2013届高考物理二轮复习热点难点专题透析专题4：电磁感应和电路的分析计算课件(166张ppt)

第4专题,主编,AH,物理,物理,物理,物理,决胜高考,专案突破,名师诊断,对点集训,【考情报告】,【考向预测】,从近三年高考考点分布来看,高考对本专题的内容考查频率比较高,特别是电磁感应部分,每年必考.对电路的考查则经常是与实验考查相结合,对串并联电路考查深度较浅,对交流电的考查相对来说较少且偏易.对电磁感应的考查相对来说难度偏大,且经常与其他知识点,进行综合考查,不仅考查考生对基础知识和基本规律的掌握,还考查考生对基础知识和基本规律的理解和应用.,对本专题知识点的考查,安徽省高考试题常以选择题的形式出现,但也有以计算题的形式出现的.如2010年安徽理综卷第18、20题、2011年安徽理综卷第19题等,都是以选择题的形式对本专题知识点进行考查;如2012年安徽理综卷第23题以计算题的形式对本专题知识点进行考查,且与其他知识点相结合.,预计在2013年高考中对本专题知识的考查一种可能是浅而全的综合考查,主要以选择题形式出题;另一种可能是与其他知识点进行综合考查,突出考查电磁感应、电路等部分内容.其中,热点内容可能是滑轨类问题、线框穿越有界匀强磁场问题、电磁感应图象问题和电磁感应能量问题.,1.为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系,将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上,副线圈连接两只相同的灯泡L1、L2,电路中分别接了理想交流电压表、和理想交流电流表、,导线电阻不计,如图所示.当开关S闭合后(),A.示数变大,与示数的比值变大,B.示数变小,与示数的比值变小,C.示数变小,与示数的比值变大,D.示数不变,与示数的比值不变,【知能诊断】,器来说,示数不会因负载增加而改变,所以C选项错误、D选项正确.,【答案】D,【解析】当S闭合后,负载增加,变压器输入电功率增加,所以读数变大,原、副线圈两端电压之比和电流之比都是与原、副线圈匝数相关,与输入功率大小无关,所以A、B选项错误;对于理想变压,2.如图所示,在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T,转轴O1O2垂直于磁场方向,线圈电阻为2.从线圈平面与磁场方向平行时开始计时,线圈转过60时的感应电流为1A.那么(),A.线圈消耗的电功率为4W,B.线圈中感应电流的有效值为2A,C.任意时刻线圈中的感应电动势为e=4sint,D.任意时刻穿过线圈的磁通量为=sint,【解析】线圈在磁场中绕垂直于磁场方向的轴转动,从线圈平面与磁场方向平行开始计时,则感应电动势的表达式为e=nBScos(t),当线圈转过60时感应电流为1A,则感应电动势最大值为Em,=4V,电流最大值为2A,电流的有效值为A,线圈消耗的电功率P=I2R=()22W=4W,所以A选项正确,B、C选项错误;从电动势最大值等于4V可知,穿过线圈磁通量的最大值为m=BS=,所以D选项错误.,【答案】C,3.如图,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行.已知在t=0到t=t1的时间间隔内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中的感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右.设电流i正方向与图中箭头所示方向相同,则i随时间t变化的图线可能是(),【解析】由安培定则知线框中感应电流的磁场方向为垂直纸面向里;由楞次定律知长直导线中的电流应正向减小或反向增大;结合线框左侧导线与长直导线电流同向时吸引,反向时排斥可知正确选项为A.,【答案】A,4.如图,一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上,细线从一水平金属圆环中穿过.现将环从位置释放,环经过磁铁到达位置.设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为T1和T2,重力加速度大小为g,则(),A.T1mg,T2mgB.T1UD,100VB.UCUD,10V,C.UCUD,50VD.UCa,则线框先做匀速运动,后做匀加速运动,d=a+v(t-)+g(t-)2=t(1-)+gt2+.,(3)若da,则Q=I2Rt=mgt(也可以根据功能关系得:Q=mgd=mgt),若da,则Q=mga.,【答案】(1),(2)若da,d=t,若da,d=t(1-)+gt2+,(3)若da,Q=mgt若da,Q=mga,4.