資源簡介

第11課時　直流電路和交流電路
【知識網絡】
熱點一　直流電路的分析與計算
例1 (2024·遼寧遼陽一模)如圖1所示，電源的電動勢為3 V、內阻為2 Ω，R1的電阻為8 Ω，電容器的電容為600 μF，所有電壓表和電流表均視為理想電表。在將滑動變阻器R2(最大阻值為8 Ω)的滑片由上端緩慢地滑到下端的過程中，下列說法正確的是(　　)
圖1
A.V1示數增大，V2示數減小
B.R2消耗的電功率先增大后減小
C.R1兩端的最大電壓為2 V
D.電容器極板上增加的電荷量為8×10－4 C
訓練1 (多選)(2024·安徽合肥期中)如圖2所示，電源的電動勢為E且恒定，內阻為r，電路中定值電阻的阻值為R，現將滑動變阻器的滑片由下端向上滑動到某位置，理想電壓表V1、V2、V3示數變化量的絕對值分別為ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想電流表A示數變化量的絕對值為ΔI。則在上述過程中，下列說法正確的是(　　)
圖2
A.電壓表V2的示數減小
B.定值電阻的功率增大
C.ΔU1＋ΔU2＝ΔU3
D.＝R＋r
訓練2 (多選)(2024·山東青島質檢)興趣小組的同學在實驗室設計了如圖3所示的簡易電吹風，主要器材有定值電阻R1、R2、電動機M和電熱絲R，已知電動機M標有“100 V，50 W”字樣，它的線圈內阻為4 Ω，R1＝480 Ω，電熱絲R＝44 Ω，把該電吹風接入220 V家庭電路中，電動機M恰好可以正常工作，則下列說法正確的是(　　)
圖3
A.電熱絲的熱功率P＝1 100 W
B.電阻R2＝240 Ω
C.電動機M正常工作時的輸出功率P1＝49 W
D.開關S1、S2都閉合，1分鐘電路消耗的電能為E＝7.26×103 J
熱點二　交變電流的產生及描述
例2 (2024·廣東卷，1) 將阻值為50 Ω的電阻接在正弦式交流電源上。電阻兩端電壓隨時間的變化規律如圖4所示。下列說法正確的是(　　)
圖4
A.該交流電的頻率為100 Hz
B.通過電阻電流的峰值為0.2 A
C.電阻在1 s內消耗的電能為1 J
D.電阻兩端電壓表達式為u＝10sin(100πt) V
訓練3 (2024·河北張家口模擬)電容的額定電壓為電容兩端所允許施加的最大電壓，如果施加的電壓大于額定電壓值，電容有可能會被損壞。如圖5甲所示，交流發電機的矩形線圈ABCD在磁感應強度B＝0.2 T的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′以角速度ω＝50 rad/s勻速轉動，線圈的匝數n＝100，矩形線圈ABCD面積S＝0.1 m2，線圈電阻忽略不計。標有“100 V　40 W”的燈泡和電容器并聯接到線圈兩端，電容器實物圖如圖乙所示，額定電壓為100 V，電壓表V和電流表A均為理想電表。下列說法正確的是(　　)
圖5
A.電容器不可能被擊穿
B.燈泡恰好正常發光
C.電壓表V的示數為100 V
D.電流表A的示數為0
熱點三　變壓器與遠距離輸電
1.搞清變壓器的三個關系
(1)變與不變的關系：不變的是功率關系、磁通量的變化率和周期頻率。理想變壓器工作不損失能量，即輸入功率等于輸出功率；原、副線圈交變電流頻率相同；在沒有漏磁時，原、副線圈磁通量的變化率相同。
(2)高與低，大與小，多與少，粗與細的關系：電壓高的線圈電流小，匝數多，導線細；電壓低的線圈電流大，匝數少，導線粗。
(3)正比與反比的關系：原、副線圈的電壓與匝數成正比，單一副線圈的變壓器電流與匝數成反比。
2.遠距離輸電
電路構成
三個 關系 功率關系 P＝U1I1＝U2I2＝P用＋P損， P損＝IR線，P用＝U3I3＝U4I4
電壓關系 U2＝U損＋U3，U損＝I2R線
匝數比關系 ＝＝，＝＝
輸電線上 的損耗　 功率損耗為P損＝P2－P3＝IR線＝R線，
電壓損耗為U損＝U2－U3＝I2R線
例3 (多選)(2024·海南卷，9)如圖6，電動汽車充電站的理想變壓器輸入電壓為
10 kV，輸出電壓為220 V，每臺充電樁輸入電流為16 A，設原、副線圈匝數分別為n1、n2，輸入正弦交流電的頻率為50 Hz，則下列說法正確的是(　　)
圖6
A.交流電的周期為0.02 s
B.原、副線圈匝數比n1∶n2＝11∶500
C.輸出的最大電壓為220 V
D.若10臺充電樁同時使用，輸入功率為35.2 kW
例4 (2024·山東泰安一模)如圖7所示為某發電站輸電示意圖，發電機輸出電壓恒定，變壓器均為理想變壓器，在輸電線路的起始端接入甲、乙兩個理想互感器，甲、乙兩互感器原、副線圈的匝數比分別為200∶1和1∶20，降壓變壓器原、副線圈匝數比為200∶1，電壓表的示數為220 V，電流表的示數為5 A，輸電線路總電阻r＝20 Ω。下列說法正確的是 (　　)
圖7
A.互感器甲中圈內接入電流表，互感器乙中圈內接入電壓表
B.輸電線路上損耗的功率約占輸電總功率的6%
C.用戶端的電壓U4＝200 V
D.用電高峰相對平時用電時，用戶端的電壓偏小
訓練4 (多選)輸電能耗演示電路如圖8所示。左側變壓器原、副線圈匝數比為1∶3，輸入電壓為7.5 V的正弦交流電。連接兩理想變壓器的導線總電阻為r，負載R的阻值為10 Ω。開關S接1時，右側變壓器原、副線圈匝數比為2∶1，R上的功率為10 W；接2時，匝數比為1∶2，R上的功率為P。以下判斷正確的是(　　)
圖8
A.r＝10 Ω B.r＝5 Ω C.P＝45 W D.P＝22.5 W
1.(2024·廣西卷，6)將橫截面相同、材料不同的兩段導體L1、L2無縫連接成一段導體，總長度為1.00 m，接入圖9甲電路。閉合開關S，滑片P從M端滑到N端，理想電壓表讀數U隨滑片P的滑動距離x的變化關系如圖乙，則導體L1、L2的電阻率之比約為(　　)
圖9
A.2∶3 B.2∶1 C.5∶3 D.1∶3
2.(2024·湖北卷，5)在如圖10所示電路中接入正弦交流電，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(　　)
圖10
A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4
3.(2024·山東卷，8)如圖11甲所示，在－d≤x≤d、－d≤y≤d的區域中存在垂直Oxy平面向里、磁感應強度大小為B的勻強磁場(用陰影表示磁場的區域)，邊長為2d的正方形線圈與磁場邊界重合。線圈以y軸為轉軸勻速轉動時，線圈中產生的交變電動勢如圖乙所示。若僅磁場的區域發生了變化，線圈中產生的電動勢變為圖丙所示實線部分，則變化后磁場的區域可能為(　　)
圖11
