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1、圍繞核心內(nèi)容預(yù)測100例題
高中物理中的電路包括直流電流和交流電路、電磁感應(yīng),電路規(guī)律主要有歐姆定律和閉合電路歐姆定律、電阻定律、焦耳定律、電功和電功率、正弦交變電流變化規(guī)律和描述、電容器和電感器對電路的影響、變壓器和電能輸送、安培力和左手定則、判斷電流產(chǎn)生磁場的安培定則、法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律等。高考對電路的考查每年每份試卷都有3~4個題,分值占總分的18~25%。高考命題重點為電功和電功率、歐姆定律和閉合電路歐姆定律、動態(tài)電路、含電容器電路、正弦交變電流圖象、變壓器、安培力和左手定則、安培定則、法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律等。
核心考點一、交變電流
【核心內(nèi)容解讀】將一個平面
2、線圈置于勻強磁場中,并使它繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動,線圈中就會產(chǎn)生出正弦式交變電流。線圈在勻強磁場中轉(zhuǎn)動時,通過線圈的磁通量最大時,磁通量變化率為零,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為零;通過線圈的磁通量為零時,磁通量變化率最大,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大;匝數(shù)為N,面積為S的線圈在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中以角速度ω轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢(交變電動勢)的最大值為Em=NBSω。正弦式交變電流的圖象是正弦曲線,由交變電流的圖象可知交變電流的周期和最大值。交變電流的有效值是根據(jù)同時間、同電阻、產(chǎn)生相同熱量的直流電流的數(shù)值來確定的。
預(yù)測題1. 如圖3所示,在勻強磁場中有一個矩形單匝線圈ABCD,AB邊與磁場垂
3、直,MN邊始終與金屬滑環(huán)K相連,PQ邊始終與金屬滑環(huán)L相連.金屬滑環(huán)L、交流電流表A、定值電阻R、金屬滑環(huán)K通過導線串聯(lián).使矩形線圈以恒定角速度繞過BC、AD中點的軸旋轉(zhuǎn).下列說法中正確的是
A.交流電流表A的示數(shù)隨時間按余弦規(guī)律變化
B.線圈轉(zhuǎn)動的角速度越大,交流電流表A的示數(shù)越小
C.線圈平面與磁場平行時,流經(jīng)定值電阻R的電流瞬時值最大
D.線圈轉(zhuǎn)動的角速度增加為原來的兩倍,則流經(jīng)定值電阻R的電流的有效值也變?yōu)樵瓉淼膬杀?
解析:交流電流表A的示數(shù)為交變電流的有效值,不隨時間按余弦規(guī)律變化,選項A錯誤;線圈轉(zhuǎn)動的角速度越大,交變電流的有效值越大,交流電流表A的示數(shù)越大,選項B錯誤;
4、線圈平面與磁場平行時,流經(jīng)定值電阻R的電流瞬時值最大,選項C正確;線圈轉(zhuǎn)動的角速度增加為原來的兩倍,則流經(jīng)定值電阻R的電流的有效值也變?yōu)樵瓉淼膬杀叮x項D正確。
【答案】:CD
【名師點評】矩形線圈以恒定角速度繞過線圈平面的某一軸轉(zhuǎn)動,若從中性面開始計時,產(chǎn)生的交變電流按照正弦規(guī)律變化,若從與磁場平行位置開始計時,產(chǎn)生的交變電流按照余弦規(guī)律變化。若線圈面積為S,轉(zhuǎn)動角速度為ω,磁場的磁感應(yīng)強度為B,線圈匝數(shù)為n,則產(chǎn)生的交變電動勢最大值為Em=nBSω。
