专题《高三第二轮电磁学专题》课件(人教版).ppt

电磁学专题,如图示电路中，六个电阻的阻值均相同，由于对称性，电阻R2 上无电流流过，已知电阻R6 所消耗的电功率为1W，则六个电阻所消耗的总功率为 ( ) A. 6W B. 5W C. 3W D. 2W,解：等效电路如中、右图示：,D,例1、如图示：把电阻、电感线圈、电容器并联接到某一交流电源上，三个电流表的示数相同。若保持电源电压不变，而将频率减少，则三个电流表的示数I1、 I2、 I3 的大小关系是（ ） I1 = I2 = I3 I1 I2 I3 I3 I1 I2 I2 I1 I3,D,例2、 如图示，线圈的自感和电容器的电容都很小，这个电路的主要作用是 （ ） A. 阻直流，通交流，输出交变电流 B. 阻交流，通直流，输出直流电 C. 阻高频，通低频，输出低频交变电流和直流电 D. 阻低频，通高频，输出高频交变流电,提示：XL = 2f L 对高频阻抗大，对低频阻抗小,XC=12f C 对高频阻抗小，对低频阻抗大,C,家用日光灯电路如图示，S为启动器，A为灯管，L为镇流器，关于日光灯的工作原理，下列说法正确的是： （ ） A. 镇流器的作用是将交流电变为直流电 B. 在日光灯的启动阶段，镇流器能提供一个瞬时高 压，使灯管开始工作 C.日光灯正常发光时，启动器的两个触片是分离的 D.日光灯发出柔和的白光是由汞原子受到激发后直 接辐射的,南通04年调研二7,B C,远距离输电线的示意图如下：若发电机的输出电压不变，则下列叙述中正确的是( ) （A）升压变压器的原线圈中的电流与用户用电设备消耗的功率 无关 （B）输电线路中的电流只由升压变压器原线圈的匝数比决定 （C）当用户用电器的总电阻减小时，输电线上损失的功率增大 （D） 升压变压器的输出电压等于降压变压器的输入电压,C,如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数之比为n1:n24:1，原线圈回路中的电阻A与副线圈回路中的负载电阻B的阻值相等.a、b端加一定交流电压后， 两电阻消耗的电功率之比 PA:PB =_, 两电阻两端电压之比 UA:UB= _。,1:16,1:4,苏州04年调研9,如图示为一理想变压器的电路图，图中S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器R的滑动头，U1为加在原线圈两端的交变电压，I1为原线圈中的电流，则下列说法中正确的是 （ ） A. 若保持U1及P的位置不变，S由a合到b时， I1将增大 B. 若保持U1及P的位置不变，S由b合到a 时，R消耗的 功率将增大 C.若保持U1不变， S接在a处，使P向上滑时，I1将增大 D. 若保持P的位置不变， S接在a处，使U1增大， I1将增大,解：PR= U22/R = (n2/n1) 2U12/R=I1U1,I1 =(n2/n1) 2U1/R,A D,盐城04年调研四10,甲乙两个完全相同的变压器如图示接在交流电路中，两电阻之比 R甲：R乙=2：1，甲变压器原线圈上电压为U甲，副线圈上的电流为I甲，乙变压器原线圈上电压为U乙，副线圈上的电流为I乙，则有 （ ）,A. U甲=U乙 I甲= I乙 B. U甲=2U乙 I甲= I乙 C. U甲=2U乙 I乙= 2I甲 D. U甲=2U乙 I甲= 2I乙,解：设原线圈中电流为I0，I0甲=I0乙,各只有一个副线圈， I甲= I乙,P甲=I甲2 R甲= I0 U甲,P乙= I乙2 R乙= I0 U乙, U甲=2U乙,B,例3、 如图所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度B=0.20T，OCA金属导轨与OA金属直导轨分别在O点和A点接一阻值为R1 =3.0和R2=6.0 体积可忽略的定值电阻，导轨OCA的曲线方程为 