4.(2024·河北卷，4)R1、R2為兩個完全相同的定值電阻，R1兩端的電壓隨時間周期性變化的規律如圖12甲所示(三角形脈沖交流電壓的峰值是有效值的倍)，R2兩端的電壓隨時間按正弦規律變化如圖乙所示，則兩電阻在一個周期T內產生的熱量之比Q1∶Q2為(　　)
圖12
A.2∶3 B.4∶3 C.2∶ D.5∶4
5.(2024·北京卷，5)如圖13甲所示，理想變壓器原線圈接在正弦式交流電源上，輸入電壓u隨時間t變化的圖像如圖乙所示，副線圈接規格為“6 V　3 W”的燈泡。若燈泡正常發光，下列說法正確的是(　　)
圖13
A.原線圈兩端電壓的有效值為24 V
B.副線圈中電流的有效值為0.5 A
C.原、副線圈匝數之比為1∶4
D.原線圈的輸入功率為12 W
6.(多選)(2024·全國甲卷，19)如圖14，理想變壓器的副線圈接入電路的匝數可通過滑動觸頭T調節，副線圈回路接有滑動變阻器R、定值電阻R0和R1、開關S。S處于閉合狀態，在原線圈電壓U0不變的情況下，為提高R1的熱功率，可以(　　)
圖14
A.保持T不動，滑動變阻器R的滑片向f端滑動
B.將T向b端移動，滑動變阻器R的滑片位置不變
C.將T向a端移動，滑動變阻器R的滑片向f端滑動
D.將T向b端移動，滑動變阻器R的滑片向e端滑動
基礎保分練
1.(2024·山西太原高三期末)如圖1所示，圖線a是太陽能電池在某光照強度下路端電壓U和干路電流I的關系圖像，電池內阻不是常量。圖線b是某光敏電阻的U－I圖像，虛直線c為圖線a過P點的切線，在該光照強度下將它們組成閉合回路時(　　)
圖1
A.太陽能電池的電動勢為6 V
B.光敏電阻的功率為1 W
C.光敏電阻的阻值為40 Ω
D.太陽能電池的內阻為5 Ω
2.(2023·海南卷，7)如圖2所示電路，已知電源電動勢為E，內阻不計，電容器電容為C，閉合開關K，待電路穩定后，電容器上電荷量為(　　)
圖2
A.CE 　　B.CE C.CE 　　D.CE
3.(多選)(2024·四川統考二模)如圖3甲所示，為一臺小型發電機的示意圖，單匝線圈勻速轉動，產生的電動勢e隨時間t的變化規律如圖乙所示。已知發電機線圈內阻為0.2 Ω，小燈泡的電阻恒為0.8 Ω。則(　　)
圖3
A.理想電壓表的示數U＝6 V
B.線圈轉動的角速度ω＝100π rad/s
C.轉動過程中穿過線圈的最大磁通量Φm＝ Wb
D.通過燈泡電流的瞬時值表達式為i＝6sin(100πt) A
4.(多選)(2024·河南南陽一模)如圖4，MN、PQ是間距為L的兩條水平放置的平行光滑金屬導軌，導軌的右端接有阻值為R的定值電阻，電阻不計的導體棒ab垂直MN、PQ放在導軌上，導體棒的右側有寬度為d的垂直軌道平面向里的勻強磁場，磁感應強度大小為B，從t＝0時刻開始，導體棒在圖示位置與磁場右邊界之間往復運動，其速度隨時間變化的規律是v＝v0sin ωt，導體棒開始的位置離磁場左邊界的距離等于磁場的寬度，導軌電阻不計。則(　　)
圖4
A.導體棒從開始位置向右運動到磁場右邊界所用時間為
B.閉合回路中的最大電流為
C.導體棒從磁場左邊界運動到磁場右邊界的過程中，電阻R中的平均電流為
D.電阻R消耗的電功率為
5.(2024·浙江1月選考，5)如圖5為某燃氣灶點火裝置的原理圖。直流電經轉換器輸出u＝5sin(100πt) V的交流電，經原、副線圈匝數分別為n1和n2的變壓器升壓至峰值大于10 kV，就會在打火針和金屬板間引發電火花，實現點火。下列正確的是(　　)
圖5
A.<
B.<
C.用電壓表測原線圈兩端電壓，示數為5 V
D.副線圈輸出交流電壓的頻率是100 Hz
6.(2024·吉林白城二模)圖6甲為半波整流電路，在理想變壓器的輸出電路中有一只整流二極管，其具有單向導電性。原、副線圈的匝數比為11∶1，電阻R＝10 Ω，原線圈的輸入電壓隨時間的變化關系如圖乙所示，電表均為理想交流電表，則(　　)
圖6
A.電壓表V1、V2讀數相同
B.電壓表V2的讀數為20 V
C.電流表A讀數為2 A
D.原線圈的輸入功率為20 W
7.(2024·山東模擬預測)如圖7甲所示，理想變壓器原、副線圈匝數比為10∶1，原線圈通以圖乙所示的交變電流后，理想電流表A1示數為0.5 A，副線圈串聯了電阻可忽略的熔斷器、定值電阻R、理想電流表A2以及虛線框內的某用電器，電路處于正常工作狀態。以下說法正確的是(　　)
圖7
A.原線圈兩端電壓的瞬時值表達式
e＝220sin(100πt)V
B.若輸入交變電流的頻率增大，發現A2示數減小，則虛線框內可能是電容器
C.熔斷器的熔斷電流應該不小于5 A
D.若原線圈輸入電壓改為500 V的恒定電壓，則A2示數將增大
8.在如圖8甲所示的遠距離輸電線路中，a、b兩端接圖乙所示的正弦交流電，熔斷絲的熔斷電流為10 A，電阻為2 Ω，升壓理想變壓器原、副線圈匝數比為1∶10，輸電線總電阻為400 Ω，降壓理想變壓器原、副線圈匝數比為10∶1，電阻R兩端并聯理想交流電壓表。電路可以長時間工作，下列說法正確的是(　　)
圖8
A.t＝0.02 s時，電壓表的示數為零
B.輸電線上的熱功率可能為200 W
C.升壓變壓器輸出電壓有效值可能為1 900 V
D.R的阻值可能為14 Ω
提能增分練
9.(多選)如圖9所示，電源電動勢E＝1.5 V，內電阻r＝0.5 Ω，滑動變阻器R1的最大電阻Rm＝5.0 Ω，定值電阻R2＝2.0 Ω，C為平行板電容器，其電容為3 μF。將開關S與a接觸，則(　　)
圖9
A.當R1的阻值增大時，R2兩端的電壓減小
B.當R1接入電路阻值為0.5 Ω時，R1消耗的功率最大
C.將開關從a接向b，通過R3的電流流向為c→d
D.將開關從a接向b，待電路穩定，通過R3的電荷量為9×10－3 C
10.(2024·山東濟寧一模)某同學研究遠距離輸電的電路如圖10所示，a、b端接入電壓為U0的交流電源，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，且兩變壓器的匝數比＝。已知R1、R2的阻值均為R0，R3的阻值為，電阻R1、R2消耗的功率相同，電表均為理想交流電表，下列說法正確的是(　　)
圖10
A.升壓變壓器的匝數比＝
B.電壓表的示數為U0
C.電流表的示數為
D.若R3斷路，電流表示數將增大
培優高分練
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
11.(2023·山東卷，7)某節能儲能輸電網絡如圖11所示，發電機的輸出電壓U1＝
250 V，輸出功率500 kW。降壓變壓器的匝數比n3∶n4＝50∶1，輸電線總電阻R＝62.5 Ω，其余線路電阻不計，用戶端電壓U4＝220 V，功率88 kW，所有變壓器均為理想變壓器。下列說法正確的是(　　)
圖11
