专题五交流电路和直流电路.doc

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R1和R2组成的分压电路中，当R1的串联部分RAP增大时，总电阻RAP增大。
（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：
U1P1
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 ΔΦ1/Δt=ΔΦ2/Δt+ΔΦ3/Δt,
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：１、确定初末两个稳定状态电容器带电情况
２、判定电容器充、放电。３、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
图2
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？
(1),.
(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)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R1，它与电热丝的电阻R2相串联，接到直流电源上，电吹风机两端电压为U，电流为I,消耗的电功率为P，则有：（ CD ）
A．P＜UI B．P=I2(R1+R2) C．P =UI D．P>I2(R1+R2)
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n2，四个副线圈中负载电阻的阻值相同，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Ra和Rd上的电流仍是交变电流
B． 加在Ra两端的电压是Rb的两倍
C． Ra消耗的功率是Rb的两倍
D． 若输入的正弦交变电流频率增大，RC的功率减小，Rd的功率增大。
5．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，若互感器原副线圈的匝数比，交流电流表的示数是，则 C
A．被测电路的电流有效值为
B．被测电路的电流平均值为
C．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R1＝2Ω，R2＝5Ω，灯泡L标有“3V，1.5W”样，
电源内阻r＝1Ω，滑动变阻器的最大阻值为Rx。当滑片P滑至a端时，电流表的示数为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0.5Rx时，变阻器上消耗的功率。
（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，R0是定值电值，R是可变电阻（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）R0的阻值及R的阻值变化范围；.
（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？.

解：（1）温度最低档=121 W， 2分
温度最高档=484 W， 2分
解得R0=100 1分，
Rmax=300 1分
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
2分 得R=10 1分

U/V
I/A
0
2
4
6
8
0.2
0.4
0.6
图8－9
A
R0
图8－10
例3．图8-9中所示为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线，可见两者不成线性关系，这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故.参考这根曲线，回答下列问题(不计电流表和电池的内阻).
（1）若把三个这样的电灯串联后，接到电动势为12V的电源上，求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻.
（2）如图8－10所示，将两个这样的电灯并联后再与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
U/V
I/A
0
2
4
6
8
0.2
0.4
0.6
图8－11
两端的电压UL=12/3V=4V，在图3中画出U=4V的直线，
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
阻值为.
（2）设此时电灯两端的电压为U，流过每个电灯的电流为
I，根据闭合电路欧姆定律得：E=2IR0+U，代入数据得：
U=8-20I.
在图8－9上画出此直线，得到如图8－11所示
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
电流强度为0.6A，此时电灯的电阻为.
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。

S
ε
C2
C1
R2
R1
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，C1=C2=30μF，R1=4.0Ω,R2=6.0Ω,电池内阻可忽略。先闭合开关S，电路稳定后，求C1、 C2此时的电压；再将S断开， C1、 C2此时的电压；断开S后流过R1的电量为多少库仑？
4.2×10－4C

N
B
A
M
P
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。

V1
L1
L3
L2
P
a
b
图2
V2
E r

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，如果滑动变阻器的滑片P由a端滑至b端，电压表V1示数变化的绝对值为△U1，电压表V2示数变化的绝对值为△U2，则下列说法正确的有 （ BD ）
A．L1、L3变暗，L2变亮
B．L3变暗，L1、L2变亮
C．△U1﹤△U2
D．△U1﹥△U2

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：
（1）方向沿badcb,i=
（2）如图所示
（3）设有效值I，有

解得
题型解读：解决这类问题注意：按局部（R的变化）→全局（I总、U端的变化）→局部
（U分、I分的变化）的逻辑思维进行分析推理。
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”。
C1
C2

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，副线圈电路中R1、R2、R3和R4均为固定电阻，开关S是闭合的。V1
和V2
为理想电压表，读数分别为U1和U2；A1
、A2
和A3
为理想电流表，读数分别为I1、I2和I3。现断开S，U1数值不变，下列推断中正确的是(BC) （ ）
A．U2变小、I3变小 B．U2不变、I3变大
C．I1变小、I2变小 D．I1变大、I2变大

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I1多大时，负载上获得的功率最大？最大功率为多少？
（2） 若想使负载电阻获得最大功率，变压器匝数比多大？
(1)
(2)

6