y=1.0sin(/3 x) （m),金属棒ab平行于y 轴， 长为1.5m，以速度 v=5.0 m/s 水平向右匀速运动（b点始终在Ox轴上），设金属棒与导轨接触良好，摩擦不计，电路中除了电阻R1和R2外，其余电阻均不计，求： （1）金属棒在导轨上运动时R1的最大功率 （2）金属棒在导轨上从x=0到x=3m 的运动过程中，外力必须做的功,解：,（1） ab棒运动时产生感应电动势 E=Byv,画出等效电路如图示（不计电源内阻）：,I 1=E/R1 =1/3 Byv,P1= I1 2R1 =1/9 B2 y2v2R1, P1m=1/9 B2 ym2 v2 R1 =1/90.041253=1/3 W,（2） E=Byvy 所以E按正弦规律变化,Em =By mv =0.21.05=1V,E有=0.707V,t=x/v=3/5=0.6s,R并=36/9=2 ,W=Q= E有2/R并t = 0.5/20.6 = 0.15 J,如图所示， OACO为置于水平面内的光滑闭合金属导轨， O、C 处分别接有短电阻丝（图中用粗线表示）， R1 =4、R2=8 ，（导轨其它部分电阻不计），导轨OAC的形状满足方程 y=2 sin(/3 x) （单位：m),磁感应强度B=0.2T的匀强磁场方向垂直于导轨平面，一足够长的金属棒在水平外力F作用下，以恒定的 速率 v=5.0 m/s 水平向右在导轨上从O点滑动到C点，棒与导轨接触良好且始终保持与OC导轨垂直，不计棒的电阻，求： （1）外力F 的最大值， （2）金属棒在导轨上运动时电阻 丝R1上消耗的的最大功率 （3）在滑动过程中通过金属棒 的电流I与时间t 的关系。,解：（1） 金属棒匀速运动时产生感应电动势,E=BLv ,画出等效电路如图示（不计电源内阻）：,I =E/R总 ,F外=F安=BIL = B2L2 v/ R总 ,Lm=2sin/2=2m ,R总 = R1 R2 /（ R1 + R2 ）=8/3 ,F max = B2Lm2 v/ R总 = 0.2222 5.0 3/ 8=0.3N ,（2） P1m= E 2/R1 = B2Lm2 v2/ R1 = 0.2222 5.02 / 4=1W,（3）金属棒与导轨接触点间的长度随时间变化,L= 2 sin(/3 x) ( m),x=vt,E=BLv,I=E/ R总 =Bv/ R总 2 sin(/3 vt ) =3/4 sin(5t / 3 ) (安),例4、如图示，电阻均 为 r =0.5的导体AB、CD，质量分别为m、2m，分别在F=6N的外力作用下沿光滑导轨向相反的方向由静止开始运动，匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度B=0.4T，两平行导轨间距离为L=0.5m，导轨的电阻不计，所接电阻R=1 ，平行板电容器两板相距1cm，求： 导体AB和CD运动的最大速度 电容器两板间电场强度的大小和方向,解：导体AB和CD运动时分别产生感应电动势E1 、E2,E1=BLv1 E2 =BLv2,AB和CD分别受到安培力f的作用 等效电路如图示：,由动量守恒定律 mv1+2mv2=0,I=(E1+ E2)/(R+2r )=3BLv2 / (R+2r ),AB和CD同时达到最大速度时 f=BImL =F,v2m =F (R+2r ) /3B2 L2 =62 / （3 42 0.52）=1m/s,v1m =2m/s,Im=F/BL=6/2=3A,UR=IR=3V,电场强度E=UR/d=3/0.01=300V /m 方向向左,如图所示, 竖直放置的光滑平行金属导轨, 相距l , 导轨一端接有一个电容器 , 电容量为C, 匀强磁场垂直纸面向里, 磁感应强度为B, 质量为m的金属棒ab可紧贴导轨自由滑动. 现让ab由静止下滑, 不考虑空气阻力, 也不考虑任何部分的电阻和自感作用. 问金属棒的做什么运动？