第四單元電路和電磁感應(yīng)

PAGEPAGE19第四單元電路和電磁感應(yīng)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建預(yù)測2012年高考涉及電磁感應(yīng)與電路的考題主要表現(xiàn)為以下幾種形式：1．有關(guān)電路能量或直流電路的動(dòng)態(tài)分析的選擇題，要特別關(guān)注日常電器和新型導(dǎo)體材料(如熱敏電阻和光敏電阻等)；2．結(jié)合生產(chǎn)與生活及近代科技的新情景，考查交變電流的產(chǎn)生原理、變壓器原理與含理想變壓器的交變電路動(dòng)態(tài)分析問題、遠(yuǎn)距離輸電問題，考查形式為選擇題；3．結(jié)合電磁感應(yīng)的圖象綜合考查楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律應(yīng)用的選擇題；4．以“導(dǎo)軌＋導(dǎo)體棒”模型為載體，聯(lián)系法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、安培力、直流電路知識(shí)、磁場知識(shí)等多個(gè)考點(diǎn)的電磁感應(yīng)綜合題，也可結(jié)合運(yùn)動(dòng)圖象或電學(xué)圖象進(jìn)行考查．命題形式為計(jì)算題．專題十一直流和交流電路一、直流電路1．電功和電熱電功W＝qU＝UIt；電熱Q＝I2Rt.(1)對(duì)純電阻電路，電功等于電熱，即電流流經(jīng)純電阻電路，消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，所以W＝Q＝UIt＝I2Rt＝eq\f(U2,R)t.(2)對(duì)非純電阻電路(如電動(dòng)機(jī)和電解槽)，電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能(如機(jī)械能或化學(xué)能等)，所以電功必然大于電熱，即W>Q，這時(shí)電功只能用W＝UIt計(jì)算，電熱只能用Q＝I2Rt計(jì)算，兩式不能通用．2．閉合電路歐姆定律表達(dá)形式：①E＝U外＋U內(nèi)；②I＝eq\f(E,R＋r)(I、R間關(guān)系)；③U＝E－Ir(U、I間關(guān)系)；④U＝eq\f(R,R＋r)E(U、R間關(guān)系)．注意：①當(dāng)外電路斷開時(shí)(I＝0)，路端電壓U等于電動(dòng)勢E.若用理想電壓表測量，則讀數(shù)等于電動(dòng)勢，在進(jìn)行斷路故障分析時(shí)，常用此結(jié)論進(jìn)行判斷，即何處斷路，何處兩端電壓等于電動(dòng)勢．但用電壓表直接測量時(shí)，讀數(shù)卻略小于電動(dòng)勢(因?yàn)橛形⑷蹼娏髁鬟^電源而產(chǎn)生內(nèi)壓降)．②當(dāng)外電路短路時(shí)(R＝0，因而U外＝0)，電流最大，為Im＝eq\f(E,r)(不允許出現(xiàn)這種情況，因?yàn)檫@會(huì)把電源燒壞)．3．電源的功率與效率(1)電源的功率P：也稱電源的總功率，是電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率，計(jì)算式為：P＝IE(普遍適用)；P＝eq\f(E2,R＋r)＝I2(R＋r)(只適用于外電路為純電阻的電路)．(2)電源內(nèi)阻消耗功率P內(nèi)：是電源內(nèi)阻的熱功率，也稱電源的損耗功率，計(jì)算式為：P內(nèi)＝I2r.(3)電源的輸出功率P外：是外電路上消耗的功率，計(jì)算式為：P外＝IU外(普遍適用)；P外＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)(只適用于外電路為純電阻的電路)．(4)電源的效率：η＝eq\f(P外,P)＝eq\f(UI,EI)＝eq\f(U,E)＝eq\f(R,R＋r).(5)電源的輸出功率(P外)與外電阻R的關(guān)系：P外＝eq\f(RE2,R＋r2)＝eq\f(E2,eq\f(R－r2,R)＋4r).P外與R的關(guān)系圖象如圖4－11－1所示．由圖可以看出：圖4－11－1當(dāng)R＝r時(shí)，電源的輸出功率最大，Pm＝eq\f(E2,4r)，此時(shí)電源效率η＝50%.當(dāng)R＞r時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來越?。?dāng)R＜r時(shí)，隨著R的增大輸出功率越來越大．當(dāng)R由小于r增大到大于r時(shí)，隨著R的增大輸出功率先增大后減小(非單調(diào)變化)．4．含容電路的分析技巧電容器兩極板間的電壓等于與電容器并聯(lián)的電阻兩端的電壓，與電容器串聯(lián)的電阻兩端的電壓一定為零(有阻無流，則無電壓)．二、交變電流1．中性面：當(dāng)線圈平面轉(zhuǎn)動(dòng)至垂直于磁感線位置時(shí)，各邊都不切割磁感線，感應(yīng)電動(dòng)勢為零，即線圈中沒有感應(yīng)電流，這個(gè)特定位置叫做中性面．注意：①線圈通過中性面時(shí)，磁感線垂直于該時(shí)刻的線圈平面，所以磁通量最大，磁通量的變化率為零．