預(yù)測題2.如圖13甲所示,長、寬分別為L1、L2的矩形金屬線框位于豎直平面內(nèi),其匝數(shù)為n,總電阻為r,可繞其豎直中心軸O1O2轉(zhuǎn)動。線
5、框的兩個末端分別與兩個彼此絕緣的銅環(huán)C、D(集流環(huán))焊接在一起,并通過電刷和定值電阻R相連。線框所在空間有水平向右均勻分布的磁場,磁感應(yīng)強度B的大小隨時間t的變化關(guān)系如圖13乙所示,其中B0、B1和t1均為已知。在0~t1的時間內(nèi),線框保持靜止,且線框平面和磁場垂直;t1時刻后線框在外力的驅(qū)動下開始繞其豎直中心軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動。求:
(1)0~t1時間內(nèi)通過電阻R的電流大??;
(2)線框勻速轉(zhuǎn)動后,在轉(zhuǎn)動一周的過程中電流通過電阻R產(chǎn)生的熱量;
(3)線框勻速轉(zhuǎn)動后,從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中,通過電阻R的電荷量。
解析:
(1)0~t1時間內(nèi),線框中的感應(yīng)電動勢 E=n…(
6、2分)
根據(jù)閉合電路歐姆定律可知,通過電阻R的電流
I=……(1分)
(2)線框產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值 Em=nB1 L1L2ω……(1分)
感應(yīng)電動勢的有效值E= nB1 L1L2ω…(1分)
通過電阻R的電流的有效值I=
線框轉(zhuǎn)動一周所需的時間t=………(1分)
此過程中,電阻R產(chǎn)生的熱量 Q=I2Rt=πRω…(1分)
(3)線框從圖甲所示位置轉(zhuǎn)過90°的過程中,
平均感應(yīng)電動勢 ……(1分)
平均感應(yīng)電流 …………(1分)
通過電阻R的電荷量 q=………(1分)
【名師點評】此題考查交變電流產(chǎn)生、法拉第電磁感應(yīng)定律、有效值、平均值等相關(guān)知識點。
核
7、心考點二、變壓器
【核心內(nèi)容解讀】變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象工作的。變壓器原副線圈的電壓之比等于匝數(shù)之比,即=;理想變壓器的輸入功率等于輸出功率。對于變壓器,輸入電壓決定輸出電壓,輸出功率決定輸入功率。
預(yù)測題1. 隨著人們生活水平的提高,出國旅游成為新時尚。某人從J國帶回一把標有“110 V、60 Hz 、880 W”的電咖啡壺,該電咖啡壺利用電熱絲加熱。在我國,為使電咖啡壺能正常工作,需要通過變壓器與市電相連。下列說法正確的是
A. 若將電咖啡壺直接與市電相連,電功率是1760 W
B. 電咖啡壺應(yīng)接在原、副線圈匝數(shù)比為2∶1的副線圈兩端
C. 電咖啡壺通過變壓器正常工作時,與市電
8、相連的原線圈中電流為4 A
D.電咖啡壺通過變壓器正常工作時,電熱絲中的交變電流頻率為60 Hz
解析:若將電咖啡壺直接與市電相連,電咖啡壺不能正常工作,選項A錯誤;為使電咖啡壺能正常工作,電咖啡壺應(yīng)接在原、副線圈匝數(shù)比為2∶1的副線圈兩端,選項B正確;由輸入功率等于輸出功率,電咖啡壺通過變壓器正常工作時,與市電相連的原線圈中電流為880W/220V=4A,選項C正確;電咖啡壺通過變壓器正常工作時,電熱絲中的交變電流頻率為50 Hz,選項D錯誤。
【答案】:BC
【名師點評】變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作的。變壓器可以改變交變電流的電壓、電流,不能改變交變電流的頻率周期。理想變壓器的輸入
9、功率等于輸出功率。
預(yù)測題2.如圖甲所示,理想變壓器的原線圈電路中裝有0.5A的保險絲L,原線圈匝數(shù)n1=600匝,副線圈匝數(shù)n2=120匝。當原線圈接在如圖乙所示的交流電源上,要使整個電路和用電器正常工作,則副線圈兩端可以接 ( )