棒落地时的速度为多大？,解：,ab在mg 作用下加速运动，经时间 t ，速度增为v，a =v / t,产生感应电动势 E=Bl v,电容器带电量 Q=CE=CBl v,感应电流I=Q/t=CBL v/ t=CBl a,产生安培力F=BIl =CB2 l 2a,由牛顿运动定律 mg-F=ma,ma= mg - CB2 l 2a,a= mg / (m+C B2 l 2),ab做初速为零的匀加直线运动, 加速度 a= mg / (m+C B2 l 2),落地速度为,例,在光滑的水平面上，有一竖直向下的匀强磁场，分布在宽度为L 的区域内， 现有一边长为d （dL ）的正方形闭合线框以垂直于磁场边界的初速度v0滑过磁场，线框刚好能穿过磁场，则线框在滑进磁场的过程中产生的热量Q1与滑出磁场的过程中产生的热量Q2之比为 ( ) A. 1：1 B. 2：1 C. 3：1 D. 4：1,解：,由动量定理 F t=B2 L2 d /R=mv0 mv1 备注,F t=B2 L2 d /R= mv1-0,v0 =2v1,由能量守恒定律,1/2 mv02 - 1/2 mv12 = Q1,1/2 mv12 = Q2, Q1/ Q2= 3：1,C,下页,备注,设线框即将进入磁场时的速度为v0，全部进入磁场时的速度为vt,将线框进入的过程分成很多小段,每一段的运动可以看成是 速度为vi 的匀速运动, 对每一小段，由动量定理:,f1 t=B2 L2 v0 t /R = mv0 mv1 （1）,f2 t=B2 L2 v1 t /R = mv1 mv2 （2）,f3 t=B2 L2 v2 t /R = mv2 mv3 （3）,f4 t=B2 L2 v3 t /R = mv3 mv4 （4）, fn t=B2 L2 vn-1 t /R = mvn-1 mvt （n）,v0 t+ v1 t + v2 t + v3 t + vn-1 t + vn t =d,将各式相加，得,B2 L2 d /R = mv0 mvt,可见速度的变化跟位移成线性关系,如图示，匀强磁场的磁感应强度为B，导体棒ab与光滑导轨接触良好，有效长度为L，外电阻为R ，现用外力使导体棒以O O为平衡位置做简谐运动，其周期为T，棒经O O时的速度为V，试求：将棒从左边最大位置移至平衡位置的过程中，外力所做的功（已知棒的质量为m）,例5,解：,ab做简谐运动时的速度为v，,则产生的感应电动势为：,E=BLv=BLVsint 正弦交流电,其最大值为Em=BLV,有效值为E=0.707BLV,产生的感应电流功率为,P=E2 / R=（BLV）2 2R,运动的时间为 t=T/4,产生的感应电能为,W电=Pt= （BLV）2T 8R,由能量守恒定律得,WF=W电+1/2 m V2 =（BLV）2T 8R+ 1/2 m V2,题目,练习、 如图示为间距为L 的光滑平行金属导轨，水平地放在竖直方向的磁感应强度为B的匀强磁场中，一端电阻R，一电阻是r、质量为m的导体棒ab放置在导轨上，在外力F作用下从t=0的时刻开始运动，其速度随时间的变化规律为V=Vmsin t，不计导轨电阻，试求： 从t=0到t=2/时间内电阻R产生的热量 从t=0到t=/ 2 时间内外力F所做的功,解：,ab运动时的速度为 V=Vmsin t ，,则产生的感应电动势为：,E=BLV=BLVmsint 正弦交流电,其最大值为Em=BLVm,有效值为E=0.71BLVm,I=E /（R+r）,电阻R产生的热量为,Q= I2 Rt = （0.71BLVm）2 （R+r）2 R 2/ = R B 2 L 2 Vm2 （R+r）2,由能量守恒定律，外力F所做的功转化为电能和动能,WF=W电+1/2 m V2 = / 2 （BLVm）22（R+r） + 1/2 m V2 = B 2 L 2 Vm24 （R+r） + 1/2 m