②線圈平面通過跟中性面垂直的位置時(shí)，線圈平面平行于磁感線，所以磁通量為零，磁通量的變化率最大，感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流均最大．③線圈平面每次通過中性面時(shí)，線圈中感應(yīng)電流方向改變一次，轉(zhuǎn)動(dòng)一周則線圈兩次通過中性面，故一個(gè)周期內(nèi)線圈中電流方向改變兩次．2．交變電流的描述(1)峰值：反映交變電流大小的變化范圍，線圈平面跟磁感線平行時(shí)，交變電動(dòng)勢最大，Em＝NBSω.電容器接在交流電路中，則交變電壓的最大值不能超過電容器的耐壓值．(2)有效值：交變電流的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的．讓交變電流和恒定電流通過同樣阻值的電阻，如果它們在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，而這個(gè)恒定電流是I、電壓是U，我們就把I、U叫做交變電流的有效值．注意：①交變電流的有效值反映的是交變電流產(chǎn)生熱效應(yīng)的平均效果．②正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系是E＝eq\f(1,eq\r(2))Em，U＝eq\f(1,eq\r(2))Um，I＝eq\f(1,eq\r(2))Im.3．變壓器(1)原理：法拉第電磁感應(yīng)定律．(2)電壓關(guān)系：eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)，即對(duì)同一變壓器的任意兩個(gè)線圈，都有電壓與匝數(shù)成正比．(3)功率關(guān)系：無論有幾個(gè)副線圈在工作，變壓器的輸入功率總等于所有輸出功率之和．①當(dāng)只有一個(gè)副線圈工作時(shí)，有U1I1＝U2I2，eq\f(I1,I2)＝eq\f(n2,n1).②若有兩個(gè)以上的副線圈，則有：P1＝P2＋P3＋…，eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)、eq\f(U2,U3)＝eq\f(n2,n3)…，n1I1＝n2I2＋n3I3＋….(4)決定關(guān)系：在匝數(shù)比一定的情況下，理想變壓器的輸出電壓由輸入電壓決定，輸入電流由輸出電流決定，輸入功率由輸出功率決定．探究點(diǎn)一直流電路動(dòng)態(tài)分析1．引起電路特征發(fā)生變化的主要原因有：①滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)，使電路的電阻發(fā)生變化；②開關(guān)的閉合、斷開或換向(雙擲開關(guān))使電路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化；③電路發(fā)生短路和斷路(電路故障)．2．電路動(dòng)態(tài)變化問題的分析思路當(dāng)電路中某處的電阻發(fā)生變化時(shí)，先由局部電阻的變化推出外電路電阻R外的變化，再由閉合電路的歐姆定律I總＝eq\f(E,R外＋r)和U端＝E－I總r討論干路電流I總的變化和路端電壓U端的變化，最后分析對(duì)其他部分電路產(chǎn)生的影響，從而分別確定各元件上其他量的變化情況(使用的公式是部分電路歐姆定律、電路中各元件上的電壓關(guān)系和電流關(guān)系等)．注意：①電路的總電阻總是隨其中任一電阻的增大而增大，隨任一電阻的減小而減?。浑娮璨⒙?lián)的數(shù)目越多，總阻值越?。虎趶碾娐贩治鼋嵌瓤?，斷路可認(rèn)為是電路中某處電阻增大到無窮大，短路可認(rèn)為是電路某處電阻減小到零，因此電路故障問題可以視為特殊的動(dòng)態(tài)分析問題；③對(duì)電路進(jìn)行簡化時(shí)，電壓表和電容器視為斷路，電流表視為短路；④電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的元件，在直流電路中，當(dāng)電容器充、放電時(shí)，其所在電路中有充、放電電流，電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電容器就相當(dāng)于一個(gè)阻值無窮大的電阻，則電容器所在電路處可視為斷路．分析計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí)應(yīng)注意：電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無電流通過，在此支路的電阻沒有電壓降，因此電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓．電路中的電流、電壓變化時(shí)，將會(huì)引起電容器充(放)電．例1[2011·北京卷]如圖4－11－2所示電路，電源內(nèi)阻不可忽略．開關(guān)S閉合后，在變阻器R0的滑動(dòng)端向下滑動(dòng)的過程中()A．電壓表與電流表的示數(shù)都減小B．電壓表與電流表的示數(shù)都增大C．電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小D．