A.發電機的輸出電流為368 A
B.輸電線上損失的功率為4.8 kW
C.輸送給儲能站的功率為408 kW
D.升壓變壓器的匝數比n1∶n2＝1∶44
熱點一　直流電路的分析與計算
例1 (2024·遼寧遼陽一模)如圖1所示，電源的電動勢為3 V、內阻為2 Ω，R1的電阻為8 Ω，電容器的電容為600 μF，所有電壓表和電流表均視為理想電表。在將滑動變阻器R2(最大阻值為8 Ω)的滑片由上端緩慢地滑到下端的過程中，下列說法正確的是(　　)
圖1
A.V1示數增大，V2示數減小
B.R2消耗的電功率先增大后減小
C.R1兩端的最大電壓為2 V
D.電容器極板上增加的電荷量為8×10－4 C
答案　D
解析　將滑動變阻器的滑片由上端緩慢地滑到下端的過程中，滑動變阻器接入電路的阻值變大，則總電阻變大，根據閉合電路歐姆定律可知，電路總電流減小，路端電壓增大，則V1示數增大，R1兩端電壓減小，則滑動變阻器R2兩端電壓增大，即V2示數增大，故A錯誤；R2消耗的電功率為P2＝I2R2＝()2R2＝，根據數學知識可知，當R2＝R1＋r＝10 Ω時，R2消耗的電功率最大，由于R2的最大值為8 Ω，則R2消耗的電功率一直增大，故B錯誤；當R2接入電路的阻值為0時，電路電流最大，則有Imax＝＝ A＝0.3 A，則R1兩端的最大電壓為U1max＝ImaxR1＝0.3×8 V＝2.4 V，故C錯誤；滑動變阻器的滑片在上端時，接入電路阻值為0，則電容器兩端電壓為0；當滑動變阻器的滑片在下端時，根據閉合電路歐姆定律可得I＝＝ A＝ A，則電容器兩端電壓為U＝IR2＝×8 V＝ V，則電容器極板上增加的電荷量為ΔQ＝CΔU＝600×10－6×(－0) C＝8×10－4 C，故D正確。
方法總結　直流電路動態分析的三種常用方法
程序法 R局↓→R↓→I總＝↑→U內＝I總r↑→U外＝E－U內↓→再分析各支路變化情況
結論法：“串反 并同” “串反”：指某一電阻增大(減小)時，與它串聯或間接串聯的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小(增大) “并同”：指某一電阻增大(減小)時，與它并聯或間接并聯的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大(減小)
極限法 因滑動變阻器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到兩個極端，使電阻最大或電阻為零去討論
訓練1 (多選)(2024·安徽合肥期中)如圖2所示，電源的電動勢為E且恒定，內阻為r，電路中定值電阻的阻值為R，現將滑動變阻器的滑片由下端向上滑動到某位置，理想電壓表V1、V2、V3示數變化量的絕對值分別為ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想電流表A示數變化量的絕對值為ΔI。則在上述過程中，下列說法正確的是(　　)
圖2
A.電壓表V2的示數減小
B.定值電阻的功率增大
C.ΔU1＋ΔU2＝ΔU3
D.＝R＋r
答案　CD
解析　當滑動變阻器的滑片向上滑動時，電路的總電阻增大，總電流減小，電源內電壓減小，路端電壓增大，電壓表V2的示數為路端電壓，則電壓表V2的示數增大，故A錯誤；電路的總電阻增大，通過定值電阻的電流減小，定值電阻消耗的功率減小，故B錯誤；根據閉合電路的歐姆定律知U3＝E－I(R＋r)，可得＝R＋r，故D正確；根據歐姆定律知U1＝IR，可得＝R，根據U2＝E－Ir，可得＝r，聯立可得ΔU1＋ΔU2＝ΔU3，故C正確。
訓練2 (多選)(2024·山東青島質檢)興趣小組的同學在實驗室設計了如圖3所示的簡易電吹風，主要器材有定值電阻R1、R2、電動機M和電熱絲R，已知電動機M標有“100 V，50 W”字樣，它的線圈內阻為4 Ω，R1＝480 Ω，電熱絲R＝44 Ω，把該電吹風接入220 V家庭電路中，電動機M恰好可以正常工作，則下列說法正確的是(　　)
圖3
A.電熱絲的熱功率P＝1 100 W
B.電阻R2＝240 Ω
C.電動機M正常工作時的輸出功率P1＝49 W
D.開關S1、S2都閉合，1分鐘電路消耗的電能為E＝7.26×103 J
答案　AC
解析　根據題圖電路可知，S1閉合時電熱絲兩端的電壓為UR＝220 V，則其熱功率為P＝＝ W＝1 100 W，故A正確；電動機正常工作，則可得電動機所在支路的電流為IM＝＝ A＝0.5 A，根據并聯電路的特征可得IM＝120 V，解得R2＝480 Ω，故B錯誤；電動機正常工作時PM＝P1＋P熱，而P熱＝Ir＝0.52×4 W＝1 W，可得電動機M正常工作時的輸出功率P1＝49 W，故C正確；電熱絲所在支路電流IR＝＝ A＝5 A，則可得干路電流I＝IR＋IM＝5.5 A，由此可知，當開關S1、S2都閉合，1分鐘電路消耗的電能為E＝URIt＝220×5.5×60 J＝7.26×104 J，故D錯誤。
熱點二　交變電流的產生及描述
例2 (2024·廣東卷，1) 將阻值為50 Ω的電阻接在正弦式交流電源上。電阻兩端電壓隨時間的變化規律如圖4所示。下列說法正確的是(　　)
圖4
A.該交流電的頻率為100 Hz
B.通過電阻電流的峰值為0.2 A
C.電阻在1 s內消耗的電能為1 J
D.電阻兩端電壓表達式為u＝10sin(100πt) V
答案　D
解析　由圖可知交流電的周期為0.02 s，則頻率為f＝＝50 Hz，故A錯誤；根據圖像可知電壓的峰值為10 V，根據歐姆定律可知電流的峰值Im＝＝ A＝0.2 A，故B錯誤；電流的有效值為I＝＝0.2 A，所以電阻在1 s內消耗的電能為W＝I2Rt＝0.22×50×1 J＝2 J，故C錯誤；根據圖像可知其電壓表達式為u＝Umsin ωt＝10sinV＝10sin(100πt)V，故D正確。
正弦式交變電流“四值”的應用
訓練3 (2024·河北張家口模擬)電容的額定電壓為電容兩端所允許施加的最大電壓，如果施加的電壓大于額定電壓值，電容有可能會被損壞。如圖5甲所示，交流發電機的矩形線圈ABCD在磁感應強度B＝0.2 T的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′以角速度ω＝50 rad/s勻速轉動，線圈的匝數n＝100，矩形線圈ABCD面積S＝0.1 m2，線圈電阻忽略不計。標有“100 V　40 W”的燈泡和電容器并聯接到線圈兩端，電容器實物圖如圖乙所示，額定電壓為100 V，電壓表V和電流表A均為理想電表。下列說法正確的是(　　)
圖5
A.電容器不可能被擊穿
B.燈泡恰好正常發光
C.電壓表V的示數為100 V
D.電流表A的示數為0
答案　A