Vm2,题目,如图示,螺线管匝数n=4,截面积.S=0.1m2,管内匀强磁场以B1/t=10T/s 逐渐增强, 螺线管两端分别与两根竖直平面内的平行光滑直导轨相接, 垂直导轨的水平匀强磁场B2=2T, 现在导轨上垂直放置一根质量m=0.02kg, 长l=0.1m的铜棒,回路总电阻为R=5,试求铜棒从静止下落的最大速度. (g=10m/s2),解:,螺线管产生感生电动势 E1=nS B1/t=4V 方向如图示,I1 =0.8A F1=B2 I1 L=0.16N mg=0.2N,mg F1 ab做加速运动,又产生感应电动势E2,（动生电动势）,当达到稳定状态时,F2 =mg=0.2N,F2 =BI2 L I2 =1A,I2 =(E1 +E2 )/R=(4+E2)/5 =1A,E2 =1V=BLvm,vm=5m/s,如图所示，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r0=0.10/m，导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两导轨间的距离 l =0.20m.有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感强度B与时间t 的关系为B=kt,比例系数k=0.020T/s.一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直，在t=0时刻，金属杆紧靠在P、Q端，在外力作用下，杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动，求在t=6.0s时金属杆所受的安培力.,解：以 a 表示金属杆运动的加速度，,在t 时刻，金属杆与初始位置的距离,L=1/2 a t2,此时杆的速度,v= a t，,这时，杆与导轨构成的回路的面积,S=Ll ，,回路中的感应电动势,E=SB/ t + Bl v =Sk+Bl v,回路的总电阻,R=2Lr0,回路中的感应电流,i =E/R,作用于杆的安培力 F =B l i,解得 F=3k2 l 2 t 2r0 ，,代入数据为F=1.4410 -3 N,例6如图所示，两根相距为的足够长的平行金属导轨位于水平的xOy平面内，一端接有阻值为的电阻在x 0 的一侧存在沿竖直方向的非均匀磁场，磁感强度B随x的增大而增大，Bx，式中的是一常量一金属直杆与金属导轨垂直，可在导轨上滑动当0 时位于x 0处，速度为，方向沿x轴的正方向在运动过程中，有一大小可调节的外力作用于金属杆以保持金属杆的加速度恒定，大小为，方向沿x轴的负方向设除外接的电阻R外，所有其他电阻都可以忽略问： （1）该回路中的感应电流持续的时间多长？ （2）当金属杆的速度大小为2 时，回路中的感应电动势有多大？,解 :,（1）金属杆在导轨上先是向右做加速度为的匀减速直线运动，到导轨右方最远处速度为零，后又沿导轨向左做加速度为的匀加速直线运动当过了y 轴后，由于已离开了磁场区，故回路不再有感应电流,以表示金属杆做匀减速运动的时间，有/ ,从而，回路中感应电流持续的时间 T22,（2）以x表示金属杆的速度变为2 时它所在的x 坐标，,由 22x，,可得 x328，,从而，此时金属杆所在处的磁感强度,Bx38,所以，此时回路中的感应电动势,EBd316 ,例7：水平放置的导轨处于垂直轨道平面的匀强磁场中，今从静止起用力拉金属棒ab，若拉力为恒力，经t1 秒ab的速度为v，加速度为a1 ，最终速度为2v, 若拉力的功率恒定，经t2秒ab的速度为v，加速度为a2 ，最终速度为2v, 求 a1和a2的关系,解：拉力为恒力：,最终有 F=F安=B2 L2 2v/R,a1= (F- B2 L2 v/R) / m=F/m - B2 L2 v / mR= B2 L2 v / mR,拉力的功率恒定：,F= F安= P/2v = B2 L2 