電壓表的示數(shù)減小，電流表的示數(shù)增大變式:[2011·海南卷]如圖4－11－3所示，E為內(nèi)阻不能忽略的電池，R1、R2、R3為定值電阻，S0、S為開關(guān)，V與A分別為電壓表與電流表．初始時(shí)S0與S均閉合，現(xiàn)將S斷開，則()A．V的讀數(shù)變大，A的讀數(shù)變小B．V的讀數(shù)變大，A的讀數(shù)變大C．V的讀數(shù)變小，A的讀數(shù)變小D．V的讀數(shù)變小，A的讀數(shù)變大探究點(diǎn)二表征交變電流的物理量交變電流的最大值、瞬時(shí)值、有效值、平均值都有其特殊的意義．在交流電路中，不加特別說明的情況下，電流、電壓都是指有效值，交流電壓表、電流表的示數(shù)均為有效值．在求電功、電功率、電熱等時(shí)要用交變電流的有效值，在求通過導(dǎo)線截面的電荷量時(shí)要用交變電流的平均值．在交流電路中要特別注意對(duì)交流電有效值的理解和計(jì)算．例2[2011·天津卷]在勻強(qiáng)磁場中，一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖4－11－4甲所示．產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢的圖象如圖4－11－4乙所示，則()A．t＝0.005s時(shí)線框的磁通量變化率為零B．t＝0.01s時(shí)線框平面與中性面重合C．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢有效值為311VD．線框產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢頻率為100Hz變式:圖4－11－5甲為一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)構(gòu)造示意圖，線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖乙所示．發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為1.0Ω，外接燈泡的電阻為9.0Ω，則()A．電壓表的示數(shù)為6VB．在t＝0.01s時(shí)，穿過線圈的磁通量為零C．若線圈轉(zhuǎn)速變?yōu)?5r/s，則電動(dòng)勢有效值為3VD．若線圈轉(zhuǎn)速變?yōu)?5r/s，則通過電燈的電流為1.2A探究點(diǎn)三變壓器原理處理變壓器問題的一般思路1．處理與變壓器相關(guān)的電路問題時(shí)，一般將電路分成原線圈回路、副線圈回路分別考慮，用變壓器的相關(guān)公式處理兩回路的關(guān)系．2．分析變壓器動(dòng)態(tài)變化問題的思路模型3．在匝數(shù)比一定的情況下，理想變壓器的輸出電壓由輸入電壓決定，輸入電流由輸出電流決定，輸入功率由輸出功率決定．例3(雙選)一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，原線圈輸入電壓的變化規(guī)律如圖4－11－6甲所示，副線圈所接電路如圖乙所示，P為滑動(dòng)變阻器的觸頭．下列說法正確的是()A．副線圈輸出電壓的頻率為50HzB．副線圈輸出電壓的有效值為31VC．P向右移動(dòng)時(shí)，原、副線圈的電流比減小D．P向右移動(dòng)時(shí)，變壓器的輸出功率增加變式:某水電站，用總電阻為2.5Ω的輸電線輸電給500km外的用戶，其輸出電功率是3×106kW.現(xiàn)用500kV電壓輸電，則下列說法正確的是()A．輸電線上輸送的電流大小為2×10B．輸電線上由電阻造成的損失電壓為15kVC．若改用5kV電壓輸電，則輸電線上損失的功率為9×108kWD．輸電線上損失的功率為ΔP＝eq\f(U2,r)，U為輸電電壓，r為輸電線的電阻探究點(diǎn)四遠(yuǎn)距離輸電問題遠(yuǎn)距離輸電與變壓器1．遠(yuǎn)距離輸電示意圖如圖4－11－7所示．2．常用關(guān)系：升壓變壓器副線圈功率P1等于降壓變壓器原線圈功率P2與輸電線損失功率Pr之和；升壓變壓器副線圈電壓U2等于降壓變壓器原線圈電壓U3與輸電線上產(chǎn)生的電壓降Ur之和；輸電電流等于輸電功率與輸電電壓之比I2＝eq\f(P,U2)，輸電線上損失功率Pr＝Ieq\o\al(2,2)r.例4(雙選)如圖4－11－8所示，有一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)E，通過理想升壓變壓器T1和理想降壓變壓器T2向遠(yuǎn)處用戶供電，輸電線的總電阻為R.T1的輸入電壓和輸入功率分別為U1和P1，它的輸出電壓和輸出功率分別為U2和P2；T2的輸入電壓和輸入功率分別為U3和P3，它的輸出電壓和輸出功率分別為U4和P4.設(shè)T1的輸入電壓U1一定，當(dāng)用戶消耗的電功率變大時(shí)，有()A．U2減小，U4變大B．U2不變，U3變小C．P1變小，P2變小D．P2變大，P3變大變式:[2011·山東卷](雙選)為保證用戶電壓穩(wěn)定在220V，變電所需適時(shí)進(jìn)行調(diào)壓，圖4－11－9甲為調(diào)壓變壓器示意圖．保持輸入電壓u1不變，當(dāng)滑動(dòng)接頭P上下移動(dòng)時(shí)可改變輸出電壓．某次檢測得到用戶電壓u2隨時(shí)間t變化的曲線如圖乙所示．以下正確的是()圖4－11－9A．