解析　電動勢的最大值Em＝nBSω，代入數據可得Em＝100 V，則電動勢的有效值E＝＝ V＝50 V≈71 V，電容器的額定電壓100 V，恰好不會被擊穿，電壓的有效值不等于燈泡的額定電壓，燈泡不能正常發光，A正確，B錯誤；電壓表示數為71 V，電容器的充放電過程，電流表示數不為0，C、D錯誤。
熱點三　變壓器與遠距離輸電
1.搞清變壓器的三個關系
(1)變與不變的關系：不變的是功率關系、磁通量的變化率和周期頻率。理想變壓器工作不損失能量，即輸入功率等于輸出功率；原、副線圈交變電流頻率相同；在沒有漏磁時，原、副線圈磁通量的變化率相同。
(2)高與低，大與小，多與少，粗與細的關系：電壓高的線圈電流小，匝數多，導線細；電壓低的線圈電流大，匝數少，導線粗。
(3)正比與反比的關系：原、副線圈的電壓與匝數成正比，單一副線圈的變壓器電流與匝數成反比。
2.遠距離輸電
電路構成
三個 關系 功率關系 P＝U1I1＝U2I2＝P用＋P損， P損＝IR線，P用＝U3I3＝U4I4
電壓關系 U2＝U損＋U3，U損＝I2R線
匝數比關系 ＝＝，＝＝
輸電線上 的損耗　 功率損耗為P損＝P2－P3＝IR線＝R線，
電壓損耗為U損＝U2－U3＝I2R線
例3 (多選)(2024·海南卷，9)如圖6，電動汽車充電站的理想變壓器輸入電壓為
10 kV，輸出電壓為220 V，每臺充電樁輸入電流為16 A，設原、副線圈匝數分別為n1、n2，輸入正弦交流電的頻率為50 Hz，則下列說法正確的是(　　)
圖6
A.交流電的周期為0.02 s
B.原、副線圈匝數比n1∶n2＝11∶500
C.輸出的最大電壓為220 V
D.若10臺充電樁同時使用，輸入功率為35.2 kW
答案　AD
解析　根據周期與頻率的關系可知，該交流電的周期T＝＝0.02 s，A正確；根據理想變壓器的變壓規律可得＝＝＝，B錯誤；根據正弦交流電最大值與有效值的關系可知，輸出的最大電壓U2m＝U2＝220 V，C錯誤；每臺充電樁工作時輸入的功率P＝U2I0＝3 520 W，則10臺充電樁工作時輸入的功率P10＝10P＝35.2 kW，D正確。
例4 (2024·山東泰安一模)如圖7所示為某發電站輸電示意圖，發電機輸出電壓恒定，變壓器均為理想變壓器，在輸電線路的起始端接入甲、乙兩個理想互感器，甲、乙兩互感器原、副線圈的匝數比分別為200∶1和1∶20，降壓變壓器原、副線圈匝數比為200∶1，電壓表的示數為220 V，電流表的示數為5 A，輸電線路總電阻r＝20 Ω。下列說法正確的是 (　　)
圖7
A.互感器甲中圈內接入電流表，互感器乙中圈內接入電壓表
B.輸電線路上損耗的功率約占輸電總功率的6%
C.用戶端的電壓U4＝200 V
D.用電高峰相對平時用電時，用戶端的電壓偏小
答案　D
解析　互感器甲并聯在電路中，是電壓互感器；互感器乙串聯在電路中，是電流互感器，A錯誤；電流表的示數為5 A，電流互感器原、副線圈的匝數比為1∶20，則輸電線路上的電流I＝100 A，輸電線路上損耗的功率P損＝I2r＝200 kW，電壓表的示數為220 V，電壓互感器原、副線圈的匝數比為200∶1，所以輸送電壓U2＝44 000 V，輸電總功率P＝U2I＝4 400 kW，則輸電線路上損耗的功率約占輸電總功率的×100%＝×100%≈4.5%，B錯誤；降壓變壓器原線圈兩端電壓U3＝U2－Ir＝42 000 V，用戶端的電壓U4＝＝210 V，C錯誤；用戶使用的用電設備增多，用戶端電流增大，輸送電流增大，輸電線上損失的電壓增大，降壓變壓器輸入電壓減小，降壓變壓器輸出電壓減小，即用戶端的電壓減小，D正確。
訓練4 (多選)輸電能耗演示電路如圖8所示。左側變壓器原、副線圈匝數比為1∶3，輸入電壓為7.5 V的正弦交流電。連接兩理想變壓器的導線總電阻為r，負載R的阻值為10 Ω。開關S接1時，右側變壓器原、副線圈匝數比為2∶1，R上的功率為10 W；接2時，匝數比為1∶2，R上的功率為P。以下判斷正確的是(　　)
圖8
A.r＝10 Ω B.r＝5 Ω C.P＝45 W D.P＝22.5 W
答案　BD
解析　當開關S接1時，左側變壓器副線圈的電壓U2＝U1＝3×7.5 V＝22.5 V，電阻R上的電壓，即右側變壓器的副線圈的電壓U4＝＝10 V，電流I4＝＝1 A，右側變壓器原線圈的電壓U3＝U4＝×10 V＝20 V，電流I3＝I4＝×1 A＝0.5 A，導線的總電阻r＝＝5 Ω，故A錯誤，B正確；當開關S接2時，設輸電電流為I，則右側變壓器的副線圈中的電流為0.5I，根據理想變壓器的規律，有＝，解得I＝3 A，則R上的功率P＝(0.5I)2R＝22.5 W，故C錯誤，D正確。
1.(2024·廣西卷，6)將橫截面相同、材料不同的兩段導體L1、L2無縫連接成一段導體，總長度為1.00 m，接入圖9甲電路。閉合開關S，滑片P從M端滑到N端，理想電壓表讀數U隨滑片P的滑動距離x的變化關系如圖乙，則導體L1、L2的電阻率之比約為(　　)
圖9
A.2∶3 B.2∶1 C.5∶3 D.1∶3
答案　B
解析　根據電阻定律R＝ρ和歐姆定律I＝可得，ΔU＝I·ΔR，整理可得ρ＝·，結合題圖可知導體L1、L2的電阻率之比＝＝，故B正確。
2.(2024·湖北卷，5)在如圖10所示電路中接入正弦交流電，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(　　)
圖10
A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4
答案　C
解析　分析電路特點可知，在接入正弦交流電的一個周期內，有半個周期只給L1供電，另半個周期只給L2供電，L1兩端電壓的有效值與L2兩端電壓的有效值相等，又R1∶R2＝2∶1，則根據P＝可知，燈泡L1、L2的功率之比P1∶P2＝1∶2，C正確。
3.(2024·山東卷，8)如圖11甲所示，在－d≤x≤d、－d≤y≤d的區域中存在垂直Oxy平面向里、磁感應強度大小為B的勻強磁場(用陰影表示磁場的區域)，邊長為2d的正方形線圈與磁場邊界重合。線圈以y軸為轉軸勻速轉動時，線圈中產生的交變電動勢如圖乙所示。若僅磁場的區域發生了變化，線圈中產生的電動勢變為圖丙所示實線部分，則變化后磁場的區域可能為(　　)
圖11
答案　C
解析　根據題意可知，磁場區域變化前線圈產生的感應電動勢為e＝Esin ωt，由題圖丙可知，磁場區域變化后，當Esin ωt＝時，線圈的側邊開始切割磁感線，即當線圈旋轉時開始切割磁感線，由幾何關系可知磁場區域平行于x軸的邊長變為d′＝2dcos＝d，C正確。