2v/R,P/v= 4B2 L2 v/R,a2=( F2- F安) / m = P/v - B2 L2 v/R/m= 3B2 L2 v / mR,a2 = 3a1,例8、 如图示，U形导体框架的宽度L=0.5m，电阻忽略不计，其所在平面与水平面成=30，一根质量m=0.1kg、有效电阻R=0.5的导体棒MN垂直跨放在U形框架上，离PQ的距离为b=0.2m，整个装置处于与滑轨平面正交、磁感应强度按B=0.2t2 T规律变化的磁场中，t=0时导体恰好静止，（g=10m/s2）求： 经过多少时间导体开始滑动 这段时间内通过导体棒横截面的电量,解：t=0时 B=0，恰好静止 fm =mgsin 30=0.5N,E=/ t=Lb B/ t=0.50.2 0.4t=0.04t伏,I=E/R=0.08 t 安,导体开始滑动时，受力如图示,BIL= fm +mgsin 30= 1N,0.2 t20.08 t0.5=1,t3=1/0.008,t=5秒,例9、 一质量为M=1kg 的小车上固定有一质量为m = 0.2 kg ，高 l = 0.05m、电阻 R=100的100匝矩形线圈，一起静止在光滑水平面上，现有一质量为m0 的子弹以v0=110m/s 的水平速度射入小车中，并随小车线圈一起进入一与线圈平面垂直，磁感强度 B=1.0T 的水平匀强磁场中如图甲所地， 小车运动过程的vs 图象如图乙所示。求： （1）子弹的质量m0为 。 （2）图乙中s =10cm时线圈中的电流强度I为 。 （3在进入过程中通过线圈某一截面的电量为 。 （4）求出线圈小车通过磁场的过程中线圈电阻的发热量为 。,解：,由图象可知：进入磁场时 ，v1=10m/s,由动量守恒定律m0v0 =(M+m+m0)v1 m0 =0.12kg,由图象可知：s=10cm v2 =8m/s,E=nBLv2=10010.058=40V I=E/R=0.4A,由图象可知：线圈宽度为 d=10cm,q=I t=n /R=10010.10.05/100=510-3 C,由图象可知：出磁场时 ，vt=2m/s,Q=1/2(M+m+m0)(v12 vt2)=1/21.32(100-4)=63.4J,思考：为什么v-s图象是三段折线？,答：见备注。,（7分）图1为某一热敏电阻R(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I-U关系曲线图。 为了通过测量得到图1所示I-U关系的完整曲线，在图2和图3两个电路中应选择的是图 ；简要说明理由： 。（电源电动势为9V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0-100） 在图4电路中，电源电压恒为9V，电流表读数为70mA，定值电阻R1=250。由热敏电阻的I-U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为_V；电阻R2的阻值为 。 举出一个可以应用热敏电阻的例子：_。,2,电压可从0V调到所需电压，调节范围较大,解: I1=9/250=0.036A=36mA I2=34mA,由图1得 UR=5.2V,5.2,R2 =(9-5.2) / 0.034=111.8 ,111.6112.0,热敏温度计,如图示， 、 为两匀强磁场区，磁感应强度均为B，方向如图示，两区域中间为宽L/2的无磁场区，有一边长为L、粗细均匀、各边电阻为R的正方形金属框abcd置于区域，ab 边与磁场边界平行，现拉着金属框以速度v水平向右匀速运动，则 （1）分别求出当ab边刚进入中央无磁场区和进入磁场区时，通过ab 边的电流大小和方向. （2）画出金属框从区域刚出来到完全拉入区域过程中水平拉力与时间的关系图象. （3）求上述 （2）过程 中拉力所做的功,04年南师大模考16,解：（1）ab刚进入，cd边产生E,E=BLv