u2＝190eq\r(2)sin50πtVB．u2＝190eq\r(2)sin100πtVC．為使用戶電壓穩(wěn)定在220V，應(yīng)將P適當(dāng)下移D．為使用戶電壓穩(wěn)定在220V，應(yīng)將P適當(dāng)上移練習(xí):本題重點(diǎn)考查交流電的產(chǎn)生過程及其瞬時(shí)值表達(dá)式，只有在理解交流電的峰值及周期的決定因素的基礎(chǔ)上才能準(zhǔn)確應(yīng)用該表達(dá)式，并作出定量分析1．交流發(fā)電機(jī)電樞中產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢為e＝Emsinωt，如果要將交變電動(dòng)勢的有效值提高一倍，而交流電的周期不變，可采取的方法是()A．將電樞轉(zhuǎn)速提高一倍，其他條件不變B．將磁場增加一倍，其他條件不變C．將線圈的面積增加一倍，其他條件不變D．將磁場增強(qiáng)一倍，線圈的面積縮小一半，其他條件不變本題給出了一種方波形交流電的產(chǎn)生過程，并求解該種電流的有效值．有利于學(xué)生開闊視野，并深入理解交流電產(chǎn)生原理．2．如圖所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.電阻為R、半徑為L、圓心角為45°的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動(dòng)(O軸位于磁場邊界)．則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值為()A.eq\f(BL2ω,2R)B.eq\f(\r(2)BL2ω,2R)C.eq\f(\r(2)BL2ω,4R)D.eq\f(BL2ω,4R)專題十二電磁感應(yīng)一、法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容是感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與穿過回路的磁通量的變化率成正比．在具體問題的分析中，針對(duì)不同形式的電磁感應(yīng)過程，法拉第電磁感應(yīng)定律也相應(yīng)有不同的表達(dá)式或計(jì)算式．磁通量變化的形式表達(dá)式備注通過n匝線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化E＝n·eq\f(ΔΦ,Δt)(1)當(dāng)S不變時(shí)，E＝nS·eq\f(ΔB,Δt)(2)當(dāng)B不變時(shí)，E＝nB·eq\f(ΔS,Δt)導(dǎo)體垂直切割磁感線運(yùn)動(dòng)E＝BLv當(dāng)v∥B時(shí)，E＝0磁通量變化的形式表達(dá)式備注導(dǎo)體繞過一端且垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)E＝eq\f(1,2)BL2ω線圈繞垂直于磁場方向的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)E＝nBSω·sinωt當(dāng)線圈平行于磁感線時(shí)，E最大為E＝nBSω，當(dāng)線圈平行于中性面時(shí)，E＝0二、楞次定律與左手定則、右手定則1．左手定則與右手定則的區(qū)別：判斷感應(yīng)電流用右手定則，判斷受力用左手定則．2．應(yīng)用楞次定律的關(guān)鍵是區(qū)分兩個(gè)磁場：引起感應(yīng)電流的磁場和感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場．感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化，“阻礙”的結(jié)果是延緩了磁通量的變化，同時(shí)伴隨著能量的轉(zhuǎn)化．3．楞次定律中“阻礙”的表現(xiàn)形式：阻礙磁通量的變化(增反減同)，阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)(來拒去留)，阻礙線圈面積變化(增縮減擴(kuò))，阻礙本身電流的變化(自感現(xiàn)象)．三、電磁感應(yīng)與電路的綜合電磁感應(yīng)與電路的綜合是高考的一個(gè)熱點(diǎn)內(nèi)容，兩者的核心內(nèi)容與聯(lián)系主線如圖4－12－1所示：1．產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的電路通常是一個(gè)閉合電路，產(chǎn)生電動(dòng)勢的那一部分電路相當(dāng)于電源，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢就是電源的電動(dòng)勢，在“電源”內(nèi)部電流的流向是從“電源”的負(fù)極流向正極，該部分電路兩端的電壓即路端電壓，U＝eq\f(R,R＋r)E.2．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，電路產(chǎn)生的電功率等于內(nèi)外電路消耗的功率之和．