4.(2024·河北卷，4)R1、R2為兩個完全相同的定值電阻，R1兩端的電壓隨時間周期性變化的規律如圖12甲所示(三角形脈沖交流電壓的峰值是有效值的倍)，R2兩端的電壓隨時間按正弦規律變化如圖乙所示，則兩電阻在一個周期T內產生的熱量之比Q1∶Q2為(　　)
圖12
A.2∶3 B.4∶3 C.2∶ D.5∶4
答案　B
解析　設R1、R2的阻值均為R，根據題中所給信息，結合題圖圖像可得Q1＝·＋·＝T，Q2＝T＝T，則＝，B正確。
5.(2024·北京卷，5)如圖13甲所示，理想變壓器原線圈接在正弦式交流電源上，輸入電壓u隨時間t變化的圖像如圖乙所示，副線圈接規格為“6 V　3 W”的燈泡。若燈泡正常發光，下列說法正確的是(　　)
圖13
A.原線圈兩端電壓的有效值為24 V
B.副線圈中電流的有效值為0.5 A
C.原、副線圈匝數之比為1∶4
D.原線圈的輸入功率為12 W
答案　B
解析　原線圈兩端電壓的有效值為U1＝＝24 V，A錯誤；副線圈所接燈泡正常發光，副線圈中電流的有效值為I＝＝ A＝0.5 A，B正確；原、副線圈匝數之比＝＝＝，C錯誤；原線圈的輸入功率P入＝P出＝6 W，D錯誤。
6.(多選)(2024·全國甲卷，19)如圖14，理想變壓器的副線圈接入電路的匝數可通過滑動觸頭T調節，副線圈回路接有滑動變阻器R、定值電阻R0和R1、開關S。S處于閉合狀態，在原線圈電壓U0不變的情況下，為提高R1的熱功率，可以(　　)
圖14
A.保持T不動，滑動變阻器R的滑片向f端滑動
B.將T向b端移動，滑動變阻器R的滑片位置不變
C.將T向a端移動，滑動變阻器R的滑片向f端滑動
D.將T向b端移動，滑動變阻器R的滑片向e端滑動
答案　AC
解析　保持T不動，則原、副線圈匝數比不變，又變壓器的輸入電壓不變，根據變壓器的變壓規律可知，變壓器的輸出電壓不變，滑動變阻器的滑片向f端滑動時，其接入電路的電阻減小，根據歐姆定律可知通過R1的電流增大，根據P＝I2R可知，R1的熱功率增大，A正確；僅將T向b端移動，則原、副線圈的匝數比增大，又變壓器的輸入電壓不變，根據變壓器的變壓規律可知，變壓器的輸出電壓減小，則R1兩端的電壓減小，根據P＝可知，R1的熱功率減小，B錯誤；同理，僅將T向a端移動，R1的熱功率增大，結合A項分析可知，再將滑動變阻器的滑片向f端滑動，R1的熱功率進一步增大，C正確；經以上分析可知，將T向b端移動，滑動變阻器的滑片向e端滑動，R1的熱功率減小，D錯誤。
基礎保分練
1.(2024·山西太原高三期末)如圖1所示，圖線a是太陽能電池在某光照強度下路端電壓U和干路電流I的關系圖像，電池內阻不是常量。圖線b是某光敏電阻的U－I圖像，虛直線c為圖線a過P點的切線，在該光照強度下將它們組成閉合回路時(　　)
圖1
A.太陽能電池的電動勢為6 V
B.光敏電阻的功率為1 W
C.光敏電阻的阻值為40 Ω
D.太陽能電池的內阻為5 Ω
答案　D
解析　由閉合電路歐姆定律可得，當電流為0時，圖線a的縱截距表示電源電動勢，所以E＝5 V，故A錯誤；由題圖可知在某光照強度下將它們組成閉合回路時，則光敏電阻兩端電壓為U＝4 V，通過的電流為I＝0.2 A，則光敏電阻的阻值為R＝＝ Ω＝20 Ω，故C錯誤；光敏電阻的功率為P＝UI＝0.8 W，故B錯誤；太陽能電池的內阻為r＝＝5 Ω，故D正確。
2.(2023·海南卷，7)如圖2所示電路，已知電源電動勢為E，內阻不計，電容器電容為C，閉合開關K，待電路穩定后，電容器上電荷量為(　　)
圖2
A.CE 　　B.CE C.CE 　　D.CE
答案　C
解析　由電路的串并聯規律可知，電阻3R兩端的電壓為，電阻R兩端的電壓為，則電容器兩極板間電勢差ΔU＝，電容器上的電荷量Q＝CΔU＝CE，C正確。
3.(多選)(2024·四川統考二模)如圖3甲所示，為一臺小型發電機的示意圖，單匝線圈勻速轉動，產生的電動勢e隨時間t的變化規律如圖乙所示。已知發電機線圈內阻為0.2 Ω，小燈泡的電阻恒為0.8 Ω。則(　　)
圖3
A.理想電壓表的示數U＝6 V
B.線圈轉動的角速度ω＝100π rad/s
C.轉動過程中穿過線圈的最大磁通量Φm＝ Wb
D.通過燈泡電流的瞬時值表達式為i＝6sin(100πt) A
答案　BD
解析　由題圖乙可知線圈輸出電壓的有效值為U有效＝6 V，理想電壓表測的是小燈泡兩端電壓，示數為U＝×0.8 V＝4.8 V，A錯誤；交變電流的周期為T＝0.02 s，線圈轉動的角速度為ω＝＝100π rad/s，B正確；單匝線圈轉動時產生的電動勢最大值為Em＝BSω＝Φm·ω，可得轉動過程中穿過線圈的最大磁通量為Φm＝＝ Wb＝ Wb，C錯誤；通過燈泡電流的最大值Im＝＝ A＝6 A，通過燈泡電流的瞬時值表達式為i＝6sin(100πt) A，D正確。
4.(多選)(2024·河南南陽一模)如圖4，MN、PQ是間距為L的兩條水平放置的平行光滑金屬導軌，導軌的右端接有阻值為R的定值電阻，電阻不計的導體棒ab垂直MN、PQ放在導軌上，導體棒的右側有寬度為d的垂直軌道平面向里的勻強磁場，磁感應強度大小為B，從t＝0時刻開始，導體棒在圖示位置與磁場右邊界之間往復運動，其速度隨時間變化的規律是v＝v0sin ωt，導體棒開始的位置離磁場左邊界的距離等于磁場的寬度，導軌電阻不計。則(　　)
圖4
A.導體棒從開始位置向右運動到磁場右邊界所用時間為
B.閉合回路中的最大電流為
C.導體棒從磁場左邊界運動到磁場右邊界的過程中，電阻R中的平均電流為
D.電阻R消耗的電功率為
答案　ABD
解析　由題意知T＝，t＝＝，A正確；導體棒最大速度為v0，所以閉合回路中的最大電流為Im＝＝，B正確；根據感應電動勢最大值表達式，有BLv0＝BSω，根據法拉第電磁感應定律有＝＝＝＝，可得＝＝，C錯誤；設電動勢的有效值為E，根據電動勢有效值的定義，有T＝·，解得E＝Em＝BLv0，電阻R消耗的電功率為P＝＝，D正確。
5.(2024·浙江1月選考，5)如圖5為某燃氣灶點火裝置的原理圖。直流電經轉換器輸出u＝5sin(100πt) V的交流電，經原、副線圈匝數分別為n1和n2的變壓器升壓至峰值大于10 kV，就會在打火針和金屬板間引發電火花，實現點火。下列正確的是(　　)
圖5
A.<
B.<
C.用電壓表測原線圈兩端電壓，示數為5 V
D.副線圈輸出交流電壓的頻率是100 Hz
答案　B
解析　原線圈兩端電壓的有效值U1＝ V＝ V，根據電壓與匝數關系有＝，變壓器副線圈電壓的峰值U2max＝U2，根據題意有U2max>10×103 V，解得<，故A錯誤，B正確；用電壓表測原線圈兩端電壓，電壓表測的是有效值，則示數為U1＝ V＝ V，故C錯誤；根據ω＝2πf＝100π rad/s，解得f＝50 Hz，變壓器不改變頻率，則副線圈輸出交流電壓的頻率是50 Hz，故D錯誤。