电磁感应中的能量问题,电磁感应的过程是能量的转化和守恒的过程,导体切割磁感线或磁通量发生变化在回路中产生感应电流,机械能或其他形式的能便转化为电能;感应电流做功,又可使电能转化为机械能或电阻的内能等.电磁感应的过程总是伴随着能量的转化,因此在分析问题时,应牢牢抓住能量守恒这一基本规律,分析清楚有哪些力做功,就可知道有哪些形式的能量参与了相互转化,然后借助于动能定理或能量守恒定律等规律求解.需要说明的是克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能转化成了电能.,解决这类问题的基本方法是:,(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定电动势的大小和方向;,(2)画出等效电路,求出回路中电阻消耗电功率的表达式;,(3)分析导体机械能的变化,用能量守恒定律得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的方程.,例10位于竖直平面内的矩形平面导线框abdc,ab长L1=1.0m,bd长L2=0.5m,线框的质量m=0.2kg,电阻R=2.其下方有一匀强磁场区域,该区域的上、下边界PP和QQ均与ab平行.两边界间距离为H,HL2,磁场的磁感应强度B=1.0T,方向与线框平面垂直,如图所示.令线框,的dc边从离磁场区域上边界PP的距离h=0.7m处自由下落.已知线框的dc边进入磁场以后、ab边到达边界PP之前的某一时刻线框的速度已达到这一阶段的最大值.问从线框开始下落,到dc边刚刚到达磁场区域下边界QQ的过程中,磁场作用于线框的安培力所做的总功为多少?(g取10m/s2),【解析】依题意,线框的ab边到达磁场边界PP之前的某一时刻线框的速度达到这一阶段速度的最大值,以vm表示这一最大速度,则有E=BL1vm,线框中电流I=,作用于线框上的安培力F=BL1I=,速度达到最大值条件是F=mg,所以vm=4m/s,dc边继续向下运动过程中,直至线框的ab边到达磁场的上边界PP,线框保持速度vm不变,故从线框自由下落至ab边进入磁场过程中,由动能定理得:,mg(h+L2)+W安=m,W安=m-mg(h+L2)=-0.8J,ab边进入磁场后,直到dc边到达磁场区域下边界QQ过程中,作用于整个线框的安培力为零,安培力做功也为零,线框只在重力作用下做加速运动,故线框从开始下落到dc边刚到达磁场区域下边界QQ过程中,安培力做的总功即为线框从dc边到达上边界PP下落至ab边进入磁场过程中安培力所做的功,W安=-0.8J,负号表示安培力做负功.,【答案】-0.8J,点评解答此类题目要抓住各个物理过程中的功能转化关系,特别是每个力做功对应着什么样的能量转化,如重力做功是线框动能和重力势能间的转化,空气阻力做功是机械能向内能转化,安培力做负功是将机械能转化为电能进而转化为焦耳热,安培力做正功是电能转化为机械能,然后由能量守恒定律(或动能定理)列式解答.,5.电磁感应图象问题,电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图线,即B-t图线、-t图线、E-t图线和I-t图线.对于导线切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图线,即E-x图线和I-x图线.这些图象问题大体上可分为两类:一类是由有关的物理过程和物理量作出上述图象,另一类是由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量.不管是何种类型,电磁感应中的图象问题常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律来分析、求解.,例11如图甲所示,一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落,穿过一根竖直悬挂的条形磁铁,铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴线始终,保持重合.