分分 类型四 电感和电容对交变流电的作用 在交流电路中，电容是“通交流、隔直流，通高频、阻低频”。 C 2C 1 类型五 变压器电路的动态问题 例8(如图所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电 V V12路中R、R、R和R均为固定电阻，开关S是闭合的。和为理想1234 A A A 123电压表，读数分别为U和U;、 和为理想电流表，读数分别12 为I、I和I。现断开S，U数值不变，下列推断中正确的是(BC) ( ) 1231 A(U变小、I变小 B(U不变、I变大 2323 C(I变小、I变小 D(I变大、I变大 1212 例9(如图所示，加在理想变压器原线圈上的交流电源的电动势为E，内阻为r，与副线圈相连的负载电 阻为R，则: (1) 原线圈中的电流I多大时，负载上获得的功率最大,最大1 功率为多少, (2) 若想使负载电阻获得最大功率，变压器匝数比多大, 2EEIP,,,.(1) 1max24rr nr1(2) ,nR2 5