若為純電阻電路，則產(chǎn)生的電能將全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；若為非純電阻電路，則產(chǎn)生的電能除了一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，還有一部分能量轉(zhuǎn)化為其他能，但整個(gè)過程能量守恒．能量轉(zhuǎn)化與守恒往往是電磁感應(yīng)與電路問題的命題主線，抓住這條主線也就是抓住了解題的關(guān)鍵．在閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的問題中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，導(dǎo)體棒克服安培力做的功等于電路中產(chǎn)生的電能說明：求解部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢時(shí)，要區(qū)別平均電動(dòng)勢和瞬時(shí)電動(dòng)勢，切割磁感線的等效長度等于導(dǎo)線兩端點(diǎn)的連線在運(yùn)動(dòng)方向上的投影．探究點(diǎn)一電磁感應(yīng)的圖象問題在電磁感應(yīng)問題中出現(xiàn)的圖象主要有B－t圖象、Φ－t圖象、E－t圖象和I－t圖象，有時(shí)還可能出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢E或感應(yīng)電流I隨線圈位移x變化的圖象，即E－x圖象或I－x圖象．(1)對(duì)切割類電磁感應(yīng)圖象問題，關(guān)鍵是根據(jù)E＝BLv來判斷感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，根據(jù)右手定則判斷感應(yīng)電流的方向并按規(guī)定的正方向?qū)⑵渎鋵?shí)到圖象中．(2)電磁感應(yīng)圖象問題的特點(diǎn)是考查方式靈活：根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生的過程，確定給定的圖象是否正確，或畫出正確的圖象；由題目給定的圖象分析電磁感應(yīng)過程，綜合求解相應(yīng)的物理量．(3)電磁感應(yīng)圖象問題可綜合法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律和安培定則、右手定則及左手定則，結(jié)合電路知識(shí)和力學(xué)知識(shí)求解．(4)電磁感應(yīng)圖象問題的解題方法技巧：根據(jù)初始條件，確定給定的物理量的正負(fù)或方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系和變化范圍，確定所研究的物理量的函數(shù)表達(dá)式以及進(jìn)出磁場的轉(zhuǎn)折點(diǎn)等，這是解題的關(guān)鍵．例1如圖4－12－2所示，平行導(dǎo)軌間有一矩形的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，細(xì)金屬棒PQ沿導(dǎo)軌從MN處勻速運(yùn)動(dòng)到M′N′的過程中，棒上感應(yīng)電動(dòng)勢E隨時(shí)間t變化的圖示，可能正確的是()變式：在圖4－12－5所示的四個(gè)情景中，虛線上方空間都存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場．A、B中的導(dǎo)線框?yàn)檎叫?，C、D中的導(dǎo)線框?yàn)橹苯巧刃危鲗?dǎo)線框均繞軸O在紙面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向如箭頭所示，轉(zhuǎn)動(dòng)周期均為T.從線框處于圖示位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，以在OP邊上從P點(diǎn)指向O點(diǎn)的方向?yàn)楦袘?yīng)電流i的正方向，則在圖4－12－15所示的四個(gè)情景中，產(chǎn)生的感應(yīng)電流i隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖4－12－4所示的是()探究點(diǎn)二電磁感應(yīng)與電路的綜合問題1．解答電磁感應(yīng)與電路的綜合問題時(shí)，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確分析電路的結(jié)構(gòu)，能正確畫出等效電路圖，并綜合運(yùn)用電學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析、求解．2．求解過程中首先要注意電源的確定，通常將切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路作為等效電源；其次是要能正確區(qū)分內(nèi)、外電路，應(yīng)把產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的那部分電路視為內(nèi)電路，感應(yīng)電動(dòng)勢為電源電動(dòng)勢，其余部分相當(dāng)于外電路；最后應(yīng)用閉合電路歐姆定律及串并聯(lián)電路的基本規(guī)律求解，處理問題的方法與閉合電路問題的求解基本一致．