若取磁铁中心O为坐标原点,建立竖直向下为正方向的x轴,则图乙中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系图象是(),【解析】由楞次定律可知,当圆环向下朝中心O运动的过程中,感应电流方向为顺时针方向(从上向下看),而当圆环向下远离中心O运动的过程中,感应电流方向为逆时针方向,故经O点前后感应电流方向相反,D错误;因圆环向下运动的速度会逐渐增大,故题给图象中负方向的感应电流的极值应比正方向的极值要大些,B正确,A,、C均错误.,【答案】B,点评在电磁感应问题的讨论中,磁场和电流等物理量的变化规律通常以图象的形式出现,正确地认识图象的物理意义及其所描述的物理量的变化规律是解决此类问题的关键.另外,某些物理量正负方向的规定,常是容易被忽略和容易出错的地方,应给予特别的注意.,五、变压器、交流电的性质和远距离输电问题,大小和方向都随时间做周期性变化的电流称之为交变电流.描述交变电流的物理量有:峰值、有效值、周期、频率和初相,其中周期和频率互为倒数.对正弦交变电流而言,有效值和峰值关系为:U=,I=,对其他交变电流来说,则必须根据电流有效值的定义去求解.让交变电流和恒定电流分别通过大小相同的电阻,如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等,这个恒定电流的电流值和电压值就为这个交变电流的电流和电压的有效值.交流电压表和电流表的示数为有效值.考生要注意有效值和平均值的区别,在计算电热时必须使用有效值.,理想变压器只是传输电能的设备,既不产生电能也不消耗电能,原、副线圈两端电压才是变压器的输入和输出电压.如果这个问题不搞清楚,在解题时极易出错.对于交变电流,主要是电流方向发生周期性变化,电流的大小可以是周期性变化的,也可是不变的.,A,有效值为A,周期为5s;图乙中电流的峰值为5A,有效值为2.5A;图丙中电流的峰值为2A,有效值为A;图丁中电流的最大值为4A,有效值为2.5A,周期为2s.,例12关于图甲、乙、丙、丁,下列说法图甲中电流的峰值为2,正确的是(),A.B.C.D.,【解析】图甲是正弦交变电流图线,峰值(最大值)为2A,有效值是峰值的,即A,周期为4s,所以错误;图乙电流大小改变但方向不变,所以不是交变电流(交流和直流的叠加),计算有效值时因为热效应与电流方向无关,所以仍是峰值的,即2.5A,所以正确;图丙是图甲减半的脉冲电流,有效值不可能为峰值的,所以错误;图丁是交变电流图线,周期为2s,根据有效值定义则有:42R+32R=I2RT,解得电流有效值I=2.5A,所以正确.,【答案】B,点评判断一个电流是不是交变电流,关键是看电流的方向是不是发生周期性变化,如果电流方向不变,则不是交变电流.有效值定义不仅适用于交变电流,也适用于脉动电流,计算各种电流有,效值时,一定要紧扣有效值定义.,变式训练7图甲是交流发电机模型示意图.在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO转动,由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO转动的金属圆环相连接,金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路.图乙是线圈的主视图,导线ab和cd分别用它们的横截面来表示.已知ab的长度为L1,bc的长度为L2,线圈以恒定角速度逆时针转动.(只考虑单匝线圈),(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式.,(2)线圈平面处于与中性面成0夹角位置时开始计时,如图丙所,示,试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式.,甲乙丙,【解析】(1)从0时刻起经过t时间,线框转过角度=t,线框的切割边线速度v=r,得ab边和cd边线框的切割速度v=,(3)若线圈电阻为r,求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热.(其他电阻均不计),切割速度为vcd=r2sin,=r1sin,两条边切割时产生的感应电动势为:,eab=ecd=BL1()sint,两边产生的感应电动势在闭合电路中环形同向:,e1=2eab=BL1L2sint.,(2)道理同上问,只是有个初相位:,e2=BL1L2sin(t+0).,(3)线圈转动一周,此为正(余)弦交流电:,Em=BL1L2,E有=BL1L2,闭合电路的有效电流I=,R上的功率:P=I2R,T=,转动一周电阻R上产生的焦耳热:,Q=PT=R()2.,【答案】(1)e1=BL1L2sint,(2)e2=BL1L2sin(t+0),(3)R()2,功率为44kW,每条输电线电阻为0.2.,(1)如果直接供电,求用户得到的电压和电功率各是多少?,(2)如果发电站先用变压比为110的升压变压器将电压升高后经同样输电线路,再经过101的降压变压器降压后供给用户,则用户得到的电压和电功率各是多少?