A.阻值為12Ω的電阻
B.并聯(lián)兩盞 “36V 40W” 的燈泡
C.工作頻率為10Hz的用電設(shè)備
D.耐壓值為36V的電容器
解析:當原線圈接在如圖乙所示的交流電源上,變壓器輸入電壓為180V,由變壓器變壓公式,副線圈輸出電壓為36V,由變流公式可知副線圈最大電流為2.5A,副線圈兩端可以接的最小電阻為15Ω,選項A錯誤;變壓器
10、最大輸入功率為180×0.5W=90W,副線圈兩端可以接并聯(lián)兩盞 “36V 40W” 的燈泡,選項B正確;由圖乙所示的圖象可知,交變電流頻率為50Hz,副線圈兩端不可以接工作頻率為10Hz的用電設(shè)備,選項C錯誤;副線圈輸出電壓最大值為36V,副線圈兩端不可以接耐壓值為36V的電容器,選項D錯誤。
答案:B
【名師點評】此題考查交變電流圖象、變壓器及其相關(guān)知識點。
預(yù)測題3.如圖2甲所示,一個理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比n1:n2=6:1,副線圈兩端接三條支路,每條支路上都接有一只燈泡,電路中L為電感線圈、C為電容器、R為定值電阻。當原線圈兩端接有如圖2乙所示的交流電時,三只燈泡都能發(fā)
11、光。如果加在原線圈兩端的交流電的最大值保持不變,而將其頻率變?yōu)樵瓉淼?倍,則對于交流電的頻率改變之后與改變前相比,下列說法中正確的是 ( )
A.副線圈兩端的電壓有效值均為216V
B.副線圈兩端的電壓有效值均為6V
C.燈泡Ⅰ變亮
D.燈泡Ⅲ變亮
解析:由變壓器變壓公式,將其頻率變?yōu)樵瓉淼?倍,副線圈輸出電壓不變,副線圈兩端的電壓有效值均為6V,選項A錯誤B正確;將其頻率變?yōu)樵瓉淼?倍,燈泡Ⅰ亮度不變。由于容抗變小,感抗變大,燈泡Ⅲ變亮,燈泡II變暗,選項C錯誤D正確。
答案:BD
【名師點評】此題考查變壓器、電感、電容在交變電流中作用、交變電流圖象等。
核心考
12、點三、交流電路動態(tài)變化
【核心內(nèi)容解讀】變壓器交流動態(tài)電路主要有兩種情況:一是負載電阻不變,原副線圈電壓、電流、功率隨匝數(shù)比變化而變化;二是匝數(shù)比不變,原副線圈電壓、電流、功率隨負載變化而變化。解決變壓器交流動態(tài)電路問題首先要明確變量之間的相互制約關(guān)系。在理想變壓器中,負線圈的輸出電壓U2由原線圈的輸入電壓U1和匝數(shù)比決定,與負載電阻無關(guān),即輸入電壓U1決定輸出電壓U2;在原線圈輸入電壓U1和匝數(shù)比確定的情況下,原線圈的輸入電流由副線圈輸出電流決定,副線圈輸出電流由負載確定,即負載決定輸入電流;變壓器輸入功率由輸出功率確定,即輸出功率決定輸入功率。分析變壓器交流動態(tài)電路的思路是:由輸入電壓和
13、匝數(shù)比得出輸出電壓,由輸出電壓和負載得出輸出電流,最后由輸出功率得出輸入功率。
預(yù)測題1. 如圖4所示,M是一個小型理想變壓器,原副線圈匝數(shù)之比n1∶n2=10∶1,接線柱a、b接上一個正弦交變電源,電壓u=220sin100πt(V)。變壓器右側(cè)部分為一火警報警系統(tǒng)原理圖,其中R2為用半導體熱敏材料(電阻隨溫度升高而減?。┲瞥傻膫鞲衅?,R1為一定值電阻。下列說法中正確的是 ( )
A.電壓表示數(shù)為22 V
B.當傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時,電壓表的示數(shù)減小
C.當傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時,電流表的示數(shù)減小
D.當傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時,電阻R1的功率變大
解析