6.(2024·吉林白城二模)圖6甲為半波整流電路，在理想變壓器的輸出電路中有一只整流二極管，其具有單向導電性。原、副線圈的匝數比為11∶1，電阻R＝10 Ω，原線圈的輸入電壓隨時間的變化關系如圖乙所示，電表均為理想交流電表，則(　　)
圖6
A.電壓表V1、V2讀數相同
B.電壓表V2的讀數為20 V
C.電流表A讀數為2 A
D.原線圈的輸入功率為20 W
答案　D
解析　由題圖乙可知，原線圈輸入電壓的有效值為U1＝220 V。根據原、副線圈匝數比與電壓比的關系有＝，解得U2＝20 V，由于二極管具有單向導電性，只有半個周期內能通過電流，有·＝T，解得U3＝10 V，故A、B錯誤；通過R的電流為I2＝＝ A，理想變壓器輸入功率等于輸出功率，則有P1＝P2＝IR＝20 W，原線圈雖然整個周期都有電壓但是只有在副線圈有電流和功率時原線圈才有功率，由＝，可得I1＝ A，故C錯誤，D正確。
7.(2024·山東模擬預測)如圖7甲所示，理想變壓器原、副線圈匝數比為10∶1，原線圈通以圖乙所示的交變電流后，理想電流表A1示數為0.5 A，副線圈串聯了電阻可忽略的熔斷器、定值電阻R、理想電流表A2以及虛線框內的某用電器，電路處于正常工作狀態。以下說法正確的是(　　)
圖7
A.原線圈兩端電壓的瞬時值表達式
e＝220sin(100πt)V
B.若輸入交變電流的頻率增大，發現A2示數減小，則虛線框內可能是電容器
C.熔斷器的熔斷電流應該不小于5 A
D.若原線圈輸入電壓改為500 V的恒定電壓，則A2示數將增大
答案　C
解析　由題圖乙可知，交流電壓的最大值為Em＝220 V，周期為T＝0.02 s，由電壓瞬時值表達式為e＝Emsin(t)V可得，原線圈兩端電壓的瞬時值表達式為e＝220sin(100πt)V，故A錯誤；若輸入的交變電流頻率增大，發現A2示數減小，說明虛線框內的用電器對高頻交變電流的阻礙較大，所以虛線框內的用電器為電感器，故B錯誤；理想電流表A1示數為I1＝0.5 A，由理想變壓器的電流關系＝，解得I2＝5 A，所以熔斷器的熔斷電流應該不小于5 A，故C正確；理想變壓器的工作原理為互感，所以理想變壓器對恒定電流不起作用，即若原線圈輸入電壓改為500 V的恒定電壓，則A2示數將變為零，故D錯誤。
8.在如圖8甲所示的遠距離輸電線路中，a、b兩端接圖乙所示的正弦交流電，熔斷絲的熔斷電流為10 A，電阻為2 Ω，升壓理想變壓器原、副線圈匝數比為1∶10，輸電線總電阻為400 Ω，降壓理想變壓器原、副線圈匝數比為10∶1，電阻R兩端并聯理想交流電壓表。電路可以長時間工作，下列說法正確的是(　　)
圖8
A.t＝0.02 s時，電壓表的示數為零
B.輸電線上的熱功率可能為200 W
C.升壓變壓器輸出電壓有效值可能為1 900 V
D.R的阻值可能為14 Ω
答案　B
解析　電壓表示數是電壓的有效值，故電壓表示數不為零，A錯誤；熔斷絲中電流為10 A時輸電線的熱功率最大，由理想變壓器規律n1I1＝n2I2可知，此時輸電線中的電流I2＝1 A，輸電線最大熱功率P線＝IR線＝400 W，B正確；由題圖乙可得a、b間所接交流電壓的有效值U＝220 V，又熔斷絲兩端電壓的最大值U1＝I1R絲＝20 V，則升壓變壓器原線圈兩端電壓的最小值U1＝200 V，副線圈輸出電壓最小值為U2＝U1＝2 000 V，C錯誤；降壓變壓器原線圄兩端電壓最小值U3＝U2－I2R線＝1 600 V，R兩端電壓最小值U4＝U3＝160 V，此時通過R的電流I4＝I2＝10 A，則其阻值最小為Rmin＝＝16 Ω，D錯誤。
提能增分練
9.(多選)如圖9所示，電源電動勢E＝1.5 V，內電阻r＝0.5 Ω，滑動變阻器R1的最大電阻Rm＝5.0 Ω，定值電阻R2＝2.0 Ω，C為平行板電容器，其電容為3 μF。將開關S與a接觸，則(　　)
圖9
A.當R1的阻值增大時，R2兩端的電壓減小
B.當R1接入電路阻值為0.5 Ω時，R1消耗的功率最大
C.將開關從a接向b，通過R3的電流流向為c→d
D.將開關從a接向b，待電路穩定，通過R3的電荷量為9×10－3 C
答案　AC
解析　增大R1的阻值，電路總電阻增大，干路電流減小，則R2兩端的電壓減小，A正確；將R2與電源看作等效電源，當R1接入電路的電阻與等效電源的內阻相等時，R1消耗功率最大，則有R1＝R2＋r＝2.5 Ω，B錯誤；開關接a時，電容器左極板帶負電，開關接b時，左極板帶正電，所以流過R3的電流流向為c→d，C正確；因R1接入的阻值未知，不能求出電容器上兩板間的電壓，故不能求出通過R3的電荷量，D錯誤。
10.(2024·山東濟寧一模)某同學研究遠距離輸電的電路如圖10所示，a、b端接入電壓為U0的交流電源，升壓變壓器和降壓變壓器均為理想變壓器，且兩變壓器的匝數比＝。已知R1、R2的阻值均為R0，R3的阻值為，電阻R1、R2消耗的功率相同，電表均為理想交流電表，下列說法正確的是(　　)
圖10
A.升壓變壓器的匝數比＝
B.電壓表的示數為U0
C.電流表的示數為
D.若R3斷路，電流表示數將增大
答案　C
解析　已知R1、R2的阻值相等，消耗的功率相同，可知電流相同，設為I2，因R3的阻值為，則R3的電流為2I2，則降壓變壓器的副線圈中電流為3I2，由理想變壓器的電流關系可知＝＝，則＝，選項A錯誤；升壓變壓器的原線圈中電流I1＝I2＝3I2，由能量關系可知U0I1＝U4I2＋U4·3I2，解得U4＝U0，即電壓表示數為U0，選項B錯誤；電流表的示數等于I2，等于通過R1的電流，則為I2＝＝，選項C正確；若R3斷路，降壓變壓器副線圈中電流減小，則降壓變壓器原線圈中電流減小，即電流表示數將減小，選項D錯誤。
培優高分練
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
11.(2023·山東卷，7)某節能儲能輸電網絡如圖11所示，發電機的輸出電壓U1＝
250 V，輸出功率500 kW。降壓變壓器的匝數比n3∶n4＝50∶1，輸電線總電阻R＝62.5 Ω，其余線路電阻不計，用戶端電壓U4＝220 V，功率88 kW，所有變壓器均為理想變壓器。下列說法正確的是(　　)
圖11
A.發電機的輸出電流為368 A
B.輸電線上損失的功率為4.8 kW
C.輸送給儲能站的功率為408 kW
D.升壓變壓器的匝數比n1∶n2＝1∶44
答案　C
解析　由P＝UI得發電機的輸出電流I1＝＝2×103 A，A錯誤；用戶端電流I4＝＝ A＝400 A，由＝＝，解得I3＝8 A，U3＝11 000 V，則輸電線上損失的功率為ΔP損＝IR＝4 kW，B錯誤；U2＝U3＋I3R＝11 500 V，根據理想變壓器無功率損失，有P＝U2I3＋P儲，代入數據有P儲＝408 kW，C正確；根據＝，解得＝，D錯誤。(共58張PPT)