例2法拉第曾提出一種利用河流發(fā)電的設(shè)想，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究．實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖可用圖4－12－6表示，兩塊面積均為S的矩形金屬板平行、正對(duì)、豎直地全部浸在河水中，間距為d.水流速度處處相同，大小為v，方向水平．金屬板與水流方向平行．地磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直分量為B，水的電阻率為ρ，水面上方有一阻值為R的電阻通過絕緣導(dǎo)線和開關(guān)K連接到兩金屬板上．忽略邊緣效應(yīng)，求：(1)該發(fā)電裝置產(chǎn)生的電動(dòng)勢；(2)通過電阻R的電流；(3)電阻R消耗的電功率．探究點(diǎn)三涉及電磁感應(yīng)的力電綜合題以電磁感應(yīng)現(xiàn)象為核心，綜合應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理、能量守恒定律及電路等知識(shí)形成的力電綜合問題，經(jīng)常以導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)或穿過線圈的磁通量發(fā)生變化等物理情景為載體命題．(1)受力與運(yùn)動(dòng)分析導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，而感應(yīng)電流在磁場中受安培力的作用，安培力將阻礙導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)．導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)過程受到的安培力一般是變力，引起導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)的加速度發(fā)生變化．當(dāng)加速度變?yōu)榱銜r(shí)，運(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，最終導(dǎo)體棒做勻速直線運(yùn)動(dòng)，利用平衡條件可求導(dǎo)體棒穩(wěn)定狀態(tài)的速度．(2)解題思路①利用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電動(dòng)勢的大小和方向；②應(yīng)用閉合電路歐姆定律求電路中的感應(yīng)電流的大?。虎鄯治鏊芯康膶?dǎo)體的受力情況，關(guān)注安培力的方向；④應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律、牛頓第二定律、動(dòng)能定理、平衡條件等列方程求解．例3[2011·四川卷]如圖4－12－7所示，間距l(xiāng)＝0.3m的平行金屬導(dǎo)軌a1b1c1和a2b2c2分別固定在兩個(gè)豎直面內(nèi)．在水平面a1b1b2a2區(qū)域內(nèi)和傾角θ＝37°的斜面c1b1b2c2區(qū)域內(nèi)分別有磁感應(yīng)強(qiáng)度B1＝0.4T、方向豎直向上和B2＝1T、方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場．電阻R＝0.3Ω、質(zhì)量m1＝0.1kg、長為l的相同導(dǎo)體桿K、S、Q分別放置在導(dǎo)軌上，S桿的兩端固定在b1、b2點(diǎn)，K、Q桿可沿導(dǎo)軌無摩擦滑動(dòng)且始終接觸良好．一端系于K桿中點(diǎn)的輕繩平行于導(dǎo)軌繞過輕質(zhì)定滑輪自然下垂，繩上穿有質(zhì)量m已知小環(huán)以a＝6m/s2的加速度沿繩下滑，K桿保持靜止，Q桿在垂直于桿且沿斜面向下的拉力F作用下勻速運(yùn)動(dòng)．不計(jì)導(dǎo)軌電阻和滑輪摩擦，繩不可伸長．取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.求：(1)小環(huán)所受摩擦力的大?。?2)Q桿所受拉力的瞬時(shí)功率．變式：[2011·浙江卷]如圖4－12－8甲所示，在水平面上固定有長為L＝2m、寬為d＝1m的金屬“U”形導(dǎo)軌，在“U”形導(dǎo)軌右側(cè)l＝0.5m范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，且磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示．在t＝0時(shí)刻，質(zhì)量為m＝0.1kg的導(dǎo)體棒以v0＝1m/s的初速度從導(dǎo)軌的左端開始向右運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.1，導(dǎo)軌與導(dǎo)體棒單位長度的電阻均為λ＝0.1Ω/m，不計(jì)導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌之間的接觸電阻及地球磁場的影響(取g＝10m/s2)．