I1= BLv/4R 顺时针方向,ab刚进入，ab、cd边都产生E,I2= 2BLv/4R 逆时针方向,（2） ab刚进入，F1=BI1L=B2L2v/4R,ab刚进入，F2= 2BI2L= B2L2v/R,ab进入，cd 还在，ab边产生E F3=BI3L =BI1L =B2L2v/4R,三段时间都为L/2v,F-t 图象如右图示,（3） W=F1L/2+ F2L/2+ F3L/2 = 3B2L3v/4R,例10、如图所示，PR是一块长为L=4米的绝缘平板固定在水平地面上，整个空间有一个平行于PR的匀强电场E，在板的右半部分有一个垂直于纸面向外的匀强磁场B，一个质量为m=0.1千克、带电量为q=0.5库仑的物体，从板的P端由静止开始在电场力和摩擦力的作用下向右做匀加速运动，进入磁场后恰能做匀速运动。当物体碰到板R端挡板后被弹回，若在碰撞瞬间撤去电场，物体返回时在磁场中仍做匀速运动，离开磁场后做匀减速运动停在C点，PC=L/4，物体与平板间的动摩擦因素为=0.4。求： 判断物体带电性质，正电还是负电荷？ 物体与挡板碰撞前后的速度v1和v2； 磁感强度B的大小； 电场强度E的大小和方向 。,解：返回时，RD无电场力，能作匀速运动，表明无摩擦力,qv2B向上，物体带正电。受力如图a 示 qv2B=mg ,D C ，无磁场力， -mg0.25L=1/2mv22 ,P D ，加速，E向右 (qE mg)1/2L =1/2mv12 ,D R ，受力如图b 示,qE= (mg+ qv1B) ,解得 qv1B=2N qv2B=1N qE=1.2N v1=5.66m/s v2=2.83m/s B=0.71T E=2.4V/m 方向向右,例11、某空间存在着一个变化的电场和一个变化的磁场，如图示，电场方向由B到C，在A点，从t=1s末开始，每隔2s有一个相同的带电粒子（不计重力）沿AB方向（垂直于BC）以速度v 射出，恰好能击中C点，若AC=2BC，且粒子在AC间运动的时间小于1s。试问： 1. 图线上E和B的比值有多大？磁感应强度B 的方向如何？ 2. 若第一个粒子击中C点的时刻已知为（1s+t ），那么第二个粒子击中C点为何时刻？,解：在1s末,粒子在磁场中受洛仑兹力做匀速圆周运动,令BC=y不难得到: AC=2y, R=mv/qB=2y B=mv / 2qy,在3s末,第二个粒子在电场中受电场力做类似平抛运动,E/B=4v/3,第一个粒子经过t击中C点，,t=1/6T=m/3qB,第二个粒子击中C点经过 t 秒,第二个粒子击中C点的时刻为3+ t 秒,04年江苏高考12,(12分)某同学对黑箱(见图1)中一个电学元件的伏安特性进行研究通过正确测量，他发现该元件两端的电压Uab(Uab=Ua-Ub)与流过它的电流I 之间的变化关系有如下规律 当 - 15V Uab 0V 时，I 近似为零 当Uab0时，Uab和I 的实验数据见下表：,（1）在图2中画出Uab0时该元件的伏安特性曲线(可用铅笔作图) （2）根据上述实验事实该元件具有的特性是_。,见下页,单向导电性,（3）若将此黑箱接入图3电路中，并在该电路的cd两端输入如图4(甲)所示的方波电压信号ucd,请在图4(乙)中定性画出负载电阻RL上的电压信号uef的波形,题目,04年江苏高考13,(14分)如图所示，一个变压器(可视为理想变压器)的原线圈接在220V的市电上，向额定电压为1.80104V的霓虹灯供电，使它正常发光为了安全，需在原线圈回路中接入熔断器，使副线圈电路中电流超过12mA时，熔丝就熔断 （1）熔丝的熔断电流是多大? （2）当副线圈电路中电流为10mA时变压器的输入功率是多大?,解：(1)设原、副线圈上的电压、电流分别为U1、U2、I1、I2,根据理想变压器的输入功率等于输出功率，,有 I1 U1= I2U2,当I2=12 mA时，I1 即为熔断电流代人数据，得,I1 =0