第11課時　直流電路和交流電路
專題四　電路與電磁感應
知識網絡
目 錄
CONTENTS
突破高考熱點
01
課時跟蹤訓練
03
鏈接高考真題
02
突破高考熱點
1
熱點二　交變電流的產生及描述
熱點一　直流電路的分析與計算
熱點三　變壓器與遠距離輸電
熱點一　直流電路的分析與計算
D
例1 (2024·遼寧遼陽一模)如圖1所示，電源的電動勢為3 V、內阻為2 Ω，R1的電阻為8 Ω，電容器的電容為600 μF，所有電壓表和電流表均視為理想電表。在將滑動變阻器R2(最大阻值為8 Ω)的滑片由上端緩慢地滑到下端的過程中，下列說法正確的是(　　)
圖1
A.V1示數增大，V2示數減小
B.R2消耗的電功率先增大后減小
C.R1兩端的最大電壓為2 V
D.電容器極板上增加的電荷量為8×10－4 C
解析　將滑動變阻器的滑片由上端緩慢地滑到下端的過程中，滑動變阻器接入電路的阻值變大，則總電阻變大，根據閉合電路歐姆定律可知，電路總電流減小，路端電壓增大，則V1示數增大，R1兩端電壓減小，則滑動變阻器R2兩端電壓增大，即V2示數增大，故A錯誤；
方法總結　直流電路動態分析的三種常用方法
圖2
CD
訓練1 (多選)(2024·安徽合肥期中)如圖2所示，電源的電動勢為E且恒定，內阻為r，電路中定值電阻的阻值為R，現將滑動變阻器的滑片由下端向上滑動到某位置，理想電壓表V1、V2、V3示數變化量的絕對值分別為ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想電流表A示數變化量的絕對值為ΔI。則在上述過程中，下列說法正確的是(　　)
圖3
AC
訓練2 (多選)(2024·山東青島質檢)興趣小組的同學在實驗室設計了如圖3所示的簡易電吹風，主要器材有定值電阻R1、R2、電動機M和電熱絲R，已知電動機M標有“100 V，50 W”字樣，它的線圈內阻為4 Ω，R1＝480 Ω，電熱絲R＝44 Ω，把該電吹風接入220 V家庭電路中，電動機M恰好可以正常工作，則下列說法正確的是(　　)
A.電熱絲的熱功率P＝1 100 W
B.電阻R2＝240 Ω
C.電動機M正常工作時的輸出功率P1＝49 W
D.開關S1、S2都閉合，1分鐘電路消耗的電能為E＝7.26×103 J
熱點二　交變電流的產生及描述
圖4
D
例2 (2024·廣東卷，1) 將阻值為50 Ω的電阻接在正弦式交流電源上。電阻兩端電壓隨時間的變化規律如圖4所示。下列說法正確的是(　　)
正弦式交變電流“四值”的應用
圖5
A
訓練3 (2024·河北張家口模擬)電容的額定電壓為電容兩端所允許施加的最大電壓，如果施加的電壓大于額定電壓值，電容有可能會被損壞。如圖5甲所示，交流發電機的矩形線圈ABCD在磁感應強度B＝0.2 T的勻強磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′以角速度ω＝50 rad/s勻速轉動，線圈的匝數n＝100，矩形線圈ABCD面積S＝0.1 m2，線圈電阻忽略不計。標有“100 V　40 W”的燈泡和電容器并聯接到線圈兩端，電容器實物圖如圖乙所示，額定電壓為100 V，電壓表V和電流表A均為理想電表。下列說法正確的是(　　)
A.電容器不可能被擊穿
B.燈泡恰好正常發光
C.電壓表V的示數為100 V
D.電流表A的示數為0
熱點三　變壓器與遠距離輸電
1.搞清變壓器的三個關系
(1)變與不變的關系：不變的是功率關系、磁通量的變化率和周期頻率。理想變壓器工作不損失能量，即輸入功率等于輸出功率；原、副線圈交變電流頻率相同；在沒有漏磁時，原、副線圈磁通量的變化率相同。
(2)高與低，大與小，多與少，粗與細的關系：電壓高的線圈電流小，匝數多，導線細；電壓低的線圈電流大，匝數少，導線粗。
(3)正比與反比的關系：原、副線圈的電壓與匝數成正比，單一副線圈的變壓器電流與匝數成反比。
2.遠距離輸電
圖6
AD
例3 (多選)(2024·海南卷，9)如圖6，電動汽車充電站的理想變壓器輸入電壓為10 kV，輸出電壓為220 V，每臺充電樁輸入電流為16 A，設原、副線圈匝數分別為n1、n2，輸入正弦交流電的頻率為50 Hz，則下列說法正確的是(　　)
A.交流電的周期為0.02 s
B.原、副線圈匝數比n1∶n2＝11∶500
C.輸出的最大電壓為220 V
D.若10臺充電樁同時使用，輸入功率為35.2 kW
圖7
D
例4 (2024·山東泰安一模)如圖7所示為某發電站輸電示意圖，發電機輸出電壓恒定，變壓器均為理想變壓器，在輸電線路的起始端接入甲、乙兩個理想互感器，甲、乙兩互感器原、副線圈的匝數比分別為200∶1和1∶20，降壓變壓器原、副線圈匝數比為200∶1，電壓表的示數為220 V，電流表的示數為5 A，輸電線路總電阻r＝20 Ω。下列說法正確的是 (　　)
A.互感器甲中圈內接入電流表，互感器乙中圈內接入電壓表
B.輸電線路上損耗的功率約占輸電總功率的6%
C.用戶端的電壓U4＝200 V
D.用電高峰相對平時用電時，用戶端的電壓偏小
圖8
BD
訓練4 (多選)輸電能耗演示電路如圖8所示。左側變壓器原、副線圈匝數比為1∶3，輸入電壓為7.5 V的正弦交流電。連接兩理想變壓器的導線總電阻為r，負載R的阻值為10 Ω。開關S接1時，右側變壓器原、副線圈匝數比為2∶1，R上的功率為10 W；接2時，匝數比為1∶2，R上的功率為P。以下判斷正確的是(　　)
A.r＝10 Ω B.r＝5 Ω
C.P＝45 W D.P＝22.5 W
鏈接高考真題
2
B
1.(2024·廣西卷，6)將橫截面相同、材料不同的兩段導體L1、L2無縫連接成一段導體，總長度為1.00 m，接入圖9甲電路。閉合開關S，滑片P從M端滑到N端，理想電壓表讀數U隨滑片P的滑動距離x的變化關系如圖乙，則導體L1、L2的電阻率之比約為(　　)
圖9
A.2∶3 B.2∶1
C.5∶3 D.1∶3
C
2.(2024·湖北卷，5)在如圖10所示電路中接入正弦交流電，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(　　)
圖10
A.2∶1 B.1∶1
C.1∶2 D.1∶4
C
3.(2024·山東卷，8)如圖11甲所示，在－d≤x≤d、
－d≤y≤d的區域中存在垂直Oxy平面向里、磁感應強度大小為B的勻強磁場(用陰影表示磁場的區域)，邊長為2d的正方形線圈與磁場邊界重合。線圈以y軸為轉軸勻速轉動時，線圈中產生的交變電動勢如圖乙所示。若僅磁場的區域發生了變化，線圈中產生的電動勢變為圖丙所示實線部分，則變化后磁場的區域可能為(　　)
圖11
B
4.