交流电的周期是多少?,【解析】(1)直接供电:由P=UI得知供电电流I=A=200A,输电线上损失的电压U=IR线=20020.2V=80V,用户得到的电压U用=U-U=140V,用户得到的电功率P用=IU用=28kW.,(2)变压器升压后供电:220V电压经升压变压器升压后电压U1=220,例13发电机输出电压随时间变化规律为u=220sin(100t)V,输出,0V,输送电流I1=A=20A,输电线路损失的电压U=I1R线=8V,降压变压器输入电压U2=U1-U=2192V,经降压变压器降压后输送给用户,用户得到的电压U3=219.2V,用户得到的电功率P用=P-P损=(44000-208)W=43840W=43.84kW,用户得到的交流电周期与发电机输出的交流电周期相同,都是T=s=0.02s.,【答案】(1)140V28kW,(2)219.2V43.84kW0.02s,点评在解决变压器远距离传输问题时,一定要弄清楚各段电压,要紧抓输送电功率等于输送电压与输送电流的乘积这一环,要用输送电流去计算输电线上损失的电压和电功率,否则极容易出错.,1.如图所示,E为内阻不能忽略的电池,R1、R2、R3为定值电阻,S0、S为开关,与分别为电压表与电流表.初始时S0与S均闭合,现将S断开,则(),一、选择题,A.的读数变大,的读数变小,B.的读数变大,的读数变大,C.的读数变小,的读数变小,D.的读数变小,的读数变大,【解析】S断开,相当于电阻变大,总电流减小,故路端电压增大,的读数变大,把R1归为内阻,则R3中的电压增大,R3中的电流也增大,的读数变大.,【答案】B,2.通过一理想变压器,经同一线路输送相同的电功率P,原线圈的电压U保持不变,输电线路的总电阻为R.当副线圈与原线圈的匝数比为k时,线路损耗的电功率为P1,若将副线圈与原线圈的匝数比提高到nk,线路损耗的电功率为P2,则P1和分别为(),A.,B.()2R,C.,D.()2R,【解析】第一种情况:原线圈中的电流为,副线圈中的电流I1=,所以P1=()2R,A、C错误;当变压器副线圈与原线圈匝数比为nk时:副线圈中的电流I2=,所以P2=()2R,得=,D正确.,【答案】D,3.如图所示,理想变压器原线圈输入电压u=Umsint,副线圈电路中R0为定值电阻,R是滑动变阻器.和是理想交流电压表,示数分别用U1和U2表示;和是理想交流电流表,示数分别用I1和I2表示.下列说法正确的是(),A.I1和I2表示电流的瞬时值,B.U1和U2表示电压的最大值,C.滑片P向下滑动过程中,U2不变、I1变大,D.滑片P向下滑动过程中,U2变小、I1变小,【解析】交流电压表与交流电流表测量的都是交变电流的有效,值,A、B均错误;滑片P向下滑动过程中,R减小,但是U2不变,故I2增大,则I1增大,C正确、D错误.,【答案】C,4.如图所示,圆形线圈的一半位于匀强磁场中,当线圈从图示位置开始运动时,弧abc受到向右的磁场力作用,则线圈的运动形式不可能是(),A.向左平动(线圈未全部离开磁场),B.向右平动(线圈未全部进入磁场),C.以直径ac为轴转动(不超过90),D.以直径bd为轴转动(不超过90),【解析】因abc弧受到向右的磁场力,由左手定则可知环中感应电流的方向是沿顺时针方向,由楞次定律可知穿过环的磁通量减少,所以A、C、D选项均可能.,【答案】B,5.将一根金属杆在竖直向下的匀强磁场中以初速度v水平抛出,若金属杆在运动过程中始终保持水平,那么金属杆两端电势差U(),A.由E=BLv得知,U将随杆的速度增大而增大,B.由E=BLv得知,U保持不变,C.由E=BLv得知,U将随杆的速度方向与磁场方向的夹角减小而减小,D.因为速度的大小和方向都时刻在变化,所以无法判定U的变化情况,【解析】因金属杆做平抛运动,水平方向速度不变,而磁场方向竖直向下,所以感应电动势大小和方向都不变,B选项正确.,【答案】B,6.如图所示为电磁炮的原理图,电磁炮弹外壳是导体,等效电阻为R,两条光滑金属导轨水平放置,炮弹水平放置在导轨上,当开关S闭合后,电源提供能量,使炮弹经过加速后飞出.则下列有关能量转化的描述正确的是(),A.电源输出的总能量等于炮弹所获得的动能,B.只要导轨足够长,炮弹速度一定有最大值,之后电源再输出的能量等于炮弹电阻R在整个过程中所产生的热能,C.只要导轨足够长,炮弹的速度就不断地增加,D.