(1)通過計(jì)算分析4s內(nèi)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)情況；(2)計(jì)算4s內(nèi)回路中電流的大小，并判斷電流方向；(3)計(jì)算4s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱．練習(xí)：本題為涉及電磁感應(yīng)的力電綜合選擇題，具有較強(qiáng)綜合性．合理選取研究狀態(tài)和過程應(yīng)用能量守恒定律是解題的關(guān)鍵．1、如圖所示，相距為d的兩水平虛線p1、p2表示方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場的上下邊界，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.正方形線框abcd的邊長為L(L<d)、質(zhì)量為m、電阻為R，線框處在磁場正上方，ab邊與虛線p1相距h.線框由靜止釋放，下落過程中線框平面始終在豎直平面內(nèi)，線框的ab剛進(jìn)入磁場時(shí)的速度和ab邊邊剛離開磁場時(shí)的速度相同．在線框從進(jìn)入到全部穿過磁場的過程中，下列說法正確的是()A．線框克服安培力所做的功為2mgdB．線框克服安培力所做的功為mgLC．線框的最小速度為eq\f(mgR,B2L2)D．線框的最小速度為eq\r(2gh＋L－d)專題十一直流和交流電路例1A【解析】變阻器R0的滑動(dòng)端向下滑動(dòng)時(shí)，接入電路中的電阻變小，電路中總電阻變小，由I＝eq\f(E,R＋r)可得，電路中總電流變大，內(nèi)阻上分到的電壓變大，路瑞電壓變小，電壓表的示數(shù)變?。傠娏髯兇螅娮鑂1分到的電壓變大，由于U端＝UR1＋UR2，路端電壓變小，R1分到的電壓變大，所以R2分到的電壓變小，電流表的示數(shù)變小．綜上所述，A項(xiàng)正確，B、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤．【點(diǎn)評(píng)】本題的分析思路是：變阻器接入電路的電阻變小，導(dǎo)致電路總電阻變小，再由閉合電路歐姆定律確定干路電流變大，最后再根據(jù)各部分的串并聯(lián)情況，利用串并聯(lián)電路特點(diǎn)和部分電路歐姆定律分別確定各量的變化情況．本題是滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)引起的電路動(dòng)態(tài)變化，下面的變式題則是因開關(guān)斷開引起的電路變化．例1變式題B【解析】當(dāng)S斷開時(shí)，電路的總電阻R總變大，總電流I＝eq\f(E,R總)變小，內(nèi)電壓U內(nèi)＝Ir變小，路端電壓U＝E－Ir變大，電壓表測量路端電壓，讀數(shù)變大；R1兩端電壓U1＝IR1變小，R3兩端電壓U3＝U－U1變大，通過R3的電流I3＝eq\f(U3,R3)變大，電流表讀數(shù)變大，B選項(xiàng)正確．例2B【解析】由圖乙可知，正弦交流電電壓的最大值為311V，周期T＝0.02s，所以該交流電的有效值為U有＝eq\f(Em,\r(2))＝eq\f(311,\r(2))V≈220V，頻率f＝eq\f(1,T)＝50Hz，C、D錯(cuò)誤；由圖乙，t＝0.005s時(shí)電動(dòng)勢最大，磁通量的變化率最大，A錯(cuò)誤；t＝0.01s時(shí)電動(dòng)勢為0，磁通量變化率為0，但磁通量最大，線框處于中性面位置，B正確．【點(diǎn)評(píng)】本題考查了正弦交變電流的產(chǎn)生原理、電動(dòng)勢的峰值和有效值的關(guān)系等交變電流的基礎(chǔ)知識(shí)．下面的變式題則考查理想變壓器的工作原理．例2變式題C【解析】電壓表的示數(shù)為路端電壓有效值，所以為6V×eq\f(9.0,1.0＋9.0)＝5.4V，A錯(cuò)；在t＝0.01s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢為0，即磁通量的變化率為0，而磁通量此時(shí)最大，B錯(cuò)；由圖知，周期T＝0.02s，即線圈轉(zhuǎn)速為50r/s，若線圈轉(zhuǎn)速改為25r/s，即為原來的一半，則最大值Em＝NBSω＝2πNBSn為原來的一半，有效值也為原來的一半，即為3V，C對(duì)；當(dāng)n＝50r/s時(shí)，通過電燈的電流為I＝eq\f(E,R＋r)＝0.6A，當(dāng)n＝25r/s時(shí)，電流為原來的一半，即為0.3A，D錯(cuò)．例3AD【解析】周期T＝0.02s，頻率f＝eq\f(1,T)＝50Hz，A正確；原線圈輸入電壓的有效值為U1＝eq\f(311,\r(2))V＝220V，由eq\f(U1,n1)＝eq\f(U2,n2)得，副線圈輸出電壓的有效值為U2＝eq\f(220,10)V＝22V，B錯(cuò)誤；根據(jù)I1U1＝I2U2知eq\f(I1,I2)＝eq\f(U2,U1)＝eq\f(n2,n1)，P向右移動(dòng)時(shí)，原、副線圈的電流比不變，C錯(cuò)誤；變壓器的輸出功率P2＝eq\f(U\o\al(2,2),R)，P向右移動(dòng)時(shí)，副線圈輸出電壓U2不變，電阻R變小，變壓器的輸出功率P2增加，D正確．