圖12
B
5.(2024·北京卷，5)如圖13甲所示，理想變壓器原線圈接在正弦式交流電源上，輸入電壓u隨時間t變化的圖像如圖乙所示，副線圈接規格為“6 V　3 W”的燈泡。若燈泡正常發光，下列說法正確的是(　　)
圖13
AC
6.(多選)(2024·全國甲卷，19)如圖14，理想變壓器的副線圈接入電路的匝數可通過滑動觸頭T調節，副線圈回路接有滑動變阻器R、定值電阻R0和R1、開關S。S處于閉合狀態，在原線圈電壓U0不變的情況下，為提高R1的熱功率，可以(　　)
圖14
A.保持T不動，滑動變阻器R的滑片向f端滑動
B.將T向b端移動，滑動變阻器R的滑片位置不變
C.將T向a端移動，滑動變阻器R的滑片向f端滑動
D.將T向b端移動，滑動變阻器R的滑片向e端滑動
課時跟蹤訓練
3
D
1.(2024·山西太原高三期末)如圖1所示，圖線a是太陽能電池在某光照強度下路端電壓U和干路電流I的關系圖像，電池內阻不是常量。圖線b是某光敏電阻的U－I圖像，虛直線c為圖線a過P點的切線，在該光照強度下將它們組成閉合回路時(　　)
基礎保分練
圖1
A.太陽能電池的電動勢為6 V
B.光敏電阻的功率為1 W
C.光敏電阻的阻值為40 Ω
D.太陽能電池的內阻為5 Ω
C
2.(2023·海南卷，7)如圖2所示電路，已知電源電動勢為E，內阻不計，電容器電容為C，閉合開關K，待電路穩定后，電容器上電荷量為(　　)
圖2
BD
3.(多選)(2024·四川統考二模)如圖3甲所示，為一臺小型發電機的示意圖，單匝線圈勻速轉動，產生的電動勢e隨時間t的變化規律如圖乙所示。已知發電機線圈內阻為0.2 Ω，小燈泡的電阻恒為0.8 Ω。則(　　)
圖3
ABD
4.(多選)(2024·河南南陽一模)如圖4，MN、PQ是間距為L的兩條水平放置的平行光滑金屬導軌，導軌的右端接有阻值為R的定值電阻，電阻不計的導體棒ab垂直MN、PQ放在導軌上，導體棒的右側有寬度為d的垂直軌道平面向里的勻強磁場，磁感應強度大小為B，從t＝0時刻開始，導體棒在圖示位置與磁場右邊界之間往復運動，其速度隨時間變化的規律是v＝v0sin ωt，導體棒開始的位置離磁場左邊界的距離等于磁場的寬度，導軌電阻不計。則(　 　)
圖4
B
5.(2024·浙江1月選考，5)如圖5為某燃氣灶點火裝置的原理圖。直流電經轉換器輸出u＝5sin(100πt) V的交流電，經原、副線圈匝數分別為n1和n2的變壓器升壓至峰值大于10 kV，就會在打火針和金屬板間引發電火花，實現點火。下列正確的是(　　)
圖5
D
6.(2024·吉林白城二模)圖6甲為半波整流電路，在理想變壓器的輸出電路中有一只整流二極管，其具有單向導電性。原、副線圈的匝數比為11∶1，電阻R＝10 Ω，原線圈的輸入電壓隨時間的變化關系如圖乙所示，電表均為理想交流電表，則(　　)
圖6
A.電壓表V1、V2讀數相同
B.電壓表V2的讀數為20 V
C.電流表A讀數為2 A
D.原線圈的輸入功率為20 W
C
7.(2024·山東模擬預測)如圖7甲所示，理想變壓器原、副線圈匝數比為10∶1，原線圈通以圖乙所示的交變電流后，理想電流表A1示數為0.5 A，副線圈串聯了電阻可忽略的熔斷器、定值電阻R、理想電流表A2以及虛線框內的某用電器，電路處于正常工作狀態。以下說法正確的是(　　)
圖7
A.原線圈兩端電壓的瞬時值表達式
e＝220sin(100πt)V
B.若輸入交變電流的頻率增大，發現
A2示數減小，則虛線框內可能是電容器
C.熔斷器的熔斷電流應該不小于5 A
D.若原線圈輸入電壓改為500 V的恒定電壓，則A2示數將增大
B
8.在如圖8甲所示的遠距離輸電線路中，a、b兩端接圖乙所示的正弦交流電，熔斷絲的熔斷電流為10 A，電阻為2 Ω，升壓理想變壓器原、副線圈匝數比為1∶10，輸電線總電阻為400 Ω，降壓理想變壓器原、副線圈匝數比為10∶1，電阻R兩端并聯理想交流電壓表。電路可以長時間工作，下列說法正確的是(　　)
圖8
A.t＝0.02 s時，電壓表的示數為零
B.輸電線上的熱功率可能為200 W
C.升壓變壓器輸出電壓有效值可能為1 900 V
D.R的阻值可能為14 Ω
AC
9.(多選)如圖9所示，電源電動勢E＝1.5 V，內電阻r＝0.5 Ω，滑動變阻器R1的最大電阻Rm＝5.0 Ω，定值電阻R2＝2.0 Ω，C為平行板電容器，其電容為3 μF。將開關S與a接觸，則(　　)
提能增分練
圖9
A.當R1的阻值增大時，R2兩端的電壓減小
B.當R1接入電路阻值為0.5 Ω時，R1消耗的功率最大
C.將開關從a接向b，通過R3的電流流向為c→d
D.將開關從a接向b，待電路穩定，通過R3的電荷量為9×10－3 C
解析　增大R1的阻值，電路總電阻增大，干路電流減小，則R2兩端的電壓減小，A正確；將R2與電源看作等效電源，當R1接入電路的電阻與等效電源的內阻相等時，R1消耗功率最大，則有R1＝R2＋r＝2.5 Ω，B錯誤；開關接a時，電容器左極板帶負電，開關接b時，左極板帶正電，所以流過R3的電流流向為c→d，C正確；因R1接入的阻值未知，不能求出電容器上兩板間的電壓，故不能求出通過R3的電荷量，D錯誤。
C
圖10
C
培優高分練　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
11.(2023·山東卷，7)某節能儲能輸電網絡如圖11所示，發電機的輸出電壓U1＝250 V，輸出功率500 kW。降壓變壓器的匝數比n3∶n4＝50∶1，輸電線總電阻R＝62.5 Ω，其余線路電阻不計，用戶端電壓U4＝220 V，功率88 kW，所有變壓器均為理想變壓器。下列說法正確的是(　　)
圖11
A.發電機的輸出電流為368 A
B.輸電線上損失的功率為4.8 kW
C.輸送給儲能站的功率為408 kW
D.升壓變壓器的匝數比n1∶n2＝1∶44

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