14、:由原副線圈匝數(shù)之比n1∶n2=10∶1可知變壓器副線圈輸出電壓為22V,傳感器R2兩端電壓即電壓表示數(shù)一定小于22 V,選項A錯誤;當傳感器R2所在處出現(xiàn)火警時,R2阻值減小,副線圈輸出電流增大,電阻R1的功率變大,副線圈輸出功率增大,原線圈輸入功率增大,原線圈輸入電流增大,電壓表的示數(shù)減小,電流表的示數(shù)增大,選項BD正確C錯誤;
答案:BD
【名師點評】半導體熱敏材料相當于一個可變電阻,變壓器輸出電壓不變,出現(xiàn)火警時,溫度升高,R2阻值減小,變壓器輸出功率增大,導致輸入功率增大。
預(yù)測題2.如圖甲所示,理想變壓器原副線圈的匝數(shù)比為10:1,b是原線圈的中心抽頭,圖中電表均為理想的交流
15、電表,定值電阻R=10Ω,其余電阻均不計.從某時刻開始在原線圈c、d兩端加上如圖乙所示的交變電壓。則下列說法中正確的有
A.當單刀雙擲開關(guān)與a連接時,電壓表的示數(shù)為31.1V
B.當單刀雙擲開關(guān)與b連接且在0.01s時,電流表示數(shù)為2.2A
C.當單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時,副線圈輸出電壓的頻率變?yōu)?5Hz
刀雙擲開關(guān)與b連接且在0.01s時,電流表示數(shù)為2.2A,選項B正確;當單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時,副線圈輸出電壓的頻率仍為50Hz,選項C錯誤;當單刀雙擲開關(guān)由a撥向b時,副線圈輸出電壓為44V,副線圈輸出功率增大,原線圈的輸入功率變大,選項D正確。
答案:BCD
【名師點評】此
16、題考查變壓器動態(tài)變化和交變電流圖象。
核心考點四、電能輸送
【核心內(nèi)容解讀】輸電電流I=P/U,輸電線上損失電壓U損=IR線,輸電線損失功率P損=I2R線= R線。解決遠距離輸電問題,要首先畫出輸電示意圖,包括發(fā)電機、升壓變壓器、輸電線降壓變壓器、負載等,在圖中標出相應(yīng)物理量符號,利用P損=I2R線= R線及其相關(guān)知識解答。
預(yù)測題1。.2020年1月19日,中央電視臺焦點訪談節(jié)目播出:打造空中輸電高速路呼吁加快特高壓電網(wǎng)建設(shè),介紹了我國自主創(chuàng)新,主設(shè)備百分之百的國產(chǎn)的特高壓線路——晉東南—南陽—荊門特高壓交流輸電線,這是世界上正在運行的電壓最高、輸電能力最強、技術(shù)水平最先進的交流輸
17、電工程。特高壓是指交流1000千伏以上。目前,這條特高壓線路的輸送能力已經(jīng)由原來的250萬千瓦提升到500萬千瓦以上,每年的輸電量要高于250億度。假設(shè)這條特高壓輸電線電壓為1000千伏,發(fā)電機發(fā)出的電壓為1000伏,經(jīng)一個升壓變壓器升壓后輸送,輸電線總電阻為1歐,經(jīng)一個降壓變壓器降壓后為1000伏,輸電功率為500萬千瓦,下列說法正確的是
A..輸電的升壓變壓器匝數(shù)比為1∶1000
B.輸電的降壓變壓器匝數(shù)比為1000∶1
C.輸電過程中電壓損失為500V
D.輸電過程中功率損失為25×107W
【名師點評】此題以超高壓輸電切入,意在考查電能輸送是相關(guān)知識。
預(yù)測題2.某小型實驗
18、水電站輸出功率是20 kW,輸電線路總電阻是6 Ω .
(1)若采用380 V輸電,求輸電線路損耗的功率.
(2)若改用5000 V高壓輸電,用戶端利用n1:n2=22:1的變壓器降壓,求用戶得到的電壓.
解析:(1)輸電線上的電流強度為
I=A=52.63 A
輸電線路損耗的功率為
P損=I2R=52.632×6 W≈16620 W=16.62 kW.
(2)改用高壓輸電后,輸電線上的電流強度變?yōu)?
I′=A=4 A
用戶端在變壓器降壓前獲得的電壓
U1=U-I′R=(5000-4×6) V=4976 V
根據(jù)
用戶得到的電壓為
U2=U1=×4976 V=226.18 V.
【名師點評】此題考查電能輸送的相關(guān)計算。