例3變式題B【解析】用500kV電壓輸電時(shí)，輸電線上的電流為I＝eq\f(P,U)＝eq\f(3×109,5×105)A＝6000A，A錯(cuò)；輸電線上由電阻造成的損失電壓為ΔU＝IR＝6000×2.5V＝15kV，B對(duì)；若改用5kV電壓輸電時(shí)，電能在輸電線上損耗更大，但最多只能是3×106kW，不可能超過這個(gè)值，C錯(cuò)；若用ΔP＝eq\f(U2,r)計(jì)算輸電線上損失的功率，則U為輸電線上損失的電壓，而r為輸電線的電阻，D錯(cuò)．例4BD【解析】當(dāng)用戶消耗的電功率變大時(shí)，理想升壓變壓器T1輸入功率P1變大，由eq\f(U1,U2)＝eq\f(n1,n2)得U2＝eq\f(n2U1,n1)，所以U2不變，輸電電流I＝eq\f(P1,U2)變大，而U3＝U2－IR減小，由eq\f(U3,U4)＝eq\f(n3,n4)得U4＝eq\f(n4U3,n3)減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤、B正確；由于兩個(gè)變壓器均為理想變壓器，則有P1＝P2，P3＝P4，即功率均增大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確．【點(diǎn)評(píng)】對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電問題，應(yīng)明確遠(yuǎn)距離輸電流程及各級(jí)變壓器輸入輸出參量關(guān)系如何變化以及變化的量之間存在哪些定量關(guān)系和決定關(guān)系：電壓制約關(guān)系——輸出電壓U2由輸入電壓U1決定；電流制約關(guān)系——原線圈中的輸入電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定；負(fù)載制約關(guān)系——變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載情況決定，變壓器副線圈中的電流I2由用戶負(fù)載及電壓U2決定．例4變式題BD【解析】由圖乙可知，交變電流的最大值為190eq\r(2)V，周期為0.02s，ω＝eq\f(2π,T)＝100πrad/s，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確．為了讓用戶得到220V的電壓，由eq\f(u1,u2)＝eq\f(n1,n2)可知，要想使電壓u2升高，n1應(yīng)該變小，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．練習(xí)答案:1、【解析】BC若交流發(fā)電機(jī)電樞轉(zhuǎn)速為n，則發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢為e＝Emsinωt＝BS(2πn)sin(2πn)t，若轉(zhuǎn)速提高一倍，周期減小為原來的有效值提高一倍，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；只將磁場或線圈面積增加一倍，交變電動(dòng)勢的有效值提高一倍，周期不變，選項(xiàng)B、C正確；將磁場增強(qiáng)一倍，同時(shí)線圈的面積縮小一半，則交變電動(dòng)勢的有效值不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．2、【解析】D線框在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢最大值Em＝eq\f(BL2ω,2)，感應(yīng)電流最大值Im＝eq\f(BL2ω,2R)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中I—t圖象如圖所示(以逆時(shí)針方向?yàn)檎较?：設(shè)該感應(yīng)電流的有效值為I，在一個(gè)周期T內(nèi)：I2RT＝Ieq\o\al(2,m)R·eq\f(1,4)T，解得：I＝eq\f(Im,2)＝eq\f(BL2ω,4R)，故選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確．專題十二電磁感應(yīng)例1A【解析】MN只有進(jìn)入磁場中才切割磁感線，因而只有中間過程有感應(yīng)電動(dòng)勢，且E＝BLv，故選【點(diǎn)評(píng)】電磁感應(yīng)的圖象問題在廣東高考中出現(xiàn)的形式一般是選擇正確的感應(yīng)電流的圖線或感應(yīng)電動(dòng)勢的圖線．要求理解圖線的意義，能夠根據(jù)導(dǎo)線或線圈的運(yùn)動(dòng)情況找出感應(yīng)電動(dòng)勢或感應(yīng)電流的變化規(guī)律，根據(jù)變化規(guī)律畫出感應(yīng)電動(dòng)勢或感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象．例1變式題C【解析】由電流的圖象可知，導(dǎo)體切割磁感線有電流時(shí)，電流是恒定的，這就排除了A、B兩種情況，因A、B兩種情況中電流是變化的；再根據(jù)右手定則，在eq\f(T,4)到eq\f(T,2)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向由P指向O的只有C這種情況．例2