只要导轨足够长,炮弹速度一定有最大值,之后电源不再输出能量,【解析】闭合开关后,由左手定则可以判定炮弹在安培力作用下向右加速运动,但随着炮弹加速运动速度不断增大,炮弹切割磁感线产生的感应电动势也逐渐增大,由右手定则可以判断出炮弹产生的感应电流方向与电源电流方向相反,使电路中电流减小,炮弹受到的安培力也随之减小,炮弹运动的加速度也减小,所以炮弹做加速度逐渐减小的变加速运动,当加速度减小到零时,炮弹速度达最大值,所以C选项错误;在炮弹加速运动过程中,电源输出的电能一方面通过安培力做功转化为炮弹的动能,另一方面通过炮弹电阻R做功转化为热能,所以A选项错误;炮弹速度达最大值后,闭合电路中无电流,所以电源不输出能量,B选项错误,D选项正确.,【答案】D,7.如图所示,已知电源电动势E=2V,电源内阻r=0.5,小灯泡电阻R0=2,滑动变阻器R最大阻值为10.当开关闭合后,调节滑动变阻器,设灯泡电阻不随温度变化而变化,则(),A.当滑动变阻器阻值调至0.5时,电源输出功率最大,B.当滑动变阻器阻值调至1.5时,灯泡最亮,C.当滑动变阻器阻值逐渐减小时,电源输出功率逐渐增大,D.当滑动变阻器阻值调至10时,滑动变阻器电功率最大,【解析】由于R0存在,R无论怎么调整,也实现不了外电路电阻等于电源内电阻,使电源输出功率最大,只能使R逐渐减小,外电阻逐渐向内电阻阻值接近时,电源输出功率逐渐增大,所以A选项错误,C选项正确;当R减小到零时,电路中电流最大,此时灯泡最亮,所以B选项错误;把灯泡电阻等效为电源内电阻的一部分,则当R调整为灯泡电阻和电源内电阻之和时,等效电源有最大输出功率,滑动变阻器获得最大功率,所以D选项错误.,【答案】C,8.如图所示,电压表通过变阻箱R与电池相连接,若变阻箱电阻R减少,则电压表示数增加1倍,若变阻箱电阻R减小到零,则电压表的示数(),A.增加1倍,B.增加2倍,C.增加3倍,D.不知道电压表内阻和电源内阻,无法判定,【解析】设电源电动势为E,内电阻为r,电压表内阻为RV,变阻箱开始电阻为R,电压表开始时示数为U,则由闭合电路欧姆定律得:U=,当变阻箱电阻减少时,即R变为R时电压表示数为2U,则,有:2U=,解上面两式可得:R=3(RV+r),当变阻箱电阻减少到零时,电压表示数U=,解得:=4.,【答案】C,二、非选择题,9.在用电压表和电流表测定电池电动势和内阻的实验中,根据测出的数据作出的电池A和电池B的U-I图象,如图所示.则电池A和B的电源电动势分别为V和V,内阻分别为和.若将某电阻器分别接在电池A和B两电极之间,电阻器消耗的电功率恰好相等,则此电阻器的阻值为.,【解析】从图象上不难看出,A电池的电动势为2.0V,B电池的电动势为1.5V,A电池的内电阻为0.5,B电池的内电阻为0.25,若将电阻器R分别接到两个电池的两极上,R上消耗的电功率相等,则分别流过电阻R的电流相等,则由闭合电路欧姆定律得:=,解得R=0.5.,【答案】2.01.50.50.250.5,10.在用伏安法测电阻的实验中,所用电压表的内阻约为20k,电流表的内阻约为10,选择能够尽量减小误差的电路图进行实验,读得的各组数据用实心圆点标于坐标图上,如图甲所示.,【解析】(1)用一条直线尽可能多的穿过各点,个别偏离较远的点要舍弃掉,如图乙所示.从图上读取一组数值,如U=2.6V,I=1.4mA,算得:R=1.9k.,(1)根据各点表示的数据描出I-U图线,由此求得该电阻的阻值Rx=.(保留两位有效数字),(2)在方框内画出实验的电路原理图.,【答案】(1)如图乙所示1.9k(2)如图丙所示,(2)因为待测电阻RxRA,所以电流表应采用内接法,又由于Rx较大,故滑动变阻器应采用分压式接法较为合适,电路原理图如,图丙所示.,11.一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度绕垂直于磁场方向的固定转动轴转动,线圈n=100匝,测得穿过线圈的磁通量随时间按图示规律变化,发电机内电阻r=5.0,外电路电阻R=95.试求发电机产生的交变电流的周期、最大值和有效值.,由图象可知,交变电流的周期为3.1410-2s,穿过线圈磁通量的最大值m=BS=1.010-2Wb,所以感应电动势最大值Em=1001.010-2V=200V,由闭合电路欧姆定律得,交变电流最大值Im=A=2A,电流有效值I=A.,【答案】3.1410-2s2AA,【解析】矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的转动轴转动,产生正弦交变电流,其感应电动势最大值为Em=nBS,式中S为线圈面积,12.如图所示,两根竖直平行放置的光滑金属导轨相距为L,中间接有一阻值为R的定值电阻,在两导轨间abdc矩形区域内分布有磁感应强度为B的匀强磁场,磁场方向垂直导轨平面向里,宽度为d.